漳村煤矸石山的危害及綜合治理研究

郭秀崗 慕利榮 段 巍

0 引言

煤矸石是煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的巖石統(tǒng)稱，是采煤和洗煤過程中排出的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤伴生的、含煤量較低、比煤更堅(jiān)硬的黑色巖石[1]。目前我國(guó)煤礦的排矸量約占煤炭開采量的 10%～25%，我國(guó)煤矸石山年排放量超億噸，而且仍在逐年增長(zhǎng)，已成為我國(guó)累積堆積量和占用場(chǎng)地最多的工業(yè)廢物[2]，是我國(guó)排放量最大的工業(yè)廢渣之一。這樣大量的煤矸石露天堆放，不僅占用大量的土地，嚴(yán)重污染環(huán)境，影響周邊環(huán)境景觀，而且煤矸石山坡也時(shí)常發(fā)生坍滑、坍塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，造成人員傷亡事故。因此，煤矸石山已成為煤礦區(qū)環(huán)境治理的首要任務(wù)。

本文結(jié)合山西長(zhǎng)治漳村煤礦矸石山綜合治理項(xiàng)目，首先對(duì)煤矸石山的危害進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的整治措施。

1 工程概況

山西漳村矸石山堆放場(chǎng)位于礦區(qū)主井西約 500m處，堆場(chǎng)長(zhǎng)約470m，底寬約375m，平均高約 55m，形如枕狀，近東西向延伸。漳村矸石山處于自燃狀態(tài)，矸石山的坡面上有自燃后硫析出現(xiàn)象。由于無機(jī)組分以硫鐵礦和黏土為主，大多數(shù)井田各煤層原煤全硫含量均屬富硫和高硫，煤炭和矸石自燃現(xiàn)象非常嚴(yán)重。由于所產(chǎn)的煤炭含硫較多，加之矸石堆放后歷經(jīng)物理化學(xué)變化，區(qū)內(nèi)很多矸石山都存在自燃情況部分。

2 漳村煤矸石山的危害

由矸石山所帶來的危害主要包括:對(duì)土地資源的影響、對(duì)自然景觀的影響、對(duì)環(huán)境的影響以及由其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害及火災(zāi)等。

2.1 破壞礦區(qū)景觀

煤矸石的排放都采用就近堆積，且排放量巨大，因此侵占大量耕地、林地、居民用地和工礦用地，影響礦區(qū)景觀。煤矸石自燃產(chǎn)生的 SO2導(dǎo)致酸雨，腐蝕建筑物。矸石山產(chǎn)生大量的黑色粉塵影響建筑物及植被的美觀。煤礦開采造成地下采空區(qū)，引發(fā)地面塌陷，造成地面建筑、管道、道路、橋梁等設(shè)施變形及破壞，影響各建筑的使用功能，破壞環(huán)境景觀。

2.2 環(huán)境污染

煤矸石對(duì)環(huán)境的危害主要體現(xiàn)在對(duì)大氣環(huán)境和水環(huán)境的污染。對(duì)大氣環(huán)境的危害主要是由于煤矸石自燃后產(chǎn)生大量的CO，SO2，H2S，CH4，CO2，NO2等有害氣體以及煤矸石在露天的長(zhǎng)期堆放過程中，逐漸被風(fēng)化形成細(xì)小顆粒及粉塵對(duì)空氣質(zhì)量造成影響[3]。對(duì)水環(huán)境的危害是由于煤矸石中的硫化物與水和空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成酸，被滲流水帶到地表水中[4]，從而導(dǎo)致水質(zhì)污染。由此可見，煤矸石自燃產(chǎn)生的有害氣體是對(duì)環(huán)境造成污染的主要原因之一。

煤矸石自燃是由于其成分中的可燃物(黃鐵礦和煤等)在常溫條件下得到充分的氧氣供應(yīng)后，將產(chǎn)生低溫氧化反應(yīng)，如果低溫氧化反應(yīng)放出的熱量不能及時(shí)消散于周圍環(huán)境中，就會(huì)導(dǎo)致煤矸石局部升溫，在達(dá)到臨界溫度點(diǎn)(80℃～90℃)后，氧化反應(yīng)速度迅速提高，煤矸石自燃[5]。

漳村矸石山在整治前處于自燃狀態(tài)，對(duì)周邊空氣質(zhì)量造成了影響，針對(duì)這一問題，采用了灌漿滅火以及覆土綠化的方法進(jìn)行治理，并且治理效果明顯。主要針對(duì) SO2造成的污染進(jìn)行分析。在矸石山堆置的區(qū)域共選取 5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行取樣，測(cè)試結(jié)果如圖 1所示。從圖 1可以看出治理后的矸石山周圍環(huán)境中 SO2濃度有了明顯的降低，說明通過治理，矸石山的周邊環(huán)境已經(jīng)得到明顯改善。

3 漳村矸石山綜合治理

矸石山的綜合治理即將原有的矸石山廢棄地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)和景觀重建，即進(jìn)行植被的恢復(fù)及生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)[6]。因此，矸石山整治的措施主要包括:矸石山整形加固、滅火施工、植被種植。矸石山的景觀重建應(yīng)注意以下幾點(diǎn):1)適地適樹原則，即根據(jù)矸石綠化性質(zhì)和植物生態(tài)習(xí)性，選擇合適的樹種，并根據(jù)不同地區(qū)，采用不同的群落配置模式;2)綠化美化原則，即依據(jù)景觀設(shè)計(jì)學(xué)理論，進(jìn)行植物造景[7];3)景觀多樣性原則，如人工湖泊、人工瀑布、人工巨雕、巨型石刻以及一些建筑小品。

3.1 矸石山整形加固

整形加固是矸石山綜合治理的基礎(chǔ)。由于矸石山在整形前處于自然堆積狀態(tài)，地形多呈錐形，因而存在邊坡失穩(wěn)的隱患，同時(shí)在滅火施工和植被種植過程中不能滿足施工安全和方便，所以必須進(jìn)行整形加固。矸石山整形加固主要目的在于改善矸石山地形地貌以便于施工，并滿足美觀要求;減緩坡度、改善空隙狀況，提高邊坡穩(wěn)定性以保證安全;覆土及給排水施工，以便于滅火施工與植被種植[8]。

煤矸石山的整形加固多采用推平整地、減緩坡度、覆蓋土壤等措施，較大規(guī)模改良煤矸石山的立地質(zhì)量。漳村煤礦矸石山整形加固的施工流程是機(jī)械設(shè)備翻晾滅火、挖運(yùn)矸石、坡面整形、注漿滅火、黃土覆蓋、分層碾壓、修整馬道、豎向排水溝、底部擋墻、修整永久道路、安裝給水管道。

在注漿滅火前，采用加長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行削坡整形，挖掘機(jī)進(jìn)行削坡后，利用邊坡碾壓機(jī)碾壓直至邊坡平整。矸石山頂部使用推土機(jī)進(jìn)行平臺(tái)整平，壓路機(jī)碾壓，為注漿滅火及覆土工作創(chuàng)造條件。

3.2 滅火施工

滅火施工是矸石山植被恢復(fù)的前提，也是減少矸石山對(duì)環(huán)境污染的重要措施。矸石山自燃主要是深部殘存煤的自熱過程，所以要在早期找到自燃點(diǎn)比較困難，導(dǎo)致滅火較晚，且加大了滅火難度。在實(shí)際工程中，有許多滅火方法常被煤礦工程采用，如直接挖出冷卻法、深孔注漿法、表面覆土壓實(shí)法等[9]。

根據(jù)工程實(shí)際情況采用深孔注漿法與表面覆土壓實(shí)法相結(jié)合，在著火區(qū)將滅火漿液(黃土和石灰等配成的泥漿)用工程鉆機(jī)注入矸石山內(nèi)部，由于漿液的滲透深度較深，可以直接接觸到高溫矸石，可以進(jìn)行滅火，該方法適用于頂部，斜坡采用機(jī)械挖運(yùn)翻晾滅火。

3.3 植被恢復(fù)

進(jìn)行矸石山整治，最重要的任務(wù)是礦山植被的恢復(fù)，因?yàn)樗械淖匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建，總是以植被的恢復(fù)為前提的[10]。煤矸石山植被恢復(fù)和綠化美化是建立穩(wěn)定、高效的矸石山人工植被生態(tài)系統(tǒng)和徹底改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑[11]。

在植物的選擇方面，一般應(yīng)該選擇:1)生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、成活率高的植物;2)具有改良土壤能力的固氮植物;3)當(dāng)?shù)貎?yōu)良的鄉(xiāng)土樹種和先鋒樹種[12];4)具有抗旱、耐濕、抗污染、抗風(fēng)沙、耐貧瘠、抗病蟲害等效益的樹種[6];5)在邊坡上的植物應(yīng)該具有良好的護(hù)坡能力的樹種。

4 結(jié)語

矸石山的綜合整治是比較全面地對(duì)矸石山進(jìn)行治理，在滿足安全的同時(shí)，減少污染，維持生態(tài)平衡，并達(dá)到美觀的要求，涉及科學(xué)、藝術(shù)、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)等諸多方面。

我國(guó)對(duì)矸石山綜合治理的研究目前僅僅局限在因地制宜選擇樹種及研究相關(guān)生理生化指標(biāo)上，沒有一個(gè)相對(duì)固定的理論指導(dǎo)矸石山綜合治理實(shí)踐。除此之外，在治理的過程中，應(yīng)該重視其在人文方面的影響。這都是我們?cè)诮窈蟮捻肥骄C合治理工作中應(yīng)該深入研究的。

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