煤矸石山防治及效果分析

崔彦鹏

（西山煤电屯兰矿，山西 古交 030200）

引言

煤矸石为煤矿企业生产所排放出的固体废弃物，其主要在煤炭开采和煤炭洗选加工的过程中排出。目前，对于煤矸石而言最为普遍的处理方式为将其集中堆放进而形成矸石山。实践表明，煤矸石堆放所形成的矸石山不仅会占用大量的耕地面积，若不采取任何防治措施不仅会产生大量的灰尘；而且，在遇水冲刷作用下煤矸石中的有害元素会渗入地下突然或地下水中严重破坏当地的生态平衡，同时也给当地居民生产和生活带来威胁[1]。因此，应对煤矸石山进行有效指标。本文将以屯兰矿为例的煤矸石山进行防治，并对防治效果进行分析。

1 工程概况

屯兰矿隶属于山西焦煤有限责任公司，该矿井始建于1988 年，并正式于1997 年10 月31 日建成并试生产，2002 年10 月正式投产，原设计生产400 万t/a，现核定生产能力为450 万t/a。井田面积64.49 km2，主要煤种有焦煤（61.1%）、瘦煤（26.7%）、肥煤（11.1%）和少量贫煤。屯兰矿矸石场分为已封场的南梁矸石山和正在使用的周寨沟矸石山两部分。屯兰矿严格按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》、《煤炭工业污染物排放标准》和《山西省煤矸石堆场生态恢复治理技术规范》等要求进行矸石场选址、建设、治理、运行和监督管理。历年来投入大量资金进行了矸石场治理和生态恢复，目前已成效显著。

南梁矸石山位于矿区东侧深延沟内，总占地面积约4.32×105m2，分为三期，一期购置农村荒沟5.93×104m2，二期利用南梁村和木瓜会居委会荒沟造地计8.87×104m2，三期利用南梁村荒沟2.8×105m2进行四荒治理，历年矸石堆存量约为1 000 万t，现已完成生态恢复治理进行了封场，并交付当地农民使用。

周寨沟矸石山经南梁矸石场过涵洞可到达，为东南—西北走向荒沟，占地面积约4.8×105m2。屯兰矿与马兰镇白草塔村委会按照荒山荒坡造地协议合作治理，由屯兰矿回填矸石后覆盖1.5 米厚的黄土造成可利用的土地，全部交付对方，合作期从2011 年起共计14 年。周寨沟矸石山于2012 年6 月开始服役，至今已排矸近7 年，形成13 个平台，矸石累计堆积量800 万t。

本文将结合南梁矸石山和周寨沟矸石山的治理经验对防治方案进行总结。

2 屯兰矿煤矸石概况

根据不同的分类标准可将屯兰矿煤矸石进行具体分析，一般的可基于煤矸石的岩性、含碳量以及生产进行分类。其中，根据屯兰矿煤矸石的岩性可将其分为炭质页岩、砂质页岩、砂岩以及石灰岩等。不同岩性煤矸石的参数，如表1 所示。

表1 屯兰矿不同岩性煤矸石参数

根据煤矸石含碳量可将屯兰矿煤矸石分为一类、二类、三类以及四类煤矸石，具体分类标准，如第146 页表2 所示。

表2 基于含碳量煤矸石的分类

3 屯兰矿煤矸石山的防治

针对煤矸石的处置，屯兰矿一直秉承着“因地制宜、积极利用”的指导原则进行，最终实现屯兰矿经济效益、社会效益、环境效益以及安全生产相统一、齐步走的理想境地[2]。本节将对煤矸石山的选址以及防治措施进行综合分析。

3.1 煤矸石山的选址

煤矸石山为堆积煤矸石的场所，其位置的确定需满足GB1859—2001 的相关标准要求，具体需依据如下条件执行：

1）煤矸石山位置的确定必须符合屯兰矿当地政府的城乡建设的总体规划；

2）对煤矸石山的地基承载能力进行测定，确保其不会在后期煤矸石堆放过程中出现下沉的问题；

3）不可将煤矸石山的位置选择在断层、溶洞以及泥石流影响区域；

4）不可将煤矸石山确定于河流、湖泊的下游；

5）不可将煤矸石山确定于当地自然保护区以及风景区。

在对屯兰矿周边地形、地貌实地考察的基础上将南梁矸石山设定与矿区东侧深延沟内；将周寨沟矸石山设定于南梁矸石场过涵洞可到达的位置。

3.2 煤矸石山的防治

针对屯兰矿煤矸石的类别以及煤矸石山的位置，拟采用灌浆灭火、覆土、绿化以及夯实等措施对煤矸石进行治理。

3.2.1 煤矸石山的防火治理

目前，国内外针对煤矸石山的防火措施包括有灌浆封闭法、表面密封压实法和冷却法。屯兰矿的南梁矸石山和周寨沟矸石山采用灌浆封闭法对其进行防火治理，具体治理措施如下：结合对矸石山的实地探测和经验确定出火区和自燃区，而后在上述区域钻孔将黄土和石灰配制的泥浆注入火区和自燃区中[3]。

而且，对于正在服役的周寨沟矸石山可采用分层压实法解决其自燃问题，具体防治措施如下：将煤层堆放矸石的厚度控制在5 m 左右并对矸石层进行压实处理，对其外坡进行整形处理；在其上方堆积0.4 m 左右的黄土。待整个煤矸石山停止堆放矸石后，在其上方覆盖厚度为1 m 的黄土。

3.2.2 煤矸石山的边坡处理

煤层煤矸石堆积完成后均需对其边坡进行整形处理，并在该层矸石层上方覆盖黄土。根据相关标准要求，处理后边坡的高宽比为1∶1.5。同时，在煤矸石山四周修建坡度为2%的排水沟，确保日常降水可顺利排放，避免矸石山的崩塌、滑坡等事故[4]。

此外，对处理完成的边坡表面还需进行绿化，选择耐旱和生产能力强的植被。煤矸石边坡治理断面，如图1 所示。

图1 矸石山边坡治理断面图

而且，根据屯兰矿当地的降水情况为矸石山设计排水系统，确保矸石山平台顶部和两侧所排放的水能够全部顺利排出，具体排水沟的结构，如图2所示。

图2 矸石山排水沟断面结构

如图2 所示，矸石山排水沟的底部宽度为0.3 m，底部宽度为0.1 m，深度为0.2 m，总体高度为0.25 m。排水沟选用浆砌片石衬建造。

3.3 防治效果分析

屯兰矿的南梁矸石山和周寨沟矸石山均采用上述措施进行治理，对于已经交付的南梁矸石山而言，修建了循环经济主题公园，设有走廊、凉亭，培植花木、草坪，还硬化了道路，增添了人文景观，给周边矿、厂的职工提供了一个假日休闲的好去处[5]。据统计屯兰矿总共投资1 585 万元用于南梁山矸石场生态恢复治理。完成生态修复面积11 万m2，柔性排水渠2 512 m，急流槽61.2 m，柔性护坡5 773.5 m2。经过治理矸石山如今披上了绿妆，风景如画，鸟语花香，生机盎然，远远闻到的是花草的清香。

对于周寨沟矸石山而言，目前已形成的永久性平台进行封场治理，投资约1 864 万元。去年已对各平台进行微地形整形，今年对整形后的各平台采取绿色柔性护坡和柔性排水渠等近自然水土保持治理措施进行自我调节的生态系统恢复治理。

总的来说，生态修复治理、土地复垦是根除矸石山灾害较好的方法。治理后防止了矸石山自燃，杜绝了燃烧过程中排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及烟尘对环境造成的污染和周围原始生态系统的损害。煤矸石经雨水淋溶形成的酸性水渗透到地下，会污染地下水。因此，利用煤矸石填沟造地可以减轻矿区的大气污染和地下水的污染。复垦大量良田可实现社会、环境、经济效益的统一。

4 结语

煤矸石作为煤炭开采和煤炭洗选加工过程中的固体废弃物，为避免煤矸石对环境的污染影响居民日常生产和生活需采用合理手段煤矸石进行处理。目前，除煤矸石综合利用外，将煤矸石堆放并对其进行生态修复治理和土地复垦是根除矸石山灾害较好的方法。