廣西合山煤田大型煤矸石堆綜合治理對策研究

李志偉 李遠耀* 孫 濤

(中國地質大學(武漢)地質調查研究院，湖北 武漢 430074)

廣西合山煤田大型煤矸石堆綜合治理對策研究

李志偉 李遠耀* 孫 濤

(中國地質大學(武漢)地質調查研究院，湖北 武漢 430074)

以廣西合山煤田里蘭大型煤矸石堆為例，對其綜合治理對策展開了研究，采取工程治理措施，對煤矸石山進行整形加固，并通過生態治理措施恢復改善堆積區的生態環境，最后因地制宜輔以配套設施建設，將煤矸石堆改造為城市休閑場所和旅游觀光景點，取得了良好的經濟、環境及社會效益。

大型煤矸石堆，綜合治理對策，地質環境問題，資源化利用

0 引言

煤矸石是采煤或洗煤過程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石[1]。其主要來源有三種：巷道掘進時開采出的煤矸石、煤層頂底板及夾層中的煤矸石、洗煤過程中篩選出的煤矸石。

目前，我國煤礦有大型矸石山1 500多座[2，3]，煤矸石歷年堆存總量已超過40億t，占全國工業固體廢棄物的40%，占地約5 500 hm2。今后我國每年將排放矸石約3億t，約占地300 hm2～400 hm2。長期以來，由于在煤礦閉礦前，沒有科學地選擇排矸場地，對煤矸石缺乏合理安置，大量廢棄的煤矸石隨意堆放，導致了諸如壓占土地、景觀地貌破壞、土地肥力下降、水土流失、揚塵、自燃矸石山的大氣污染以及矸石淋溶水對礦區土壤和水資源的污染等各種生態與地質環境問題[4，5]。

因而，探討煤炭礦山閉坑之后煤矸石的綜合治理與恢復方法，對于改善礦區地質生態環境及增加土地資源具有重要意義。廣西合山市是我國南方重要的煤炭資源城市，煤礦資源的開發和利用導致了該市嚴重的礦山地質環境問題。本文以合山煤田里蘭大型煤矸石堆為例，探討了大型煤矸石山綜合治理的過程和方法，以期為今后煤矸石堆的恢復治理提供一種參考模式。

1 大型煤矸石堆基本特征

1.1 研究區基本概況

合山市地處桂西巖溶地區與桂中準平原地區過渡地帶，屬向斜盆地，素有“百年煤都”之稱，是廣西壯族自治區最大的煤炭生產基地，藏煤面積約260 km2，煤田地質儲量約有6.7億t。合山市大型煤矸石堆GD06位于合山市里蘭礦區中部，面積0.481 km2，其西北側緊鄰紅水河江濱和合山電廠，東北側距離合山市政府0.6 km。

1.2 大型煤矸石基本特征

里蘭礦區GD06大型煤矸石堆所在區域地貌以低山峰林平原地貌為主，總體地勢東南高，西北低，地形標高104 m～160 m，相對高差15 m～60 m，煤矸石堆方量為1 091 700 m3。大型煤矸石堆位于一個孤立小山上，原為開采煤礦的礦山用地，山頂及東部依山堆集有大量煤矸石，堆填后山頂比原始地形高出約10 m。煤矸石山坡度10°～30°，由于煤矸石堆積，研究區北東和南東側局部形成陡坡，坡度達40°，坡面植被不發育，以少量灌木及草叢為主，見圖1。

2 煤矸石堆形成的地質環境問題

煤矸石的露天堆放不僅占用大量土地，對大氣、土壤、地下水產生污染，還對礦區的自然景觀造成一定影響。在極端的氣候條件下，可能產生滑坡和泥石流現象[6,7]。在里蘭礦區，大煤矸石堆造成的主要地質環境問題分析如下。

2.1 土地資源的占用和破壞

土地資源的占用和破壞是礦區最主要的地質環境問題，其主要表現為以下方面：堆煤場壓占土地和煤矸石堆壓占破壞土地，見圖2。堆煤場位于治理區里蘭箕斗井井口北東向。由于閉礦后未實施相關的治理工程，開采區內煤矸石隨處堆放、人工棄土未經整平處理。根據現場調查統計，煤矸石堆積對土地資源破壞總面積約36 390.58 m2。

2.2 地形地貌景觀破壞

原里蘭礦開采方式以地下平巷、斜井開采為主，在開采過程中產生的大量廢棄煤矸石雜亂堆積于開采井附近的斜坡谷底一帶，數十年積累的煤矸石形成許多大小不一、堆放無序的矸石山，致使地面凸起成山狀，局部地段遮擋住視線，原林草植被均被破壞，雜草叢生，嚴重影響了原有地形地貌。

2.3 矸石堆淋濾液污染水環境

自然狀態下，大氣降水滲入煤矸石堆體中，滲流水不僅能把煤矸石孔隙中細小的破碎物質帶走，還能把煤矸石中易溶成分溶解析出。根據煤矸石樣品浸溶實驗結果(見表1)[8]，可知煤矸石淋溶液中重金屬元素Cd，Ni，Pb，As都超過了背景樣及雨水樣中相應各種元素的含量，對環境危害較大。煤矸石淋濾液中氟離子、硫酸根含量同樣均遠遠超過了背景樣及雨水樣中氟離子硫酸根含量。說明里蘭礦區以及礦區附近的地表水及地下水受到煤矸石淋濾作用的影響而產生水污染，若煤矸石繼續堆積在礦區，水質還將進一步惡化。

表1 水樣中主要陽離子含量 mg/L

2.4 矸石山不穩定斜坡

合山市大型煤矸石堆坡高在20 m～60 m左右，坡角一般大于自然休止角，最大可達40°。頂部常見裂縫發育，在極端天氣下有可能導致邊坡失穩。根據實際調查情況分析，該區煤矸石主要失穩破壞模式是圓弧滑動和坡面滑動。利用瑞典條分法和簡布法，對研究區內六條剖面進行計算，經計算分析，治理區典型斜坡治理前穩定性系數均小于1.25，在暴雨或持續降雨作用下處于欠穩定狀態。因此，需要采用相應措施進行斜坡治理。

3 綜合治理對策及方法

針對國內外對煤矸石堆的治理利用現狀及研究進展[9,10]，結合里蘭礦區的實際情況，筆者認為，對礦區閉礦后的恢復治理，必須因地制宜根據具體要求設計治理對策，在恢復當地生態環境的同時，將煤矸石礦山充分利用起來。本文主要從以下方面論述大型煤矸石堆資源化綜合治理的對策與方法。

3.1 綜合治理設計

針對矸石堆地質環境現狀，需要對區內的煤矸石堆壓占區以及周邊影響區進行治理，治理區平面總面積0.144 km2，治理工程平面布置圖如圖3所示。

在治理過程中，應嚴格遵循綜合治理原則，做到既要節約資源，提高資源利用效率，又要最大限度地減少煤礦生產對環境的破壞，最終實現社會經濟與資源環境和諧發展。綜合治理流程圖見圖4。

1)削填方工程。根據現狀地形，考慮斜坡穩定性、綠化和市民休閑用地的坡度要求，對煤矸石堆進行削坡。削填方工程布置在煤矸石堆北東側、東側、南側不穩定斜坡和各條道路上，計劃削坡坡率約1∶2.7～1∶4.3,填方工程主要包括南部坡面填筑和道路路基填筑?；靥顣r，材料自下而上為：煤矸石、礦渣廢棄土。削坡、填方完畢后，在坡面、平臺及道路綠化區回填粘土和耕植土，粘土覆土量為6 112.45 m3，耕植土覆土方量為15 871.50 m3。

2)擋墻支護工程。矸堆未治理前，在大暴雨、連續降雨等極端工況下，極易引起滑坡或泥石流。根據勘查結果，對煤矸石堆中的局部不穩定斜坡、山頂165.0 m與162.0 m高程平臺間、變電站前道路內側及平臺樓梯、道路與擋墻相交處采用擋土墻進行加固支護，根據具體情況共布設6類擋墻，總長度為809.29 m。

3)坡面平整工程。坡面平整主要分布在未經削坡區域，治理區大部分坡面上被雜草和廢棄物覆蓋，同時在治理區里蘭斜井北東側斜坡上散布大量的建筑垃圾3 410.92 m3。需要坡面整平的大部分區域坡度較陡，采用人工清理，包括清理雜草樹木、棄土方和建筑垃圾。根據現場實際情況，整平厚度取0.2 m～0.5 m，清理表土總土方量為25 725.43 m3。

4)路網工程。由于矸堆位于一座小山之上，根據市民的實際要求，將煤矸石礦山改建為供市民休閑娛樂的場所。因此路網工程與其他措施同時進行。道路根據地形條件、路面材料等分為2個類型：水泥磚路和臺階路。Ⅰ區共分六環六縱以及平臺小路，總長度為2 242.75 m。

5)排水工程。合山市屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，在坡面設置各類排水溝，不僅能夠減小水流的匯集，避免水流對坡腳植被和土壤的沖刷，起到了一定的護坡作用；同時減少了雨水的入滲量，一定程度上減緩了對坡下煤矸石的淋濾作用。沿道路布置的排水溝有12條，坡面排水溝有1條，區內布置暗溝共有15條，沉砂池布置在環一路、環二路與縱一路、縱二路排水溝交匯處，共3個。通過以上做法將排水工程構成一個整體，最大程度發揮其作用。

6)綠化工程。對大型煤矸石堆的道路、坡面以及觀景平臺進行平整、覆耕植土，并植草和種植觀景樹。綠化工程總共分為三部分：道路綠化、坡面綠化、平臺綠化。道路綠化采用“喬木+灌木”的種植模式，主要布置在環一路、環三路、縱五路兩側，綠化帶長度333 m；斜坡采用“喬木+灌木+地被”的種植模式，坡面綠化布置在煤矸石堆削坡后的斜坡及其他平整后的坡面上，綠化面積為64 727.37 m2；平臺綠化以樹池、綠化小品和地被為主，采用“喬木+灌木+地被”的種植模式。

3.2 治理工程效益

綜合治理工程實施后，煤矸石堆積區存在的不穩定斜坡、泥石流等地質災害危害將得到徹底治理，消除了其對周邊市民的影響。煤矸石堆進行掩埋和復綠后，將有效地抑制有毒有害廢水、廢渣對周邊水土的污染，使水、土的質量根本好轉，土地資源得到恢復。治理后，預計達到礦山土地恢復率90%，固體廢物治理率95%，礦山次生不穩定斜坡治理率至100%，礦山植被覆蓋率達90%。

煤矸石堆轉型為礦山公園后，能夠對外開放，為公眾普及礦產資源知識，此外，治理后減輕了空氣、水環境污染，改善當地群眾的生產條件和生活環境，提高人們的生活質量。對緩解因礦山地質環境惡化引起的一系列社會矛盾，維護當地社會大局的持續穩定，構建和諧社會具有重要意義。

4 結語

本文分析了煤矸石堆造成的礦山地質環境問題，提出了綜合治理與利用并進的設計思想，通過工程治理、生態治理、配套基礎設施建設等三項治理措施，有針對性地解決或緩解了礦區的問題。經綜合恢復治理后，里蘭大型煤矸石堆被改造為環境優美的休閑觀光場所，并成為合山國家礦山公園的核心園區之一。不僅獲得了生態環境效益，還獲得了可觀的經濟、社會效益，為資源枯竭型城市轉型、實現社會經濟可持續發展提供了有益的思路。

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The comprehensive governance countermeasure research of large coal gangue heap in Guangxi Heshan

Li Zhiwei Li Yuanyao* Sun Tao

(GeologicalSurvey,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China)

This paper takes Guangxi Lilan coal field as an example to discuss the comprehensive governance countermeasures of coal gangue heap. Engineering control measures, first of all, were used to shape and reinforce the coal gangue mountain and biological engineering measures to restore and improve the ecological environment, finally to transform the local gangue heap into an urban leisure place and tourist attraction by setting up supporting facilities in accordance with local conditions. The city had achieved good economic, environmental and social benefits.

large coal gangue heap, comprehensive control countermeasures, environmental geological problems, resource utilization

2015-01-12

李志偉(1989- )，男，在讀碩士

李遠耀

1009-6825(2015)09-0197-03

TD989

A