淺談云南省興云煤礦小鹿塘排矸場安全綜合治理方案

摘 要：云南省興云煤礦矸石山治理前由于連降暴雨，矸石山堆砌不符合規(guī)范要求，泄水不暢，導(dǎo)致矸石山局部滑坡，使攔矸壩局部垮塌，造成了經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失及安全隱患，通過本次的治理，提出科學(xué)合理、切實可行的治理方案，減小矸石山對周邊環(huán)境的污染及威脅。實現(xiàn)以害治害，變害為利的目的，取得環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。

關(guān)鍵詞：云南省興云煤礦矸石山；治理方案；綠化

1 概述

伴隨著采掘機(jī)械化的發(fā)展和煤層開采條件的逐漸惡化，煤礦多年開采之后，排出的矸石堆積如山，不但占用了大量土地，而且其中所含的硫化物散發(fā)后會污染大氣和水源，造成嚴(yán)重的后果。煤矸石燃燒時散發(fā)出難聞的氣味和有害的煙霧，使附近居民慢性氣管炎和氣喘病患者增多，周圍樹木落葉，莊稼減產(chǎn)。矸石山受雨水沖刷，常使附近河流的河床淤積，河水受到污染。

2 煤礦背景及矸石山現(xiàn)狀

2.1 煤礦背景

興云煤礦截止至2014年12月31日礦山累計采出原煤約786.76萬噸，開采消耗817.54萬噸，回采率約96%，采區(qū)回采率較高。

2.2 矸石山現(xiàn)狀

興云煤礦的排矸場設(shè)在工業(yè)場地的南面小鹿塘山坳里，煤礦年產(chǎn)矸石約5wt，合10wm3/a，自煤礦投產(chǎn)以來，排矸場已排棄約18年矸石，由于早年煤礦產(chǎn)量較小，矸石產(chǎn)量也相對較小，故排矸場目前約堆放了120wm3矸石。1995年，興云煤礦重新規(guī)劃后排矸場設(shè)計容量為230wm3，目前剩余容量約110wm3，按設(shè)計產(chǎn)量計算還夠存儲約10年。但由于排矸場未按設(shè)計要求分臺階堆放、碾壓及黃土覆蓋等，實際堆放時堆放較為集中，堆放高度大，坡度陡峭，煤矸石中還夾雜一定煤泥，原排水系統(tǒng)較欠缺，鋼筋混凝土擋矸壩未采取濾排水等措施。導(dǎo)致2014年7月，由于富源縣連降暴雨，造成排矸場大面滑坡，將原排矸場西面至南面的涵洞排水入口全部堵塞，形成泥石流，將位于東邊的原鋼筋混凝土擋矸壩南部一段全部沖毀。煤矸石及煤泥大量涌出擋矸壩外的一磚廠及河流，造成了一定的環(huán)境污染和財產(chǎn)損失。

3 治理依據(jù)

3.1 本次治理的任務(wù)

根據(jù)排矸場現(xiàn)狀。本次排矸場安全綜合治理方案，分以下三個部分進(jìn)行：（1）對位于東邊現(xiàn)有未沖毀的鋼筋混凝土擋矸壩進(jìn)行修復(fù)加固，對沖毀部分在原址新建。（2）對排矸場進(jìn)行削坡減載處理。原排矸場的堆放較為集中，堆放高度大，坡度陡峭，本次治理將按照規(guī)范和相關(guān)技術(shù)要求對排矸場進(jìn)行削坡減載等處理。（3）完善整個排矸場的排水系統(tǒng)。包括原擋矸壩的泄水孔處理、原排矸場西面至南面的涵洞及排水明溝的完善等。

3.2 治理依據(jù)及原則

3.2.1 堆放場地的選擇。堆放場地應(yīng)選擇在基底透水性較好的場地，在有條件的情況下，應(yīng)選擇在溝谷型場地進(jìn)行排矸場堆放。

3.2.2 堆放形式方面，具體措施如下：（1）在矸石堆放中應(yīng)采取一定工程措施增加排矸場的固結(jié)程度，如：分層堆放，嚴(yán)格控制每層高度，有條件的情況下進(jìn)行分層碾壓等；（2）對排矸場做好完善的淺、深層排水通道，有利于提高排矸場的整體穩(wěn)定性；（3）合理選取矸石散體堆放的坡高、坡角控制比例，堆積坡度一般不得大于42°。

3.2.3 通過排矸場的變形監(jiān)控達(dá)到以下目的。（1）通過沉降觀測可確定其固結(jié)度，并進(jìn)一步在此基礎(chǔ)上分析穩(wěn)定安全儲備，控制下一階段的排棄強(qiáng)度；（2）通過控制點(diǎn)的水平和垂直位移趨勢觀測，通過其收斂特征，進(jìn)行滑坡預(yù)報。

3.2.4 排矸場的整治措施。（1）在固結(jié)前即支護(hù)，支護(hù)體對排矸場散體起到了更好的變形約束作用，而且坡面主壓力矢量也有一定程度降低；（2）如果選擇在坡中部設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)，首先保證基腳的穩(wěn)定，保證基腳下部的矸石已完全固結(jié)，同時還應(yīng)分析新堆矸石對下部矸石引起的進(jìn)一步變形情況；（3）對矸石的整體卸載，應(yīng)根據(jù)應(yīng)力分布、位移分布，速度場的分布合理選擇開挖卸載區(qū)域；（4）在坡面進(jìn)行植被恢復(fù)能大大降低雨水對排矸場穩(wěn)定性的影響。

4 治理內(nèi)容

根據(jù)治理任務(wù)，以下對本次治理的內(nèi)容進(jìn)行說明

4.1 排矸場削坡減載工程

興云煤礦原排矸場的堆積高度較高，坡度較陡，目前最高堆積標(biāo)高為+2128.0m，最低擋矸壩底標(biāo)高為+2020.0m，高差108.0m。

在本方案中，擬將排矸場的最高排棄高度降低至+2080.0m后，不再在原排矸場處排棄矸石。

降低標(biāo)高后的排矸場最低標(biāo)高為+2037.5m，比擋矸壩頂標(biāo)高+2040.0m低2.5m，平段為5.0m，后分為4個坡段，坡度為1：2.0（約26°）第一、第二坡段長度為20.0m，高度為10m，兩坡段間設(shè)2.0m寬馬道及1.0m×1.0m排水溝，作為第二、三、四坡段的地表水截水溝。第三坡段長22.0m，高度11.0m，第四坡段長23.0m，高度為11.5m，排矸場頂部標(biāo)高+2080.0m。

排矸場在重新堆積的過程中，有條件的情況下進(jìn)行分層碾壓，分層碾壓的方法為由下至上每2m用推土機(jī)進(jìn)行推平壓實，壓實后噴灑石灰水，并覆蓋黃土，因興云煤礦不再在小鹿塘排棄矸石，在排矸場重新堆積完成后，在坡面進(jìn)行撒草籽，種植喬、灌木類植物等一些植被恢復(fù)措施。

4.2 排矸場排水系統(tǒng)完善工程

（1）排矸場西南面山溝中的山澗水。興云煤礦小鹿塘排矸場地處一條東南高，西北低的山溝中，匯水面積約0.56km2，山溝中有季節(jié)性溪流通過，現(xiàn)有一條涵洞從排矸場南面穿過排矸場南部邊緣，將山澗水引出場外，但由于涵洞入口位置處時常被堵塞，在村莊東南面，雨季時會形成小型堰塞湖，造成安全隱患，本次治理中，在排矸場西南面涵洞入口位置處重新砌筑一道小型擋矸壩，防止矸石滾落堵塞涵洞口，同時，在涵洞口西面重新砌筑排水溝，并加設(shè)跌水井，防止沿山澗流下的碎石泥沙堵塞涵洞口。（2）排矸場場地內(nèi)的地表水。本次治理中，在排矸場南面邊緣設(shè)置頂寬2.0m，底寬1.2m，高度為1.8m的梯形截面排水溝，由西向東引出場外，在重新堆積后的排矸場第一坡段頂及擋矸壩后平段位置設(shè)置北高南低的1.0m×1.0m的排水溝，將排矸場坡面流下的地表水引至南面的排水溝。在通往村莊的道路中段南面有一條山澗，有季節(jié)性溪水流淌，故山澗與道路相連的地方設(shè)置涵洞，穿過便道，將其一并匯入排水溝引出場外。（3）排矸場邊坡監(jiān)測措施。定期對排矸場經(jīng)行水平和垂直位移趨勢觀測，通過其收斂特征，進(jìn)行滑坡預(yù)報。特別是雨季時，應(yīng)縮短監(jiān)測的間隔時間，對正在滑動的土體，需嚴(yán)密監(jiān)控，必要時進(jìn)行晝夜連續(xù)觀測。

5 結(jié)束語

根據(jù)我國有關(guān)礦山煤礦排矸場的地理特點(diǎn)及物質(zhì)組成和地質(zhì)環(huán)境治理的要求，對排矸場主要采取放緩坡度、分層碾壓，黃土覆蓋，排矸場排灌水措施、排矸場坡腳擋護(hù)工程和整體綠化。

按國家有關(guān)規(guī)范、規(guī)定要求，施工單位按照我院的設(shè)計施工圖，在今年雨季之前，云南省興云煤礦小鹿塘排矸場安全綜合治理工程的三個部分：擋矸壩壩體新建、修復(fù)加固工程已全部完成；排矸場的排水系統(tǒng)工程已基本完成；排矸場削坡減載工程，由于受雨季影響較大，只完成了能施工的部分，還有部分未完成，整體綠化也未完成。就已完工的情況，已達(dá)到的綜合治理的要求，消除排矸場的安全及環(huán)境隱患。今年雨水、雨量比往年均較多，現(xiàn)雨季已過大半，排矸場的安全綜合治理工程經(jīng)受住了嚴(yán)峻的考驗，證明是安全可靠的，達(dá)到了設(shè)計要求和安全綜合治理的預(yù)期目的。

今后需繼續(xù)完成未完成的排矸場削坡減載工程和整體綠化工程等綜合治理措施，定期對排矸場經(jīng)行水平和垂直位移趨勢觀測。實現(xiàn)排矸場“變害為利”的目的，從而取得環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。