矿区矸石山生态恢复技术研究

2011-02-15王锐刚

中国矿业 2011年12期

王锐刚

(山西大学工程学院，山西太原 030013)

煤矸石是煤炭开采和洗煤排放的固体废弃物，是煤矿生产的必然产物，是矿区主要的污染源之一。本文以潞安集团五阳煤矿煤矸石山为对象，在全面掌握有关矸石山生态恢复的资料和了解当地矸石山的理化特征后，利用生态恢复植被重建技术，对矸石山进行绿化，建立起稳定、高效的矸石山人工植被生态系统，为探索改善生态环境的有效途径提供了依据。

1 五阳煤矿煤矸石山基本概况

五阳矿矸石山位于五阳矿区主井西南北向延伸。五阳大量煤矸石的存在造成很大空气污染, 而且煤矸石山溢流水的污染使土壤盐分升高, 导致土地盐碱化, 使农作物生长发育受到影响。同时，滑落的矸石落入漳河岸边, 河水受到了极大的污染[1]。

矸石山给周边环境带来了极大的污染，造成了局部环境的恶化，影响了所在地的经济发展，对矸石山的治理研究已是矿区迫切需要解决的问题。

2 五阳煤矿煤矸石山生态恢复措施

2.1 收集资料，实地调查

在收集矸石山基本情况、治理概况资料的基础上，对选择的矿区矸石山进行系统的环境调查，全面查明矿区矸石山存在的生态和环境问题，并对其危害性和危险性做出评价，预测未来发展趋势及可能引起的不良后果等。调研国内外矸石山环境保护、综合治理与生态恢复技术，特别是在生态保护、固体废弃物治理与综合利用、地质灾害防治等主要技术领域，掌握其中的先进、实用技术方法。

2.2 改良土壤

土壤作为植物生长的介质，在生态环境恢复与重建的过程中是非常重要的。矸石山土壤瘠薄，蓄水保水能力差，在栽植前得进行土壤改良。因此，土壤坡面基质层要做到有足够的厚度、足够的养分、足够的保水保肥能力，满足坡面植被生长需要，同时经得起自然降雨的冲刷而不脱落。基质包含植壤土、泥炭土、植物秸秆粉碎物、有机肥、缓释化肥等微生物肥料。通常借助客土喷播机或空压机，将植生基质喷射到挂钉好网的坡面上并使之良好地附着，而不会流失。

2.3 矸石山边坡整形

如何根据具体条件，采用合适的工程手段，达到既满足边坡稳定需要和植被生长需要，又省工省钱的技术方法。由于矸石山固结性能不好，很容易受到风、水和空气的侵蚀，表明出现蚀沟、裂痕，还存在浅层滑坡、局部滑塌甚至有局部崩塌的危险，对整个山体进行工程防护很有必要。具体措施为：首先进行坡面整理，尽量使坡度控制在42°以内，然后在坡面上分级设置马道，分级马道之间垂直高度一般为8～10m；在山体坡脚处，修建重力式挡土墙，修建盘山路，山顶设蓄水池，完善给、排水设施。

2.4 边坡植被重建

结合矿区矸石山实际情况，采用传统边坡植被技术，主要包括植物选择、植物种植和植物管理等。

矸石山绿化植物的选择，应满足以下要求：适应当地气候，抗旱性强；根系发达、扩展性强；耐瘠薄、耐粗放管理；种子来源丰富，发芽力强；抗病虫害能力强等。根据植物的耐倾斜度、耐酸碱性、对二氧化硫的耐性等特征选择, 矸石山上适宜种植臭椿和火炬树，因这两种树种适应性强、耐旱、耐瘠薄、抗烟尘、抗二氧化硫和氟化物能力比较强，且火炬树入秋变成红叶,具有较好的观赏价值。臭椿不仅抗二氧化硫能力强,并且吸收二氧化硫的能力也很强。臭椿在二氧化硫污染的情况下, 叶中含硫量可达正常含量的29.8倍。另外, 为改善土地的贫瘠状况, 可种植肥料树, 如紫穗槐等, 利用其根瘤菌的固氮作用, 改善土壤的物理条件和微生物条件, 增加生成腐殖质来增加土地肥力。其他可选的树种还有刺槐、油松、侧柏, 灌木树种有沙棘、荆条、胡枝子等,同时兼顾花木、草本植物。

矸石山的绿化管理是至关重要的, 由于矸石山具有含水量低、入渗快、地热较高等特点, 所以矸石山在绿化改造后, 管理工作的重点是浇水, 特别是保苗期和干旱、高温季节。要修建相应的浇水设施, 浇水可采用胶管喷水或滴灌, 采用多次少量的方式, 切忌大水漫灌, 避免浪费水又冲走泥土的现象。浇水后一两天，必须检查有无裂缝、塌陷现象, 一旦发现应及时培土踏实。一般春季每周一次, 夏季平均5d浇灌一遍，秋季20d左右浇一次, 冬季在上冻前普遍灌足越冬水, 并在越冬前应对树木进行整形修剪。幼苗移栽后, 在幼苗间覆盖地膜或植物的秸秆,搞好除草与病虫危害防治。苗木肥料以有机肥为主, 同时适当施用化学肥料。施肥方式以基肥为主,基肥与追肥兼施。施肥的数量和方法根据植物种类、生长习性和特点而定。同时要加强综合管理, 促进苗木健康生长。

3 厚层基材喷播绿化技术

厚层基材喷播绿化技术，是利用空气压缩动力装置，将预先配置并搅拌均匀的植物生长基质材料连同绿化种子，按设计要求喷射到挂网后的坡面上，实现快速强制绿化的一种边坡绿化新技术[2]。

厚层基材护坡材料主要有植生基质、锚杆(钉)、铁丝网三部分组成。其特点有：①护坡效果好，防雨水冲刷能力强；②适用高陡边坡；③有利植物生长；④施工容易，价格合理。

工艺实施步骤：先对矸石山的坡面进行清理平整，修建马道、挡土墙，完善给、排水系统，然后铺设网孔为50 mm×50 mm的14号镀锌铁丝网(铁丝直径2mm)，将铁丝网自上而下铺满整个坡面，并用锚杆和锚钉(木桩)固定。锚杆长度为150～180 cm，锚杆端部弯折成90度，弯折长度为10 cm，露出坡面长度为10 cm。锚杆密度2 m×2 m，梅花状布置，锚杆打在已有的浇灌的混凝土硬壳上；再把厚层基材原料搅拌后，由喷播机械设备喷射到坡面上，形成≥10cm 厚度的厚层基材。喷射完毕后，覆盖一层无纺布防晒保墒，厚层基材形成具有一定强度的防护层。经过一段时间洒水养护，青草就会覆盖坡面，一个月后揭去无纺布，使茂密的青草自然生长。植物根系深入矸石山体，盘根错节，可形成具有良好保护性能的庞大根系系统。它与铁丝网、锚杆一起作用达到保护坡面稳定的目的。

该工艺实施后植物生长一段时间，绿化面积上植被覆盖率87%，病虫害发生率22%，颜色(绿)77%，降雨基本能满足植被生长，根系发育，互相缠绕，少量根系扎入岩层裂隙，因此，此工艺达到了预期效果，取得了良好成效[2]。

4 生态恢复综合效益分析

五阳矿把矸石山造林作为生态环境建设的一项重要工作, 制定了矸石山生态治理造林规划, 加大资金投入, 积极组织开展矸石山治理工作, 于2007年11月开始施工，对新矸石山注浆灭火、黄土覆盖、护坡砌筑等工程建设。并于2009年春天开始，对新矸石山进行了全面的绿化, 种植了刺柏、桧柏等树木, 同时还在坡面上种植了草坪, 彻底改变了矿区矸石山的面貌，创造了不可估算的环境效益，并且矸石山环境综合整治后进行绿化，每年可为企业创造可观的经济效益。

绿化后节约生产矿缴纳排污费支出；消除矸石山污染源，减少环境污染损失费；可获得树木的经济价值。在环境方面，也取得了有效成绩：解决了矸石山自燃、山体滑坡坍塌等安全问题；经过绿化的矸石山，可以防止扬尘、有害气体的产生，减少甚至彻底杜绝矸石山对空气的污染；经过治理的矸石山，减少了煤矸石淋溶水对土壤和地下水的污染。