平朔矿区煤矸石山生态修复模式

尹建平

（中煤平朔集团有限公司，山西 朔州 036006）

煤矸石是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低的黑灰色岩石，是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，产生量约为煤炭产量的10%～15%，个别煤种或个别地区能到达20%以上。山西全省118 个县级行政区中94 个县地下有煤，91 个县有煤矿[1]。据资料统计，目前山西省累计排放煤矸石14.53 亿t，除去历年矸石利用量，累计堆存量已达10 亿t 左右，占全国的1/3，形成300 多座矸石山。大量的煤矸石采用传统分层堆放和碾压处理，造成了巨大的土地资源浪费和存在很大的安全隐患，由此引发了一系列的生态环境问题，造成了巨大的经济和生态损失[2]。针对这些问题，平朔露天煤矿安太堡排矸场东区矸石山生态修复复治理试验工程中采用“矸土混合-碾压-植被恢复”治理模式，灭火防自燃措施，对3 m 深的矸石与土壤进行一比一混合碾压后种植不同种类的植被，辅助以相应的配套工程措施，实现了煤矸石山综合治理和生态修复。

1 安太堡露天矿区矸石山概况

中煤平朔集团有限公司下属安太堡矿区位于山西省北部朔州市和平鲁区交界处[3]，矸石山位于安太堡矿区930E 联络道路北侧，并分为东区和西区2 部分，总矸石库容量约为1 730×104m3。矸石山东区已排矸至封场标高，矸石来源为安太堡选煤厂和二号井选煤厂，排矸量约为950×104m3，面积约28.4 hm3。为落实国家生态文明建设和根治矸石堆放产生的危害，设计制定了矸石场治理和生态修复试验工程。具体措施包括：灭火防复燃措施、山体整形稳定措施、生态修复措施和配套措施4 部分[4]。其中灭火防复燃是工程的核心，处理的同时，按照山体稳定设计要求，对山体进行分台阶，应用土矸混拌，分层碾压等技术，进行山体整形，然后种植苗木进行生态修复，完成排水系统、道路工程等配套实施，工程于2019 年4 月开工，2019 年9 月完成竣工。

2 矸石山生态治理方法

矿区引入矸石山治理由内到外、有表及里、互为依托、统筹设计的治理理念。即通过各项措施实现矸石山内部灭火阻燃，外部整形，植被恢复，多方面共同作用下形成了防火阻燃、防治水土流失、修复生态的系统性工程，最终达到灭火彻底、防止复燃、山体稳定、植被良性演替的整体治理效果[5-8]。

矸石山生态治理方法如下：

1）灭火防复燃措施。矸石山灭火主要结合矸石排弃现状，配合山体整形措施，采用多种灭火工艺系统结合的方法进行，主要灭火施工工艺包括：火情探测、集成灭火等。火情探测通过采用热电偶测温技术和双金属温度计、红外线测温仪进行测温。整个排矸场共分为平台1、平台2、平台3、根据火情探测进行分类标记，分为安全区、临界区、隐患区、高温区、发火区。其中平台的隐患区，采用“田”字形开沟换填处理工艺，发火区、蓄热区、临界区等高温区域，以挖除灭火为主，针对位于边坡部位并且有升温趋势的“隐患区”，需结合山体整形工程同步施工，进行挖除矸石与边坡削级、平台留设同时进行。挖除着火矸石和热矸石后，就近自然冷却，冷却到低于400 ℃后，进行矸土1∶1 搅拌，将矸土混合物就近覆土，用于山体整形。当整个区域治理完成后，平台顶部以3 m 厚的土矸混合物进行碾压夯实覆盖。通过采用点、线、面相结合，科学合理应用各集成灭火方法进行治理，实现矿区矸石山灭火防复燃的目的。

2）山体整形稳定措施。排矸场西侧边坡和南侧边坡作为坡面治理主要对象，进行削坡、挖台阶处理，坡面现场坡率为1∶2 的边坡，每高6 m 设1 个反台，根据不同的地形条件，西边坡和南边坡分别设置了3～9 个台阶。采用多级隔坡反台山体整形技术对边坡进行治理。削坡完成后对边坡采用土矸混合物进行覆盖，覆土厚3 m，矸石与黄土比例1∶1，压实度≥85%，以利于植物生长。整形后南侧边坡最大高度为40 m，最多设6 级反台；西侧边坡最大高度为27 m，最多设3 级反台。为了有效排导径流，减少冲刷，含蓄水源，在反台内侧设柔性水沟，在坡度较陡的坡面设柔性急流槽，当反台较长时每隔200 m 左右设1 道纵向坡面急流槽，形成坡面排水系统，坡面排水系统与排矸场主排水系统相贯通。为减少雨水冲刷，应对矸石山沉降，稳固坡面，在反台内侧柔性水沟与坡面之间设柔性坡脚。在坡面上设置微地形，即开挖鱼鳞坑，阻滞径流，减少水土流失，蓄水保墒，利于植被恢复，实现了矸石山整体稳定。

3）生态修复措施布置。安太堡矿区煤矸石山堆积高度高、边坡坡度达到45°，采用多台阶治理，垂直和倾斜布置钻孔。将矸石山改造成地后，创造适宜植物生长的土壤母质并达到50 cm 土层厚度，通过基质改良作为种植层，采用适宜当地种植的植物种类（根系发达、生长迅速、抗逆性强）、合理配置物种等一系列人为干预措施实现景观效果，并进行植被抚育管理，加速基础生态系统向目标生态系统的演替过程。

4）配套措施。为确保矸石山体稳定，防止水土流失，巩固防灭火效果，含蓄水源，利于植被恢复，保证排水顺畅，需对整个排矸场的集节排水系统进行统筹考虑、系统规划，达到中小雨可被植物完全利用、大雨能够顺利排出的效果。配合布设了相应的生产道路、田间道路等配套工程，路面采用30 cm 厚级配砂石。在矸石山治理的后期，至少进行为期2 年的火情监测，即布设一定数量的热电偶，对地温进行实时监测，以掌握矸石山内部温度变化趋势。可将监测区域划分为全面监测区、重点监测区和机械抽样监测区。定期采集温度监测点数据，观察其变化趋势，是否存在异常，并及时更换失效设备。根据温度监测数据，定期对矸石山温度特征进行风险评估，预测潜在风险区，以便提出处置方案，维持灭火防复燃效果。

3 效益分析

1）工程中的灭火防复燃措施有效解决了灭火不彻底和矸石爆炸等问题，通过隔绝空气，降低氧含量实现了阻燃和防复燃的目的，排除了安全隐患。

2）通过造地和改变微地形，恢复了土地的原有功能，土地得到升值，改良了土壤质地；配套排水系统等措施，有效排导了径流，减少了冲刷，防止矸石体渗水发生，同时减轻了水土流失危害，实现了水土保持的目标。

3）生态修复措施的实施促进了植被大面积恢复，提高了地面覆盖度、植被生物量和生活多样性，起到了良好的地面覆盖和固持矸石的作用。

4）治理后根治了SO2等有害气体对环境空气的影响，降低了空气中的颗粒物，增加了区域氧气输出量，增加了植物蒸腾作用，改善了区域大气环境和区域景观环境。

4 结语

平朔矿区煤矸石山生态修复工程在实现煤矸石山的治理和生态恢复的同时，达到消除安全隐患的目的，与周边地理环境融为一体，基本实现了建设绿色矿山的目标，对于其他地区煤矸石山修复治理具有一定的指导意义。