梁洼矿务局军营沟煤矸石山地质环境问题治理

刘丹++潘广灿

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.042

摘 要：煤矸石山在长期堆放过程中，矸石中的有害物质易被雨水溶淋，污染水土；矸石中裸露的细颗粒物质极易形成扬尘污染空气；若遇暴雨洪水，矸石山垮塌可造成泥石流，有极大危险性。该文选取一个地方案例，从多方面剖析煤矸石山堆放对环境的危害，并提出相应的治理方案，以期对该方面的地质环境问题处理有所启示。

关键词：煤矸石山 污染水土 扬尘污染 泥石流 治理工程设计

中图分类号：X143 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（c）-0042-02

1 矿区概况

1.1 地理位置

平顶山市梁洼矿务局军营沟煤矸石山位于平顶山市石龙区天顺煤业有限责任公司矿区之西侧，石龙区与鲁山县交界处。治理区东距鲁山-梁洼公路约6 km，距韩梁矿区直通平顶山的铁路专线梁洼站约5 km，距现场铁路90 km，有公路与治理区相通，交通极其方便。

1.2 地形地貌

矿区地貌属丘陵，地势东高西低，矿区内海拔标高190～232 m，相对高差42.00 m，地形平缓。

1.3 水系

矿区内水系不发育，西100 m有石龙河自北向南东流入鲁山境内，汇入沙河，属淮河水系。季节性水冲沟较发育，平时干涸，大雨可形成临时水流，注入石龙河。石龙河主要靠雨季大气降水补给，平时靠煤矿井下疏干排水补给。水质污染严重，属重碳酸钙镁水，不能饮用。

1.4 气象

矿区属大陆性季风气候，根据鲁山县、宝丰县气象站历年观测记载，年均降雨量为772.7 mm，最大降雨量为1 235.5 mm，最小降雨量为550 mm，降雨多集中在6～8月份。年平均风速2.9 m/s，最大风速24 m/s。冬季多西北风，夏季多东南风。年平均气温14 ℃，最高气温为42 ℃，最低气温为-17 ℃。6、7、8月份最热，高达38 ℃，元月份最冷为-8.9 ℃。冷冻期一般在10月上旬至次年3月份上旬。最大冻土深度22 cm。

1.5 矿山地质条件

矿区位于华北陆地南缘，三门峡-鲁山断裂带之北侧，韩梁煤田西部。地质构造表现为两个单元：即西部青草岭逆冲断裂带，东部的石龙不对称向斜。向斜核部地层为下二叠统山西组与下石盒子组含煤地层，两翼地层为上石炭统本溪组与太原组。西翼地层产状较陡，倾角50°～60°，东翼较平缓，倾角2°～6°。矿区位于该不对称向斜之东翼。

该区地层多被第四系地层掩盖，基岩零星出露，据钻孔及矿井揭露，从老到新有：上寒武统，上石炭统本溪组、太原组，下二叠统山西组、下石盒子组，下白垩统大营组，第四系。

该区处于石龙不对称弧行构造之东翼，南部略显宽缓，背向斜构造特征，北部显单斜构造特征。地层走向130°～210°，倾向90°～120°，倾角2°～6°。

矿区中部为正断层，走向120°左右，倾角30°， 地层薄层20～30 m，除此，区内未发现较大的断层，但小断层较发育，据井下资料，每百米范围内可见小断层1～2条，均为正断层，倾向北东，断距1～2 m，延长10～20 m，对煤层开发影响不大。矿区构造复杂程度属简单构造类型。

治理区内未发现岩浆岩。

1.6 水文地质条件

治理区地表水系不发育，仅有石龙河从西侧流过，经梁洼注入沙河。该区处于石龙不对称向斜汇水“盆地”的补给迳流区。地下水的补给源主要为大气降水，以梁洼赵岭为界，以西为宽阔河谷地带及海拔192～240 m丘陵区，基岩露头不多，大面积被第四系覆盖，降雨后产生的迳流量小。矿区外围为低山丘陵，基岩出露，降雨后，形成迳流沿岩层倾向流入该区。治理区周边矿井很多，采煤历史悠久，老窑积水多，成为煤矿开采的安全隐患。在区域上，石龙区西部青草岭以东至石龙河之间，由于青草岭断层的导水作用，地下水上升，建矿初期，有泉水近20处。而今，泉水不再喷涌，天然水体干涸，地下水位下降，石龙河流量减小，水质变差。

治理區有4个含水层：（1）上寒武统白云质灰岩含水层：由崮山组白云质灰岩、长山组泥灰岩夹薄层白云质灰岩及凤山组白云质灰岩组成，为复合含水层。（2）上石炭统太原组灰岩含水层：右下部灰岩段和上部灰岩段组成的复合含水层，中夹薄层中粗粒砂岩。灰岩裂隙溶洞发育程度差，富水性弱。（3）二叠系砂岩含水层：主要由二1层上部之砂岩含水层组成的复合含水层，单层砂岩厚度不大，富水性弱。（4）第四系松散层含水层：分布第四系覆盖地区，厚度5～10 m。埋藏浅，富水性弱，单位涌水量0.052 L/s·m。其含水性与大气降水密切有关，随季节变化。其中前3个含水层受矸石山影响不大。

各含水层之间均有不同厚度的隔水层。由老到新，自上而下依次为：上石炭统本溪组底部的铝质粘土岩隔水层、太原组中部砂质泥岩隔水层及二叠系地层中的多层中的多层泥岩、砂质泥岩隔水层。

1.7 工程地质条件

砂质泥岩性软易碎、节理发育，水浸后膨胀，抗压强度44.17～122.43 MPa，中粒砂岩抗压强度较高，抗压强度16.55～138.88 MPa，第四系地层主要以黄褐色砂土、砂质粘土，含钙质结核，底部多砾石为主，粉质粘土在天然状态下，呈可塑-硬塑状态，中等压缩性。其容许承载力一般为190 kPa左右，不具湿陷性，当土中含碎石及钙质结核成分时，承载力有所增大。

2 矿山主要地质环境问题

矸石山在长期堆放过程中，矸石中的有害物质易被雨水溶淋，污染水土；矸石中裸露的细颗粒物质极易形成扬尘污染空气；若遇暴雨洪水，矸石山垮塌可造成泥石流，有极大危险性。矿区现在已无开采活动，矸石山已经定型，不再有继续重新堆积的情况。矸石山现有堆积坡度：西侧31°～37°、南坡34°～35°、东坡37°～57°、北坡36°～43°，部分坡度大于矸石自然休止角，矸石山处于不稳定状态，极易产生矸石山边坡失稳并进而为小型泥石流的产生提供物源，有极大危险性。对矿区及附近居民以及游人的安全构成严重威胁，必需开展矿山地质环境恢复与治理工作。

3 矿山地质环境治理工程

针对现有的地质环境问题，逐一进行治理工程设计。

3.1 削坡工程设计

现有矸石山坡度一般在31°～57°，为保证矸石山边坡的稳定，治理后的矸石山边坡坡度按27°进行控制，将矸石山顶部平台整理高程确定为210.00 m。

3.2 矸石山排水系统设计工程

为迅速排除矸石山表面的地表汇水，防止地表水流冲刷坡面，造成水土流失，应建立系统的矸石山地面排水系统。矸石山纵向排水渠及水平环形截水沟采用矩形（宽0.5 m，深0.7 m），在坡角外侧修一条环形排水渠（矩形，宽0.9 m，深0.9 m）。渠体为M7.5浆砌石结构，厚30 cm，每隔20 m留设2 cm宽两毡三油伸沉缝一条。

3.3 覆土工程设计

对削坡后的矸石山进行表面覆土工作，覆土采用粘性土，覆土厚度0.75 m，覆土用机械运输至场地内（取土来源于距场地5 km的地区），用人工运输并辅以人工修整进行表面覆土工作。

3.4 生物工程设计

为保持矸石山稳定边坡、控制水土流失、美化环境的作用，在矸石山顶部平台及矸石山坡面地带，采取种树及直播种草的生物工程。植物以适应当地生长的小刺柏（高30～40 cm，树冠20～30 cm）为主，在小刺柏及排、截水沟之间地带，同时采用直播种草，达到美化环境的目的。

4 结语

通过这些治理工程的实施，一方面固定了平顶山市梁洼矿务局军营沟煤矸石山，保护了矸石山边坡的安全、矿区道路的安全和矸石山周围办公生活设施的安全。另一方面消除了矸石山堆积区内的地面起伏较大、低洼不平、多处积水、野草众生的局面，有效改善矸石山周围区域的环境条件。

参考文献

[1] 王建国.中国矿业城市地质灾害防治理论与技术手册[M].煤炭工业出版社，2010.