智 力

（山西焦煤西山煤電官地礦，山西 太原 030022）

官地礦年均排矸量為120 萬t 左右，目前矸石處置方式為運往矸石場填埋處置。官地礦共有兩座矸石場，分別為100HP 和200HP 矸石場，200HP矸石場又分為A、B、C、D 四個區(qū)。100HP 矸石場和200HP 矸石場的A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)已經(jīng)填滿閉庫，D 區(qū)正在使用。矸石場100HP 和矸石場200HP的A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)已經(jīng)綜合綠化生態(tài)恢復治理，D 區(qū)已做護坡格柵，待閉庫后進行治理。D 區(qū)分為已封場區(qū)和未封場區(qū)，已封場區(qū)面積131 023 m2，未封場區(qū)面積19 762 m2，道路面積5474 m2。已封場區(qū)東側(cè)已進行了整形整地處理，但未進行生態(tài)修復，從上到下共有十六級坡，南側(cè)未分級，已覆土。

1 目前存在的主要問題

通過現(xiàn)場現(xiàn)狀分析，項目區(qū)目前存在的主要問題是矸石自燃及復燃，需要進行滅火處理；矸石堆體部分坡面不合規(guī)范，需要削坡整形，部分頂部平臺需要進行微地形改造；排水系統(tǒng)不完善，需要修繕排水系統(tǒng)；矸石坡面存在不同程度的水土流失現(xiàn)象，部分矸石坡面存在塌陷問題；矸石山未進行生態(tài)修復，一方面造成揚塵污染，另一方面破壞當?shù)鼐坝^，需進行生態(tài)修復[1]。

1.1 矸石自燃

四座矸石山存在不同程度的復燃、自燃現(xiàn)象。煤矸石山自燃過程中，會釋放大量的CH4、H2S、SO2、CO、CO2和氮氧化合物等有害氣體，對當?shù)氐目諝猸h(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生較為嚴重的影響，矸石山周圍大氣質(zhì)量大部分處于中度污染和重污染狀態(tài)[2]。

1.2 地質(zhì)災害

由于部分矸石坡體排水系統(tǒng)不完善或未修建排水系統(tǒng)，以及未采用工程措施或植物措施對坡面進行加固防護，矸石坡面存在不同程度的水土流失現(xiàn)象；由于矸石長期自燃，一方面堆體內(nèi)部質(zhì)量減少形成空洞，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)生改變；另一方面表土溫度升高，植物根系受損，喪失固坡功能；兩方面因素導致矸石堆體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，引發(fā)坡體坍塌等誘發(fā)災害發(fā)生。由于矸石堆積過程中難以實現(xiàn)有效分層碾壓，導致坡體不均勻下沉，并在應(yīng)力差部位出現(xiàn)裂縫，引發(fā)表層框格梁和混凝土排水系統(tǒng)相應(yīng)產(chǎn)生裂隙，造成邊坡加固實效，裂縫成為溝通地表和坡體水體、氣體的通道，進而引發(fā)更大強度的深部矸石自燃[3]。

1.3 大氣污染

矸石山D 區(qū)目前還未封場，排矸中產(chǎn)生大量的揚塵，對當?shù)卮髿庠斐蓢乐匚廴尽?/p>

1.4 水體污染

煤矸石含有微量有毒重金屬元素，如Hg、As、Cr 等，經(jīng)風化剝蝕作用，其中部分有毒重金屬元素被溶解，并隨雨水形成地表徑流進入地表水體或淺層地下水體，造成地表水和地下水污染。

1.5 土壤污染

煤矸石中的部分有毒重金屬元素會通過雨水淋溶作用和風力作用滲入到煤矸石堆附近的土壤中，并發(fā)生入滲、遷移和富集，導致土壤不同程度的重金屬污染。煤矸石風化形成的土壤中重金屬也有明顯積累，在重金屬遷移的過程中還會產(chǎn)生大量的可溶性鹽，對環(huán)境造成長期污染，植物也會受到鹽脅迫而亡；有些重金屬和其他污染物經(jīng)食物鏈傳遞，最終進入人體，危害人體健康[4]。同時，大氣攜帶的煤矸石風化物細粒飄撒在周圍的土地上，也會導致嚴重的土壤污染，影響草場植被的生長和生態(tài)恢復[5]。

1.6 景觀破壞

矸石山堆放占用了大量土地，造成礦區(qū)土地資源浪費，且破壞了礦區(qū)景觀和地表生態(tài)環(huán)境。矸石山B 區(qū)和C 區(qū)山腳下有西山萬畝生態(tài)園旅游公路通過，矸石堆放對旅游公路環(huán)境造成巨大破壞。

2 治理理念

按全區(qū)環(huán)境要素完善，對已治理又反復、已治理又退化、封場未治理和半封場半堆矸的不同固廢堆場的環(huán)境問題和危害，開展系統(tǒng)分析，統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施。

2.1 系統(tǒng)化綜合設(shè)計

矸石堆場生態(tài)環(huán)境恢復治理是一項復雜的系統(tǒng)工程，其中涉及煤矸石堆場滅火、固廢坡體加固、排灌系統(tǒng)布設(shè)、微地形改造、生態(tài)植被修復、后期工程養(yǎng)護等不同方向的技術(shù)難點，針對各類工程內(nèi)容及工序安排全面考慮涉及施工，實現(xiàn)煤矸石堆體滅火徹底、堆體穩(wěn)定、植被良性演替的整體治理效果。

2.2 安全化穩(wěn)定處置

矸石堆場生態(tài)環(huán)境恢復的關(guān)鍵是堆體滅火及穩(wěn)定，所以需對排矸場矸石堆積形態(tài)、堆積厚度、矸石粒徑、自燃機理、火區(qū)范圍以及影響坡面穩(wěn)定的水力參數(shù)以及土工技術(shù)參數(shù)進行解析，分類設(shè)計施工，從而實現(xiàn)矸石坡體及平臺的安全穩(wěn)定。

2.3 集成化技術(shù)組合

官地礦矸石山的矸石堆積年代久遠，內(nèi)部火區(qū)情況復雜，依靠單一的滅火措施無法有效徹底滅火，因此施工時要重視火情動態(tài)監(jiān)測，針對不同火區(qū)采取不同滅火、防火措施，充分發(fā)揮各種滅火、防火措施的優(yōu)勢，實現(xiàn)徹底滅火，為后續(xù)生態(tài)覆綠創(chuàng)造適宜施工條件。

3 治理思路

四座矸石山的環(huán)境影響、生態(tài)破壞、治理效果、封場現(xiàn)狀等許多要素都存在很大差異，需要分別針對各區(qū)特點，對存在問題進行進一步完善治理。

3.1 維持基調(diào)，提檔升級（A 區(qū)）

A 區(qū)在原有治理體系上維持原有治理基調(diào)不變，綜合把握，對復燃點采用防火控火技術(shù)治理，生態(tài)恢復植被。借助A 區(qū)列入西山國家礦山公園的獨特地理優(yōu)勢，在治理區(qū)北側(cè)開辟的幾個小平臺上，在地形高差的幾何分割基礎(chǔ)上進行景觀設(shè)計，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)涵提升、外延擴展。

3.2 源頭防控，疏導結(jié)合（B 區(qū)）

B 區(qū)的治理在北部，把握B 區(qū)復燃的關(guān)鍵引發(fā)因素，排除誘導矸石復燃的地表水下滲和沖刷，從源頭遏制火情；完善和加強坡頂和坡體疏排水系統(tǒng)，減少坡體水土流失。

3.3 整體把握，全面治理（C 區(qū)）

鑒于C 區(qū)封場后未經(jīng)治理自燃嚴重的現(xiàn)狀，按勘察火情-系統(tǒng)滅火降溫-全面防控封坡-系統(tǒng)恢復植被的煤矸石堆積生態(tài)綜合治理的技術(shù)路線，采用先進成熟的矸石滅火和生態(tài)修復技術(shù)，系統(tǒng)規(guī)劃，宏觀布局，細化設(shè)計，依序工法，全面治理。

3.4 動靜結(jié)合，預測規(guī)劃（D 區(qū)）

D 區(qū)東部已封場的階梯狀整形整地區(qū)和C 區(qū)治理思路基本相同，西部未封場區(qū)參照場區(qū)1260 m設(shè)計標高，繼續(xù)向前填埋矸石頂部平臺的西南和西側(cè)陡坡是未來若干年繼續(xù)使用的排矸場所。根據(jù)年度和季度的排矸量，平臺堆體每月向前推進一定的距離，堅持動態(tài)修復思路。

4 關(guān)鍵技術(shù)及工藝

官地礦矸石山生態(tài)恢復治理中用的主要技術(shù)及工藝有：煤矸石堆場測溫監(jiān)測技術(shù)、自燃煤矸石堆場滅火防控技術(shù)、煤矸石堆場生態(tài)修復技術(shù)，同時還涉及到整地整形、微地形改造、排水導流、養(yǎng)護灌溉、邊坡加固等輔助技術(shù)[6]。

4.1 防滅火技術(shù)

4.1.1 鉆孔注漿滅火技術(shù)

深度大于5 m 的火區(qū)，用到了鉆孔注漿滅火技術(shù)，使用堿性滅火降溫漿液，通過鉆桿直接連接注漿導入進行注漿，實現(xiàn)熄滅、封堵和隔絕火源，最終達到火區(qū)降溫的滅火技術(shù)[7]。

4.1.2 開溝注漿滅火技術(shù)

該技術(shù)是對無法進行鉆孔火區(qū)的補充滅火措施，主要用于火區(qū)的四周以及坡面坡腳處，主要通過開溝注漿，在高溫區(qū)與低溫區(qū)、著火區(qū)與未著火區(qū)之間形成一道屏障，防止注漿時火區(qū)蔓延。開溝后在溝槽內(nèi)增設(shè)注漿孔，進一步擴大注漿深度和范圍[8]。

4.1.3 挖掘混填滅火技術(shù)

挖掘混填滅火技術(shù)是在矸石堆場自燃處挖出高溫矸石，將黃土、冷卻矸石、粉煤灰、石灰以及阻燃劑按一定比例混合后填入原處。

4.1.4 隔氧防火技術(shù)

采用粉土和粉煤灰混合構(gòu)成覆蓋阻燃層，然后將黃土和矸石按照一定比例分層碾壓，以達到隔絕空氣進入矸石場堆體，防止矸石場堆體復燃的防火技術(shù)。該覆蓋阻燃層兩種材料的體積百分比為：粉土60%，粉煤灰40%，厚度為80 cm。土矸回填碾壓層每回填50 cm 碾壓一次，每碾壓兩層矸石覆蓋一層20 cm 的黃土[9]。

4.2 排水導流技術(shù)

4.2.1 硬性排水導流技術(shù)

利用工程措施，構(gòu)建排水，導流山體匯水的一種排水方式，主要材料用鋼筋混凝土和漿砌石等。

4.2.2 柔性排水導流技術(shù)

在邊坡生態(tài)修復工程建設(shè)中運用護坡排水技術(shù)，采用土工膜加生態(tài)帶構(gòu)筑，該技術(shù)可在滿足排水設(shè)計安全要求的前提下，保證坡面整體景觀。

4.3 生態(tài)恢復技術(shù)

4.3.1 液壓噴播技術(shù)

將配置好的生長基質(zhì)借助噴播機械輸送到整理后的坡面，恢復植物生長所需營養(yǎng)土壤層的一種生態(tài)修復技術(shù)。設(shè)計噴播厚度5 cm。

4.3.2 植被毯技術(shù)

植物纖維毯可以顯著降低坡面的土壤侵蝕強度，改善坡面景觀，促進植被恢復，在25°以上的陡坡可以減少水土流失70%以上。該技術(shù)是本著落葉歸根、秸稈還田的理念，充分利用植物枯落物的持水能力和有機質(zhì)與微生物對土壤的活化能力來改善植物種苗的生存條件，保墑恒溫[10]。

5 治理效果

通過對官地礦矸石山采取的一系列滅火防火、排水導流、生態(tài)修復技術(shù)，官地礦裸露的矸石山得到了全面治理，對當?shù)赝寥?、大氣、水體環(huán)境起到了有效的治理效果，提高了礦區(qū)植被覆蓋率，增強了礦區(qū)的保水、保肥、涵養(yǎng)水源能力，有效地改善了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。