自燃煤矸石場治理生態(tài)恢復的技術要點

史興魚

呂梁市環(huán)境監(jiān)察支隊 山西呂梁 033000

近年來，由于采煤技術的不斷發(fā)展，我國對煤矸石的利用水平不斷提高，但煤矸石的堆積量還以每年上億噸的速度不斷上漲。如山西汾西礦業(yè)集團的柳灣煤礦、高陽煤礦、水峪三大煤礦在采煤和選洗生產過程中每年產生煤矸石約為232萬t/a。矸石場現存煤矸石約1200多萬立方。這些矸石山不僅占用寶貴的土地資源，而且發(fā)生自燃，造成嚴重的大氣污染、土壤質量下降、生物多樣性喪失、自然景觀破壞等生態(tài)環(huán)境問題[1]。

1 自燃煤矸石對生態(tài)環(huán)境的影響

1.1 煤矸石自燃的危害

在大部分煤礦中，煤矸石都是通過露天堆放的方式進行處理，再加上煤矸石中含硫高，同時含有大量的可燃物如殘煤、碳質泥巖以及廢木材等，這就為煤矸石的自燃提供了燃燒條件。在長期堆放的過程中，煤矸石堆中積累的熱量不斷增加，一旦內部溫度達到煤矸石中可燃物的燃點，煤矸石就會發(fā)生自燃。在煤矸石自燃的過程中，會釋放出大量一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫和氮氧化合物等有害氣體，自燃可長達十年甚至更久。嚴重影響到矸石山周圍環(huán)境的大氣質量[2]。

1.2 淋溶水污染對環(huán)境的影響

煤矸石中主要含有二氧化硅和氧化鋁以及鐵錳等常量元素，除此之外，還有Pb、Cr、Hg、As、Cd等微量重金屬元素。煤矸石在露天堆放的情況下，受風吹、日曬以及雨淋等自然環(huán)境的影響，或者長期處于浸漬狀態(tài)，矸石中的粉塵會轉化為水中懸浮物，煤矸石中的這些重金屬元素會通過雨水淋溶進入地下水域或土壤，從而對土壤環(huán)境和水環(huán)境造成污染。據山西相關礦務局調查Fe、Cd、Hg、Pb都遠遠低于HDWS標準。

1.3 揚塵對環(huán)境的影響

煤矸石露天堆放，煤矸石表面在風華作用下會化成粉塵，在風力作用下，會對矸石山周圍大氣環(huán)境造成影響。據分析，揚塵地點離矸石山距離越近越嚴重，并且揚塵量與當地風速成正比，而當風速一定時，煤塊的大小重量小，煤粉多，吹揚量比較大。而矸石粒度，重量，大小相對較大，粉末少，所以吹揚量比較少。對于露天堆放的煤矸石，山體的干燥和濕潤度是尤為重要的因素。如果潮濕的煤矸石長期處于冷熱交替的環(huán)境下，會大大加速風化。根據有關專家研究和工業(yè)應用表明，煤矸石覆層下0.5m至幾米，風化程度大大降低，幾乎不會風化。而有一部分矸石山，由于年代比較久遠，堆放時間較長，導致風化比較嚴重，稍有風力作用，便會產生大量揚塵，對矸石山周圍居住的居民造成很大影響，甚至感染呼吸道疾病[3]。

1.4 自然煤矸石場的安全隱患

矸石排放場都是將矸石提升到地面，再由皮帶運送至排矸場頂，平均起堆高度分別在20～100m左右，矸石堆的自然安息角大部分大于40°，有發(fā)生滑坡的危險。如果發(fā)生矸石山滑坡，必將對矸石山下側的道路、附近村莊及周圍環(huán)境帶來嚴重的影響，易造成人身傷亡事故及財產損失[4]。

2 自燃煤矸石場治理生態(tài)恢復的技術要點

2.1 防范煤矸石自燃

依據矸石山自燃機理及特點、著火點分布規(guī)律及火情探測技術，采用挖除滅火、換填滅火、噴射注漿滅火等多種滅火方法系統(tǒng)結合的方式進行滅火防治。對于已經發(fā)生大規(guī)模自燃的矸石山，根據近年來山西汾西礦業(yè)集團的柳灣煤礦、高陽煤礦、水峪三大煤礦矸石山處置情況看，比較有效合理的滅火施工主要工藝包括溫度勘察、挖除滅火、開溝注漿滅火、噴射注漿滅火、深孔注漿滅火等。根據溫度勘測結果及現地著火情況，對不同區(qū)域采用相應的滅火方法進行滅火施工。一般采取由下往上、由外圍區(qū)向核心區(qū)（低溫區(qū)向高溫區(qū)）逐步推進的方法進行滅火施工，即可滅火，又能防治復燃，效果十分明顯。

2.2 土壤生態(tài)環(huán)境恢復

自燃煤矸石場的土壤含有有毒物質。同時，自燃煤矸石場的土壤缺乏天然土壤的養(yǎng)分。在前期準備工作中，如果對土壤中的有毒物質處理不徹底或對影響土地的不利因素分析不充分，很容易造成恢復工作無法進行或經不起時間的驗證，最終導致生態(tài)恢復總體失敗。首先是針對滲出物的污染，滲出物的污染一般表現為物質液體的滲漏，造成土壤的酸堿度失衡。以土壤PH值為4.0為基點，當土壤的PH值=4.0時，不影響植物根系的生長，但會阻礙根系對磷的吸收使之不能健康生長，造成植物莖葉變黃；當PH值＞4.0時，植物無法生長。由于自燃煤矸石場土壤中滲出物酸度較高，一般采用中和劑石灰或石灰混合物中和土壤酸度的方法進行治理。其次是針對重金屬的污染。在自燃煤矸石場生態(tài)治理恢復過程中，對于重金屬污染的一般做法是對土壤施用較高比例的肥料，以此來保證植物的健康生長。另外，如果植物在種植過程中如出現植物長勢不好或腐爛等情況時，可以對其不作處理，待腐爛后把腐殖質用作生物質材料回填到土壤用來改善土壤的質量。

2.3 揚塵控制

2.3.1灑水

灑水是最傳統(tǒng)、最常見、最容易被想到的方案，也是采用最為廣泛的階段性治理措施，灑水可用于城市裸地、鋪裝及未鋪裝道路、材料處理、建筑物拆除等方面。灑水屬于典型的階段性措施，其抑塵效果的維持時間往往不足一天。因此，相對灑水強度來講，灑水周期往往是比較重要的參數。

2.3.2風障

設置風障（木柵、網、板、防風林等）的目的，是在風障的后方形成一片風速較小，且無湍流的穩(wěn)定區(qū)，從而阻止沙粒、塵埃的運動，用于減少煤矸石堆向空中排放塵埃的數量。人造風障多數為一些疏透（多孔）性的材料制成，而一些高度較小、具有“風障”效果的圍擋板、墻則往往是不透風的，如用于施工現場，最初的主要目的不是用來充當風障的圍擋。

3 結論

煤矸石山綜合治理以成為當今世界各領域研究的重點之一，本文對自燃煤矸石場治理生態(tài)恢復的技術要點進行探討，希望能夠提高自燃煤矸石廠生態(tài)恢復水平，為礦區(qū)重建工作奠定良好的基礎。