礦區(qū)矸石山生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究

王銳剛

(山西大學(xué)工程學(xué)院，山西 太原 030013)

煤矸石是煤炭開(kāi)采和洗煤排放的固體廢棄物，是煤礦生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，是礦區(qū)主要的污染源之一。本文以潞安集團(tuán)五陽(yáng)煤礦煤矸石山為對(duì)象，在全面掌握有關(guān)矸石山生態(tài)恢復(fù)的資料和了解當(dāng)?shù)仨肥降睦砘卣骱螅蒙鷳B(tài)恢復(fù)植被重建技術(shù)，對(duì)矸石山進(jìn)行綠化，建立起穩(wěn)定、高效的矸石山人工植被生態(tài)系統(tǒng)，為探索改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑提供了依據(jù)。

1 五陽(yáng)煤礦煤矸石山基本概況

五陽(yáng)礦矸石山位于五陽(yáng)礦區(qū)主井西南北向延伸。五陽(yáng)大量煤矸石的存在造成很大空氣污染, 而且煤矸石山溢流水的污染使土壤鹽分升高, 導(dǎo)致土地鹽堿化, 使農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育受到影響。同時(shí)，滑落的矸石落入漳河岸邊, 河水受到了極大的污染[1]。

矸石山給周邊環(huán)境帶來(lái)了極大的污染，造成了局部環(huán)境的惡化，影響了所在地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)矸石山的治理研究已是礦區(qū)迫切需要解決的問(wèn)題。

2 五陽(yáng)煤礦煤矸石山生態(tài)恢復(fù)措施

2.1 收集資料，實(shí)地調(diào)查

在收集矸石山基本情況、治理概況資料的基礎(chǔ)上，對(duì)選擇的礦區(qū)矸石山進(jìn)行系統(tǒng)的環(huán)境調(diào)查，全面查明礦區(qū)矸石山存在的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題，并對(duì)其危害性和危險(xiǎn)性做出評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及可能引起的不良后果等。調(diào)研國(guó)內(nèi)外矸石山環(huán)境保護(hù)、綜合治理與生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，特別是在生態(tài)保護(hù)、固體廢棄物治理與綜合利用、地質(zhì)災(zāi)害防治等主要技術(shù)領(lǐng)域，掌握其中的先進(jìn)、實(shí)用技術(shù)方法。

2.2 改良土壤

土壤作為植物生長(zhǎng)的介質(zhì)，在生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與重建的過(guò)程中是非常重要的。矸石山土壤瘠薄，蓄水保水能力差，在栽植前得進(jìn)行土壤改良。因此，土壤坡面基質(zhì)層要做到有足夠的厚度、足夠的養(yǎng)分、足夠的保水保肥能力，滿足坡面植被生長(zhǎng)需要，同時(shí)經(jīng)得起自然降雨的沖刷而不脫落?；|(zhì)包含植壤土、泥炭土、植物秸稈粉碎物、有機(jī)肥、緩釋化肥等微生物肥料。通常借助客土噴播機(jī)或空壓機(jī)，將植生基質(zhì)噴射到掛釘好網(wǎng)的坡面上并使之良好地附著，而不會(huì)流失。

2.3 矸石山邊坡整形

如何根據(jù)具體條件，采用合適的工程手段，達(dá)到既滿足邊坡穩(wěn)定需要和植被生長(zhǎng)需要，又省工省錢(qián)的技術(shù)方法。由于矸石山固結(jié)性能不好，很容易受到風(fēng)、水和空氣的侵蝕，表明出現(xiàn)蝕溝、裂痕，還存在淺層滑坡、局部滑塌甚至有局部崩塌的危險(xiǎn)，對(duì)整個(gè)山體進(jìn)行工程防護(hù)很有必要。具體措施為：首先進(jìn)行坡面整理，盡量使坡度控制在42°以?xún)?nèi)，然后在坡面上分級(jí)設(shè)置馬道，分級(jí)馬道之間垂直高度一般為8～10m；在山體坡腳處，修建重力式擋土墻，修建盤(pán)山路，山頂設(shè)蓄水池，完善給、排水設(shè)施。

2.4 邊坡植被重建

結(jié)合礦區(qū)矸石山實(shí)際情況，采用傳統(tǒng)邊坡植被技術(shù)，主要包括植物選擇、植物種植和植物管理等。

矸石山綠化植物的選擇，應(yīng)滿足以下要求：適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?，抗旱性?qiáng)；根系發(fā)達(dá)、擴(kuò)展性強(qiáng)；耐瘠薄、耐粗放管理；種子來(lái)源豐富，發(fā)芽力強(qiáng)；抗病蟲(chóng)害能力強(qiáng)等。根據(jù)植物的耐傾斜度、耐酸堿性、對(duì)二氧化硫的耐性等特征選擇, 矸石山上適宜種植臭椿和火炬樹(shù)，因這兩種樹(shù)種適應(yīng)性強(qiáng)、耐旱、耐瘠薄、抗煙塵、抗二氧化硫和氟化物能力比較強(qiáng)，且火炬樹(shù)入秋變成紅葉,具有較好的觀賞價(jià)值。臭椿不僅抗二氧化硫能力強(qiáng),并且吸收二氧化硫的能力也很強(qiáng)。臭椿在二氧化硫污染的情況下, 葉中含硫量可達(dá)正常含量的29.8倍。另外, 為改善土地的貧瘠狀況, 可種植肥料樹(shù), 如紫穗槐等, 利用其根瘤菌的固氮作用, 改善土壤的物理?xiàng)l件和微生物條件, 增加生成腐殖質(zhì)來(lái)增加土地肥力。其他可選的樹(shù)種還有刺槐、油松、側(cè)柏, 灌木樹(shù)種有沙棘、荊條、胡枝子等,同時(shí)兼顧花木、草本植物。

矸石山的綠化管理是至關(guān)重要的, 由于矸石山具有含水量低、入滲快、地?zé)彷^高等特點(diǎn), 所以矸石山在綠化改造后, 管理工作的重點(diǎn)是澆水, 特別是保苗期和干旱、高溫季節(jié)。要修建相應(yīng)的澆水設(shè)施, 澆水可采用膠管?chē)娝虻喂? 采用多次少量的方式, 切忌大水漫灌, 避免浪費(fèi)水又沖走泥土的現(xiàn)象。澆水后一兩天，必須檢查有無(wú)裂縫、塌陷現(xiàn)象, 一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)培土踏實(shí)。一般春季每周一次, 夏季平均5d澆灌一遍，秋季20d左右澆一次, 冬季在上凍前普遍灌足越冬水, 并在越冬前應(yīng)對(duì)樹(shù)木進(jìn)行整形修剪。幼苗移栽后, 在幼苗間覆蓋地膜或植物的秸稈,搞好除草與病蟲(chóng)危害防治。苗木肥料以有機(jī)肥為主, 同時(shí)適當(dāng)施用化學(xué)肥料。施肥方式以基肥為主,基肥與追肥兼施。施肥的數(shù)量和方法根據(jù)植物種類(lèi)、生長(zhǎng)習(xí)性和特點(diǎn)而定。同時(shí)要加強(qiáng)綜合管理, 促進(jìn)苗木健康生長(zhǎng)。

3 厚層基材噴播綠化技術(shù)

厚層基材噴播綠化技術(shù)，是利用空氣壓縮動(dòng)力裝置，將預(yù)先配置并攪拌均勻的植物生長(zhǎng)基質(zhì)材料連同綠化種子，按設(shè)計(jì)要求噴射到掛網(wǎng)后的坡面上，實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?qiáng)制綠化的一種邊坡綠化新技術(shù)[2]。

厚層基材護(hù)坡材料主要有植生基質(zhì)、錨桿(釘)、鐵絲網(wǎng)三部分組成。其特點(diǎn)有：①護(hù)坡效果好，防雨水沖刷能力強(qiáng)；②適用高陡邊坡；③有利植物生長(zhǎng)；④施工容易，價(jià)格合理。

工藝實(shí)施步驟：先對(duì)矸石山的坡面進(jìn)行清理平整，修建馬道、擋土墻，完善給、排水系統(tǒng)，然后鋪設(shè)網(wǎng)孔為50 mm×50 mm的14號(hào)鍍鋅鐵絲網(wǎng)(鐵絲直徑2mm)，將鐵絲網(wǎng)自上而下鋪滿整個(gè)坡面，并用錨桿和錨釘(木樁)固定。錨桿長(zhǎng)度為150～180 cm，錨桿端部彎折成90度，彎折長(zhǎng)度為10 cm，露出坡面長(zhǎng)度為10 cm。錨桿密度2 m×2 m，梅花狀布置，錨桿打在已有的澆灌的混凝土硬殼上；再把厚層基材原料攪拌后，由噴播機(jī)械設(shè)備噴射到坡面上，形成≥10cm 厚度的厚層基材。噴射完畢后，覆蓋一層無(wú)紡布防曬保墑，厚層基材形成具有一定強(qiáng)度的防護(hù)層。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間灑水養(yǎng)護(hù)，青草就會(huì)覆蓋坡面，一個(gè)月后揭去無(wú)紡布，使茂密的青草自然生長(zhǎng)。植物根系深入矸石山體，盤(pán)根錯(cuò)節(jié)， 可形成具有良好保護(hù)性能的龐大根系系統(tǒng)。它與鐵絲網(wǎng)、錨桿一起作用達(dá)到保護(hù)坡面穩(wěn)定的目的。

該工藝實(shí)施后植物生長(zhǎng)一段時(shí)間，綠化面積上植被覆蓋率87%，病蟲(chóng)害發(fā)生率22%，顏色(綠)77%，降雨基本能滿足植被生長(zhǎng)，根系發(fā)育，互相纏繞，少量根系扎入巖層裂隙，因此，此工藝達(dá)到了預(yù)期效果，取得了良好成效[2]。

4 生態(tài)恢復(fù)綜合效益分析

五陽(yáng)礦把矸石山造林作為生態(tài)環(huán)境建設(shè)的一項(xiàng)重要工作, 制定了矸石山生態(tài)治理造林規(guī)劃, 加大資金投入, 積極組織開(kāi)展矸石山治理工作, 于2007年11月開(kāi)始施工，對(duì)新矸石山注漿滅火、黃土覆蓋、護(hù)坡砌筑等工程建設(shè)。并于2009年春天開(kāi)始，對(duì)新矸石山進(jìn)行了全面的綠化, 種植了刺柏、檜柏等樹(shù)木, 同時(shí)還在坡面上種植了草坪, 徹底改變了礦區(qū)矸石山的面貌，創(chuàng)造了不可估算的環(huán)境效益，并且矸石山環(huán)境綜合整治后進(jìn)行綠化，每年可為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

綠化后節(jié)約生產(chǎn)礦繳納排污費(fèi)支出；消除矸石山污染源，減少環(huán)境污染損失費(fèi)；可獲得樹(shù)木的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在環(huán)境方面，也取得了有效成績(jī)：解決了矸石山自燃、山體滑坡坍塌等安全問(wèn)題；經(jīng)過(guò)綠化的矸石山，可以防止揚(yáng)塵、有害氣體的產(chǎn)生，減少甚至徹底杜絕矸石山對(duì)空氣的污染；經(jīng)過(guò)治理的矸石山，減少了煤矸石淋溶水對(duì)土壤和地下水的污染。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)矸石山環(huán)境整治后進(jìn)行綠化，不僅能夠保證周邊居民、廠區(qū)的安全，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)又有效地解決了矸石山由于自然堆放而產(chǎn)生的生態(tài)問(wèn)題，具有良好的環(huán)境效益。因此，對(duì)礦區(qū)矸石山進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

[1] 李玲.淺議矸石山的綜合治理方法[J].煤,2001，19(S1):81-82.

[2] 劉氏燚，劉偉，花金嶺,等.煤礦區(qū)廢棄矸石山生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究[J].能源環(huán)境保護(hù)，2010，24(3):38-44.