矸石山生态综合治理措施探究

李中南

（中煤科工集团南京设计研究院，江苏 南京210031）

1 引言

煤炭开采应遵循绿色生态恢复与经济建设共同发展的战略，煤矿矸石山的治理应遵循“因地制宜、合理布局、分步实施”的方针。考虑到矸石自燃、风化和淋溶的潜在特点，采取注浆、放缓坡度、分层碾压、黄土覆盖、矸石山排灌水、矸石山坡脚挡护工程等综合治理措施，减小矸石山潜在风险；根据矸石特有的物理、化学性质，对矸石山覆土进行生物修复并绿化，最终达到对煤矸石等固体废弃物进行无害化处置，实现矿山经济和生态环境双受益的效果。

2 综合治理措施

2.1 注浆

煤矸石主要是由灰分高、发热量低的碳质页岩组成，其中还夹有一些煤、黄铁矿及回采下来的腐烂木材等可燃物，这些碳质可燃物及黄铁矿结核的存在构成了煤矸石自燃的内在因素。高碱性石灰泥浆深部注浆的灭火机理主要是隔氧和降温，隔氧与煤矸石内部的压力、孔隙率和煤矸石粒径有关，降温则与泥浆量有关。用高碱性石灰泥浆深部注浆的工艺流程即将石灰和黏土按1∶2的比例连续投入制浆机，以一定流速加入清水，制成约50%的浓泥浆；将其移入泥浆池，制成20%左右的泥浆，然后用泵供给已经插入煤矸石燃烧区内的泥浆管，对自燃矸石堆实施灭火。其工艺流程见图1。

图1 矸石注浆工艺流程

2.2 黄土覆盖

根据矸石自燃的机理，矸石自身硫铁矿结核体是引起矸石自燃的决定因素，水和氧是矸石山自燃的必要条件，采用黄土碾压覆盖为主，辅以局部注浆，以隔绝空气进路，使自燃矸石内部空气耗尽后熄灭的综合性灭火的方法。即采用局部灌浆、填实孔隙、固化碎块的简便易行方法。配以改变矸石坡度、堆散高温矸石促使降温，自燃现象能得到有效控制。

2.3 分层碾压

分层碾压是将现有的矸石的倾倒方式由“自上向下”改为“自下而上”进行分层碾压。具体为：由下向上沿荒沟从底部分层往上回填矸石，排放过程中标高每升高5～10m建造一个台阶（分为一层），并用推土机将矸石推平压实，即边填边压，压实后喷洒石灰水、并覆盖黄土（图2）。

2.4 放缓坡度

3 矸石山边坡治理

3.1 支挡

支挡（支护、挡墙等）是边坡治理的基本措施。对于不稳定的边坡岩土体，使用支挡结构（支护、挡墙等）对其进行支挡，是较为可靠的。支挡主要分为以下几种。

3.1.1 混凝土拦挡

在排弃渣石较多，压力较大时，且要求绝对安全稳定，而浆砌石工程和其它粘土工程不能达到要求时，需采用混凝土挡土工程。

3.1.2 浆砌石、干砌石拦挡

在使用混凝土较为困难，备土压力较小，又能够满足安全要求的地段上，可采用浆砌石或干砌石工程。在砌石工程中，需注意修建基础。如基底为基石可不必修筑基础，如基底为土石混合物或为土壤，则必须修建基础。基础埋深应当在当地冻土层以下。砌石规格应呈梯形，下底宽、上底窄。其宽度与高度依据挡土墙承载压力和矸石的压力而定，一般成正比关系。浆砌石挡土墙要每隔5m留设一个排水孔，以排泄墙体内的积水，还要每隔10m留设一道伸缩缝，以防止热胀冷缩破坏墙体。

3.1.3 格宾网挡护

修筑混凝土或浆砌石、干砌石挡土工程时，需要地基平整并牢固，不能出现下沉和土块滑动现象，才能保证挡土墙安全。否则，需修筑格宾网挡土工程。

格宾网挡土墙的规格为高0.5～1.0m、宽度1m、长度1～3m。网内填入石料后，将格宾网加盖用钢丝系紧。挡土墙较高时，如超过4～5m，使用规格高0.5m的比1.0m的更有利。

3.2 边坡防护

3.2.1 挂网客土喷播

好在奋力拼搏自强不息的中年人是社会主流。他们在前边打基础，趟路子，积人脉，付学费，中年后开始见成效，收果子，打江山，坐天下。如果按40岁算进入中年，这个岁数的刘邦刚揭竿而起，刘备才请到军师诸葛亮，曹雪芹刚开始动笔写《红楼梦》，爱因斯坦刚提出相对论，毛泽东刚带领队伍来到延安，钱学森刚从美国学成归来，袁隆平的杂交水稻研究刚起步……即便生活困顿，衣食不周，筚路蓝缕，但其精气神十足，心气很大。因为后边的路还长着呢，他们还要大展宏图，大有可为，事业还辉煌得很。今日而言，马云、马化腾、刘强东、施一公、饶毅、李彦宏、俞敏洪、马伟明等风云人物，个个都是中年精英，雄姿英发，个个都独掌一面，名闻天下。

挂网客土喷播技术的原理是将催芽后的植物种子、水、纤维覆盖物、粘合剂、保水剂、肥料等按一定的比例搅拌混合后，通过特制喷混系统喷播到挂有镀锌铁丝网（如格栅网等）的裸露坡面上，形成均匀的基质覆盖层。

植被恢复后，发达的根系可通过基材深入到岩体的节埋和裂隙中，能达到永久固坡和美化环境的双重目的。挂网喷播技术设计示意图见图3。

3.2.2 植生袋坡面植被

采用内附种子层的土工材料袋，通过在袋内装入植物生长的土壤材料，在坡面或坡脚以不同方式码放，起到拦挡防护、防止土壤侵蚀，同时恢复植被的一项工程技术。该技术对坡面质地无限制性要求，尤其适宜于坡度大的坡面，是一种见效快且效果稳定的坡面植被恢复方式。植生袋施工码放设计示意图见图4。

图3 挂网喷播技术设计示意

3.2.3 三维网边坡植被

三维网边坡植被恢复在工程实践中，常与覆土播种、客土喷播、液力喷播等技术结合使用，能有效起到加固、附着的作用，能够保证植被恢复效果的持续稳定。三维网边坡植被恢复技术示意图见图5。

4 矸石山排水措施

矸石山山体坡度大，而产生径流，不易存留降水。矸石质地松散，孔隙度大，含水量较少，连续的降雨天气可使大量雨水下渗到矸石的孔隙中，加大滑坡体的质量，使下滑距离增加，此时将会导致滑坡产生，因此应建立排水系统。

4.1 排水系统布设形式

为防止矸石山表面覆土后受到侵蚀，产生水土流失，防止因雨水冲刷而引起矸石山体滑坡，矸石山还需建立完整的排水系统。矸石山常见的梯田式和螺旋式的排水系统见图6。

图4 植生袋施工码放设计示意

图5 三维网边坡植被恢复技术示意

图6的排水方式是将上部坡面与本台阶面的汇水汇入台阶面上的排水沟，再流向设在阶梯通道处的下山排水通道而汇人山脚排水沟，而螺旋线式排水线路亦呈螺旋线状，可以看出越向山脚方向，汇水面积越大，排水负担越重，可以在矸石山底部多设一些下山排水通道。实现边坡与矸石场周边空间立体排水的效果。

4.2 排水工程种类

排水工程按布设形式分为两类：明排和暗排。明排主要包括浆砌石水渠工程、干砌石水渠工程、混凝土水渠、铺设草皮水渠、编篱水渠、格宾网水渠、土袋水渠等。暗排主要包括管道式排水和涵洞式排水。

图6 矸石山常见排水系统

4.3 截排水工程

截排水工程既可将雨洪截留在矸石山上，亦可防止水对土壤的冲刷径流，有效的防止了滑坡和泥石流。其主要包括：矸石山外围排水沟、内部排水沟、草沟三级排水系统。流程为：矸石山整理后，在各平台内侧建立抛物线型草沟，各台阶草沟与山上到山下内部浆砌石排水沟相连，汇水至外围排水沟，进入污水处理厂。根据水土保持原理，按照现场状况作业需要、区域降水流量等，计算出最大安全流速，从而确定沟面材料和沟断面面积、形状、大小等。

规格为：一般草沟在平台内侧，按地形调整至平顺曲线为草沟中心线，挖到设计深度、宽度后，将疏松表土覆盖其上，每隔10～20cm挖一横向直沟，用分株法种植匍匐性草类，覆土后踏实。排水沟与上山道路、台阶相配置。排水沟一般断面为梯形，挖掘时按设计断面及坡降整平，水沟两侧与地面密合，沟缘植草保护，保持流水顺畅。

4.4 生物修复

矸石主要化学成分中包括黄铁矿、黄铁矿的氧化会释放出酸性物质，妨碍植物的生长。同时矸石山覆土植物营养贫乏、盐分过高，需要对矸石山进行生物修复，可通过客土法、生物熟化法、施肥法及化学调解法等方式对矸石山覆土进行改良。

4.5 整体绿化

整体绿化主要在于选择适宜的植物种类，亦为矿山矸石山生态恢复的关键技术之一。煤矸石山立地条件极端恶劣，所以应首先选取耐干旱、耐高温、耐贫瘠、速生、高产的草本或者灌木种类。此类植物生长迅速，可有效改善遭破坏的生态环境，也可为其他种类的植物迁移、定居创造条件。

在植物栽植过程中，根据煤矸石山的组成元素，铺一定的水肥，尤其是微生物肥，有利于植物的快速生长和改善立地条件。在树种栽植时间上，秋整春种有利于蓄水保秧，可以提高造林成活率。在种植方式上，可针对不同的植物种类，而采取不同的种植方式，如：落叶乔木、灌木采用少量的配土进行栽植，对常绿树种采用土球移植进行栽植，对草本植物采用蘸泥浆或者拌土播种栽植。

5 结语

煤矿矸石山采取的治理措施，如放缓坡度、分层碾压、黄土覆盖、矸石山排灌水措施、矸石山坡脚挡护工程和整体绿化等综合治理措施，可达到矿山“以害治害，变害为利”的目的，避免矸石山产生的危害、取得改善生态环境效益的同时可获得良好的经济效益。

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