矸石山生態綜合治理措施探究

李中南

（中煤科工集團南京設計研究院，江蘇 南京210031）

1 引言

煤炭開采應遵循綠色生態恢復與經濟建設共同發展的戰略，煤礦矸石山的治理應遵循“因地制宜、合理布局、分步實施”的方針。考慮到矸石自燃、風化和淋溶的潛在特點，采取注漿、放緩坡度、分層碾壓、黃土覆蓋、矸石山排灌水、矸石山坡腳擋護工程等綜合治理措施，減小矸石山潛在風險；根據矸石特有的物理、化學性質，對矸石山覆土進行生物修復并綠化，最終達到對煤矸石等固體廢棄物進行無害化處置，實現礦山經濟和生態環境雙受益的效果。

2 綜合治理措施

2.1 注漿

煤矸石主要是由灰分高、發熱量低的碳質頁巖組成，其中還夾有一些煤、黃鐵礦及回采下來的腐爛木材等可燃物，這些碳質可燃物及黃鐵礦結核的存在構成了煤矸石自燃的內在因素。高堿性石灰泥漿深部注漿的滅火機理主要是隔氧和降溫，隔氧與煤矸石內部的壓力、孔隙率和煤矸石粒徑有關，降溫則與泥漿量有關。用高堿性石灰泥漿深部注漿的工藝流程即將石灰和黏土按1∶2的比例連續投入制漿機，以一定流速加入清水，制成約50%的濃泥漿；將其移入泥漿池，制成20%左右的泥漿，然后用泵供給已經插入煤矸石燃燒區內的泥漿管，對自燃矸石堆實施滅火。其工藝流程見圖1。

圖1 矸石注漿工藝流程

2.2 黃土覆蓋

根據矸石自燃的機理，矸石自身硫鐵礦結核體是引起矸石自燃的決定因素，水和氧是矸石山自燃的必要條件，采用黃土碾壓覆蓋為主，輔以局部注漿，以隔絕空氣進路，使自燃矸石內部空氣耗盡后熄滅的綜合性滅火的方法。即采用局部灌漿、填實孔隙、固化碎塊的簡便易行方法。配以改變矸石坡度、堆散高溫矸石促使降溫，自燃現象能得到有效控制。

2.3 分層碾壓

分層碾壓是將現有的矸石的傾倒方式由“自上向下”改為“自下而上”進行分層碾壓。具體為：由下向上沿荒溝從底部分層往上回填矸石，排放過程中標高每升高5～10m建造一個臺階（分為一層），并用推土機將矸石推平壓實，即邊填邊壓，壓實后噴灑石灰水、并覆蓋黃土（圖2）。

2.4 放緩坡度

3 矸石山邊坡治理

3.1 支擋

支擋（支護、擋墻等）是邊坡治理的基本措施。對于不穩定的邊坡巖土體，使用支擋結構（支護、擋墻等）對其進行支擋，是較為可靠的。支擋主要分為以下幾種。

3.1.1 混凝土攔擋

在排棄渣石較多，壓力較大時，且要求絕對安全穩定，而漿砌石工程和其它粘土工程不能達到要求時，需采用混凝土擋土工程。

3.1.2 漿砌石、干砌石攔擋

在使用混凝土較為困難，備土壓力較小，又能夠滿足安全要求的地段上，可采用漿砌石或干砌石工程。在砌石工程中，需注意修建基礎。如基底為基石可不必修筑基礎，如基底為土石混合物或為土壤，則必須修建基礎。基礎埋深應當在當地凍土層以下。砌石規格應呈梯形，下底寬、上底窄。其寬度與高度依據擋土墻承載壓力和矸石的壓力而定，一般成正比關系。漿砌石擋土墻要每隔5m留設一個排水孔，以排泄墻體內的積水，還要每隔10m留設一道伸縮縫，以防止熱脹冷縮破壞墻體。

3.1.3 格賓網擋護

修筑混凝土或漿砌石、干砌石擋土工程時，需要地基平整并牢固，不能出現下沉和土塊滑動現象，才能保證擋土墻安全。否則，需修筑格賓網擋土工程。

格賓網擋土墻的規格為高0.5～1.0m、寬度1m、長度1～3m。網內填入石料后，將格賓網加蓋用鋼絲系緊。擋土墻較高時，如超過4～5m，使用規格高0.5m的比1.0m的更有利。

3.2 邊坡防護

3.2.1 掛網客土噴播

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掛網客土噴播技術的原理是將催芽后的植物種子、水、纖維覆蓋物、粘合劑、保水劑、肥料等按一定的比例攪拌混合后，通過特制噴混系統噴播到掛有鍍鋅鐵絲網（如格柵網等）的裸露坡面上，形成均勻的基質覆蓋層。

植被恢復后，發達的根系可通過基材深入到巖體的節埋和裂隙中，能達到永久固坡和美化環境的雙重目的。掛網噴播技術設計示意圖見圖3。

3.2.2 植生袋坡面植被

采用內附種子層的土工材料袋，通過在袋內裝入植物生長的土壤材料，在坡面或坡腳以不同方式碼放，起到攔擋防護、防止土壤侵蝕，同時恢復植被的一項工程技術。該技術對坡面質地無限制性要求，尤其適宜于坡度大的坡面，是一種見效快且效果穩定的坡面植被恢復方式。植生袋施工碼放設計示意圖見圖4。

圖3 掛網噴播技術設計示意

3.2.3 三維網邊坡植被

三維網邊坡植被恢復在工程實踐中，常與覆土播種、客土噴播、液力噴播等技術結合使用，能有效起到加固、附著的作用，能夠保證植被恢復效果的持續穩定。三維網邊坡植被恢復技術示意圖見圖5。

4 矸石山排水措施

矸石山山體坡度大，而產生徑流，不易存留降水。矸石質地松散，孔隙度大，含水量較少，連續的降雨天氣可使大量雨水下滲到矸石的孔隙中，加大滑坡體的質量，使下滑距離增加，此時將會導致滑坡產生，因此應建立排水系統。

4.1 排水系統布設形式

為防止矸石山表面覆土后受到侵蝕，產生水土流失，防止因雨水沖刷而引起矸石山體滑坡，矸石山還需建立完整的排水系統。矸石山常見的梯田式和螺旋式的排水系統見圖6。

圖4 植生袋施工碼放設計示意

圖5 三維網邊坡植被恢復技術示意

圖6的排水方式是將上部坡面與本臺階面的匯水匯入臺階面上的排水溝，再流向設在階梯通道處的下山排水通道而匯人山腳排水溝，而螺旋線式排水線路亦呈螺旋線狀，可以看出越向山腳方向，匯水面積越大，排水負擔越重，可以在矸石山底部多設一些下山排水通道。實現邊坡與矸石場周邊空間立體排水的效果。

4.2 排水工程種類

排水工程按布設形式分為兩類：明排和暗排。明排主要包括漿砌石水渠工程、干砌石水渠工程、混凝土水渠、鋪設草皮水渠、編籬水渠、格賓網水渠、土袋水渠等。暗排主要包括管道式排水和涵洞式排水。

圖6 矸石山常見排水系統

4.3 截排水工程

截排水工程既可將雨洪截留在矸石山上，亦可防止水對土壤的沖刷徑流，有效的防止了滑坡和泥石流。其主要包括：矸石山外圍排水溝、內部排水溝、草溝三級排水系統。流程為：矸石山整理后，在各平臺內側建立拋物線型草溝，各臺階草溝與山上到山下內部漿砌石排水溝相連，匯水至外圍排水溝，進入污水處理廠。根據水土保持原理，按照現場狀況作業需要、區域降水流量等，計算出最大安全流速，從而確定溝面材料和溝斷面面積、形狀、大小等。

規格為：一般草溝在平臺內側，按地形調整至平順曲線為草溝中心線，挖到設計深度、寬度后，將疏松表土覆蓋其上，每隔10～20cm挖一橫向直溝，用分株法種植匍匐性草類，覆土后踏實。排水溝與上山道路、臺階相配置。排水溝一般斷面為梯形，挖掘時按設計斷面及坡降整平，水溝兩側與地面密合，溝緣植草保護，保持流水順暢。

4.4 生物修復

矸石主要化學成分中包括黃鐵礦、黃鐵礦的氧化會釋放出酸性物質，妨礙植物的生長。同時矸石山覆土植物營養貧乏、鹽分過高，需要對矸石山進行生物修復，可通過客土法、生物熟化法、施肥法及化學調解法等方式對矸石山覆土進行改良。

4.5 整體綠化

整體綠化主要在于選擇適宜的植物種類，亦為礦山矸石山生態恢復的關鍵技術之一。煤矸石山立地條件極端惡劣，所以應首先選取耐干旱、耐高溫、耐貧瘠、速生、高產的草本或者灌木種類。此類植物生長迅速，可有效改善遭破壞的生態環境，也可為其他種類的植物遷移、定居創造條件。

在植物栽植過程中，根據煤矸石山的組成元素，鋪一定的水肥，尤其是微生物肥，有利于植物的快速生長和改善立地條件。在樹種栽植時間上，秋整春種有利于蓄水保秧，可以提高造林成活率。在種植方式上，可針對不同的植物種類，而采取不同的種植方式，如：落葉喬木、灌木采用少量的配土進行栽植，對常綠樹種采用土球移植進行栽植，對草本植物采用蘸泥漿或者拌土播種栽植。

5 結語

煤礦矸石山采取的治理措施，如放緩坡度、分層碾壓、黃土覆蓋、矸石山排灌水措施、矸石山坡腳擋護工程和整體綠化等綜合治理措施，可達到礦山“以害治害，變害為利”的目的，避免矸石山產生的危害、取得改善生態環境效益的同時可獲得良好的經濟效益。

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