摘要
煤炭生产和加工过程产生的大量煤矸石堆放地表，不仅造成土地压占、水土流失，而且还会引发山 体滑坡、泥石流等地质灾害，给矿区生态环境造成严重影响。我国煤矸石累计堆存量已超过 60 亿 t，压占 土地 1.3 万 hm2。2020 年，我国煤矸石产量 7.29 亿 t，综合利用量 5.26 亿 t，综合利用率为 72.2%。当前我 国煤矸石综合利用具有存量和排放量大、产量高度集中、综合利用率不高，区域发展极不平衡，高附加值 利用占比小等特点，现有煤矸石的无害化处置与资源化综合利用的规模和能力明显不能满足国家对生态环 境保护及“双碳”目标下煤炭综合利用的相关要求。对此，提出煤矸石在采空区充填、地面筑基、塌陷坑回 填与土地复垦等方面的规模化无害处置技术和方法，指出井下“采选充留”一体化固体充填开采和采空区地 面膏体与浆体充填是控制煤矸石增量、规模化降低煤矸石堆存量的最有效方法。详细阐述煤矸石在发电、 建材、资源回收、化工产品制备及农业等方面的综合资源化利用途径，提出构建“煤炭—固废发电—有价 元素提取—化工产品—建材材料—井下充填—地面回填—农业应用”的闭合循环产业链模式，建立“多途径、多组分、多层次+梯级回收+生态修复+封存保护+井下高效自动化充填”规模化处置与综合利用体系的 煤矸石未来产业化发展方向。
部分图表
2000—2020 年我国煤炭生产及消费统计数据
煤矸石分类方法
不同地区煤矸石化学成分
我国煤矸石产地区域分布图
2018 年主要产煤省份矸石新增产量及全国占比
1995—2020 年我国煤矸石产量及综合利用统计数据
煤矸石规模化处置与综合产业化利用途径
煤矸石井下分选协同原位充填开采模式
煤矸石发电工业装备与技术发展历程
部分煤矸石电厂规模统计
展望
“双碳”目标下的煤矸石固废无害化处置与资源化综合利用是煤炭工业发展循环经济的有效途径，对实现 矿区生态环境保护具有重要意义，相关研究迫在眉睫。煤矸石处置与资源化综合利用产业化发展应以“物尽其 用、因地制宜”为基本思想。重点应开展以下研究内容：
(1) 煤炭生产基地煤矸石分类和理化特性、资源属性与空间地理分布规律研究。从聚煤规律、成岩特征、地 质作用等方面探索煤矸石固体废弃物的成因、类型、组 成及地质特征的规律；构建煤矸石固体废物理化性质、资源环境属性和空间地理分布数据库；划定煤矸石梯级 利用分区，编制煤矸石综合利用规划，为实现煤矸石的 多层次、多途径、快速高效综合利用提供基础数据。
(2) 采煤沉陷区煤矸石土地生态修复利用技术、煤矸 石井下“采选充留”一体化充填开采技术及煤矸石地面采空区膏体与浆体充填技术研究，开发基于煤矸石的土 地修复与生态恢复新型环保材料，集成矿区生态环境恢 复治理和煤矸石固废综合利用与煤炭协同开采一体化成 套技术与装备，从源头实现煤矸石减量化和资源化。
(3) 煤矸石发电、高附加值化工产品、高性能建筑材 料及高附加值化工产品利用方法研究，构建煤矸石规模 化无害处置和资源化多层级综合开发利用模式，形成具 有集煤炭开采、发电、化工、煤基固废综合利用、稀有 元素提取等产业有机结合完整产业链。
(4) 煤矸石固废资源环境特性、有害物质迁移规律、 生态环境影响效应、规模化无害处置与资源化综合开发 利用的大数据管理应用平台开发。
(5) 构建“煤炭－固废发电－有价元素提取－化工产 品－建材材料－井下充填－地面回填－农业应用”的闭 合循环产业链模式。
(6) 建立“梯级回收+生态修复+封存保护+井下高效 自动化充填”规模化处置与综合利用体系。提高煤矸石 综合利用率，促进煤矸石多元素、多组分梯级利用与减 量化，建设绿色矿山。
结论
a.我国煤矸石具有存量和排放量大、产量高度集中、综合利用率低、区域发展极不平衡的特点，煤矸石无害 化处置与资源化综合利用总体技术水平较低，产业链不完善，产业发展层次不高，高附加值利用量比例较小，不能满足国家对生态环境保护及“双碳”目标下煤矸石 综合利用的相关要求。
b. 提出了从源头实现煤矸石减量化和资源化的有效途径和具体方法，详细阐述煤矸石在发电、建材、资源回收、化工产品制备及农业等方面的综合资源化利用途 径，构建了闭合循环产业链发展模式，提出了基于“多途径、多组分、多层次+梯级回收+生态修复+封存保护+ 井下高效自动化充填”规模化处置与综合利用体系的煤矸石未来产业化发展方向，为煤矸石规模化处置与综合利用提供借鉴。
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