前  言

煤矸石是煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣，包括巖石巷道掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的掘進(jìn)矸石，采煤過程中從頂板、底板和夾在煤層中的巖石夾層里采出來的矸石，以及洗煤廠生產(chǎn)過程中排出的洗矸石。

伴隨著采掘機(jī)械化的發(fā)展和煤層開采條件的逐漸惡化，煤礦多年開采之后，排出的矸石堆積如山，不但占用了大量土地，而且其中所含的硫化物散發(fā)后會(huì)污染大氣和水源，造成嚴(yán)重的后果。煤矸石中所含的黃鐵礦(FeS2)易被空氣氧化，放出的熱量可以促使煤矸石中所含煤炭風(fēng)化以至自燃。煤矸石燃燒時(shí)散發(fā)出難聞的氣味和有害的煙霧，使附近居民慢性氣管炎和氣喘病患者增多，周圍樹木落葉，莊稼減產(chǎn)。矸石山受雨水沖刷，常使附近河流的河床淤積，河水受到污染。

本文針對(duì)山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司某煤礦矸石山綜合治理工程設(shè)計(jì)方案做一詳細(xì)介紹。

1  工程概況

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該礦共產(chǎn)原煤約5500萬噸，伴隨著超強(qiáng)度的開采和煤炭產(chǎn)量的提高，該礦煤矸石的堆存量也按9%左右的速度增加，已經(jīng)引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境問題。

該煤礦煤矸石堆場位于礦區(qū)主井西約200米處，與一電廠以鄉(xiāng)間小路相隔。堆場長約300m，寬約200m，高約36m，形似枕狀，近南北向延伸。煤矸石采用皮帶輸送、順坡堆放方法堆積，其成分以炭質(zhì)泥巖和炭質(zhì)頁巖為主，含有砂質(zhì)泥巖、粉砂巖以及砂巖等巖塊。

由于該矸石山位于煤礦礦區(qū)與濁漳河之間，北靠預(yù)制件廠，東接煤礦污水處理站，西倚濁漳河，地界有限，矸石堆放儲(chǔ)量已達(dá)100萬余方�，F(xiàn)有矸石山已經(jīng)難以再承接更多的矸石排量，而且矸石山的北側(cè)及部分西側(cè)還在發(fā)生自燃現(xiàn)象。

對(duì)該煤礦來講，治理大量堆存的煤矸石，妥善解決煤矸石污染與環(huán)境治理之間的矛盾，不僅是一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)，也是造福周邊地區(qū)的一項(xiàng)重要工程，也是經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必由之路。按照省、市能源“十一五”發(fā)展規(guī)劃要求，結(jié)合該煤礦的實(shí)際，對(duì)該煤礦矸石山進(jìn)行綜合治理工程，工程建設(shè)投資為2437.31萬元。

2  工程指導(dǎo)思想和技術(shù)路線

根據(jù)國家、省、市有關(guān)礦山地質(zhì)環(huán)境治理的要求和該煤礦矸石山的地理特點(diǎn)及物質(zhì)組成，遵循“因地制宜，綜合治理；整體規(guī)劃，分步實(shí)施；合理布局，加快建設(shè)”的方針，考慮到煤矸石自燃、風(fēng)化和淋溶的必要條件，采用黃土和石灰乳混合注漿滅火、消矸護(hù)坡、黃土覆蓋，復(fù)墾種植，導(dǎo)排雨水，大力推廣采用新型環(huán)保材料（生態(tài)墊）的應(yīng)用，對(duì)煤矸石等固體廢棄物進(jìn)行無害化處置，提出科學(xué)合理、切實(shí)可行的治理方案，實(shí)現(xiàn)以害治害，變害為利的目的，取得雙重環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

3  矸石山綜合治理設(shè)計(jì)方案

針對(duì)上述狀況，我們提出對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)該煤礦的矸石山進(jìn)行徹底的治理。

3.1  煤矸石自燃分析

引起煤矸石自燃的因素主要有：硫鐵礦結(jié)核體是引起煤矸石自燃的決定因素，水和氧氣是煤矸石自燃的必要條件，碳元素是煤矸石自燃的物質(zhì)基礎(chǔ)。

根據(jù)礦區(qū)煤矸石特征，該煤礦煤矸石的硫含量雖不高，但是受煤矸石運(yùn)輸方式、硫鐵礦局部富集、通風(fēng)狀況等多種因素的影響，煤矸石有自燃傾向。另外，煤矸石場中的其它可燃物如煤、木材等存在使燃燒擴(kuò)大、蔓延。

因此，對(duì)于該矸石山要控制煤矸石高度和坡度、采取表面壓實(shí)、黃土覆蓋結(jié)合局部注漿滅火等工程措施，可以撲滅矸石自燃現(xiàn)象。

3.2  矸石山綜合治理設(shè)計(jì)方案

針對(duì)本工程的實(shí)際情況，現(xiàn)提出如下方案：

3.2.1  整治場地、攤鋪矸石及自燃滅火

該矸石山現(xiàn)堆放坡度約為45°，時(shí)常出現(xiàn)滑坡塌方現(xiàn)象。矸石山的治理首先應(yīng)著手對(duì)矸石山的坡面坡度進(jìn)行消減工作，由上至下推散矸石，將現(xiàn)狀的45°坡消減為30°(1:1.732)坡，穩(wěn)定坡面，修建馬道，便于機(jī)械施工；砌筑擋墻，防止矸石塌方。

矸石山南部地形較為開闊，下部為沖洪積黃土層，地質(zhì)構(gòu)造屬于穩(wěn)定地塊，適宜作煤矸石堆積場所。為了滿足攤鋪矸石需要，將現(xiàn)有矸石場南面邊界向南移100米左右，盡量使整個(gè)堆場矸石填挖方平衡。

治理后矸石堆場呈梯田狀，從地面開始每隔高差5米做一條馬道，用以治理期間的施工通行以及治理后對(duì)矸石山的維護(hù)作業(yè)，馬道之間邊坡坡度為30° (1:1.732)。同時(shí)馬道內(nèi)側(cè)設(shè)置一條排水溝，用以排除矸山上的雨水，馬道排水溝之間由邊坡導(dǎo)流渠串聯(lián)起來，最終將雨水匯集到位于矸山西面的濁漳河排走。矸石堆場中的各條馬道由一條貫穿其中的上山道路連接，使得施工及維護(hù)機(jī)械能夠通過馬道行駛到堆場中。

在堆散矸石的同時(shí)，對(duì)北坡及西坡發(fā)生自燃的矸石進(jìn)行滅火工作，堆散高溫矸石，使其暴露于表面，促使其降溫。針對(duì)煤矸石自燃問題，可以采用黃土碾壓覆蓋為主，輔以局部注漿的綜合性滅火方法，即采用局部灌漿、填實(shí)孔隙、固化碎塊的簡便易行方法。黃土覆蓋壓實(shí)法是在自燃矸石山表面鋪土壓實(shí)，以隔絕空氣進(jìn)路，使自燃矸石內(nèi)部空氣耗盡后熄滅。配以改變矸石坡度、堆散高溫矸石促使降溫，自燃現(xiàn)象能得到有效控制。

3.2.2  復(fù)燃治理

針對(duì)該煤礦煤矸石可能出現(xiàn)的復(fù)燃現(xiàn)象，可采取如下措施：

矸石山頂部復(fù)燃滅火工程：頂部復(fù)燃滅火處理的方法采用灌漿封閉法和火源挖出法。根據(jù)大量測試結(jié)果表明，絕大部分自燃發(fā)生在距表面0.5～3m的范圍內(nèi)。而灌漿封閉法的灌漿深度可超過4m。因此可切斷自燃區(qū)的矸石獲得氧氣的通道，是一種比較好的滅火措施。

矸石山坡面復(fù)燃滅火工程可采用下列方法滅火：

①鋪網(wǎng)注漿法、護(hù)坡加固法；

②護(hù)坡加固法；

③綠化坡面法。

通過我們對(duì)山西其它一些煤礦矸石山的成功治理經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為采用綠化坡面法完全可以達(dá)到防止復(fù)燃的效果。該法是將坡面改造成梯田形狀，矸石山削坡開級(jí)，使邊坡處于堆積穩(wěn)定角，之間設(shè)置馬道，采用毛石擋墻護(hù)坡處理方法。邊坡削坡整治后，首先坡面采用碎矸和黃土分層碾壓，然后進(jìn)行黃土覆蓋碾壓護(hù)坡，以便綠化種植林草。修建排水溝，匯集降雨，避免雨水沿坡面流淌過程中沖刷覆土，防止矸石外露復(fù)燃。

3.2.3  土地復(fù)墾種植

在實(shí)施煤矸石治理工程前，應(yīng)先采集熟土壤，就近堆置，以備日后復(fù)墾時(shí)利用。在分層碾壓的矸石山坡面上，鋪800mm厚的種植土。

①林業(yè)復(fù)墾

樹種的選擇：矸石山植樹主要以灌木為主，喬木為輔。該煤礦屬于華北暖溫帶，落葉、闊葉林地帶，適合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的鄉(xiāng)土綠化樹種主要有白楊、黑刺槐、柳樹、榆樹、椿樹等，或種植花椒、核桃、棗以及蘋果、梨、紅果等經(jīng)濟(jì)植物，選擇在春季栽種。

樹木的栽種：樹木栽植主要在矸石山的頂部和馬道平臺(tái)，根據(jù)該地區(qū)降雨量的特點(diǎn)，采取盆栽培養(yǎng)樹苗、雨季栽植的方法。

②牧業(yè)復(fù)墾

牧業(yè)復(fù)墾一般是在未經(jīng)平整或稍加平整的矸石山上進(jìn)行。整地要提前半年進(jìn)行，以保證表層矸石充分風(fēng)化，這樣易于種植。

草種的選擇：選擇適應(yīng)種植的牧草是牧業(yè)復(fù)墾成功的關(guān)鍵，應(yīng)選播種栽植較容易、成活率高、種源豐富，育苗簡易且方法較多，適宜播種栽植時(shí)間長，發(fā)芽力強(qiáng)、繁殖力大，幼苗活力強(qiáng)，施肥反應(yīng)快、抗旱能力強(qiáng)的種類。該煤礦草種采用紫花苜蓿、沙打旺、紅豆草等品種。

③綠化灌溉給水系統(tǒng)

為了確保綠化用水，需要在矸石場馬道圍堰下鋪設(shè)給水管網(wǎng)，在干旱季節(jié)定時(shí)對(duì)灌木進(jìn)行澆水。水源引自矸石場東側(cè)廠區(qū)生活給水管。給水管采用熱鍍鋅鋼管，絲扣或法蘭連接,直埋敷設(shè)，敷設(shè)在圍堰之下，敷設(shè)深度為1.0m左右。

3.2.4  建造排水溝

該地區(qū)夏季常有暴雨，很容易沖垮覆蓋在矸石上的黃土。由于被裸露的矸石仍有較高的溫度，一旦暴露于空氣中，和容易復(fù)燃。為了保護(hù)好覆蓋封閉效果，非常重要的一點(diǎn)是矸石山馬道及斜坡上修筑好排水溝。排水溝設(shè)置位置：

①矸石山頂部平面與坡面的交界處，以避免平臺(tái)上的雨水沖刷矸石斜坡；

②矸石山斜坡上構(gòu)筑馬道平臺(tái)，再在平臺(tái)上設(shè)置排水溝，可將斜坡上的雨水起到分流作用；

③馬道平臺(tái)之間設(shè)置豎向排水溝連通，保證上部雨水順利引至山底，匯入濁漳河。

矸石山馬道上均需修建排水溝，馬道之間由坡面導(dǎo)流渠連通，矸石場底部四周建混凝土砌筑排水溝，將雨水引入濁漳河中，以防止雨季雨水排泄不暢，徑流進(jìn)入矸石山，增加煤矸石的滲濾液。同時(shí)長期浸泡使得有毒有害物質(zhì)浸出量增大，對(duì)環(huán)境的影響加劇。排水溝做法采用毛石砌筑，水泥砂漿勾縫處理。最后在矸石山四周修建重力式毛石擋土墻，用以攔擋煤矸石垮塌。

4  矸石山綜合治理中新型環(huán)保材料的應(yīng)用

生態(tài)墊，也被稱作“人工植被”或“生態(tài)植被毯”，它主要是以稻草、麥稈、棕櫚等植物纖維為原料生產(chǎn)的系列環(huán)保產(chǎn)品，具有保水、保肥、松軟、透氣等特性。成為國際上公認(rèn)的最簡捷有效的保水固土、防沙治沙、環(huán)保綠化產(chǎn)品。

在植被恢復(fù)前期，根系淺、枝葉不夠茂密，能在陡坡和有水流沖刷作用的岸坡等條件下起到強(qiáng)有力的護(hù)土作用，從而支持植物生長；另一方面，當(dāng)若干年后植被已恢復(fù)，根系發(fā)達(dá)時(shí)，棕纖維作為天然材料逐漸腐爛成為肥料，對(duì)環(huán)境污染小，而此時(shí)復(fù)合的聚合物網(wǎng)格或玻纖網(wǎng)格仍可起到加強(qiáng)植被抗沖刷能力的作用。

生態(tài)墊的出現(xiàn)和逐步推廣應(yīng)用，給矸石山坡面治理帶來了新的治理方案措施，但是由于工程造價(jià)原因以及治理后的效果有待工程實(shí)踐驗(yàn)證，所以本次工程方案僅在排水溝，擋矸墻中考慮替代部分毛石進(jìn)行試驗(yàn)性的應(yīng)用，若治理效果明顯，可以推廣到其它工程的整個(gè)坡面治理中進(jìn)行應(yīng)用。

5  總結(jié)

基于上述設(shè)計(jì)方案的論述，該煤礦矸石山綜合治理項(xiàng)目無論從理論上、還是經(jīng)濟(jì)上都是可行的，本文推薦的方案，不僅具有一定的生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而且也具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

1.《山西省環(huán)境保護(hù)“十一五”規(guī)劃》

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