煤矸石山防治及效果分析

崔彥鵬

（西山煤電屯蘭礦，山西 古交 030200）

引言

煤矸石為煤礦企業(yè)生產(chǎn)所排放出的固體廢棄物，其主要在煤炭開采和煤炭洗選加工的過程中排出。目前，對于煤矸石而言最為普遍的處理方式為將其集中堆放進(jìn)而形成矸石山。實(shí)踐表明，煤矸石堆放所形成的矸石山不僅會占用大量的耕地面積，若不采取任何防治措施不僅會產(chǎn)生大量的灰塵；而且，在遇水沖刷作用下煤矸石中的有害元素會滲入地下突然或地下水中嚴(yán)重破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡，同時也給當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)和生活帶來威脅[1]。因此，應(yīng)對煤矸石山進(jìn)行有效指標(biāo)。本文將以屯蘭礦為例的煤矸石山進(jìn)行防治，并對防治效果進(jìn)行分析。

1 工程概況

屯蘭礦隸屬于山西焦煤有限責(zé)任公司，該礦井始建于1988 年，并正式于1997 年10 月31 日建成并試生產(chǎn)，2002 年10 月正式投產(chǎn)，原設(shè)計生產(chǎn)400 萬t/a，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為450 萬t/a。井田面積64.49 km2，主要煤種有焦煤（61.1%）、瘦煤（26.7%）、肥煤（11.1%）和少量貧煤。屯蘭礦矸石場分為已封場的南梁矸石山和正在使用的周寨溝矸石山兩部分。屯蘭礦嚴(yán)格按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》、《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《山西省煤矸石堆場生態(tài)恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范》等要求進(jìn)行矸石場選址、建設(shè)、治理、運(yùn)行和監(jiān)督管理。歷年來投入大量資金進(jìn)行了矸石場治理和生態(tài)恢復(fù)，目前已成效顯著。

南梁矸石山位于礦區(qū)東側(cè)深延溝內(nèi)，總占地面積約4.32×105m2，分為三期，一期購置農(nóng)村荒溝5.93×104m2，二期利用南梁村和木瓜會居委會荒溝造地計8.87×104m2，三期利用南梁村荒溝2.8×105m2進(jìn)行四荒治理，歷年矸石堆存量約為1 000 萬t，現(xiàn)已完成生態(tài)恢復(fù)治理進(jìn)行了封場，并交付當(dāng)?shù)剞r(nóng)民使用。

周寨溝矸石山經(jīng)南梁矸石場過涵洞可到達(dá)，為東南—西北走向荒溝，占地面積約4.8×105m2。屯蘭礦與馬蘭鎮(zhèn)白草塔村委會按照荒山荒坡造地協(xié)議合作治理，由屯蘭礦回填矸石后覆蓋1.5 米厚的黃土造成可利用的土地，全部交付對方，合作期從2011 年起共計14 年。周寨溝矸石山于2012 年6 月開始服役，至今已排矸近7 年，形成13 個平臺，矸石累計堆積量800 萬t。

本文將結(jié)合南梁矸石山和周寨溝矸石山的治理經(jīng)驗(yàn)對防治方案進(jìn)行總結(jié)。

2 屯蘭礦煤矸石概況

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可將屯蘭礦煤矸石進(jìn)行具體分析，一般的可基于煤矸石的巖性、含碳量以及生產(chǎn)進(jìn)行分類。其中，根據(jù)屯蘭礦煤矸石的巖性可將其分為炭質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖、砂巖以及石灰?guī)r等。不同巖性煤矸石的參數(shù)，如表1 所示。

表1 屯蘭礦不同巖性煤矸石參數(shù)

根據(jù)煤矸石含碳量可將屯蘭礦煤矸石分為一類、二類、三類以及四類煤矸石，具體分類標(biāo)準(zhǔn)，如第146 頁表2 所示。

表2 基于含碳量煤矸石的分類

3 屯蘭礦煤矸石山的防治

針對煤矸石的處置，屯蘭礦一直秉承著“因地制宜、積極利用”的指導(dǎo)原則進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)屯蘭礦經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、環(huán)境效益以及安全生產(chǎn)相統(tǒng)一、齊步走的理想境地[2]。本節(jié)將對煤矸石山的選址以及防治措施進(jìn)行綜合分析。

3.1 煤矸石山的選址

煤矸石山為堆積煤矸石的場所，其位置的確定需滿足GB1859—2001 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，具體需依據(jù)如下條件執(zhí)行：

1）煤矸石山位置的確定必須符合屯蘭礦當(dāng)?shù)卣某青l(xiāng)建設(shè)的總體規(guī)劃；

2）對煤矸石山的地基承載能力進(jìn)行測定，確保其不會在后期煤矸石堆放過程中出現(xiàn)下沉的問題；

3）不可將煤矸石山的位置選擇在斷層、溶洞以及泥石流影響區(qū)域；

4）不可將煤矸石山確定于河流、湖泊的下游；

5）不可將煤矸石山確定于當(dāng)?shù)刈匀槐Ｗo(hù)區(qū)以及風(fēng)景區(qū)。

在對屯蘭礦周邊地形、地貌實(shí)地考察的基礎(chǔ)上將南梁矸石山設(shè)定與礦區(qū)東側(cè)深延溝內(nèi)；將周寨溝矸石山設(shè)定于南梁矸石場過涵洞可到達(dá)的位置。

3.2 煤矸石山的防治

針對屯蘭礦煤矸石的類別以及煤矸石山的位置，擬采用灌漿滅火、覆土、綠化以及夯實(shí)等措施對煤矸石進(jìn)行治理。

3.2.1 煤矸石山的防火治理

目前，國內(nèi)外針對煤矸石山的防火措施包括有灌漿封閉法、表面密封壓實(shí)法和冷卻法。屯蘭礦的南梁矸石山和周寨溝矸石山采用灌漿封閉法對其進(jìn)行防火治理，具體治理措施如下：結(jié)合對矸石山的實(shí)地探測和經(jīng)驗(yàn)確定出火區(qū)和自燃區(qū)，而后在上述區(qū)域鉆孔將黃土和石灰配制的泥漿注入火區(qū)和自燃區(qū)中[3]。

而且，對于正在服役的周寨溝矸石山可采用分層壓實(shí)法解決其自燃問題，具體防治措施如下：將煤層堆放矸石的厚度控制在5 m 左右并對矸石層進(jìn)行壓實(shí)處理，對其外坡進(jìn)行整形處理；在其上方堆積0.4 m 左右的黃土。待整個煤矸石山停止堆放矸石后，在其上方覆蓋厚度為1 m 的黃土。

3.2.2 煤矸石山的邊坡處理

煤層煤矸石堆積完成后均需對其邊坡進(jìn)行整形處理，并在該層矸石層上方覆蓋黃土。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，處理后邊坡的高寬比為1∶1.5。同時，在煤矸石山四周修建坡度為2%的排水溝，確保日常降水可順利排放，避免矸石山的崩塌、滑坡等事故[4]。

此外，對處理完成的邊坡表面還需進(jìn)行綠化，選擇耐旱和生產(chǎn)能力強(qiáng)的植被。煤矸石邊坡治理斷面，如圖1 所示。

圖1 矸石山邊坡治理斷面圖

而且，根據(jù)屯蘭礦當(dāng)?shù)氐慕邓闆r為矸石山設(shè)計排水系統(tǒng)，確保矸石山平臺頂部和兩側(cè)所排放的水能夠全部順利排出，具體排水溝的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 矸石山排水溝斷面結(jié)構(gòu)

如圖2 所示，矸石山排水溝的底部寬度為0.3 m，底部寬度為0.1 m，深度為0.2 m，總體高度為0.25 m。排水溝選用漿砌片石襯建造。

3.3 防治效果分析

屯蘭礦的南梁矸石山和周寨溝矸石山均采用上述措施進(jìn)行治理，對于已經(jīng)交付的南梁矸石山而言，修建了循環(huán)經(jīng)濟(jì)主題公園，設(shè)有走廊、涼亭，培植花木、草坪，還硬化了道路，增添了人文景觀，給周邊礦、廠的職工提供了一個假日休閑的好去處[5]。據(jù)統(tǒng)計屯蘭礦總共投資1 585 萬元用于南梁山矸石場生態(tài)恢復(fù)治理。完成生態(tài)修復(fù)面積11 萬m2，柔性排水渠2 512 m，急流槽61.2 m，柔性護(hù)坡5 773.5 m2。經(jīng)過治理矸石山如今披上了綠妝，風(fēng)景如畫，鳥語花香，生機(jī)盎然，遠(yuǎn)遠(yuǎn)聞到的是花草的清香。

對于周寨溝矸石山而言，目前已形成的永久性平臺進(jìn)行封場治理，投資約1 864 萬元。去年已對各平臺進(jìn)行微地形整形，今年對整形后的各平臺采取綠色柔性護(hù)坡和柔性排水渠等近自然水土保持治理措施進(jìn)行自我調(diào)節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)治理。

總的來說，生態(tài)修復(fù)治理、土地復(fù)墾是根除矸石山災(zāi)害較好的方法。治理后防止了矸石山自燃，杜絕了燃燒過程中排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及煙塵對環(huán)境造成的污染和周圍原始生態(tài)系統(tǒng)的損害。煤矸石經(jīng)雨水淋溶形成的酸性水滲透到地下，會污染地下水。因此，利用煤矸石填溝造地可以減輕礦區(qū)的大氣污染和地下水的污染。復(fù)墾大量良田可實(shí)現(xiàn)社會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

4 結(jié)語

煤矸石作為煤炭開采和煤炭洗選加工過程中的固體廢棄物，為避免煤矸石對環(huán)境的污染影響居民日常生產(chǎn)和生活需采用合理手段煤矸石進(jìn)行處理。目前，除煤矸石綜合利用外，將煤矸石堆放并對其進(jìn)行生態(tài)修復(fù)治理和土地復(fù)墾是根除矸石山災(zāi)害較好的方法。