煤矸石渣场引发的环境问题分析与对策

2010-08-15左文官

山西建筑 2010年7期

左文官

红沟渣场位于太原市万柏林区万亩生态园内,是太原煤气化公司接纳选煤厂的煤矸石和电厂粉煤灰的场所,是公司组织生产不可缺少的一项永久性工程建筑。因此,渣场在公司整个生产时期能否长期保持安全以及符合环保要求运行是公司经营者必须考虑的重大问题。渣场的灾害形式按其对环境危害的表现形式,大体上可分为以下三大类:1)渣场滑坡:因松散固体大规模错动、滑移对边坡的稳定造成破坏性危害;2)渣场泥石流:液固相流体流动对边坡河坝体形成的破坏性危害;3)渣场环境污染:煤矸石的自燃和粉煤灰的扬尘对环境造成污染性的危害。

1 渣场灾害产生机理与形成原因分析

1.1 渣场滑坡机理及原因

1)管理滞后。现在对渣场的管理还是主体责任不明确,管理制度、安全责任制度没有建立起来,对渣场没有检查,即使检查也是形式上的,很不专业。2)选址没有评估,建设没有规划设计。渣场选址和规划设计被忽视,没有进行专业的评估和规划设计,先倒渣后设计护坡,且边坡的角度偏大均在1∶1左右,而规范的渣场边坡的角度为1∶3～1∶2,这就给渣场滑坡埋下了很大的安全隐患。3)倒渣不科学,没有设计。倒渣作业没有设计,煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾混排且又不碾压,先前倒渣从上往下倒,从去年才改为从下往上倒,人为地在渣场内部形成了软弱面和不均匀沉降。这种滑坡治理难度大,常规做法时对渣场稳定性进行验算,修正渣场边坡的高度和坡度或者修筑挡土墙进行工程拦截,使边坡的余推力法安全系数大于1.2～1.3。4)排水设施不健全。如果在暴雨时,渣场排水不及时,大量的地表水便汇入渣场。雨水渗入内部后,渣场原来的平衡状态便会发生变化,渣场充水饱和,增加了渣场重量,又增加了水的渗透压,而水又造成渣场内部发生泥化现象,降低内部潜在滑动面的摩擦力,从而形成渣场滑坡。

1.2 渣场泥石流形成机理及形成条件

1.2.1 泥石流形成机理

泥石流从成因上分为水动力成因泥石流和重力成因泥石流。

水动力成因泥石流是大量松散的固体物料堆积在汇水面较大的山谷地带,在动水冲刷作用下沿陡坡地形急速流动。渣场发生的泥石流便属于此种成因的泥石流,这种泥石流对环境破坏相当大,对下游是相当大的危险源。

重力成因泥石流是吸水岩土遇水软化,当含水量达到一定时,便转化为粘稠状流体。此外,亦可能有坍塌、滑坡体直接转变为泥石流。根据R.A拜格诺的颗粒流理论,粘滞流体中的固体颗粒在动能作用下彼此撞击频繁,使颗粒及相邻滑移层间动量交换,进而使流体中的固体颗粒具有弥散压力,被水软化成液体的泥化母岩(如黏土、风化岩)与岩土块及水混合成浆体(液固相),在滑坡势能转化来的动能作用下,促使滑体向流动转化,形成泥石流。渣场由于堆积物空隙比较大,遇水很容易软化,在边坡地带易出现重力成因泥石流,对边坡影响比较大。

1.2.2 形成泥石流的条件

1)山谷内含有大量的松散岩土;2)山坡地形陡峻、具有较长的沟床纵坡;3)泥石流区的上中游有较大的汇水面积。

1.3 渣场环境污染表现形式

1)土地污染。渣场作为收容垃圾的场所,其中必然存在大量的固体小颗粒,无论是哪种工艺,在卸土和转排时,随着排弃的粉煤灰在渣场坡面滚动和风力的作用下,便产生大量的灰尘,随风四处飞扬,污染渣场周围环境;此外煤矸石还含有SiO2和Al2O3以及铁、锰等常量元素,和其他微量的铅、镉、汞、砷、铬等有毒重金属堆放在露天中,经受风吹、日晒和雨淋等风化剥蚀作用,其中有毒重金属有可能通过雨水渗入土壤,从而影响土壤环境。2)大气污染。渣场对大气的污染主要是由煤矸石自燃带来的。煤矸石有C,H,S等可燃元素,经硫杆菌催化作用在有水和空气的条件下率先发生氧化还原反应,释放大量的热量,使矸石山的内部温度逐渐升高而自燃。矸石自燃后产生大量的CO,SO2,H2S,CH4,C2H2,NH3,N2,H2等可燃性气体,使矸石山燃烧加剧。而硫化物气体的大量排放加剧酸雨的发生,使污染面积进一步扩大。3)水体污染。煤矸石中的重金属及有毒元素受雨淋、冲刷作用渗入水体造成地下水体污染。

2 对策

2.1 加强管理

建立管理机构,明确责任,做好渣场的检查和监测工作,并不断完善渣场的治理工作,使渣场既能满足倒渣需要,又把渣场对环境的影响降到最小。

2.2 完善渣场规划设计、调整倒渣工艺

1)倒渣从底部开始,将建筑垃圾堆置在渣场底层以增加渣场的透水性和稳固基底,以及将大块岩石堆置在最低一个台阶反压坡脚。2)针对煤矸石的自燃问题采取煤矸石和粉煤灰混排的原则,减小矸石堆的渗透率(它表征了向矸石堆供氧的难易程度),在接近沟的两侧坡面5 m以内不倒煤矸石,使煤矸石彻底与空气隔绝。3)先修挡坝后倒渣:a.施工比较容易,造价低;b.利于坝体的稳定。

2.3 建设与完善渣场的排水设施

1)修筑和完善渣场的截水沟。应在渣场上方的山坡上修建截水沟,以便雨水和地表水集中排至渣场外围。场内平台应实施2%～3%的反坡,并在渣场平台修筑排水沟拦截平台表面山坡汇水。

2)修筑涵洞。当渣场上游汇水面积比较大或渣场比较大,渣场内部的截水沟满足不了排水要求时要修筑涵洞对其疏干。

2.4 修建护坝挡墙

1)护坝挡墙是用片石砌筑在可能发生潜在滑动面位置上的一种工程治理措施。片石砌筑分为干砌和浆砌片石,干砌石坝,因其渗透性好,施工简单,造价低,在渣场形成后,可成为预先埋置的抗滑挡墙,普遍用在渣场上。重力坝除具有预防滑坡的作用外,对泥石流也具有一定拦截作用,并且它还为水的排泄和渣场内部的疏干提供了条件。2)新型材料在边坡治理中的应用。植生袋(生态袋)是荒山、矿山修复重要的施工方法之一。因其使用简单方便,植物出苗率高,坡面护坡、绿化效果持续稳定,目前已普遍被渣山治理认同,并以较快的速度在全国推广应用。植生袋共分五层,最外及最内层为尼龙纤维网,次外层为加厚的无纺布,中层为植物种子、有机基质、保水剂,长效肥等混合料,次内层为能在短期内自动分解的无纺棉纤维布。