关岭山煤业矸石山水土保持研究

原玲芳

（陵川县水务局，山西 陵川 048300）

关岭山煤业矸石山水土保持研究

原玲芳

（陵川县水务局，山西 陵川 048300）

晋城市以煤炭为主产业，矸石作为煤炭生产的附属产物大量堆积于煤矿周边。矸石的堆放不仅大面积挤占农田、沟道，破坏水土保持设施，而且由于多采用传统的排矸工艺，形成可达53°的陡坡，很容易形成面蚀、沟蚀，甚至发生泻溜、崩塌、滑坡等更为严重的重力侵蚀，直接威胁下游农田、村庄、矿区及河道的安全。因此，科学有序地对矸石山进行治理，已成为矿区水土保持的一项迫切任务。

矸石山；水土流失；水土保持；关岭山煤业

山西陵川崇安能源关岭山煤业有限公司，位于陵川县杨村镇岭北底村西，由原陵川县关岭山煤矿等4座煤矿及部分空白资源兼并重组整合而成。整合后矿区面积7.2457km2，批准开采3号、15号煤层，生产能力60万t/a，矿井服务年限22年。由于该矿井田范围地处山丘地区，地势起伏较大，地表又多为松散物质所覆盖，加上人为活动的影响，森林、植被稀少，导致区域内水土流失较为严重，属山西省水土流失重点监督区。

关岭山煤业矸石场位于工业广场东部的一条小沟内，距离工业广场0.5km，该沟流域面积0.1km2。沟内无住户及耕地，植被稀少，属荒沟，没有输电线路、大树木等障碍物，沟谷切割较深，山坡稳定，未发现不良地质情况。矸石场已利用多年，矸石堆积最大高度16m，断面宽度46～84m，沟长160m，库容16.3万m3，已堆放4万m3，在方案服务年限内总弃矸量为7.36万m3。排矸场土地现状以裸露风化砂页岩为主，水土保持基础较为薄弱。关岭山煤业将此处作为排矸场，占地成本较低。但作为侵蚀发育沟道，矸石堆积将造成更为严重的人为水土流失，必须采取相应的水土保持措施。

1 矸石堆放存在危害

目前该矸石山的煤矸石主要是井下3号煤掘进过程中的矸石和原煤洗选过程中产生的洗选矸石，因3号煤层含硫较低，属于低硫无烟煤（俗称香煤），并混同含有15号煤层高硫—富硫无烟煤（俗称臭煤），矸石成分较为复杂。排矸形式为排矸井提升装卸到1.5t矿车再运输到矸石山，采用传统的排矸工艺（自山顶由上而下堆倒）。由于矸石的自由落体动能，以及斜坡的离析作用，大块矸石滚落坡度底部，中等粒度矸石停留于坡度中部区域，较细粒度矸石颗粒和比重较轻残煤留于矸石顶部区域。矸石山边坡下部与山坡间形成一道山沟，山沟如通风道，促使矸石风化与流失加快。

流失类型包括面蚀、沟蚀，暴雨期甚至会有泻溜、崩塌、滑坡等更为严重的重力侵蚀发生。矸石场所在沟道的下游沟口是杨村，杨村与原平河主河道之间的二阶地上分布着大片高产农田。若不能有效治理矸石场水土流失，汛期将对下游农田、村庄和矿区构成威胁，顺流而下的矸石碎屑将直接进入河道，加大淤积和污染，影响河道正常行洪。

2 排放数量

根据侵蚀预测分析，矿井在兼并重组整合期间经挖填平衡调配，无弃渣，矸石排放不予考虑。兼并重组完成后，设计生产能力达到60万t/a，矸石排放量将达到3.47万t/a，综合利用后排往矸石山为1.93万t/a，水保方案确定矿井在8年生产服务期内共排放矸石15.5万t（7.36万m3）。

3 治理模式

针对该矸石山生产建设实际和地形地貌特点，根据“经济实用、安全可靠”的工程设计原则，经现场实地勘测分析和论证，采用“上导、中截、下挡、后排”的方式进行综合治理较为适宜。“上导”即在矸石场两坡脚设置排水沟，将上游及矸山两侧坡面洪水导入排水沟，与矸石场下游排洪渠相连；“中截”即对矸石坡面进行分阶，每个阶梯平台处设截水沟，拦截上游坡面径流泥沙；“下挡”即堆渣平台下游坡脚处修筑挡渣墙，稳定整个矸石山，拦蓄第一级堆渣平台外缘边坡径流泥沙；“后排”即改变现有排渣方式，在下游坡面稳定的前提下，在矸石山顶面上游预留库容，将排矸轨道向后延伸，将矸石排入空库内。

3.1“上导”设置矸石场坡脚排水沟

为减少矸石场上游及两侧坡面洪水对矸山的影响，减少坡面径流泥沙，在矸石场两侧坡脚设置排水沟，并与矸石场下游排洪渠相连，把上游坡面洪水安全排泄到下游排洪渠和河道。经计算，排水沟断面为梯形，浆砌石结构，深0.5～1.0m，底宽0.5～1.0m，边坡1∶0.2～1∶0.5。

3.2“中截”设置渣场坡面截水沟

根据对矸场的测算，矸场堆砌高度达到16m，护坡高度9m，坡度33.69°。挡墙后坡脚设截水沟，设计过水断面0.4m×0.4m，采用M7.5浆砌石砌筑，沿坡面纵向布设，排水坡度1%，通向坡面截水沟。截水沟上设1m高、30cm厚M7.5浆砌石护坡，坡面矸石采用人工夯实。砌石护坡每隔1.5m设0.6m×0.6m土穴，穴内覆土厚度0.6m，种植油松。

为了减少因矸石沉降引起的浆砌石裂缝问题，浆砌石护坡往上设置草袋壤土护坡，草袋护坡可以随矸石沉降而下陷，不会形成裂缝。护坡里层矸石及覆土采用人工夯实，坡面为一层草袋壤土护坡，草袋规格0.4m×0.7m，内置壤土和草籽，每袋内壤土0.06m3，草籽1g，草种选用苜蓿与沙打旺，从而起到稳定护坡的作用。

3.3“下挡”设置浆砌石挡矸墙

根据挡矸墙稳定矸石山和拦蓄第一级堆渣平台外缘边坡径流泥沙的防护要求，结合具体地形条件，设计挡矸墙最大高度7m，挡墙底宽4.2m，顶宽0.8m，上游坡面1∶0.3，下游坡面1∶0.1，放脚均为0.5m。挡矸墙底部长22.4m，墙顶长46.1m。

经计算，挡矸墙满足抗滑、抗倾覆安全系数值。为了防止地基不均匀沉降，要求沿挡矸墙方向每隔10m设置一道沉降缝，缝宽5cm，缝内用沥青砂浆填塞。砌筑时为防止坡面径流进入墙内侧后增加主动土压力，沿墙每隔2m布设排水孔，梅花形布置，孔排水坡度2%，孔径10cm，墙内侧孔口周围填筑砂砾石以防堵塞，砂砾直径2.5～7cm。

3.4“后排”改前排渣为后排渣

根据对矸石场实地调查发现，目前排渣方式不太合理，形成的矸石山坡度太陡，表层侵蚀现象较为普遍，侵蚀沟纵横交错，已有多处滑坡裂缝，局部发生崩塌。为此，改变现有排渣方式，在保持下游坡面稳定的前提下，在矸石山顶面上游预留库容，将排矸轨道向后延伸，将矸石排入空库内，排矸的同时进行碾压、覆土绿化，最终在坡顶形成2°～3°的坡面。矸石山顶部覆土厚度0.6m，布置油松与元宝枫混交林，株行距1.5m×2.0m，采用穴状整地，整地规格0.6m×0.6m× 0.6m（长×宽×高）。

4 结论

第一，煤矿矸石场采用“上导、中截、下挡、后排”模式，可有效解决生产运行过程中矸石山的“过程水土流失”和综合治理问题。

第二，该模式可解决正在生产运行过程中，因地形条件等原因，不适宜布设现行规范中规定的拦渣坝、拦渣堤等措施的矸石场的水土流失防治问题。因矸石场外坡不是最终边坡，仍要继续排矸，是一个动态排矸过程；不临河边，不适宜造挡渣堤。该模式为动态矸石场（即正在运行使用的排土场）水土保持方案编制探索了一条较为实用的防护途径，可为同类工程提供借鉴。

第三，草袋护坡减少了因矸石沉降引起的浆砌石裂缝问题，草袋护坡可以随矸石沉降而下陷，及时填补，不会形成裂缝。

第四，该模式中的挡渣墙在满足使用要求的前提下，降低了拦挡高度，减少了工程占地和工程量，且可就地取材，大大节省了工程投资，减轻了企业负担。

第五，该方案实施后，经过近三年的实践运行，特别是经历了2013年8月1日大暴雨的检验，表明矸石场“上导、中截、下挡、后排”模式，可较好地发挥其防护作用，同时可为同类水土保持工程走出了一条可行之路。

S157.9 ［

］C ［

］1004-7042（2016）04-0027-02

原玲芳（1978-），女，2010年毕业于东北农业大学农学专业，助理工程师。

2016-02-20；

2016-03-22