东坡煤矿矸石场生态恢复治理措施

翟平全

（煤炭工业太原设计研究院， 山西 太原 030001）

经验交流

东坡煤矿矸石场生态恢复治理措施

翟平全

（煤炭工业太原设计研究院， 山西 太原 030001）

对矸石场采取了灭火、挡护、边坡防护、平台整治、排水等工程措施及植被恢复措施，消除了矸石场安全隐患，恢复了矸石场的生态环境，本工程作为矿山生态环境恢复治理示范工程，以期为类似矸石场生态恢复治理工程提供借鉴。

矸石场 生态恢复 灭火

东坡煤矿位于山西省朔州市朔城区西北部，矿井生产规模为210万t/a，配套选煤厂生产规模为1 100万t/a。矸石场位于选煤厂西北约700m的沟谷，矸石场占地面积约22.5 hm2，2013年矸石场停止排矸，堆放矸石约1 120万t，有10多年的排矸历史，主要接纳矿井和选煤厂的矸石[1]，现服役期已满，不具备继续堆放矸石的条件。

由于矸石场排矸采用“由上向下，自然堆积，平整顶部，不断延伸”的方式，未覆土碾压，坡面自然安息角较大，有可能发生坍塌、滑坡等自然灾害，尤其是矸石含硫量较高，矸石场有自燃现象，对周围环境影响较大，并危及周围居民的生命安全。另外，矸石场未设置任何排水设施，水土流失严重，影响下游渠道的排洪安全。为改善周围的生态环境和居民的生活环境，消除安全隐患，并响应国家及地方环保政策的要求和发展规划，东坡煤矿积极对矸石场进行生态恢复治理。

1 工程总体布置

矸石场若排矸工艺不当，拦护措施标准过低，都将导致矿渣流失，并危及矸石场周围环境，因此在矸石场周围设置挡矸墙，进行边坡防护，顶部平台治理，并在矸石场布设完整有效的排水系统，将有效地减轻环境污染、控制水土流失、防治滑坡。

根据矸石场现状和周围地形情况，对矸石场进行生态恢复治理。首先对矸石场自燃区域进行灭火；为防止水土流失，在矸石场坡脚设置挡矸墙，对矸石场坡面进行削坡，坡面形成1∶2的边坡，每堆高5m设一马道，马道宽5m，边坡覆土厚1m；顶部平台重新平整，平整后形成4个平台，平台覆土厚1m；为防止雨水排水不畅冲蚀矸石，在矸石场挡矸墙坡角、马道、边坡、平台设置排水沟，将矸石场内外的雨水有组织的排至下游；最终对矸石场坡面和平台进行植物措施绿化。

2 工程防洪标准和级别

根据《水土保持工程设计规范》（GB 51 018—2014）中5.7弃渣场级别表，本矸石场库容为1 120万 t，约 620万 m3，最大堆高为 50 m，确定渣场级别为2级，防洪标准为50年一遇设计，100年一遇校核[2]。

3 水文计算

矸石堆放于沟道内，周围除了山坡雨水外，无其他河沟汇入，汇流面积均比较小。暴雨量的计算采用《山西省水文计算手册》，设计洪峰流量的计算采用《开发建设项目水土保持技术规范》（GB 50 433—2008）中的经验公式进行计算[3-4]。

3.1 设计暴雨量计算

式中：H1p为暴雨频率为p的60min暴雨量，mm；kp为暴雨频率p的皮Ⅲ型曲线模比系数为60min暴雨均值，mm。

根据《山西省水文计算手册》，由手册相应的等值线图查均值和变差系数=22mm；Cv＝0.54。

当 p＝2%时，k2%＝2.21，H2%=48.62mm；

当 p＝1%时，k1%＝2.48，H1%=54.56mm。

3.2 设计洪峰流量计算

式中：Qp为最大流量，m3/s；k 为径流系数，取 0.4为60min平均降雨强度，mm；A为汇水面积，km2。

根据实测地形图描绘测量，矸石场汇水总面积为0.6 km2。矸石场洪水流量计算结果见表1。

表1 矸石场洪水流量计算结果

4 工程措施

矸石场治理工程措施主要包括：灭火工程、挡护工程、边坡防护工程、平台整治工程、排水工程。

1）灭火工程。矸石场矸石发生自燃的必要条件为可燃物、助燃物、引火源（温度）。三个条件必须同时具备，燃烧才会发生。灭火原理主要是通过隔离矸石与空气，降低已燃烧矸石的温度。具备这两个条件，最终达到防灭火的目的。本工程灭火主要采取钻孔注浆法和密封压实法。

根据火区发火情况，采用浅孔+深孔配合注浆的措施，即先灭浅层自燃区、再灭深层自燃区。浅孔深3m，通过表层注浆充填表层矸石间的空隙，形成空所隔离封闭带；待浅层温度有所降低后，再施工深孔，深孔孔深6m，并对深部着火矸石进行注浆灭火。孔距为5m，钻孔孔径为Φ127mm，回转钻孔，正方形布置。注浆施工采用分批次间隔进行，一般分2个批次进行打孔注浆，首先进行浅孔注浆，再进行深孔注浆。矸石注浆灭火宜在平台或马道上进行，注浆孔的位置应在边坡坡顶线内不小于1.5m为宜，在斜坡坡面注浆灭火时，以15°～20°向下倾角的斜孔进行注浆。注浆管采用Φ50mm钢管，地表以上长度不小于0.5m，便于注浆；注浆管应下至孔底以上0.5m处；地表1m以下部分留设梅花孔3排，梅花孔布置孔距0.3m，孔径10mm。

灭火工作完成后，对治理区域进行全面测温检测，要求1m深度范围内的检测温度小于60℃。最后再通过表面密封压实法对矸石场进行封场，以隔绝空气进路，对矸石场表面覆土1m厚，压实系数大于0.85。

2）挡护工程。为防止水土流失，并保证边坡稳定，在矸石场四周坡脚设置2m高浆砌石挡矸墙，挡矸墙地面以上墙高2m，挡墙顶宽为1m，基础埋深为1.5m。挡矸墙墙身及基础采用M7.5水泥砂浆砌MU30片石；基础下设100mm厚C10混凝土垫层，挡矸墙地基承载力要求不低于140 kPa。

3）边坡防护工程。由于矸石场以前采用的由上到下自然倾倒工艺，边坡坡度较陡，目前自然堆放坡角约38°，由于该矸石场最大堆高约50m，容易引起滑坡、水土流失等灾害。对该矸石场的坡面进行削坡开级治理，每隔5m设一马道，马道宽度为5m，坡面采用植物措施方式进行防护，首先对坡面进行覆土，覆壤土1m厚。

4）平台整治工程。对矸石场平台进行平整并覆土，平整后形成四个平台，平台覆土1m厚，分层夯实。为不使顶部平台积水，坡度为2‰，坡向平台横向排水沟，平台汇流通过平台横向排水沟和边坡纵向排水沟排出。

5）排水工程。为防止雨水排水不畅冲蚀矸石，在矸石场四周设置截洪沟，在马道、边坡、平台设置横纵向排水沟，将矸石场内外的雨水有组织的排至下游。

截洪沟：矸石场四周布设截洪沟，设计断面依据矸石场单侧汇水校核流量计算确定，断面形式采用梯形，顶宽1.6m，底宽0.8m，深0.8m，边坡边比为1∶0.5，截水沟采用浆砌石砌筑，壁厚0.45m。

马道、边坡、平台横纵向排水沟：为了防止坡面冲刷，在矸石场马道、边坡、平台布设横纵向排水沟，形成完整的排水系统。横纵向排水沟采用矩形断面，宽40 cm，深40 cm，采用浆砌石砌筑，壁厚0.3m。

排洪沟：在矸石场下游设置矩形排洪沟，将矸石场场内和四周汇集的雨水排入下游，排洪沟宽2.5m，深1.5m，浆砌石结构。

5 植物措施

1）树种选择。树种选择要做到“因地制宜、适地适树”，充分考虑树种的抗逆性，确保造林工程持续、稳定地发挥效益，达到固土、防护功能与环境效益有机结合，树种选择过程中充分考虑根系发达和根孽性强；选择树形美观、卫生的树种，同时注意层次上的协调搭配。从速生和慢长的比例来说，着眼于慢长树，积极采用速生树合理配置，争取早日取得绿化效果，又能得到稳定的绿化作用。

选择抗逆性强、有较强的适应能力，对干旱、瘠薄、盐碱、pH值、毒害等不良立地有较强的忍耐能力，同时对粉尘污染、二氧化硫、高温等不良的大气因子也有一定的抵抗能力的树种。此外，还要特别注意选择有固氮能力的肥土树种。在废旧的矸石场树种一般选择杜松、刺槐、紫穗槐、家榆、黄刺玫、粉花刺槐、小叶丁香、银杏、山楂、枣树等，草种一般选择沙打旺、红豆草、山野豌豆、紫花苜蓿、胡枝子、小冠花、无芒雀麦、披碱草、苇状羊茅、高狐茅等混播。根据当地实际情况，该矸石场乔木选用刺槐，灌木选用紫穗槐，草种选用披碱草。

2）植被措施布置。坡面上覆盖1m的黄土后，采取灌草措施护坡，灌木选用紫穗槐，草种选用披碱草；种植标准紫穗槐10000穴/hm2，间距为1m×1m，穴状栽植，直径0.4m，深0.5m，披碱草30 kg/hm2。矸石场顶部平台覆盖1m的黄土后，采取林草措施，树种选用刺槐，草种选用披碱草；种植标准刺槐2 500穴/hm2，间距为2m×2m，穴状栽植，直径0.8m，深0.6m，披碱草 30 kg/hm2。

3）植被技术措施。造林应用保水剂、生根粉、地膜覆盖等抗旱造林技术，反季节造林需要应用营养杯、营养袋，带土坨等措施，在运输、假植过程中要做好管护工作，全面提高造林成活率和保存率。

造林：早春萌芽前，秋季落叶后，落叶乔灌木截干栽植，以秋季为好，栽植时不得窝根，分层埋土踏实，栽植深度高出原土3 cm，上复虚土，用一、二级苗栽植。刺槐地径0.8m，栽植深度0.6m，苗高1m，紫穗槐地径0.4m，栽植深度0.5m，紫穗槐栽植前要经泡一周。栽植后要浇足透水。

幼林抚育管理：第一年两次，第二年两次，第一次5～6月，第二次8月，松土除草，发生枯干枯梢现象，在冬季或早春平茬，枯死要及时补植，落叶乔灌木第二、三年定干。紫穗槐每年进行平茬，连续进行三年。上冻前浇一遍冬水，第二年早春浇一遍春水，气候干旱时要根据情况适时浇水。

6 结语

东坡煤矿矸石场生态环境恢复治理项目实施，可使固体废物得到有效清理，区域矿山生态环境恶化趋势得到遏制，自然生态得到有效恢复，水土流失治理大幅提升，矿山生态环境恶化的趋势得到扭转，彻底恢复矸石场生态环境，消除安全隐患，具有很好的环境效益、社会效益和经济效益。

[1] 刘春杰，王莹，范利华，等.矸石山自燃的成因分析及防治措施[J].煤炭技术，2006，25（11）：3-5.

[2] 中华人民共和国水利部.水土保持工程设计规范：GB 51018—2014[S].北京：中国计划出版社，2015.

[3] 中华人民共和国水利部.开发建设项目水土保持技术规范：GB 50433—2008[S].北京：中国计划出版社，2008.

[4] 山西省水利厅.山西省水文计算手册[M].太原：黄河水利出版社，2010.

Ecological Restoration M easures for Dongpo Coal M ine Gangue

Zhai Pingquan
（Taiyuan Design Research Institute of Coal Industry,Taiyuan Shanxi030001）

The engineering measures of outfire,retaining and slope protection,platform regulation,drainage and vegetation restoration measures are adopted to eliminate the safety hazards of gangue,restoring the ecological environment of the gangue.As a demonstration project of restoration and control ofmine ecological environment,this project provides reference for similar ecological restoration and control projectof gangue.

gangue;ecological restoration;outfire

TD82

A

1672-1152（2017）05-0124-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.47

2017-09-20

翟平全（1979—），男，大学本科，2003年7月毕业于济南大学，中级工程师，现主要从事生活污水处理设计、矿井水处理设计、固体废物处理设计。

（编辑：苗运平）