淺談云南省興云煤礦小鹿塘排矸場安全綜合治理方案

摘 要：云南省興云煤礦矸石山治理前由于連降暴雨，矸石山堆砌不符合規范要求，泄水不暢，導致矸石山局部滑坡，使攔矸壩局部垮塌，造成了經濟財產損失及安全隱患，通過本次的治理，提出科學合理、切實可行的治理方案，減小矸石山對周邊環境的污染及威脅。實現以害治害，變害為利的目的，取得環境和經濟的雙重效益。

關鍵詞：云南省興云煤礦矸石山；治理方案；綠化

1 概述

伴隨著采掘機械化的發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后會污染大氣和水源，造成嚴重的后果。煤矸石燃燒時散發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。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。

2 煤礦背景及矸石山現狀

2.1 煤礦背景

興云煤礦截止至2014年12月31日礦山累計采出原煤約786.76萬噸，開采消耗817.54萬噸，回采率約96%，采區回采率較高。

2.2 矸石山現狀

興云煤礦的排矸場設在工業場地的南面小鹿塘山坳里，煤礦年產矸石約5wt，合10wm3/a，自煤礦投產以來，排矸場已排棄約18年矸石，由于早年煤礦產量較小，矸石產量也相對較小，故排矸場目前約堆放了120wm3矸石。1995年，興云煤礦重新規劃后排矸場設計容量為230wm3，目前剩余容量約110wm3，按設計產量計算還夠存儲約10年。但由于排矸場未按設計要求分臺階堆放、碾壓及黃土覆蓋等，實際堆放時堆放較為集中，堆放高度大，坡度陡峭，煤矸石中還夾雜一定煤泥，原排水系統較欠缺，鋼筋混凝土擋矸壩未采取濾排水等措施。導致2014年7月，由于富源縣連降暴雨，造成排矸場大面滑坡，將原排矸場西面至南面的涵洞排水入口全部堵塞，形成泥石流，將位于東邊的原鋼筋混凝土擋矸壩南部一段全部沖毀。煤矸石及煤泥大量涌出擋矸壩外的一磚廠及河流，造成了一定的環境污染和財產損失。

3 治理依據

3.1 本次治理的任務

根據排矸場現狀。本次排矸場安全綜合治理方案，分以下三個部分進行：（1）對位于東邊現有未沖毀的鋼筋混凝土擋矸壩進行修復加固，對沖毀部分在原址新建。（2）對排矸場進行削坡減載處理。原排矸場的堆放較為集中，堆放高度大，坡度陡峭，本次治理將按照規范和相關技術要求對排矸場進行削坡減載等處理。（3）完善整個排矸場的排水系統。包括原擋矸壩的泄水孔處理、原排矸場西面至南面的涵洞及排水明溝的完善等。

3.2 治理依據及原則

3.2.1 堆放場地的選擇。堆放場地應選擇在基底透水性較好的場地，在有條件的情況下，應選擇在溝谷型場地進行排矸場堆放。

3.2.2 堆放形式方面，具體措施如下：（1）在矸石堆放中應采取一定工程措施增加排矸場的固結程度，如：分層堆放，嚴格控制每層高度，有條件的情況下進行分層碾壓等；（2）對排矸場做好完善的淺、深層排水通道，有利于提高排矸場的整體穩定性；（3）合理選取矸石散體堆放的坡高、坡角控制比例，堆積坡度一般不得大于42°。

3.2.3 通過排矸場的變形監控達到以下目的。（1）通過沉降觀測可確定其固結度，并進一步在此基礎上分析穩定安全儲備，控制下一階段的排棄強度；（2）通過控制點的水平和垂直位移趨勢觀測，通過其收斂特征，進行滑坡預報。

3.2.4 排矸場的整治措施。（1）在固結前即支護，支護體對排矸場散體起到了更好的變形約束作用，而且坡面主壓力矢量也有一定程度降低；（2）如果選擇在坡中部設置支擋結構，首先保證基腳的穩定，保證基腳下部的矸石已完全固結，同時還應分析新堆矸石對下部矸石引起的進一步變形情況；（3）對矸石的整體卸載，應根據應力分布、位移分布，速度場的分布合理選擇開挖卸載區域；（4）在坡面進行植被恢復能大大降低雨水對排矸場穩定性的影響。

4 治理內容

根據治理任務，以下對本次治理的內容進行說明

4.1 排矸場削坡減載工程

興云煤礦原排矸場的堆積高度較高，坡度較陡，目前最高堆積標高為+2128.0m，最低擋矸壩底標高為+2020.0m，高差108.0m。

在本方案中，擬將排矸場的最高排棄高度降低至+2080.0m后，不再在原排矸場處排棄矸石。

降低標高后的排矸場最低標高為+2037.5m，比擋矸壩頂標高+2040.0m低2.5m，平段為5.0m，后分為4個坡段，坡度為1：2.0（約26°）第一、第二坡段長度為20.0m，高度為10m，兩坡段間設2.0m寬馬道及1.0m×1.0m排水溝，作為第二、三、四坡段的地表水截水溝。第三坡段長22.0m，高度11.0m，第四坡段長23.0m，高度為11.5m，排矸場頂部標高+2080.0m。

排矸場在重新堆積的過程中，有條件的情況下進行分層碾壓，分層碾壓的方法為由下至上每2m用推土機進行推平壓實，壓實后噴灑石灰水，并覆蓋黃土，因興云煤礦不再在小鹿塘排棄矸石，在排矸場重新堆積完成后，在坡面進行撒草籽，種植喬、灌木類植物等一些植被恢復措施。

4.2 排矸場排水系統完善工程

（1）排矸場西南面山溝中的山澗水。興云煤礦小鹿塘排矸場地處一條東南高，西北低的山溝中，匯水面積約0.56km2，山溝中有季節性溪流通過，現有一條涵洞從排矸場南面穿過排矸場南部邊緣，將山澗水引出場外，但由于涵洞入口位置處時常被堵塞，在村莊東南面，雨季時會形成小型堰塞湖，造成安全隱患，本次治理中，在排矸場西南面涵洞入口位置處重新砌筑一道小型擋矸壩，防止矸石滾落堵塞涵洞口，同時，在涵洞口西面重新砌筑排水溝，并加設跌水井，防止沿山澗流下的碎石泥沙堵塞涵洞口。（2）排矸場場地內的地表水。本次治理中，在排矸場南面邊緣設置頂寬2.0m，底寬1.2m，高度為1.8m的梯形截面排水溝，由西向東引出場外，在重新堆積后的排矸場第一坡段頂及擋矸壩后平段位置設置北高南低的1.0m×1.0m的排水溝，將排矸場坡面流下的地表水引至南面的排水溝。在通往村莊的道路中段南面有一條山澗，有季節性溪水流淌，故山澗與道路相連的地方設置涵洞，穿過便道，將其一并匯入排水溝引出場外。（3）排矸場邊坡監測措施。定期對排矸場經行水平和垂直位移趨勢觀測，通過其收斂特征，進行滑坡預報。特別是雨季時，應縮短監測的間隔時間，對正在滑動的土體，需嚴密監控，必要時進行晝夜連續觀測。

5 結束語

根據我國有關礦山煤礦排矸場的地理特點及物質組成和地質環境治理的要求，對排矸場主要采取放緩坡度、分層碾壓，黃土覆蓋，排矸場排灌水措施、排矸場坡腳擋護工程和整體綠化。

按國家有關規范、規定要求，施工單位按照我院的設計施工圖，在今年雨季之前，云南省興云煤礦小鹿塘排矸場安全綜合治理工程的三個部分：擋矸壩壩體新建、修復加固工程已全部完成；排矸場的排水系統工程已基本完成；排矸場削坡減載工程，由于受雨季影響較大，只完成了能施工的部分，還有部分未完成，整體綠化也未完成。就已完工的情況，已達到的綜合治理的要求，消除排矸場的安全及環境隱患。今年雨水、雨量比往年均較多，現雨季已過大半，排矸場的安全綜合治理工程經受住了嚴峻的考驗，證明是安全可靠的，達到了設計要求和安全綜合治理的預期目的。

今后需繼續完成未完成的排矸場削坡減載工程和整體綠化工程等綜合治理措施，定期對排矸場經行水平和垂直位移趨勢觀測。實現排矸場“變害為利”的目的，從而取得環境和經濟的雙重效益。