官地礦矸石山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理

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(yùn)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(fù)治理，D 區(qū)已做護(hù)坡格柵，待閉庫后進(jìn)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(jìn)行了整形整地處理，但未進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，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(fù)燃，需要進(jìn)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(jìn)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(jìn)行生態(tài)修復(fù)，一方面造成揚(yáng)塵污染，另一方面破壞當(dāng)?shù)鼐坝^，需進(jìn)行生態(tài)修復(fù)[1]。

1.1 矸石自燃

四座矸石山存在不同程度的復(fù)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(dāng)?shù)氐目諝猸h(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生較為嚴(yán)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(zāi)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(jìn)行加固防護(hù)，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(dǎo)致矸石堆體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，引發(fā)坡體坍塌等誘發(fā)災(zāi)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(dǎo)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(jìn)而引發(fā)更大強(qiáng)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(yáng)塵，對當(dāng)?shù)卮髿庠斐蓢?yán)重污染。

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(fēng)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(jìn)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(fēng)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(dǎo)致土壤不同程度的重金屬污染。煤矸石風(fēng)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(jìn)入人體，危害人體健康[4]。同時，大氣攜帶的煤矸石風(fēng)化物細(xì)粒飄撒在周圍的土地上，也會導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤污染，影響草場植被的生長和生態(tài)恢復(fù)[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(fèi)，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(fù)、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(fù)治理是一項復(fù)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(fù)、后期工程養(yǎng)護(hù)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(fù)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(jī)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(jìn)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(yuǎn)，內(nèi)部火區(qū)情況復(fù)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(jìn)行進(jìn)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(fù)燃點采用防火控火技術(shù)治理，生態(tài)恢復(fù)植被。借助A 區(qū)列入西山國家礦山公園的獨(dú)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(jìn)行景觀設(shè)計，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)涵提升、外延擴(kuò)展。

3.2 源頭防控，疏導(dǎo)結(jié)合（B 區(qū)）

B 區(qū)的治理在北部，把握B 區(qū)復(fù)燃的關(guān)鍵引發(fā)因素，排除誘導(dǎo)矸石復(fù)燃的地表水下滲和沖刷，從源頭遏制火情；完善和加強(qiáng)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(yán)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(fù)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(jìn)成熟的矸石滅火和生態(tài)修復(fù)技術(shù)，系統(tǒng)規(guī)劃，宏觀布局，細(xì)化設(shè)計，依序工法，全面治理。

3.4 動靜結(jié)合，預(yù)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(biāo)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(jìn)一定的距離，堅持動態(tài)修復(fù)思路。

4 關(guān)鍵技術(shù)及工藝

官地礦矸石山生態(tài)恢復(fù)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(fù)技術(shù)，同時還涉及到整地整形、微地形改造、排水導(dǎo)流、養(yǎng)護(hù)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(dǎo)入進(jìn)行注漿，實現(xiàn)熄滅、封堵和隔絕火源，最終達(dá)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(jìn)行鉆孔火區(qū)的補(bǔ)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(jìn)一步擴(kuò)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(dá)到隔絕空氣進(jìn)入矸石場堆體，防止矸石場堆體復(fù)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(dǎo)流技術(shù)

4.2.1 硬性排水導(dǎo)流技術(shù)

利用工程措施，構(gòu)建排水，導(dǎo)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(dǎo)流技術(shù)

在邊坡生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)中運(yùn)用護(hù)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(fù)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(jī)械輸送到整理后的坡面，恢復(fù)植物生長所需營養(yǎng)土壤層的一種生態(tài)修復(fù)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(qiáng)度，改善坡面景觀，促進(jìn)植被恢復(fù)，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(jī)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(dǎo)流、生態(tài)修復(fù)技術(shù)，官地礦裸露的矸石山得到了全面治理，對當(dāng)?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(qiáng)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。