自燃煤矸石場治理生態(tài)恢復的技術要點

史興魚

呂梁市環(huán)境監(jiān)察支隊 山西呂梁 033000

近年來，由于采煤技術的不斷發(fā)展，我國對煤矸石的利用水平不斷提高，但煤矸石的堆積量還以每年上億噸的速度不斷上漲。如山西汾西礦業(yè)集團的柳灣煤礦、高陽煤礦、水峪三大煤礦在采煤和選洗生產(chǎn)過程中每年產(chǎn)生煤矸石約為232萬t/a。矸石場現(xiàn)存煤矸石約1200多萬立方。這些矸石山不僅占用寶貴的土地資源，而且發(fā)生自燃，造成嚴重的大氣污染、土壤質(zhì)量下降、生物多樣性喪失、自然景觀破壞等生態(tài)環(huán)境問題[1]。

1 自燃煤矸石對生態(tài)環(huán)境的影響

1.1 煤矸石自燃的危害

在大部分煤礦中，煤矸石都是通過露天堆放的方式進行處理，再加上煤矸石中含硫高，同時含有大量的可燃物如殘煤、碳質(zhì)泥巖以及廢木材等，這就為煤矸石的自燃提供了燃燒條件。在長期堆放的過程中，煤矸石堆中積累的熱量不斷增加，一旦內(nèi)部溫度達到煤矸石中可燃物的燃點，煤矸石就會發(fā)生自燃。在煤矸石自燃的過程中，會釋放出大量一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫和氮氧化合物等有害氣體，自燃可長達十年甚至更久。嚴重影響到矸石山周圍環(huán)境的大氣質(zhì)量[2]。

1.2 淋溶水污染對環(huán)境的影響

煤矸石中主要含有二氧化硅和氧化鋁以及鐵錳等常量元素，除此之外，還有Pb、Cr、Hg、As、Cd等微量重金屬元素。煤矸石在露天堆放的情況下，受風吹、日曬以及雨淋等自然環(huán)境的影響，或者長期處于浸漬狀態(tài)，矸石中的粉塵會轉化為水中懸浮物，煤矸石中的這些重金屬元素會通過雨水淋溶進入地下水域或土壤，從而對土壤環(huán)境和水環(huán)境造成污染。據(jù)山西相關礦務局調(diào)查Fe、Cd、Hg、Pb都遠遠低于HDWS標準。

1.3 揚塵對環(huán)境的影響

煤矸石露天堆放，煤矸石表面在風華作用下會化成粉塵，在風力作用下，會對矸石山周圍大氣環(huán)境造成影響。據(jù)分析，揚塵地點離矸石山距離越近越嚴重，并且揚塵量與當?shù)仫L速成正比，而當風速一定時，煤塊的大小重量小，煤粉多，吹揚量比較大。而矸石粒度，重量，大小相對較大，粉末少，所以吹揚量比較少。對于露天堆放的煤矸石，山體的干燥和濕潤度是尤為重要的因素。如果潮濕的煤矸石長期處于冷熱交替的環(huán)境下，會大大加速風化。根據(jù)有關專家研究和工業(yè)應用表明，煤矸石覆層下0.5m至幾米，風化程度大大降低，幾乎不會風化。而有一部分矸石山，由于年代比較久遠，堆放時間較長，導致風化比較嚴重，稍有風力作用，便會產(chǎn)生大量揚塵，對矸石山周圍居住的居民造成很大影響，甚至感染呼吸道疾病[3]。

1.4 自然煤矸石場的安全隱患

矸石排放場都是將矸石提升到地面，再由皮帶運送至排矸場頂，平均起堆高度分別在20～100m左右，矸石堆的自然安息角大部分大于40°，有發(fā)生滑坡的危險。如果發(fā)生矸石山滑坡，必將對矸石山下側的道路、附近村莊及周圍環(huán)境帶來嚴重的影響，易造成人身傷亡事故及財產(chǎn)損失[4]。

2 自燃煤矸石場治理生態(tài)恢復的技術要點

2.1 防范煤矸石自燃

依據(jù)矸石山自燃機理及特點、著火點分布規(guī)律及火情探測技術，采用挖除滅火、換填滅火、噴射注漿滅火等多種滅火方法系統(tǒng)結合的方式進行滅火防治。對于已經(jīng)發(fā)生大規(guī)模自燃的矸石山，根據(jù)近年來山西汾西礦業(yè)集團的柳灣煤礦、高陽煤礦、水峪三大煤礦矸石山處置情況看，比較有效合理的滅火施工主要工藝包括溫度勘察、挖除滅火、開溝注漿滅火、噴射注漿滅火、深孔注漿滅火等。根據(jù)溫度勘測結果及現(xiàn)地著火情況，對不同區(qū)域采用相應的滅火方法進行滅火施工。一般采取由下往上、由外圍區(qū)向核心區(qū)（低溫區(qū)向高溫區(qū)）逐步推進的方法進行滅火施工，即可滅火，又能防治復燃，效果十分明顯。

2.2 土壤生態(tài)環(huán)境恢復

自燃煤矸石場的土壤含有有毒物質(zhì)。同時，自燃煤矸石場的土壤缺乏天然土壤的養(yǎng)分。在前期準備工作中，如果對土壤中的有毒物質(zhì)處理不徹底或對影響土地的不利因素分析不充分，很容易造成恢復工作無法進行或經(jīng)不起時間的驗證，最終導致生態(tài)恢復總體失敗。首先是針對滲出物的污染，滲出物的污染一般表現(xiàn)為物質(zhì)液體的滲漏，造成土壤的酸堿度失衡。以土壤PH值為4.0為基點，當土壤的PH值=4.0時，不影響植物根系的生長，但會阻礙根系對磷的吸收使之不能健康生長，造成植物莖葉變黃；當PH值＞4.0時，植物無法生長。由于自燃煤矸石場土壤中滲出物酸度較高，一般采用中和劑石灰或石灰混合物中和土壤酸度的方法進行治理。其次是針對重金屬的污染。在自燃煤矸石場生態(tài)治理恢復過程中，對于重金屬污染的一般做法是對土壤施用較高比例的肥料，以此來保證植物的健康生長。另外，如果植物在種植過程中如出現(xiàn)植物長勢不好或腐爛等情況時，可以對其不作處理，待腐爛后把腐殖質(zhì)用作生物質(zhì)材料回填到土壤用來改善土壤的質(zhì)量。

2.3 揚塵控制

2.3.1灑水

灑水是最傳統(tǒng)、最常見、最容易被想到的方案，也是采用最為廣泛的階段性治理措施，灑水可用于城市裸地、鋪裝及未鋪裝道路、材料處理、建筑物拆除等方面。灑水屬于典型的階段性措施，其抑塵效果的維持時間往往不足一天。因此，相對灑水強度來講，灑水周期往往是比較重要的參數(shù)。

2.3.2風障

設置風障（木柵、網(wǎng)、板、防風林等）的目的，是在風障的后方形成一片風速較小，且無湍流的穩(wěn)定區(qū)，從而阻止沙粒、塵埃的運動，用于減少煤矸石堆向空中排放塵埃的數(shù)量。人造風障多數(shù)為一些疏透（多孔）性的材料制成，而一些高度較小、具有“風障”效果的圍擋板、墻則往往是不透風的，如用于施工現(xiàn)場，最初的主要目的不是用來充當風障的圍擋。

3 結論

煤矸石山綜合治理以成為當今世界各領域研究的重點之一，本文對自燃煤矸石場治理生態(tài)恢復的技術要點進行探討，希望能夠提高自燃煤矸石廠生態(tài)恢復水平，為礦區(qū)重建工作奠定良好的基礎。