煤矿排矸场环境问题及综合治理技术实践

聂斌磊

（山西威德睦方煤矿设计咨询有限公司，山西 太原 030006）

1 概述

煤矸石不仅会产生粉尘颗粒污染周围环境，堆放侵占土地、浪费资源，污染水源及破坏生态环境，而且煤矸石自然、松散堆放时，易发生泥石流等自然灾害。山西离柳焦煤集团有限公司宏岩煤矿年产矸石总量4.5万t。矸石全部由胶带运输机运出地面后，除综合利用的矸石外，需由封闭汽车运往排矸场堆存，堆满后复垦造林。宏岩矿矸石场位于主井工业广场东920m处的一条自然荒沟。该沟整体呈“U”字型，南北走向，为一条封闭盲沟。沟口向北，矸石场上游汇水面积约7.5ha。总占地面积为5.56ha，矸石沟基岩出露，地质条件良好，沟内主要为杂草、灌木，植被零散，植被以草地为主。

2 排矸场环境问题

2.1 对大气环境及水环境的污染

煤炭在开采过程中常用全部垮落法处理采空区，煤层上部岩层产生大量裂隙，形成导水通道，且会出现地表沉陷等问题，从而易引起地下和地表水的流失。煤炭在井下开采、运输和提升过程中会产生大量煤尘，随着矿井空气排出地表，且在地表堆放的煤矸石也会风化破坏产生煤尘，其悬浮在空气中，不仅污染空气，也会危害人体健康。

2.2 对生态环境的影响

煤矸石的排放会不同程度地侵占耕地。煤矸石在地表的大量堆放，会损坏地表原有地貌和植被，破坏地表植被的生长环境，使得地表植被覆盖率低，植物生长变得缓慢，危害矿区生态环境和人类生长环境。

2.3 对土壤的损害

煤矸石的大量排放，会使得煤矸石中所含的重金属元素侵入土壤和地表水，导致土壤和地表水重金属超标，从而影响植物生长。煤尘随风飞扬，扩大了煤矸石对土壤的影响范围，且煤尘侵入土壤也会破坏土壤的养分。

2.4 对景观的破坏

煤矸石对景观的影响主要表现为：破坏地表植被和地表生态，导致地表植被生长缓慢或死亡，且煤矸石风化后产生的煤尘降落在植被表面，改变植被的原本色彩，影响自然风光；空气中的煤尘使得空气混浊，建筑物表面也会被煤尘覆盖，影响人类生活。

2.5 地质灾害的危害

煤矸石在堆放时，如果采用过去“由上向下，自然堆积，平整顶部，不断延伸”的错误排矸方式，未分层碾压，呈松散式堆积，易发生泥石流等自然灾害，造成人为地质灾害。

3 综合治理技术

3.1 矸石运输

根据宏岩矿当地地形等实际情况，矸石外运采用汽车运输方式，矸石运输应做到以下措施：（1）工业场地内矸石仓储存的矸石必须做到及时清运，防止形成场内堆积；（2）在运矸时需对路面定期洒水，减少扬尘，同时要建设矸石场内的运矸道路，矸石场内运矸道路宽3.0m，长约1.38km，为砼路面，道路边设0.4m×0.4m的浆砌片石排水沟；（3）矸石运输采用汽车运输，且应封闭，禁止顺坡倾倒。

3.2 矸石填埋

矸石场采用边排放边治理的原则，矸石堆放采用“从内向外，从下向上，缩小凌空，分层压实”的排矸工艺。新填埋的矸石要分层卸载，每堆0.3m要进行碾压，压实系数达0.95，堆高5.0m以后，再以0.5m厚黄土隔离，以防止矸石自燃。严禁成堆倾倒和长期露天堆放，以阻止空气的上下流通，既防止煤矸石自燃，也可以减少地表水下渗，降低煤矸石淋溶物质，减少污染程度。覆土压实后，矸石堆场上部按照前述方法继续堆放煤矸石和土层，这样逐层填筑、逐层碾压，既可以增大排矸场的贮矸能力，也可形成坚固的堆砌体。随着矸石面分层逐渐抬高，矸石坡面的下游边坡按1：3放坡处理，每抬高5m设3.0m宽的马道。采用工程、植物措施相结合防护进行边坡防护。为防止上游洪水汇入矸石场，在堆矸体与山体的结合处设截洪沟；马道内侧设马道排水沟，马道排水沟应接入截洪沟；在拦矸坝下游设置陡坡渐变段，渐变段与上游截洪沟相连，直接排入矸石场下游沟道。矸石场闭库后可进行覆土绿化，抑制扬尘，平时要洒水降尘、降温。

3.3 栏杆坝及护面墙

拦矸坝设置浆砌石重力式拦矸坝，长度158.0m，高为8.0m，基础埋深至最大冻土深度以下，最大埋深2.0m，顶宽1.0m，基底宽3.36m，基底坡比为0.15:1，墙面边坡1:0.05。在墙身上布设排水孔，孔径100mm，间距2.5m，交错排列，梅花形布置，在排水孔内侧设置反滤体。堆矸体在挡墙以上按1:3进行削坡开级，每升高5m设一平台并留3.0m宽马道，并设马道排水沟。对矸石场内形成的永久边坡用浆砌石骨架进行护坡，网格尺寸1.5m×1.5m，网格内植草，浆砌石部分宽0.4m，厚0.3m。矸石场护坡面面积5350m2。

3.4 场顶处理及防洪

煤矸石堆放后，必须对场顶进行压实、整平处理，并用黄土进行覆盖，厚度不小于1.0m，种植适应性强、成活率高的荆棘和草。为预防地表洪水侵入排矸场内部，造成对排矸场的影响，排矸场顶部应设置一定坡度，排矸场横向中间高、两侧低，纵向场内高、坝顶低，坡度均为0.5%，易于排矸场内的地表水通过排水沟流出。

3.5 边坡稳定

矸石堆的边坡坡角直接关系到矸石堆边坡的稳定及水土流失的防治，确定合理的边坡坡角，充分利用矸石自身的稳定，防止排矸边坡出现滑坡现象，是实现安全生产的重中之重。

3.6 生态恢复

树种选择要做到“因地制宜、适地适树”，结合当地的土壤成分选择抗逆性强、有较强的适应能力，且对空气状况、气候温度等不同大气生态环境抵抗能力强的树种。植被选择如下：

（1）坡面防护

矸石场初期坝以上边坡采用浆砌石骨架进行护坡。对矸石场内形成的永久边坡，网格尺寸1.5m×1.5m，网格内植草。

（2）顶面植被恢复

矸石堆至设计标高后，顶面进行平整覆土，并采取植物措施。草种为沙打旺，树种为沙棘；穴状整地，0.4×0.4×0.4m；草种种植密度0.3kg/100m2；草种播种方式为条播，株行距1.5m×1.5m，4444穴/hm2，每穴3株；要求3年生一级苗，生长健壮，无病虫危害。草籽要籽粒饱满。

（3）排矸场周边措施布置

在矸石场周边种植防护林带，采用乔灌结合的方法，种植宽度为10m。树种为毛白杨和沙棘；毛白杨×沙棘混交，株行距2.0m×2.0m，25株/100m2；穴状整地，乔木采用60×60×60cm的穴，灌木采用40×40×40cm的穴，每穴三株；要求3年生一级苗，生长健壮，无病虫危害。

4 结语

煤矿排矸场（尤其是多年生产矿井的排矸场）通过综合治理后，煤矸石按规定堆放，排矸场的粉尘排放量大大减少。矿区周围的生态环境得到较快恢复，被污染无法耕作的土地得以恢复正常生产。复垦绿化后，恢复了原生态景观环境，并控制了水土流失量，排矸场周围生态环境得到很大改善。