崔彥鵬
(西山煤電屯蘭礦,山西 古交 030200)
煤矸石為煤礦企業(yè)生產所排放出的固體廢棄物,其主要在煤炭開采和煤炭洗選加工的過程中排出。目前,對于煤矸石而言最為普遍的處理方式為將其集中堆放進而形成矸石山。實踐表明,煤矸石堆放所形成的矸石山不僅會占用大量的耕地面積,若不采取任何防治措施不僅會產生大量的灰塵;而且,在遇水沖刷作用下煤矸石中的有害元素會滲入地下突然或地下水中嚴重破壞當?shù)氐纳鷳B(tài)平衡,同時也給當?shù)鼐用裆a和生活帶來威脅[1]。因此,應對煤矸石山進行有效指標。本文將以屯蘭礦為例的煤矸石山進行防治,并對防治效果進行分析。
屯蘭礦隸屬于山西焦煤有限責任公司,該礦井始建于1988 年,并正式于1997 年10 月31 日建成并試生產,2002 年10 月正式投產,原設計生產400 萬t/a,現(xiàn)核定生產能力為450 萬t/a。井田面積64.49 km2,主要煤種有焦煤(61.1%)、瘦煤(26.7%)、肥煤(11.1%)和少量貧煤。屯蘭礦矸石場分為已封場的南梁矸石山和正在使用的周寨溝矸石山兩部分。屯蘭礦嚴格按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》、《煤炭工業(yè)污染物排放標準》和《山西省煤矸石堆場生態(tài)恢復治理技術規(guī)范》等要求進行矸石場選址、建設、治理、運行和監(jiān)督管理。歷年來投入大量資金進行了矸石場治理和生態(tài)恢復,目前已成效顯著。
南梁矸石山位于礦區(qū)東側深延溝內,總占地面積約4.32×105m2,分為三期,一期購置農村荒溝5.93×104m2,二期利用南梁村和木瓜會居委會荒溝造地計8.87×104m2,三期利用南梁村荒溝2.8×105m2進行四荒治理,歷年矸石堆存量約為1 000 萬t,現(xiàn)已完成生態(tài)恢復治理進行了封場,并交付當?shù)剞r民使用。
周寨溝矸石山經南梁矸石場過涵洞可到達,為東南—西北走向荒溝,占地面積約4.8×105m2。屯蘭礦與馬蘭鎮(zhèn)白草塔村委會按照荒山荒坡造地協(xié)議合作治理,由屯蘭礦回填矸石后覆蓋1.5 米厚的黃土造成可利用的土地,全部交付對方,合作期從2011 年起共計14 年。周寨溝矸石山于2012 年6 月開始服役,至今已排矸近7 年,形成13 個平臺,矸石累計堆積量800 萬t。
本文將結合南梁矸石山和周寨溝矸石山的治理經驗對防治方案進行總結。
根據(jù)不同的分類標準可將屯蘭礦煤矸石進行具體分析,一般的可基于煤矸石的巖性、含碳量以及生產進行分類。其中,根據(jù)屯蘭礦煤矸石的巖性可將其分為炭質頁巖、砂質頁巖、砂巖以及石灰?guī)r等。不同巖性煤矸石的參數(shù),如表1 所示。
表1 屯蘭礦不同巖性煤矸石參數(shù)
根據(jù)煤矸石含碳量可將屯蘭礦煤矸石分為一類、二類、三類以及四類煤矸石,具體分類標準,如第146 頁表2 所示。
表2 基于含碳量煤矸石的分類
針對煤矸石的處置,屯蘭礦一直秉承著“因地制宜、積極利用”的指導原則進行,最終實現(xiàn)屯蘭礦經濟效益、社會效益、環(huán)境效益以及安全生產相統(tǒng)一、齊步走的理想境地[2]。本節(jié)將對煤矸石山的選址以及防治措施進行綜合分析。
煤矸石山為堆積煤矸石的場所,其位置的確定需滿足GB1859—2001 的相關標準要求,具體需依據(jù)如下條件執(zhí)行:
1)煤矸石山位置的確定必須符合屯蘭礦當?shù)卣某青l(xiāng)建設的總體規(guī)劃;
2)對煤矸石山的地基承載能力進行測定,確保其不會在后期煤矸石堆放過程中出現(xiàn)下沉的問題;
3)不可將煤矸石山的位置選擇在斷層、溶洞以及泥石流影響區(qū)域;
4)不可將煤矸石山確定于河流、湖泊的下游;
5)不可將煤矸石山確定于當?shù)刈匀槐Wo區(qū)以及風景區(qū)。
在對屯蘭礦周邊地形、地貌實地考察的基礎上將南梁矸石山設定與礦區(qū)東側深延溝內;將周寨溝矸石山設定于南梁矸石場過涵洞可到達的位置。
針對屯蘭礦煤矸石的類別以及煤矸石山的位置,擬采用灌漿滅火、覆土、綠化以及夯實等措施對煤矸石進行治理。
3.2.1 煤矸石山的防火治理
目前,國內外針對煤矸石山的防火措施包括有灌漿封閉法、表面密封壓實法和冷卻法。屯蘭礦的南梁矸石山和周寨溝矸石山采用灌漿封閉法對其進行防火治理,具體治理措施如下:結合對矸石山的實地探測和經驗確定出火區(qū)和自燃區(qū),而后在上述區(qū)域鉆孔將黃土和石灰配制的泥漿注入火區(qū)和自燃區(qū)中[3]。
而且,對于正在服役的周寨溝矸石山可采用分層壓實法解決其自燃問題,具體防治措施如下:將煤層堆放矸石的厚度控制在5 m 左右并對矸石層進行壓實處理,對其外坡進行整形處理;在其上方堆積0.4 m 左右的黃土。待整個煤矸石山停止堆放矸石后,在其上方覆蓋厚度為1 m 的黃土。
3.2.2 煤矸石山的邊坡處理
煤層煤矸石堆積完成后均需對其邊坡進行整形處理,并在該層矸石層上方覆蓋黃土。根據(jù)相關標準要求,處理后邊坡的高寬比為1∶1.5。同時,在煤矸石山四周修建坡度為2%的排水溝,確保日常降水可順利排放,避免矸石山的崩塌、滑坡等事故[4]。
此外,對處理完成的邊坡表面還需進行綠化,選擇耐旱和生產能力強的植被。煤矸石邊坡治理斷面,如圖1 所示。
圖1 矸石山邊坡治理斷面圖
而且,根據(jù)屯蘭礦當?shù)氐慕邓闆r為矸石山設計排水系統(tǒng),確保矸石山平臺頂部和兩側所排放的水能夠全部順利排出,具體排水溝的結構,如圖2所示。
圖2 矸石山排水溝斷面結構
如圖2 所示,矸石山排水溝的底部寬度為0.3 m,底部寬度為0.1 m,深度為0.2 m,總體高度為0.25 m。排水溝選用漿砌片石襯建造。
屯蘭礦的南梁矸石山和周寨溝矸石山均采用上述措施進行治理,對于已經交付的南梁矸石山而言,修建了循環(huán)經濟主題公園,設有走廊、涼亭,培植花木、草坪,還硬化了道路,增添了人文景觀,給周邊礦、廠的職工提供了一個假日休閑的好去處[5]。據(jù)統(tǒng)計屯蘭礦總共投資1 585 萬元用于南梁山矸石場生態(tài)恢復治理。完成生態(tài)修復面積11 萬m2,柔性排水渠2 512 m,急流槽61.2 m,柔性護坡5 773.5 m2。經過治理矸石山如今披上了綠妝,風景如畫,鳥語花香,生機盎然,遠遠聞到的是花草的清香。
對于周寨溝矸石山而言,目前已形成的永久性平臺進行封場治理,投資約1 864 萬元。去年已對各平臺進行微地形整形,今年對整形后的各平臺采取綠色柔性護坡和柔性排水渠等近自然水土保持治理措施進行自我調節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)恢復治理。
總的來說,生態(tài)修復治理、土地復墾是根除矸石山災害較好的方法。治理后防止了矸石山自燃,杜絕了燃燒過程中排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及煙塵對環(huán)境造成的污染和周圍原始生態(tài)系統(tǒng)的損害。煤矸石經雨水淋溶形成的酸性水滲透到地下,會污染地下水。因此,利用煤矸石填溝造地可以減輕礦區(qū)的大氣污染和地下水的污染。復墾大量良田可實現(xiàn)社會、環(huán)境、經濟效益的統(tǒng)一。
煤矸石作為煤炭開采和煤炭洗選加工過程中的固體廢棄物,為避免煤矸石對環(huán)境的污染影響居民日常生產和生活需采用合理手段煤矸石進行處理。目前,除煤矸石綜合利用外,將煤矸石堆放并對其進行生態(tài)修復治理和土地復墾是根除矸石山災害較好的方法。