贵州大学张小武、高林等：煤矸石与辅料复配制备土壤化基质的试验研究

创新点

（1）固废协同：针对贵州省煤炭产业发展的痛点，依托贵州作为酿酒大省的资源优势，提出煤矸石和制酒淤泥固废协同，将其土壤化的思路来解决煤矸石无处堆存的痛点。利用煤矸石和辅料（如制酒淤泥、秸秆、牛粪等）按照不同配比混合制备土壤化基质。通过盆栽试验和场地试验验证煤矸石土壤化的有效性与可行性，为煤矸石的资源化利用提供了新的思路，为端牢两个“饭碗”做贡献，同时为矿区生态修复提供参考。

（2）从矿物学角度研究煤矸石土壤化可能性：采用X射线衍射(XRD)、BMPA矿物自动定量分析系统、XRF多元素分析、有机碳含量测定、重金属含量测定等分析测试技术，对煤矸石的矿物组成、化学成分和重金属含量进行详细分析，分析结果表明：煤矸石中含有高岭石、绿泥石等黏土矿物，且有机碳含量较多，这些黏土矿物是构成土壤的主要矿物类型，具备良好的土壤化基础。同时煤矸石中的主要矿物相互嵌布程度低，铝硅酸盐矿物单体解离度高，有助于煤矸石风化解离成土。依据本研究思路，可以按照"一矿一策"原则针对性制定煤矸石解决方案。

（3）原位构建耕作层：煤矸石与辅料复配改良，原位构建耕作层，以国标为红线，验证煤矸石基质种植作物的可行性。通过优化配比试验，确定煤矸石：辅料最优配比，显著提高基质的有机质含量和供氮能力，同时重金属含量符合国家限值标准，有效破解“污染风险制约应用”的行业难题。在最优配比条件下，研究开展盆栽试验和场地试验，种植的农作物生长态势良好，农产品中的重金属含量均低于国家标准，验证了煤矸石土壤化基质的安全性和可行性，为煤矸石的大规模资源化利用提供了可靠的科学依据。

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煤矸石与辅料复配制备土壤化基质的试验

作者：张小武^1,2, 黄小芬^1,2, 高林^1,2,3, 张华瑞, 张淑慧, 周冰洁, 杨柳芽, 刘萍^1,2, 邱跃琴^1,2, 王明仲, 杨聿尚, 汪永印^1,2

单位：1. 贵州大学 矿业学院; 2. 贵州大学 喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室; 3. 煤炭行业巷道支护与灾害防治工程研究中心; 4. 贵州盘江精煤股份有限公司

引用格式：

张小武，黄小芬，高林，等. 煤矸石与辅料复配制备土壤化基质的试验[J]. 绿色矿山，2025，3(3)：93−101.ZHANG Xiaowu，HUANG Xiaofen，GAO Lin，et al. Experimental study on the preparation of soil-based substrate using composite coal gangue and additives[J]. Journal of Green Mine，2025，3(3)：93−101.

摘要

煤矸石大量堆存会产生占用耕地及环境污染等问题，消纳煤矸石亟待解决。为此，从常见原材料出发，利用煤矸石、辅料为原料，按照不同配比混合制备土壤化基质，进行农作物盆栽试验，研究不同配比下农作物生长态势，优选适宜于农作物生长的基质配比；在此基础上选用最佳配比重复进行盆栽试验，对基质重金属潜在危害和农产品安全进行评价；后期按照相同复配比进行场地试验，验证煤矸石土壤化基质的有效性和可行性。结果表明：利用煤矸石、辅料重构土壤具有可行性，煤矸石∶辅料(体积比)=7∶3为最优配比；土壤化基质重金属含量符合国家标准，场地试验种植的农作物未发现污染超标，达到“固废协同”的效果，可为煤矸石土壤化利用和矿区生态修复提供理论依据和技术支撑。

部分图片

图1 煤矸石样品

图2 土壤化基质制备

图3 XRD定量分析比重

图4 5 mm以下煤矸石粒度分布及特征

图5 煤矸石中主要矿物颗粒粒度分布特征

图6 盆栽农作物生长周期情况

图7 试验场地现场

图8 场地农作物长势情况

第一作者

张小武，讲师，硕士，1994年毕业于武汉钢铁学院选矿工程专业，获工学士学位，2006年毕业于中国农业大学土地资源管理专业，获管理学硕士学位。主要研究方向为矿产资源综合利用和矿山土地复垦与生态修复，从2006年起长期从事矿物加工、矿山土地复垦与生态修复方面的教学和科研工作。主持复杂难选矿石选矿及矿山生态修复和复垦相关横向课题40余项，参与国家重点研发计划项目2项。

通讯作者

高林，工学博士，副教授，硕士生导师，毕业于中国矿业大学（北京）采矿工程专业，全国煤矿支护优秀专家，全国非煤矿山安全生产专家，贵州大学矿业学院“矿山绿色开采与生态修复”科研团队负责人，主要从事矿山绿色开采与岩层控制方面的研究工作。兼任贵州省矿业协会专家智库委员会副主任，教育部学位中心评审专家，国家自然科学基金通讯评议专家，中国煤炭学会青年工作委员会委员，中国岩石力学与工程学会采矿岩石力学分会第一届理事会理事，中国岩石力学与工程学会煤矿智能开采与岩层控制分会第七届理事会理事，《采矿与岩层控制工程学报》、《煤田地质与勘探》、《矿业科学学报》等期刊青年编委。

团队简介

贵州大学矿业学院“矿山绿色开采与生态修复”科研团队由全国煤矿支护优秀专家、全国非煤矿山安全生产专家高林博士领衔，核心成员教师6人，指导在读博士、硕士研究生20余人，涵盖采矿、地质、选矿、矿山机械、土地资源管理等专业。团队紧密围绕复杂地质条件下矿产资源绿色开采与生态修复技术难题，依托团队成员学科交叉优势，致力于突破矿山绿色智能“采选充修”一体化技术瓶颈，全力助推矿产资源绿色、智能、环境友好型开发、利用及修复。

近年来，团队主持国家自然科学基金项目3项、国家矿山安全监察局矿山安全生产科研攻关项目（第一批）、国家安全生产监督管理总局安全生产重大事故防治关键技术科技项目、贵州省科技支撑计划项目、贵州省科学技术基金项目等国家和省部级项目15余项、校企合作项目30余项，以第一（通讯）作者发表SCI、EI源刊收录论文等30余篇，参编教材2部，申请/授权发明专利15项，实用新型专利20项，登记计算机软件著作权10项，获2021、2022、2024年度绿色矿山科学技术奖一等奖各1项。

策划丨常明然

责编丨常明然

编辑丨李莎

审核丨常明然

煤炭科学研究总院期刊出版公司拥有科技期刊21种。其中，SCI收录1种，Ei收录5种、CSCD收录6种、Scopus收录8种、中文核心期刊9种、中国科技核心期刊11种、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊4种，是煤炭行业最重要的科技窗口与学术交流阵地，也是行业最大最权威的期刊集群。

期刊简介

为深入贯彻习近平生态文明思想，践行“绿水青山就是金山银山”理念，搭建绿色矿山建设领域高端学术交流平台，2023年5月，经国家新闻出版署批准，由中国煤炭科工集团主管、煤炭科学研究总院有限公司主办的中文科技期刊——《绿色矿山》（Journal of Green Mine）应运而生。《绿色矿山》为季刊，国内统一连续出版物号为：CN10-1912/TD，ISSN号：2097-3357，由《绿色矿山》编辑部负责策划、出版、发行。

刊登范围

绿色勘查、绿色开采、矿山地下空间利用、绿色选冶、矿山环境保护、低碳技术及节能减排、数字矿业、绿色低碳经济政策与评价等。

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