東坡煤礦矸石場生態(tài)恢復(fù)治理措施

翟平全

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院， 山西 太原 030001）

經(jīng)驗交流

東坡煤礦矸石場生態(tài)恢復(fù)治理措施

翟平全

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院， 山西 太原 030001）

對矸石場采取了滅火、擋護(hù)、邊坡防護(hù)、平臺整治、排水等工程措施及植被恢復(fù)措施，消除了矸石場安全隱患，恢復(fù)了矸石場的生態(tài)環(huán)境，本工程作為礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理示范工程，以期為類似矸石場生態(tài)恢復(fù)治理工程提供借鑒。

矸石場 生態(tài)恢復(fù) 滅火

東坡煤礦位于山西省朔州市朔城區(qū)西北部，礦井生產(chǎn)規(guī)模為210萬t/a，配套選煤廠生產(chǎn)規(guī)模為1 100萬t/a。矸石場位于選煤廠西北約700m的溝谷，矸石場占地面積約22.5 hm2，2013年矸石場停止排矸，堆放矸石約1 120萬t，有10多年的排矸歷史，主要接納礦井和選煤廠的矸石[1]，現(xiàn)服役期已滿，不具備繼續(xù)堆放矸石的條件。

由于矸石場排矸采用“由上向下，自然堆積，平整頂部，不斷延伸”的方式，未覆土碾壓，坡面自然安息角較大，有可能發(fā)生坍塌、滑坡等自然災(zāi)害，尤其是矸石含硫量較高，矸石場有自燃現(xiàn)象，對周圍環(huán)境影響較大，并危及周圍居民的生命安全。另外，矸石場未設(shè)置任何排水設(shè)施，水土流失嚴(yán)重，影響下游渠道的排洪安全。為改善周圍的生態(tài)環(huán)境和居民的生活環(huán)境，消除安全隱患，并響應(yīng)國家及地方環(huán)保政策的要求和發(fā)展規(guī)劃，東坡煤礦積極對矸石場進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)治理。

1 工程總體布置

矸石場若排矸工藝不當(dāng)，攔護(hù)措施標(biāo)準(zhǔn)過低，都將導(dǎo)致礦渣流失，并危及矸石場周圍環(huán)境，因此在矸石場周圍設(shè)置擋矸墻，進(jìn)行邊坡防護(hù)，頂部平臺治理，并在矸石場布設(shè)完整有效的排水系統(tǒng)，將有效地減輕環(huán)境污染、控制水土流失、防治滑坡。

根據(jù)矸石場現(xiàn)狀和周圍地形情況，對矸石場進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)治理。首先對矸石場自燃區(qū)域進(jìn)行滅火；為防止水土流失，在矸石場坡腳設(shè)置擋矸墻，對矸石場坡面進(jìn)行削坡，坡面形成1∶2的邊坡，每堆高5m設(shè)一馬道，馬道寬5m，邊坡覆土厚1m；頂部平臺重新平整，平整后形成4個平臺，平臺覆土厚1m；為防止雨水排水不暢沖蝕矸石，在矸石場擋矸墻坡角、馬道、邊坡、平臺設(shè)置排水溝，將矸石場內(nèi)外的雨水有組織的排至下游；最終對矸石場坡面和平臺進(jìn)行植物措施綠化。

2 工程防洪標(biāo)準(zhǔn)和級別

根據(jù)《水土保持工程設(shè)計規(guī)范》（GB 51 018—2014）中5.7棄渣場級別表，本矸石場庫容為1 120萬 t，約 620萬 m3，最大堆高為 50 m，確定渣場級別為2級，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇設(shè)計，100年一遇校核[2]。

3 水文計算

矸石堆放于溝道內(nèi)，周圍除了山坡雨水外，無其他河溝匯入，匯流面積均比較小。暴雨量的計算采用《山西省水文計算手冊》，設(shè)計洪峰流量的計算采用《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》（GB 50 433—2008）中的經(jīng)驗公式進(jìn)行計算[3-4]。

3.1 設(shè)計暴雨量計算

式中：H1p為暴雨頻率為p的60min暴雨量，mm；kp為暴雨頻率p的皮Ⅲ型曲線模比系數(shù)為60min暴雨均值，mm。

根據(jù)《山西省水文計算手冊》，由手冊相應(yīng)的等值線圖查均值和變差系數(shù)=22mm；Cv＝0.54。

當(dāng) p＝2%時，k2%＝2.21，H2%=48.62mm；

當(dāng) p＝1%時，k1%＝2.48，H1%=54.56mm。

3.2 設(shè)計洪峰流量計算

式中：Qp為最大流量，m3/s；k 為徑流系數(shù)，取 0.4為60min平均降雨強(qiáng)度，mm；A為匯水面積，km2。

根據(jù)實測地形圖描繪測量，矸石場匯水總面積為0.6 km2。矸石場洪水流量計算結(jié)果見表1。

表1 矸石場洪水流量計算結(jié)果

4 工程措施

矸石場治理工程措施主要包括：滅火工程、擋護(hù)工程、邊坡防護(hù)工程、平臺整治工程、排水工程。

1）滅火工程。矸石場矸石發(fā)生自燃的必要條件為可燃物、助燃物、引火源（溫度）。三個條件必須同時具備，燃燒才會發(fā)生。滅火原理主要是通過隔離矸石與空氣，降低已燃燒矸石的溫度。具備這兩個條件，最終達(dá)到防滅火的目的。本工程滅火主要采取鉆孔注漿法和密封壓實法。

根據(jù)火區(qū)發(fā)火情況，采用淺孔+深孔配合注漿的措施，即先滅淺層自燃區(qū)、再滅深層自燃區(qū)。淺孔深3m，通過表層注漿充填表層矸石間的空隙，形成空所隔離封閉帶；待淺層溫度有所降低后，再施工深孔，深孔孔深6m，并對深部著火矸石進(jìn)行注漿滅火?？拙酁?m，鉆孔孔徑為Φ127mm，回轉(zhuǎn)鉆孔，正方形布置。注漿施工采用分批次間隔進(jìn)行，一般分2個批次進(jìn)行打孔注漿，首先進(jìn)行淺孔注漿，再進(jìn)行深孔注漿。矸石注漿滅火宜在平臺或馬道上進(jìn)行，注漿孔的位置應(yīng)在邊坡坡頂線內(nèi)不小于1.5m為宜，在斜坡坡面注漿滅火時，以15°～20°向下傾角的斜孔進(jìn)行注漿。注漿管采用Φ50mm鋼管，地表以上長度不小于0.5m，便于注漿；注漿管應(yīng)下至孔底以上0.5m處；地表1m以下部分留設(shè)梅花孔3排，梅花孔布置孔距0.3m，孔徑10mm。

滅火工作完成后，對治理區(qū)域進(jìn)行全面測溫檢測，要求1m深度范圍內(nèi)的檢測溫度小于60℃。最后再通過表面密封壓實法對矸石場進(jìn)行封場，以隔絕空氣進(jìn)路，對矸石場表面覆土1m厚，壓實系數(shù)大于0.85。

2）擋護(hù)工程。為防止水土流失，并保證邊坡穩(wěn)定，在矸石場四周坡腳設(shè)置2m高漿砌石擋矸墻，擋矸墻地面以上墻高2m，擋墻頂寬為1m，基礎(chǔ)埋深為1.5m。擋矸墻墻身及基礎(chǔ)采用M7.5水泥砂漿砌MU30片石；基礎(chǔ)下設(shè)100mm厚C10混凝土墊層，擋矸墻地基承載力要求不低于140 kPa。

3）邊坡防護(hù)工程。由于矸石場以前采用的由上到下自然傾倒工藝，邊坡坡度較陡，目前自然堆放坡角約38°，由于該矸石場最大堆高約50m，容易引起滑坡、水土流失等災(zāi)害。對該矸石場的坡面進(jìn)行削坡開級治理，每隔5m設(shè)一馬道，馬道寬度為5m，坡面采用植物措施方式進(jìn)行防護(hù)，首先對坡面進(jìn)行覆土，覆壤土1m厚。

4）平臺整治工程。對矸石場平臺進(jìn)行平整并覆土，平整后形成四個平臺，平臺覆土1m厚，分層夯實。為不使頂部平臺積水，坡度為2‰，坡向平臺橫向排水溝，平臺匯流通過平臺橫向排水溝和邊坡縱向排水溝排出。

5）排水工程。為防止雨水排水不暢沖蝕矸石，在矸石場四周設(shè)置截洪溝，在馬道、邊坡、平臺設(shè)置橫縱向排水溝，將矸石場內(nèi)外的雨水有組織的排至下游。

截洪溝：矸石場四周布設(shè)截洪溝，設(shè)計斷面依據(jù)矸石場單側(cè)匯水校核流量計算確定，斷面形式采用梯形，頂寬1.6m，底寬0.8m，深0.8m，邊坡邊比為1∶0.5，截水溝采用漿砌石砌筑，壁厚0.45m。

馬道、邊坡、平臺橫縱向排水溝：為了防止坡面沖刷，在矸石場馬道、邊坡、平臺布設(shè)橫縱向排水溝，形成完整的排水系統(tǒng)。橫縱向排水溝采用矩形斷面，寬40 cm，深40 cm，采用漿砌石砌筑，壁厚0.3m。

排洪溝：在矸石場下游設(shè)置矩形排洪溝，將矸石場場內(nèi)和四周匯集的雨水排入下游，排洪溝寬2.5m，深1.5m，漿砌石結(jié)構(gòu)。

5 植物措施

1）樹種選擇。樹種選擇要做到“因地制宜、適地適樹”，充分考慮樹種的抗逆性，確保造林工程持續(xù)、穩(wěn)定地發(fā)揮效益，達(dá)到固土、防護(hù)功能與環(huán)境效益有機(jī)結(jié)合，樹種選擇過程中充分考慮根系發(fā)達(dá)和根孽性強(qiáng)；選擇樹形美觀、衛(wèi)生的樹種，同時注意層次上的協(xié)調(diào)搭配。從速生和慢長的比例來說，著眼于慢長樹，積極采用速生樹合理配置，爭取早日取得綠化效果，又能得到穩(wěn)定的綠化作用。

選擇抗逆性強(qiáng)、有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，對干旱、瘠薄、鹽堿、pH值、毒害等不良立地有較強(qiáng)的忍耐能力，同時對粉塵污染、二氧化硫、高溫等不良的大氣因子也有一定的抵抗能力的樹種。此外，還要特別注意選擇有固氮能力的肥土樹種。在廢舊的矸石場樹種一般選擇杜松、刺槐、紫穗槐、家榆、黃刺玫、粉花刺槐、小葉丁香、銀杏、山楂、棗樹等，草種一般選擇沙打旺、紅豆草、山野豌豆、紫花苜蓿、胡枝子、小冠花、無芒雀麥、披堿草、葦狀羊茅、高狐茅等混播。根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，該矸石場喬木選用刺槐，灌木選用紫穗槐，草種選用披堿草。

2）植被措施布置。坡面上覆蓋1m的黃土后，采取灌草措施護(hù)坡，灌木選用紫穗槐，草種選用披堿草；種植標(biāo)準(zhǔn)紫穗槐10000穴/hm2，間距為1m×1m，穴狀栽植，直徑0.4m，深0.5m，披堿草30 kg/hm2。矸石場頂部平臺覆蓋1m的黃土后，采取林草措施，樹種選用刺槐，草種選用披堿草；種植標(biāo)準(zhǔn)刺槐2 500穴/hm2，間距為2m×2m，穴狀栽植，直徑0.8m，深0.6m，披堿草 30 kg/hm2。

3）植被技術(shù)措施。造林應(yīng)用保水劑、生根粉、地膜覆蓋等抗旱造林技術(shù)，反季節(jié)造林需要應(yīng)用營養(yǎng)杯、營養(yǎng)袋，帶土坨等措施，在運(yùn)輸、假植過程中要做好管護(hù)工作，全面提高造林成活率和保存率。

造林：早春萌芽前，秋季落葉后，落葉喬灌木截干栽植，以秋季為好，栽植時不得窩根，分層埋土踏實，栽植深度高出原土3 cm，上復(fù)虛土，用一、二級苗栽植。刺槐地徑0.8m，栽植深度0.6m，苗高1m，紫穗槐地徑0.4m，栽植深度0.5m，紫穗槐栽植前要經(jīng)泡一周。栽植后要澆足透水。

幼林撫育管理：第一年兩次，第二年兩次，第一次5～6月，第二次8月，松土除草，發(fā)生枯干枯梢現(xiàn)象，在冬季或早春平茬，枯死要及時補(bǔ)植，落葉喬灌木第二、三年定干。紫穗槐每年進(jìn)行平茬，連續(xù)進(jìn)行三年。上凍前澆一遍冬水，第二年早春澆一遍春水，氣候干旱時要根據(jù)情況適時澆水。

6 結(jié)語

東坡煤礦矸石場生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理項目實施，可使固體廢物得到有效清理，區(qū)域礦山生態(tài)環(huán)境惡化趨勢得到遏制，自然生態(tài)得到有效恢復(fù)，水土流失治理大幅提升，礦山生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢得到扭轉(zhuǎn)，徹底恢復(fù)矸石場生態(tài)環(huán)境，消除安全隱患，具有很好的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 劉春杰，王瑩，范利華，等.矸石山自燃的成因分析及防治措施[J].煤炭技術(shù)，2006，25（11）：3-5.

[2] 中華人民共和國水利部.水土保持工程設(shè)計規(guī)范：GB 51018—2014[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[3] 中華人民共和國水利部.開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范：GB 50433—2008[S].北京：中國計劃出版社，2008.

[4] 山西省水利廳.山西省水文計算手冊[M].太原：黃河水利出版社，2010.

Ecological Restoration M easures for Dongpo Coal M ine Gangue

Zhai Pingquan
（Taiyuan Design Research Institute of Coal Industry,Taiyuan Shanxi030001）

The engineering measures of outfire,retaining and slope protection,platform regulation,drainage and vegetation restoration measures are adopted to eliminate the safety hazards of gangue,restoring the ecological environment of the gangue.As a demonstration project of restoration and control ofmine ecological environment,this project provides reference for similar ecological restoration and control projectof gangue.

gangue;ecological restoration;outfire

TD82

A

1672-1152（2017）05-0124-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.47

2017-09-20

翟平全（1979—），男，大學(xué)本科，2003年7月畢業(yè)于濟(jì)南大學(xué)，中級工程師，現(xiàn)主要從事生活污水處理設(shè)計、礦井水處理設(shè)計、固體廢物處理設(shè)計。

（編輯：苗運(yùn)平）