平朔礦區(qū)煤矸石山生態(tài)修復模式

尹建平

（中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036006）

煤矸石是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低的黑灰色巖石，是煤炭生產(chǎn)和加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，產(chǎn)生量約為煤炭產(chǎn)量的10%～15%，個別煤種或個別地區(qū)能到達20%以上。山西全省118 個縣級行政區(qū)中94 個縣地下有煤，91 個縣有煤礦[1]。據(jù)資料統(tǒng)計，目前山西省累計排放煤矸石14.53 億t，除去歷年矸石利用量，累計堆存量已達10 億t 左右，占全國的1/3，形成300 多座矸石山。大量的煤矸石采用傳統(tǒng)分層堆放和碾壓處理，造成了巨大的土地資源浪費和存在很大的安全隱患，由此引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，造成了巨大的經(jīng)濟和生態(tài)損失[2]。針對這些問題，平朔露天煤礦安太堡排矸場東區(qū)矸石山生態(tài)修復復治理試驗工程中采用“矸土混合-碾壓-植被恢復”治理模式，滅火防自燃措施，對3 m 深的矸石與土壤進行一比一混合碾壓后種植不同種類的植被，輔助以相應的配套工程措施，實現(xiàn)了煤矸石山綜合治理和生態(tài)修復。

1 安太堡露天礦區(qū)矸石山概況

中煤平朔集團有限公司下屬安太堡礦區(qū)位于山西省北部朔州市和平魯區(qū)交界處[3]，矸石山位于安太堡礦區(qū)930E 聯(lián)絡道路北側(cè)，并分為東區(qū)和西區(qū)2 部分，總矸石庫容量約為1 730×104m3。矸石山東區(qū)已排矸至封場標高，矸石來源為安太堡選煤廠和二號井選煤廠，排矸量約為950×104m3，面積約28.4 hm3。為落實國家生態(tài)文明建設和根治矸石堆放產(chǎn)生的危害，設計制定了矸石場治理和生態(tài)修復試驗工程。具體措施包括：滅火防復燃措施、山體整形穩(wěn)定措施、生態(tài)修復措施和配套措施4 部分[4]。其中滅火防復燃是工程的核心，處理的同時，按照山體穩(wěn)定設計要求，對山體進行分臺階，應用土矸混拌，分層碾壓等技術，進行山體整形，然后種植苗木進行生態(tài)修復，完成排水系統(tǒng)、道路工程等配套實施，工程于2019 年4 月開工，2019 年9 月完成竣工。

2 矸石山生態(tài)治理方法

礦區(qū)引入矸石山治理由內(nèi)到外、有表及里、互為依托、統(tǒng)籌設計的治理理念。即通過各項措施實現(xiàn)矸石山內(nèi)部滅火阻燃，外部整形，植被恢復，多方面共同作用下形成了防火阻燃、防治水土流失、修復生態(tài)的系統(tǒng)性工程，最終達到滅火徹底、防止復燃、山體穩(wěn)定、植被良性演替的整體治理效果[5-8]。

矸石山生態(tài)治理方法如下：

1）滅火防復燃措施。矸石山滅火主要結(jié)合矸石排棄現(xiàn)狀，配合山體整形措施，采用多種滅火工藝系統(tǒng)結(jié)合的方法進行，主要滅火施工工藝包括：火情探測、集成滅火等。火情探測通過采用熱電偶測溫技術和雙金屬溫度計、紅外線測溫儀進行測溫。整個排矸場共分為平臺1、平臺2、平臺3、根據(jù)火情探測進行分類標記，分為安全區(qū)、臨界區(qū)、隱患區(qū)、高溫區(qū)、發(fā)火區(qū)。其中平臺的隱患區(qū)，采用“田”字形開溝換填處理工藝，發(fā)火區(qū)、蓄熱區(qū)、臨界區(qū)等高溫區(qū)域，以挖除滅火為主，針對位于邊坡部位并且有升溫趨勢的“隱患區(qū)”，需結(jié)合山體整形工程同步施工，進行挖除矸石與邊坡削級、平臺留設同時進行。挖除著火矸石和熱矸石后，就近自然冷卻，冷卻到低于400 ℃后，進行矸土1∶1 攪拌，將矸土混合物就近覆土，用于山體整形。當整個區(qū)域治理完成后，平臺頂部以3 m 厚的土矸混合物進行碾壓夯實覆蓋。通過采用點、線、面相結(jié)合，科學合理應用各集成滅火方法進行治理，實現(xiàn)礦區(qū)矸石山滅火防復燃的目的。

2）山體整形穩(wěn)定措施。排矸場西側(cè)邊坡和南側(cè)邊坡作為坡面治理主要對象，進行削坡、挖臺階處理，坡面現(xiàn)場坡率為1∶2 的邊坡，每高6 m 設1 個反臺，根據(jù)不同的地形條件，西邊坡和南邊坡分別設置了3～9 個臺階。采用多級隔坡反臺山體整形技術對邊坡進行治理。削坡完成后對邊坡采用土矸混合物進行覆蓋，覆土厚3 m，矸石與黃土比例1∶1，壓實度≥85%，以利于植物生長。整形后南側(cè)邊坡最大高度為40 m，最多設6 級反臺；西側(cè)邊坡最大高度為27 m，最多設3 級反臺。為了有效排導徑流，減少沖刷，含蓄水源，在反臺內(nèi)側(cè)設柔性水溝，在坡度較陡的坡面設柔性急流槽，當反臺較長時每隔200 m 左右設1 道縱向坡面急流槽，形成坡面排水系統(tǒng)，坡面排水系統(tǒng)與排矸場主排水系統(tǒng)相貫通。為減少雨水沖刷，應對矸石山沉降，穩(wěn)固坡面，在反臺內(nèi)側(cè)柔性水溝與坡面之間設柔性坡腳。在坡面上設置微地形，即開挖魚鱗坑，阻滯徑流，減少水土流失，蓄水保墑，利于植被恢復，實現(xiàn)了矸石山整體穩(wěn)定。

3）生態(tài)修復措施布置。安太堡礦區(qū)煤矸石山堆積高度高、邊坡坡度達到45°，采用多臺階治理，垂直和傾斜布置鉆孔。將矸石山改造成地后，創(chuàng)造適宜植物生長的土壤母質(zhì)并達到50 cm 土層厚度，通過基質(zhì)改良作為種植層，采用適宜當?shù)胤N植的植物種類（根系發(fā)達、生長迅速、抗逆性強）、合理配置物種等一系列人為干預措施實現(xiàn)景觀效果，并進行植被撫育管理，加速基礎生態(tài)系統(tǒng)向目標生態(tài)系統(tǒng)的演替過程。

4）配套措施。為確保矸石山體穩(wěn)定，防止水土流失，鞏固防滅火效果，含蓄水源，利于植被恢復，保證排水順暢，需對整個排矸場的集節(jié)排水系統(tǒng)進行統(tǒng)籌考慮、系統(tǒng)規(guī)劃，達到中小雨可被植物完全利用、大雨能夠順利排出的效果。配合布設了相應的生產(chǎn)道路、田間道路等配套工程，路面采用30 cm 厚級配砂石。在矸石山治理的后期，至少進行為期2 年的火情監(jiān)測，即布設一定數(shù)量的熱電偶，對地溫進行實時監(jiān)測，以掌握矸石山內(nèi)部溫度變化趨勢。可將監(jiān)測區(qū)域劃分為全面監(jiān)測區(qū)、重點監(jiān)測區(qū)和機械抽樣監(jiān)測區(qū)。定期采集溫度監(jiān)測點數(shù)據(jù)，觀察其變化趨勢，是否存在異常，并及時更換失效設備。根據(jù)溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，定期對矸石山溫度特征進行風險評估，預測潛在風險區(qū)，以便提出處置方案，維持滅火防復燃效果。

3 效益分析

1）工程中的滅火防復燃措施有效解決了滅火不徹底和矸石爆炸等問題，通過隔絕空氣，降低氧含量實現(xiàn)了阻燃和防復燃的目的，排除了安全隱患。

2）通過造地和改變微地形，恢復了土地的原有功能，土地得到升值，改良了土壤質(zhì)地；配套排水系統(tǒng)等措施，有效排導了徑流，減少了沖刷，防止矸石體滲水發(fā)生，同時減輕了水土流失危害，實現(xiàn)了水土保持的目標。

3）生態(tài)修復措施的實施促進了植被大面積恢復，提高了地面覆蓋度、植被生物量和生活多樣性，起到了良好的地面覆蓋和固持矸石的作用。

4）治理后根治了SO2等有害氣體對環(huán)境空氣的影響，降低了空氣中的顆粒物，增加了區(qū)域氧氣輸出量，增加了植物蒸騰作用，改善了區(qū)域大氣環(huán)境和區(qū)域景觀環(huán)境。

4 結(jié)語

平朔礦區(qū)煤矸石山生態(tài)修復工程在實現(xiàn)煤矸石山的治理和生態(tài)恢復的同時，達到消除安全隱患的目的，與周邊地理環(huán)境融為一體，基本實現(xiàn)了建設綠色礦山的目標，對于其他地區(qū)煤矸石山修復治理具有一定的指導意義。