矸石山多元化生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

李 峰

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

引言

矸石山是礦山井下巷道掘進(jìn)、煤炭開(kāi)采以及洗選過(guò)程中產(chǎn)生的矸石堆積形成，主要巖性以含炭的泥巖、砂巖[1-2]。近些年隨著礦山開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，矸石產(chǎn)生量呈明顯遞增趨勢(shì)。礦山開(kāi)采過(guò)程中矸石綜合產(chǎn)生率18%～20%，全國(guó)每年約產(chǎn)生3 億t矸石[3-4]。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段國(guó)有重點(diǎn)煤礦矸石山數(shù)量已超過(guò)1 500 座，占地面積超過(guò)5 000 hm2，矸石累積堆放量達(dá)到30 億t，大量堆放的矸石會(huì)污染礦區(qū)環(huán)境[5]。如何對(duì)矸石山進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，從而改善矸石山環(huán)境是現(xiàn)階段礦山生產(chǎn)時(shí)需要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[6]。近些年來(lái)關(guān)于矸石山生態(tài)修復(fù)技術(shù)眾多研究學(xué)者以及工程技術(shù)人員等展開(kāi)了深入研究，并取得較好的研究成果。文中以山西某集團(tuán)公司下屬礦井矸石山為工程實(shí)例，對(duì)矸石山多元生態(tài)修復(fù)技術(shù)開(kāi)展探討。

1 矸石山多元生態(tài)修復(fù)技術(shù)

現(xiàn)階段礦井矸石山存在有存量大、占地面積有限、坡度大以及治理難度高等特點(diǎn)，開(kāi)展防治揚(yáng)塵、水土流失、邊坡防治以及大規(guī)模綠化等可有效改善矸石山附近環(huán)境。具體矸石山生態(tài)修復(fù)采用的多元化技術(shù)具體為降塵防塵技術(shù)+邊坡治理技術(shù)+覆土固土技術(shù)+植被建植技術(shù)。

1.1 降塵防塵技術(shù)

針對(duì)矸石山功能分區(qū)差異，提出針對(duì)性的降塵防塵技術(shù)措施?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中依據(jù)矸石生產(chǎn)作業(yè)區(qū)、非作業(yè)區(qū)以及停用區(qū)特點(diǎn)，提出使用防塵網(wǎng)鋪蓋防塵、噴淋降塵等技術(shù)對(duì)矸石山生態(tài)修復(fù)全過(guò)程進(jìn)行防塵處理。在矸石山生產(chǎn)作業(yè)區(qū)使用灑水噴淋系統(tǒng)，不僅可降低矸石山粉塵產(chǎn)生量而且可為綠化供水，防止矸石山揚(yáng)塵并提高綠化植被存活率。

1.2 邊坡治理技術(shù)

礦井堆積的矸石山邊坡坡度一般在30°以上，為確保邊坡穩(wěn)定，采取削坡分級(jí)方法放緩邊坡并建設(shè)對(duì)應(yīng)的排水系統(tǒng)。根據(jù)矸石山地形從上而下對(duì)邊坡進(jìn)行處理，將每級(jí)邊坡高度降低至20 m 以內(nèi)。在坡頂搭設(shè)平臺(tái)，確保坡面小于矸石自然堆積安息角，具體為30°，并在中間不設(shè)置分級(jí)馬道。在對(duì)邊坡進(jìn)行分級(jí)時(shí)為滿足施工以及后期植被種植、養(yǎng)護(hù)要求，需要新建道路，道路由矸石山底部向頂環(huán)網(wǎng)布置。為確保矸石山穩(wěn)定，使用柔性分級(jí)技術(shù)建設(shè)多級(jí)隔坡反平臺(tái)工程。

為避免雨水沖刷造成矸石山邊坡水土流失，在矸石山上設(shè)置集水溝、截水溝、雨水收集池以及排水溝等設(shè)施。具體在分級(jí)平臺(tái)內(nèi)側(cè)位置設(shè)置截水溝；在上山道路以及矸石山豎向道路內(nèi)側(cè)位置設(shè)置集水溝；為避免坡內(nèi)滲水以及坡面徑流給矸石山穩(wěn)定性影響，在擋墻內(nèi)側(cè)布置排水溝；依據(jù)所在區(qū)降水量以及矸石山表面積在矸石山最低位置布置雨水收集池，有效截留雨水、地表徑流。

1.3 覆土固土技術(shù)

覆土固土是確保矸石山表層植被生產(chǎn)需要養(yǎng)分主要方法。礦井矸石山表層巖體酸度、含鹽量等普遍較高在種植植被前應(yīng)強(qiáng)化客土及覆土改良研究。黃土具有土壤腐殖層、淋溶層以及沉淀層等，是一種相對(duì)優(yōu)質(zhì)的土壤。在對(duì)矸石山種植植被時(shí)可將選用黃土作為基土，從而提高植被生長(zhǎng)、覆蓋速度。矸石山表層覆蓋的黃土厚度建議為20 cm。

表層固結(jié)是采用土工格柵、金屬網(wǎng)等對(duì)矸石山表面進(jìn)行固結(jié)，當(dāng)固結(jié)位置坡度為25°～35°陡坡時(shí)可采用毯墊固結(jié)；當(dāng)固結(jié)位置破蘇為35°～45°急坡時(shí)可采用平面網(wǎng)、格室等固結(jié)；當(dāng)固結(jié)位置為45°～55°險(xiǎn)坡時(shí)可采用立體網(wǎng)固結(jié)。

水平攔截是砌筑毛石圍擋、砌筑石墻、矸石梯田以及磚砌圍墻等方式防止矸石山出現(xiàn)垮塌，并防止矸石山上含有大量重金屬或者酸性物質(zhì)的廢水對(duì)周邊土壤造成污染。

1.4 植被建植技術(shù)

對(duì)矸石山表層金屬覆土、固土后，可針對(duì)性開(kāi)展基質(zhì)配制、植被播種以及栽植等工作。

1.4.1 基質(zhì)改良

由于矸石山表層巖酸度、含鹽量等偏大，需要對(duì)植被生產(chǎn)的基質(zhì)進(jìn)行改良?；|(zhì)改良技術(shù)包括有肥力改良、結(jié)構(gòu)改良以及活力改良等類(lèi)型，通過(guò)在基質(zhì)中增加有機(jī)質(zhì)含量，增加基質(zhì)肥沃程度，利于種植的植物養(yǎng)分吸收。

1.4.2 植被物種篩選

篩選出適宜矸石山綠化用的植被物種，從而為后續(xù)的矸石山大規(guī)模綠化創(chuàng)造條件。在選擇植被時(shí)應(yīng)遵循“生態(tài)多樣性、適應(yīng)性以及先鋒性”等原則，以本地植被物種為主，適當(dāng)選擇經(jīng)過(guò)多年馴化的外來(lái)物種，從而增加景觀、生物多樣性。

合理選擇喬木、灌木以及草本等植物品種，在矸石山上種植灌木可提高土壤改良以及植被綠化效果，加快矸石山生態(tài)修復(fù)以及綠化速度，是矸石山生態(tài)功能重建的重要選項(xiàng)。根據(jù)該礦區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，刺槐、油松等具有優(yōu)異抗旱、抗寒性能的樹(shù)種是矸石植被種植是優(yōu)選的類(lèi)型。

山西某礦在矸石山植被重建過(guò)程中依據(jù)坡面立地條件，優(yōu)選選擇抗逆性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)以及覆蓋能力強(qiáng)的槐樹(shù)、毛白楊、火炬樹(shù)等。種植的草種選擇籽麻花、波斯菊等。取得較好的修復(fù)效果，植被生長(zhǎng)較為旺盛。

2 多元生態(tài)修復(fù)技術(shù)效果分析

在礦井矸石山生態(tài)修復(fù)中根據(jù)矸石山具體特點(diǎn)針對(duì)性制定修復(fù)策略，并綜合使用多元生態(tài)修復(fù)技術(shù)，取得較為顯著的矸石山生態(tài)修復(fù)效果。

通過(guò)對(duì)矸石山進(jìn)行生態(tài)修復(fù)可并降低甚至避免矸石山在堆積過(guò)程中粉塵的無(wú)組織排放，從而減少甚至避免環(huán)境保護(hù)部門(mén)行政處罰，同時(shí)降低矸石山堆積給附近造成的農(nóng)業(yè)損失、設(shè)備銹蝕等損失。多元生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用后，礦井矸石山在粉塵排放、固體物堆積以及工農(nóng)關(guān)系等方面費(fèi)用投入減少約600 萬(wàn)元。由此可見(jiàn)對(duì)矸石山修復(fù)治理后可取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。

經(jīng)過(guò)多元生態(tài)修復(fù)后的矸石山表層得到綠化，不僅可美化當(dāng)?shù)丨h(huán)境而且可起到環(huán)境保護(hù)功能，減少矸石山廢水對(duì)附近土壤、水體等污染威脅。

3 結(jié)語(yǔ)

矸石是礦井采掘以及煤炭洗選產(chǎn)物，隨著矸石充填技術(shù)應(yīng)用，礦井矸石產(chǎn)量雖然有所降低，但是礦區(qū)仍堆積有大量的矸石山，給礦區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)顯著影響。裸露的矸石山不僅會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵、廢水以及有害氣體，而且會(huì)給礦區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)顯著影響。

為了提高礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量，根據(jù)矸石山特點(diǎn)提出將多元化生態(tài)技術(shù)應(yīng)用到矸石山環(huán)境治理中，并以山西某礦區(qū)矸石山為工程實(shí)例，對(duì)各關(guān)鍵技術(shù)闡述?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，矸石山生態(tài)環(huán)境得以有效改善，改善了礦區(qū)環(huán)境，取得較好應(yīng)用成果。