淺談山西礦矸石山的治理

韓長(zhǎng)云，陸 媛

（江西省煤田地質(zhì)局一九五地質(zhì)隊(duì)，江西 豐城331100）

矸石山對(duì)環(huán)境的危害很大，礦山應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況對(duì)煤礦矸石山進(jìn)行綜合治理。

1 概況

山西煤礦位于豐城市區(qū)162°方向，直距26km，其行政區(qū)隸屬豐城市洛市鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)位于豐城市洛市礦區(qū)山西一井田內(nèi)，其設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300kt／a。

本煤礦現(xiàn)有矸石堆場(chǎng)3處，分布于煤礦的主、副井口附近。矸石的堆放污染了礦區(qū)的大氣.使空氣質(zhì)量下降并且污染水和土壤，還很容易形成滑坡、坍塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，是本礦主要地質(zhì)環(huán)境影響因素。

GS1矸石堆場(chǎng)，高度大約12m，結(jié)構(gòu)松散，未加任何攔擋措施，穩(wěn)定性差，易發(fā)生崩塌，雨季持續(xù)強(qiáng)降雨可能導(dǎo)致矸石堆的松散堆積物沿溝谷而下，對(duì)位于溝谷下方的礦部造成一定程度的威脅（見圖1－1）。

GS2矸石堆場(chǎng)，由于年代久遠(yuǎn)，矸石堆場(chǎng)表面已長(zhǎng)滿了植物，恢復(fù)了植被，周邊基本無建筑設(shè)施，其危險(xiǎn)性不大，暴雨期矸石場(chǎng)引發(fā)或加劇泥石流的可能性較小（見圖1－2）。

GS3矸石堆場(chǎng)，廢渣沿溝谷堆放，顆粒較細(xì)小且結(jié)構(gòu)松散，未加任何攔擋措施，穩(wěn)定性差，易發(fā)生垮塌，雨季持續(xù)強(qiáng)降雨可能導(dǎo)致矸石堆的松散堆積物沿溝谷而下，淤塞下游的水塘等（見圖1－3）。

礦區(qū)內(nèi)可采煤層硫含量均較低，屬低硫煤。矸石堆場(chǎng)的淋溶水質(zhì)中硫含量也相對(duì)較低，因此對(duì)水質(zhì)影響不大。

圖1 山西礦的三處矸石堆場(chǎng)

2 矸石治理工程

GS1矸石堆場(chǎng)地處緩坡上，下方是其它工礦用地，為了保持矸石山的穩(wěn)定性，減少其危害故需在矸石堆場(chǎng)下方設(shè)置擋矸墻，外圍、底部及擋墻外趾部建排水溝、中和沉淀池，為凈化水質(zhì)，污水經(jīng)過沉淀池處理后外排至地表水系中。

2.1 截、排水溝

（1）截、排水溝的設(shè)計(jì)

① 水流速度（V）：本截水溝擬采用漿砌塊石，依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014－2006）中明渠設(shè)計(jì)最大流速的限值要求，取水流速度V＝3.0m／s。

② 雨 水 流 量 （Q）：依 據(jù) 《室 外 排 水 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范》（GB50014－2006）中有關(guān)內(nèi)容和規(guī)定，選擇江西省建筑設(shè)計(jì)院采用數(shù)量統(tǒng)計(jì)法修訂的江西省宜春地區(qū)暴雨強(qiáng)度、雨水流量公式：

式中：q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L／s·hm2；t為降雨歷時(shí)，取60 min；P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，取10年。

計(jì)算結(jié)果：

雨水流量公式：

式中：Q為設(shè)計(jì)雨水流量，L／s；q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L／s·hm2；ψ為徑流系數(shù)，取0.15；F為匯水面積，取10.0hm2。

計(jì)算結(jié)果：

③ 水流有效斷面面積（A）

式中：A為水流有效斷面面積，m2；Q為設(shè)計(jì)流量，m3／s；v為流速，m／s。

2.2 中和沉淀池

（1）沉淀池構(gòu)造的設(shè)計(jì)。沉淀池工作寬度確定：

式中：B為沉淀池工作寬度，m；Q為通過沉淀池的工作流量，m3／s；H為沉淀池工作水深，m，可取池廂深度的70%～75%；V為沉淀池平均流速，m／s。

根據(jù)流過沉淀池的工作流量和平均流速，可計(jì)算出沉淀池的工作寬度為1.6m，池廂深度1.5m。

沉淀池工作長(zhǎng)度確定：

式中：L為沉淀池工作長(zhǎng)度，m；W為安全系數(shù)；e為泥沙沉降速度，mm／s；計(jì)算得沉淀池長(zhǎng)3.2m。

在截、排水溝的出口處設(shè)置中和沉淀池，與周邊排水系統(tǒng)相接。暴雨期間，匯流的雨水夾雜碎矸石等顆粒進(jìn)入沉淀池，雨水被收集到沉淀池后，懸浮物經(jīng)過重力沉降進(jìn)入沉淀池底部，礦方應(yīng)定期或不定期的添加中和物料及清理池中沉積的泥沙。

2.3 擋矸墻

為了保持矸石山的穩(wěn)定性，依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ／T0218－2006），《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ／T0219—2006），根據(jù)矸石山的實(shí)際狀態(tài)在矸石山下方設(shè)置擋矸墻，設(shè)計(jì)為垂直式擋矸墻，墻高3.0m，墻頂寬1.0m，墻面坡比1∶0.25；擋墻基礎(chǔ)深1.0m；墻頂根據(jù)坡面地形控制，設(shè)計(jì)擋矸墻總長(zhǎng)80m（見圖2）。

圖2 擋矸墻斷面

3 矸石治理效益

礦區(qū)通過對(duì)矸石山的治理，減少了矸石對(duì)環(huán)境的危害，保持了矸石山的穩(wěn)定性，使強(qiáng)降雨期間造成崩塌、滑坡、泥石流的可能性較小，并使礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)不受威脅，提高了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

〔1〕李永生 .煤矸石及其綜合利用〔M〕.北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

〔2〕時(shí)鵬輝，李多松 .煤矸石的綜合利用〔J〕.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2006.