广西合山煤田大型煤矸石堆综合治理对策研究

李志伟 李远耀* 孙 涛

(中国地质大学(武汉)地质调查研究院，湖北 武汉 430074)

广西合山煤田大型煤矸石堆综合治理对策研究

李志伟 李远耀* 孙 涛

(中国地质大学(武汉)地质调查研究院，湖北 武汉 430074)

以广西合山煤田里兰大型煤矸石堆为例，对其综合治理对策展开了研究，采取工程治理措施，对煤矸石山进行整形加固，并通过生态治理措施恢复改善堆积区的生态环境，最后因地制宜辅以配套设施建设，将煤矸石堆改造为城市休闲场所和旅游观光景点，取得了良好的经济、环境及社会效益。

大型煤矸石堆，综合治理对策，地质环境问题，资源化利用

0 引言

煤矸石是采煤或洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石[1]。其主要来源有三种：巷道掘进时开采出的煤矸石、煤层顶底板及夹层中的煤矸石、洗煤过程中筛选出的煤矸石。

目前，我国煤矿有大型矸石山1 500多座[2，3]，煤矸石历年堆存总量已超过40亿t，占全国工业固体废弃物的40%，占地约5 500 hm2。今后我国每年将排放矸石约3亿t，约占地300 hm2～400 hm2。长期以来，由于在煤矿闭矿前，没有科学地选择排矸场地，对煤矸石缺乏合理安置，大量废弃的煤矸石随意堆放，导致了诸如压占土地、景观地貌破坏、土地肥力下降、水土流失、扬尘、自燃矸石山的大气污染以及矸石淋溶水对矿区土壤和水资源的污染等各种生态与地质环境问题[4，5]。

因而，探讨煤炭矿山闭坑之后煤矸石的综合治理与恢复方法，对于改善矿区地质生态环境及增加土地资源具有重要意义。广西合山市是我国南方重要的煤炭资源城市，煤矿资源的开发和利用导致了该市严重的矿山地质环境问题。本文以合山煤田里兰大型煤矸石堆为例，探讨了大型煤矸石山综合治理的过程和方法，以期为今后煤矸石堆的恢复治理提供一种参考模式。

1 大型煤矸石堆基本特征

1.1 研究区基本概况

合山市地处桂西岩溶地区与桂中准平原地区过渡地带，属向斜盆地，素有“百年煤都”之称，是广西壮族自治区最大的煤炭生产基地，藏煤面积约260 km2，煤田地质储量约有6.7亿t。合山市大型煤矸石堆GD06位于合山市里兰矿区中部，面积0.481 km2，其西北侧紧邻红水河江滨和合山电厂，东北侧距离合山市政府0.6 km。

1.2 大型煤矸石基本特征

里兰矿区GD06大型煤矸石堆所在区域地貌以低山峰林平原地貌为主，总体地势东南高，西北低，地形标高104 m～160 m，相对高差15 m～60 m，煤矸石堆方量为1 091 700 m3。大型煤矸石堆位于一个孤立小山上，原为开采煤矿的矿山用地，山顶及东部依山堆集有大量煤矸石，堆填后山顶比原始地形高出约10 m。煤矸石山坡度10°～30°，由于煤矸石堆积，研究区北东和南东侧局部形成陡坡，坡度达40°，坡面植被不发育，以少量灌木及草丛为主，见图1。

2 煤矸石堆形成的地质环境问题

煤矸石的露天堆放不仅占用大量土地，对大气、土壤、地下水产生污染，还对矿区的自然景观造成一定影响。在极端的气候条件下，可能产生滑坡和泥石流现象[6,7]。在里兰矿区，大煤矸石堆造成的主要地质环境问题分析如下。

2.1 土地资源的占用和破坏

土地资源的占用和破坏是矿区最主要的地质环境问题，其主要表现为以下方面：堆煤场压占土地和煤矸石堆压占破坏土地，见图2。堆煤场位于治理区里兰箕斗井井口北东向。由于闭矿后未实施相关的治理工程，开采区内煤矸石随处堆放、人工弃土未经整平处理。根据现场调查统计，煤矸石堆积对土地资源破坏总面积约36 390.58 m2。

2.2 地形地貌景观破坏

原里兰矿开采方式以地下平巷、斜井开采为主，在开采过程中产生的大量废弃煤矸石杂乱堆积于开采井附近的斜坡谷底一带，数十年积累的煤矸石形成许多大小不一、堆放无序的矸石山，致使地面凸起成山状，局部地段遮挡住视线，原林草植被均被破坏，杂草丛生，严重影响了原有地形地貌。

2.3 矸石堆淋滤液污染水环境

自然状态下，大气降水渗入煤矸石堆体中，渗流水不仅能把煤矸石孔隙中细小的破碎物质带走，还能把煤矸石中易溶成分溶解析出。根据煤矸石样品浸溶实验结果(见表1)[8]，可知煤矸石淋溶液中重金属元素Cd，Ni，Pb，As都超过了背景样及雨水样中相应各种元素的含量，对环境危害较大。煤矸石淋滤液中氟离子、硫酸根含量同样均远远超过了背景样及雨水样中氟离子硫酸根含量。说明里兰矿区以及矿区附近的地表水及地下水受到煤矸石淋滤作用的影响而产生水污染，若煤矸石继续堆积在矿区，水质还将进一步恶化。

表1 水样中主要阳离子含量 mg/L

2.4 矸石山不稳定斜坡

合山市大型煤矸石堆坡高在20 m～60 m左右，坡角一般大于自然休止角，最大可达40°。顶部常见裂缝发育，在极端天气下有可能导致边坡失稳。根据实际调查情况分析，该区煤矸石主要失稳破坏模式是圆弧滑动和坡面滑动。利用瑞典条分法和简布法，对研究区内六条剖面进行计算，经计算分析，治理区典型斜坡治理前稳定性系数均小于1.25，在暴雨或持续降雨作用下处于欠稳定状态。因此，需要采用相应措施进行斜坡治理。

3 综合治理对策及方法

针对国内外对煤矸石堆的治理利用现状及研究进展[9,10]，结合里兰矿区的实际情况，笔者认为，对矿区闭矿后的恢复治理，必须因地制宜根据具体要求设计治理对策，在恢复当地生态环境的同时，将煤矸石矿山充分利用起来。本文主要从以下方面论述大型煤矸石堆资源化综合治理的对策与方法。

3.1 综合治理设计

针对矸石堆地质环境现状，需要对区内的煤矸石堆压占区以及周边影响区进行治理，治理区平面总面积0.144 km2，治理工程平面布置图如图3所示。

在治理过程中，应严格遵循综合治理原则，做到既要节约资源，提高资源利用效率，又要最大限度地减少煤矿生产对环境的破坏，最终实现社会经济与资源环境和谐发展。综合治理流程图见图4。

1)削填方工程。根据现状地形，考虑斜坡稳定性、绿化和市民休闲用地的坡度要求，对煤矸石堆进行削坡。削填方工程布置在煤矸石堆北东侧、东侧、南侧不稳定斜坡和各条道路上，计划削坡坡率约1∶2.7～1∶4.3,填方工程主要包括南部坡面填筑和道路路基填筑。回填时，材料自下而上为：煤矸石、矿渣废弃土。削坡、填方完毕后，在坡面、平台及道路绿化区回填粘土和耕植土，粘土覆土量为6 112.45 m3，耕植土覆土方量为15 871.50 m3。

2)挡墙支护工程。矸堆未治理前，在大暴雨、连续降雨等极端工况下，极易引起滑坡或泥石流。根据勘查结果，对煤矸石堆中的局部不稳定斜坡、山顶165.0 m与162.0 m高程平台间、变电站前道路内侧及平台楼梯、道路与挡墙相交处采用挡土墙进行加固支护，根据具体情况共布设6类挡墙，总长度为809.29 m。

3)坡面平整工程。坡面平整主要分布在未经削坡区域，治理区大部分坡面上被杂草和废弃物覆盖，同时在治理区里兰斜井北东侧斜坡上散布大量的建筑垃圾3 410.92 m3。需要坡面整平的大部分区域坡度较陡，采用人工清理，包括清理杂草树木、弃土方和建筑垃圾。根据现场实际情况，整平厚度取0.2 m～0.5 m，清理表土总土方量为25 725.43 m3。

4)路网工程。由于矸堆位于一座小山之上，根据市民的实际要求，将煤矸石矿山改建为供市民休闲娱乐的场所。因此路网工程与其他措施同时进行。道路根据地形条件、路面材料等分为2个类型：水泥砖路和台阶路。Ⅰ区共分六环六纵以及平台小路，总长度为2 242.75 m。

5)排水工程。合山市属亚热带季风气候，雨量充沛，在坡面设置各类排水沟，不仅能够减小水流的汇集，避免水流对坡脚植被和土壤的冲刷，起到了一定的护坡作用；同时减少了雨水的入渗量，一定程度上减缓了对坡下煤矸石的淋滤作用。沿道路布置的排水沟有12条，坡面排水沟有1条，区内布置暗沟共有15条，沉砂池布置在环一路、环二路与纵一路、纵二路排水沟交汇处，共3个。通过以上做法将排水工程构成一个整体，最大程度发挥其作用。

6)绿化工程。对大型煤矸石堆的道路、坡面以及观景平台进行平整、覆耕植土，并植草和种植观景树。绿化工程总共分为三部分：道路绿化、坡面绿化、平台绿化。道路绿化采用“乔木+灌木”的种植模式，主要布置在环一路、环三路、纵五路两侧，绿化带长度333 m；斜坡采用“乔木+灌木+地被”的种植模式，坡面绿化布置在煤矸石堆削坡后的斜坡及其他平整后的坡面上，绿化面积为64 727.37 m2；平台绿化以树池、绿化小品和地被为主，采用“乔木+灌木+地被”的种植模式。

3.2 治理工程效益

综合治理工程实施后，煤矸石堆积区存在的不稳定斜坡、泥石流等地质灾害危害将得到彻底治理，消除了其对周边市民的影响。煤矸石堆进行掩埋和复绿后，将有效地抑制有毒有害废水、废渣对周边水土的污染，使水、土的质量根本好转，土地资源得到恢复。治理后，预计达到矿山土地恢复率90%，固体废物治理率95%，矿山次生不稳定斜坡治理率至100%，矿山植被覆盖率达90%。

煤矸石堆转型为矿山公园后，能够对外开放，为公众普及矿产资源知识，此外，治理后减轻了空气、水环境污染，改善当地群众的生产条件和生活环境，提高人们的生活质量。对缓解因矿山地质环境恶化引起的一系列社会矛盾，维护当地社会大局的持续稳定，构建和谐社会具有重要意义。

4 结语

本文分析了煤矸石堆造成的矿山地质环境问题，提出了综合治理与利用并进的设计思想，通过工程治理、生态治理、配套基础设施建设等三项治理措施，有针对性地解决或缓解了矿区的问题。经综合恢复治理后，里兰大型煤矸石堆被改造为环境优美的休闲观光场所，并成为合山国家矿山公园的核心园区之一。不仅获得了生态环境效益，还获得了可观的经济、社会效益，为资源枯竭型城市转型、实现社会经济可持续发展提供了有益的思路。

[1] 赵 川,曾 燕,吴 雪，等.煤矸石山生态重建及利用模式研究[J].煤炭技术,2011(12):9-10.

[2] 吕 鹏,马守臣.煤矸石资源综合利用的途径分析——以焦作中马矿为例[J].绿色科技,2013(4):1-3.

[3] 张志勇,王春梅,曹会云.煤矸石综合利用的现状[J].山东煤炭科技,2006(6):14-16.

[4] 刘汝海,王起超,刘景双.东北地区煤矸石环境危害及对策[J].地理科学,2002,22(1):110-113.

[5] 常允新,朱学顺.煤矸石的危害与防治[J].中国地质灾害与防治学报,2001,12(2):39-43.

[6] 刘 萍,晏 飞.煤矸石对环境的危害及其综合治理[J].中国矿业,2008,17(8):49-51.

[7] 刘晓芳.常村煤矿矸石山综合治理实践[J].煤,2001,3(22):43-44.

[8] 高海燕.广西合山市里兰大型煤矸石堆的环境效应研究[D].武汉:中国地质大学,2013.

[9] 白瑞娟,孙永章,孟令尧.浅谈煤矿矿区的生态恢复与治理方案设计——以宣东二号煤矿为例[J].安徽农业科技,2009,37(17):8134-8136.

[10] 连增增,谭志祥,李培现，等.老矿区煤矸石山的综合治理与利用研究[J].煤炭工程,2010(8):86-88.

The comprehensive governance countermeasure research of large coal gangue heap in Guangxi Heshan

Li Zhiwei Li Yuanyao* Sun Tao

(GeologicalSurvey,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China)

This paper takes Guangxi Lilan coal field as an example to discuss the comprehensive governance countermeasures of coal gangue heap. Engineering control measures, first of all, were used to shape and reinforce the coal gangue mountain and biological engineering measures to restore and improve the ecological environment, finally to transform the local gangue heap into an urban leisure place and tourist attraction by setting up supporting facilities in accordance with local conditions. The city had achieved good economic, environmental and social benefits.

large coal gangue heap, comprehensive control countermeasures, environmental geological problems, resource utilization

2015-01-12

李志伟(1989- )，男，在读硕士

李远耀

1009-6825(2015)09-0197-03

TD989

A