矸石山治理

矸石山综合治理

王振宇

［摘要］：通过调查煤矸石的排放和对环境的污染情况，及对矸石的化学和生物分析，指出矸石对环境的污染和生态破坏的严重性，有针对性的给出治理方案和绿化措施，以达到边排边治的有效治理方法，使矸石山在三到五年之内有较大的改观。针对环境绿化问题，通过对植被的优化选择，使矸石山在五年之后绿化率达到75%以上。

［关键字］：矸石山 植被 灭火 灌木

1 前言：

煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣，包括岩石巷道掘进时产生的掘进矸石，采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里采出来的矸石，以及洗煤厂生产过程中排出的洗矸石。

伴随着采掘机械化的发展和煤层开采条件的逐渐恶化，煤矿多年开采之后，排出的矸石堆积如山，不但占用了大量土地，而且其中所含的硫化物散发后会污染大气和水源，造成严重的后果。煤矸石中所含的黄铁矿（FeS2）易被空气氧化，放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风化以至自燃。煤矸石燃烧时散发出难闻的气味和有害的烟雾，使附近居民慢性气管炎和气喘病患者增多，周围树木落叶，庄稼减产。矸石山受雨水冲刷，常使附近河流的河床淤积，河水受到污染。

本文针对山西大同煤矿集团公司某煤矿矸石山综合治理进行详细介绍。

2 矸石山概况、治理指导思想和技术路线

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据不完全统计，该矿2006-2010年年均产原煤约180万吨，现有西三矸石山、主井矸石山两座矸石场。其中主井矸石山在上世纪80年代初运行生产，其尾矿至今已有30多年的历史，产生了近200多万吨矸石，占地面积35000m2，堆积在工业广场对面的沟壑内。该矸石山在没有治理之前，晴天风起时，黑色粉尘满天飞扬，阴雨天后黑水四处流，严重地影响了当地的空气质量，污染了周边环境，还给矿上主井提升工作带来了很大的难度，同时也存在着一定的安全隐患。

根据国家、省、市有关矿山地质环境治理的要求和该煤矿矸石山的地理特点及物质组成，遵循“因地制宜，综合治理；整体规划，分步实施；合理布局，加快建设”的方针，考虑到煤矸石自燃、风化和淋溶的必要条件，采用黄土和石灰乳混合注浆灭火、消矸护坡、黄土覆盖，复垦种植，导排雨水，大力推广采用新型环保材料（生态垫）的应用，对煤矸石等固体废弃物进行无害化处置，提出科学合理、切实可行的治理方案，实现以害治害，变害为利的目的，取得双重环境和经济效益。

3 矸石山综合治理设计方案

针对上述状况，我们提出对应的设计方案，对该矿的矸石山进行彻底的治理。

3.1 煤矸石的化学成份、有害成份及自燃分析

3.1.1 煤矸石的化学成份

煤矸石主要的化学成份为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、P2O5、K2O和Na2O等。其中SiO2的含量一般在40%~60%之间，Al2O3的含量在15%~30%之间，Fe2O3的含量在10%左右。其主要的矿物组成为高岭土、石英、钠长石、白云石、硫铁矿等。

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3.1.2 煤矸石淋溶出的有害成份

对该矿煤矸石取样分析，模拟自然降水对煤矸石中的无机盐类进行渣溶试验，在1000mL分液漏斗底部铺设两层定量滤纸，装入200mm厚（约1000g）煤矸石样品。模拟自然降雨，采用间歇式淋溶方式，每次回去离子水500mL，液层厚度120mm，分液漏斗下用三角瓶接收溶出液，主要测定了淋溶物的硬度、SO42-、Na+、Mn5+，其中矸石硫份为1.0%，水分为5.0％～6.0%，灰分25%左右。这些离子含量超出地表水环境质量标准的30～50倍，使植物不能正常生长，将严重影响矸石山植被的恢复。

3.1.3 煤矸石的自燃分析

引起煤矸石自燃的因素主要有：硫铁矿结核体是决定因素，水和氧气是必要条件，矸石中的炭元素是物质基础。根据矿区煤矸石特征，该煤矿煤矸石的硫含量虽不高，但是受煤矸石运输方式、硫铁矿局部富集、通风状况等多种因素的影响，煤矸石有自燃倾向。另外，煤矸石场中的其它可燃物如煤、木材等存在使燃烧扩大、蔓延。

因此，对于该矸石山要控制煤矸石高度和坡度、采取表面压实、黄土覆盖结合局部注浆灭火等工程措施，可以扑灭矸石自燃现象。

3.2 矸石山的养分情况

经对该矿矸石的实验数据分析，煤矸石中的营养元素含量极低，而无机元素含量仅为0.012%~0.1.21%，而有机物含量也仅在0.4%～6.2%之间，在这样的环境中，植物中为能正常生长的。究其原因，主要在于，矸石的粒径较大，在完全风化之前无土壤结构，从而导致土壤吃水保肥能力极差。

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3.3 对矸石山的基础改良

3.3.1 煤矸石山植被恢复应遵循的原则和意义

煤矸石山的植被恢复和绿化是建立稳定、高效的矸石山人工植被生态系统和彻底改善生态环境的有限途径。但其必须遵循以下的生态学原则：以群落为基本单位；适地适树；生态演替；生物多样性；景观多样性；整体性和系统性。其实际意义在于：单纯恢复植被，减少水土流失，改善环境；在恢复植被的同时，建造经济林，使其形成新的经济增长点。

3.3.2 初步整形、灭火和降温及喷洒杀菌剂

根据该矿煤矸石山具体的地形情况，第一种是将坡面自上而下整理成反坡倾斜梯田，这样雨水冲刷、水土流失较轻，易于停水和保水；自上而下，施工方便，而且下一个梯田台阶不影响上一个已修好的梯田台阶；梯田的田面宽度为1~3m、反坡倾斜角度为2°～8°，梯田隔坡的水平间距为2~5m；整地后坡面坡度在30°以内。第二种是在煤矸石的坡体上，按行间距和坑间距各为2m，挖半径为50～100cm，深50～100cm的土坑，回填客土后用于种植。

整地时有明显烟雾和明火的区域，采用含土壤的碱性浆液的注浆法，进行灭火和降温，使温度降至当地煤矸石的自燃临界温度，在整理好的煤矸石山表面喷洒杀菌剂，用量为每平方米治理面积喷洒1~4公升杀菌剂溶液，杀菌剂溶液浓度为0.3%～0.5%；

3.3.3 覆盖惰性材料及碾压、覆土和修建水土保持工程

采用惰性材料对矸石山表面进行覆盖和碾压，惰性材料由碱性材料和土壤组成；先覆碱性材料，施用量根据酸碱中和原理或试验结果进行计算使其达到ph = 6.0~8.0的目标值，再覆

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5~10cm的土壤；再选择适宜的碾压工具及其运行参数进行碾压，使惰性材料容重达到1.3~2.0g/cm3；对地形地貌进一步修整并覆盖当地适种土壤作为表土层，梯田田面覆盖厚度为30～50cm，同时修建水土保持和排水工程。

3.3.4 绿化种植及管理

因矸石山的地温较高，所以在栽植和播种前，应适量灌水，以降低地温，防止根系脱水，提高发芽和成活率。灌木应选用两年以上生的幼苗，乔木应选用胸径在5cm以下的幼苗，常青树则以带土球栽植为佳，落叶乔木在栽植前或栽植后进行平茬，强剪等修剪手段，以提高成活率。

种植时间以早春为最好。苗木尤其是落叶苗木必须在四月底前完成栽植；花、草于5～6月份播种（下雨前撒播）。另外，对于乔、灌木来讲，晚秋季节也是一个相对好的种植期。为提高植被覆盖率、增强植物多样性、提升景观效果，应选择适宜煤矸石山立地条件的先锋植物种群并按照景观生态要求进行绿化；煤矸石山绿化完成后的1～3年时间里，对该煤矸石山进行绿化管理。

3.4 矸石山的物种选择

3.4.1 植被类的选择

植被的选择要考虑两个方面因素，一是植物要在整理后的矸石山的长期定居，要能适应当地的气候条件，以获得持久的植被。二是要求它们的生长速度快、繁殖速度快、尽量少的种间竞争、以及对病虫害的抗性问题等。

3.4.2 乔木类的选择

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乔、灌木类的选择，要充分考虑到其根系的固水、固土能力，适宜选择一些生物量高、根系发达的多年生耐性植物，同时还要防止有害元素的大量富集同，及观赏性花草树木的配置问题。

4 结论

针对于该矿现实问题，计划采用3～5年时间治理主井矸石山问题。2008年已完成绿化面积6920m2。但为了彻底根治尾矿废弃物，避免泥石流滑坡现象的发生，从2009年起的二期工程，利用矸石沟还有5～7年库容量的情况下，另建了一个矸石处理场，由原来的轨道排放改为汽车清运的方法，从而达到了边排放边治理的目的。减少了污染，节约了成本，有力地保证了矿井的安全生产。二期工程共治理面积15000 m2，全部回填黄土压实，且保证厚度在1m以上。2010年的三期工程，绿化面积15000 m2，年度排矸量100000 m3，做到边排边治，黄土覆盖，绿化工程时，回填黄土2m以上。针对我矿的实际问题，蒺藜、苦买菜等植被类植物都可选用，该矿三年绿化面积总和为22000m2，累计种植国槐300株、油松200株、新疆杨300株、柳树200株等大型灌木。

虽然矿业煤矸石综合治理恢复问题是一个技术复杂的问题，但通过对同煤集团一个下属矿的矸石山分析，及该矿主井矸石山的绿化措施的整改，和对土壤改良，及植被种类的选择，充分表明矸石山治理的可行性。根据近年对矸石山的治理，减少煤矸石对环境的污染，其环境效益和经济效益都十分可观

参考文献

1. 白中科，王文英.矿区生态重建基础理论与方法研究.煤矿环境保护，1999，13（1）：10～14

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2. 蓝崇钰，束文圣.矿业废弃地植被恢复中的基础改良.生态学杂志，1996，15（2）：55～59

3. 黄晓三.自燃矸石山灭火工程中应注意的两个问题[J]，煤矿环境保护，1999（1）

4. 赵景逵.矿区土地复垦技术与管理.北京：农业出版社，1993

作者简介：

王振宇：网络工程师，2006年7月毕业于山西农业大学，10月参加工作于同煤集团煤峪口矿地测科。

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