官地礦矸石山生態環境恢復治理

智 力

（山西焦煤西山煤電官地礦，山西 太原 030022）

官地礦年均排矸量為120 萬t 左右，目前矸石處置方式為運往矸石場填埋處置。官地礦共有兩座矸石場，分別為100HP 和200HP 矸石場，200HP矸石場又分為A、B、C、D 四個區。100HP 矸石場和200HP 矸石場的A 區、B 區、C 區已經填滿閉庫，D 區正在使用。矸石場100HP 和矸石場200HP的A 區、B 區、C 區已經綜合綠化生態恢復治理，D 區已做護坡格柵，待閉庫后進行治理。D 區分為已封場區和未封場區，已封場區面積131 023 m2，未封場區面積19 762 m2，道路面積5474 m2。已封場區東側已進行了整形整地處理，但未進行生態修復，從上到下共有十六級坡，南側未分級，已覆土。

1 目前存在的主要問題

通過現場現狀分析，項目區目前存在的主要問題是矸石自燃及復燃，需要進行滅火處理；矸石堆體部分坡面不合規范，需要削坡整形，部分頂部平臺需要進行微地形改造；排水系統不完善，需要修繕排水系統；矸石坡面存在不同程度的水土流失現象，部分矸石坡面存在塌陷問題；矸石山未進行生態修復，一方面造成揚塵污染，另一方面破壞當地景觀，需進行生態修復[1]。

1.1 矸石自燃

四座矸石山存在不同程度的復燃、自燃現象。煤矸石山自燃過程中，會釋放大量的CH4、H2S、SO2、CO、CO2和氮氧化合物等有害氣體，對當地的空氣環境質量產生較為嚴重的影響，矸石山周圍大氣質量大部分處于中度污染和重污染狀態[2]。

1.2 地質災害

由于部分矸石坡體排水系統不完善或未修建排水系統，以及未采用工程措施或植物措施對坡面進行加固防護，矸石坡面存在不同程度的水土流失現象；由于矸石長期自燃，一方面堆體內部質量減少形成空洞，其結構應力發生改變；另一方面表土溫度升高，植物根系受損，喪失固坡功能；兩方面因素導致矸石堆體結構失穩，引發坡體坍塌等誘發災害發生。由于矸石堆積過程中難以實現有效分層碾壓，導致坡體不均勻下沉，并在應力差部位出現裂縫，引發表層框格梁和混凝土排水系統相應產生裂隙，造成邊坡加固實效，裂縫成為溝通地表和坡體水體、氣體的通道，進而引發更大強度的深部矸石自燃[3]。

1.3 大氣污染

矸石山D 區目前還未封場，排矸中產生大量的揚塵，對當地大氣造成嚴重污染。

1.4 水體污染

煤矸石含有微量有毒重金屬元素，如Hg、As、Cr 等，經風化剝蝕作用，其中部分有毒重金屬元素被溶解，并隨雨水形成地表徑流進入地表水體或淺層地下水體，造成地表水和地下水污染。

1.5 土壤污染

煤矸石中的部分有毒重金屬元素會通過雨水淋溶作用和風力作用滲入到煤矸石堆附近的土壤中，并發生入滲、遷移和富集，導致土壤不同程度的重金屬污染。煤矸石風化形成的土壤中重金屬也有明顯積累，在重金屬遷移的過程中還會產生大量的可溶性鹽，對環境造成長期污染，植物也會受到鹽脅迫而亡；有些重金屬和其他污染物經食物鏈傳遞，最終進入人體，危害人體健康[4]。同時，大氣攜帶的煤矸石風化物細粒飄撒在周圍的土地上，也會導致嚴重的土壤污染，影響草場植被的生長和生態恢復[5]。

1.6 景觀破壞

矸石山堆放占用了大量土地，造成礦區土地資源浪費，且破壞了礦區景觀和地表生態環境。矸石山B 區和C 區山腳下有西山萬畝生態園旅游公路通過，矸石堆放對旅游公路環境造成巨大破壞。

2 治理理念

按全區環境要素完善，對已治理又反復、已治理又退化、封場未治理和半封場半堆矸的不同固廢堆場的環境問題和危害，開展系統分析，統籌規劃，分步實施。

2.1 系統化綜合設計

矸石堆場生態環境恢復治理是一項復雜的系統工程，其中涉及煤矸石堆場滅火、固廢坡體加固、排灌系統布設、微地形改造、生態植被修復、后期工程養護等不同方向的技術難點，針對各類工程內容及工序安排全面考慮涉及施工，實現煤矸石堆體滅火徹底、堆體穩定、植被良性演替的整體治理效果。

2.2 安全化穩定處置

矸石堆場生態環境恢復的關鍵是堆體滅火及穩定，所以需對排矸場矸石堆積形態、堆積厚度、矸石粒徑、自燃機理、火區范圍以及影響坡面穩定的水力參數以及土工技術參數進行解析，分類設計施工，從而實現矸石坡體及平臺的安全穩定。

2.3 集成化技術組合

官地礦矸石山的矸石堆積年代久遠，內部火區情況復雜，依靠單一的滅火措施無法有效徹底滅火，因此施工時要重視火情動態監測，針對不同火區采取不同滅火、防火措施，充分發揮各種滅火、防火措施的優勢，實現徹底滅火，為后續生態覆綠創造適宜施工條件。

3 治理思路

四座矸石山的環境影響、生態破壞、治理效果、封場現狀等許多要素都存在很大差異，需要分別針對各區特點，對存在問題進行進一步完善治理。

3.1 維持基調，提檔升級（A 區）

A 區在原有治理體系上維持原有治理基調不變，綜合把握，對復燃點采用防火控火技術治理，生態恢復植被。借助A 區列入西山國家礦山公園的獨特地理優勢，在治理區北側開辟的幾個小平臺上，在地形高差的幾何分割基礎上進行景觀設計，實現區域內涵提升、外延擴展。

3.2 源頭防控，疏導結合（B 區）

B 區的治理在北部，把握B 區復燃的關鍵引發因素，排除誘導矸石復燃的地表水下滲和沖刷，從源頭遏制火情；完善和加強坡頂和坡體疏排水系統，減少坡體水土流失。

3.3 整體把握，全面治理（C 區）

鑒于C 區封場后未經治理自燃嚴重的現狀，按勘察火情-系統滅火降溫-全面防控封坡-系統恢復植被的煤矸石堆積生態綜合治理的技術路線，采用先進成熟的矸石滅火和生態修復技術，系統規劃，宏觀布局，細化設計，依序工法，全面治理。

3.4 動靜結合，預測規劃（D 區）

D 區東部已封場的階梯狀整形整地區和C 區治理思路基本相同，西部未封場區參照場區1260 m設計標高，繼續向前填埋矸石頂部平臺的西南和西側陡坡是未來若干年繼續使用的排矸場所。根據年度和季度的排矸量，平臺堆體每月向前推進一定的距離，堅持動態修復思路。

4 關鍵技術及工藝

官地礦矸石山生態恢復治理中用的主要技術及工藝有：煤矸石堆場測溫監測技術、自燃煤矸石堆場滅火防控技術、煤矸石堆場生態修復技術，同時還涉及到整地整形、微地形改造、排水導流、養護灌溉、邊坡加固等輔助技術[6]。

4.1 防滅火技術

4.1.1 鉆孔注漿滅火技術

深度大于5 m 的火區，用到了鉆孔注漿滅火技術，使用堿性滅火降溫漿液，通過鉆桿直接連接注漿導入進行注漿，實現熄滅、封堵和隔絕火源，最終達到火區降溫的滅火技術[7]。

4.1.2 開溝注漿滅火技術

該技術是對無法進行鉆孔火區的補充滅火措施，主要用于火區的四周以及坡面坡腳處，主要通過開溝注漿，在高溫區與低溫區、著火區與未著火區之間形成一道屏障，防止注漿時火區蔓延。開溝后在溝槽內增設注漿孔，進一步擴大注漿深度和范圍[8]。

4.1.3 挖掘混填滅火技術

挖掘混填滅火技術是在矸石堆場自燃處挖出高溫矸石，將黃土、冷卻矸石、粉煤灰、石灰以及阻燃劑按一定比例混合后填入原處。

4.1.4 隔氧防火技術

采用粉土和粉煤灰混合構成覆蓋阻燃層，然后將黃土和矸石按照一定比例分層碾壓，以達到隔絕空氣進入矸石場堆體，防止矸石場堆體復燃的防火技術。該覆蓋阻燃層兩種材料的體積百分比為：粉土60%，粉煤灰40%，厚度為80 cm。土矸回填碾壓層每回填50 cm 碾壓一次，每碾壓兩層矸石覆蓋一層20 cm 的黃土[9]。

4.2 排水導流技術

4.2.1 硬性排水導流技術

利用工程措施，構建排水，導流山體匯水的一種排水方式，主要材料用鋼筋混凝土和漿砌石等。

4.2.2 柔性排水導流技術

在邊坡生態修復工程建設中運用護坡排水技術，采用土工膜加生態帶構筑，該技術可在滿足排水設計安全要求的前提下，保證坡面整體景觀。

4.3 生態恢復技術

4.3.1 液壓噴播技術

將配置好的生長基質借助噴播機械輸送到整理后的坡面，恢復植物生長所需營養土壤層的一種生態修復技術。設計噴播厚度5 cm。

4.3.2 植被毯技術

植物纖維毯可以顯著降低坡面的土壤侵蝕強度，改善坡面景觀，促進植被恢復，在25°以上的陡坡可以減少水土流失70%以上。該技術是本著落葉歸根、秸稈還田的理念，充分利用植物枯落物的持水能力和有機質與微生物對土壤的活化能力來改善植物種苗的生存條件，保墑恒溫[10]。

5 治理效果

通過對官地礦矸石山采取的一系列滅火防火、排水導流、生態修復技術，官地礦裸露的矸石山得到了全面治理，對當地土壤、大氣、水體環境起到了有效的治理效果，提高了礦區植被覆蓋率，增強了礦區的保水、保肥、涵養水源能力，有效地改善了礦區的生態環境。