官地矿矸石山生态环境恢复治理

智 力

（山西焦煤西山煤电官地矿，山西 太原 030022）

官地矿年均排矸量为120 万t 左右，目前矸石处置方式为运往矸石场填埋处置。官地矿共有两座矸石场，分别为100HP 和200HP 矸石场，200HP矸石场又分为A、B、C、D 四个区。100HP 矸石场和200HP 矸石场的A 区、B 区、C 区已经填满闭库，D 区正在使用。矸石场100HP 和矸石场200HP的A 区、B 区、C 区已经综合绿化生态恢复治理，D 区已做护坡格栅，待闭库后进行治理。D 区分为已封场区和未封场区，已封场区面积131 023 m2，未封场区面积19 762 m2，道路面积5474 m2。已封场区东侧已进行了整形整地处理，但未进行生态修复，从上到下共有十六级坡，南侧未分级，已覆土。

1 目前存在的主要问题

通过现场现状分析，项目区目前存在的主要问题是矸石自燃及复燃，需要进行灭火处理；矸石堆体部分坡面不合规范，需要削坡整形，部分顶部平台需要进行微地形改造；排水系统不完善，需要修缮排水系统；矸石坡面存在不同程度的水土流失现象，部分矸石坡面存在塌陷问题；矸石山未进行生态修复，一方面造成扬尘污染，另一方面破坏当地景观，需进行生态修复[1]。

1.1 矸石自燃

四座矸石山存在不同程度的复燃、自燃现象。煤矸石山自燃过程中，会释放大量的CH4、H2S、SO2、CO、CO2和氮氧化合物等有害气体，对当地的空气环境质量产生较为严重的影响，矸石山周围大气质量大部分处于中度污染和重污染状态[2]。

1.2 地质灾害

由于部分矸石坡体排水系统不完善或未修建排水系统，以及未采用工程措施或植物措施对坡面进行加固防护，矸石坡面存在不同程度的水土流失现象；由于矸石长期自燃，一方面堆体内部质量减少形成空洞，其结构应力发生改变；另一方面表土温度升高，植物根系受损，丧失固坡功能；两方面因素导致矸石堆体结构失稳，引发坡体坍塌等诱发灾害发生。由于矸石堆积过程中难以实现有效分层碾压，导致坡体不均匀下沉，并在应力差部位出现裂缝，引发表层框格梁和混凝土排水系统相应产生裂隙，造成边坡加固实效，裂缝成为沟通地表和坡体水体、气体的通道，进而引发更大强度的深部矸石自燃[3]。

1.3 大气污染

矸石山D 区目前还未封场，排矸中产生大量的扬尘，对当地大气造成严重污染。

1.4 水体污染

煤矸石含有微量有毒重金属元素，如Hg、As、Cr 等，经风化剥蚀作用，其中部分有毒重金属元素被溶解，并随雨水形成地表径流进入地表水体或浅层地下水体，造成地表水和地下水污染。

1.5 土壤污染

煤矸石中的部分有毒重金属元素会通过雨水淋溶作用和风力作用渗入到煤矸石堆附近的土壤中，并发生入渗、迁移和富集，导致土壤不同程度的重金属污染。煤矸石风化形成的土壤中重金属也有明显积累，在重金属迁移的过程中还会产生大量的可溶性盐，对环境造成长期污染，植物也会受到盐胁迫而亡；有些重金属和其他污染物经食物链传递，最终进入人体，危害人体健康[4]。同时，大气携带的煤矸石风化物细粒飘撒在周围的土地上，也会导致严重的土壤污染，影响草场植被的生长和生态恢复[5]。

1.6 景观破坏

矸石山堆放占用了大量土地，造成矿区土地资源浪费，且破坏了矿区景观和地表生态环境。矸石山B 区和C 区山脚下有西山万亩生态园旅游公路通过，矸石堆放对旅游公路环境造成巨大破坏。

2 治理理念

按全区环境要素完善，对已治理又反复、已治理又退化、封场未治理和半封场半堆矸的不同固废堆场的环境问题和危害，开展系统分析，统筹规划，分步实施。

2.1 系统化综合设计

矸石堆场生态环境恢复治理是一项复杂的系统工程，其中涉及煤矸石堆场灭火、固废坡体加固、排灌系统布设、微地形改造、生态植被修复、后期工程养护等不同方向的技术难点，针对各类工程内容及工序安排全面考虑涉及施工，实现煤矸石堆体灭火彻底、堆体稳定、植被良性演替的整体治理效果。

2.2 安全化稳定处置

矸石堆场生态环境恢复的关键是堆体灭火及稳定，所以需对排矸场矸石堆积形态、堆积厚度、矸石粒径、自燃机理、火区范围以及影响坡面稳定的水力参数以及土工技术参数进行解析，分类设计施工，从而实现矸石坡体及平台的安全稳定。

2.3 集成化技术组合

官地矿矸石山的矸石堆积年代久远，内部火区情况复杂，依靠单一的灭火措施无法有效彻底灭火，因此施工时要重视火情动态监测，针对不同火区采取不同灭火、防火措施，充分发挥各种灭火、防火措施的优势，实现彻底灭火，为后续生态覆绿创造适宜施工条件。

3 治理思路

四座矸石山的环境影响、生态破坏、治理效果、封场现状等许多要素都存在很大差异，需要分别针对各区特点，对存在问题进行进一步完善治理。

3.1 维持基调，提档升级（A 区）

A 区在原有治理体系上维持原有治理基调不变，综合把握，对复燃点采用防火控火技术治理，生态恢复植被。借助A 区列入西山国家矿山公园的独特地理优势，在治理区北侧开辟的几个小平台上，在地形高差的几何分割基础上进行景观设计，实现区域内涵提升、外延扩展。

3.2 源头防控，疏导结合（B 区）

B 区的治理在北部，把握B 区复燃的关键引发因素，排除诱导矸石复燃的地表水下渗和冲刷，从源头遏制火情；完善和加强坡顶和坡体疏排水系统，减少坡体水土流失。

3.3 整体把握，全面治理（C 区）

鉴于C 区封场后未经治理自燃严重的现状，按勘察火情-系统灭火降温-全面防控封坡-系统恢复植被的煤矸石堆积生态综合治理的技术路线，采用先进成熟的矸石灭火和生态修复技术，系统规划，宏观布局，细化设计，依序工法，全面治理。

3.4 动静结合，预测规划（D 区）

D 区东部已封场的阶梯状整形整地区和C 区治理思路基本相同，西部未封场区参照场区1260 m设计标高，继续向前填埋矸石顶部平台的西南和西侧陡坡是未来若干年继续使用的排矸场所。根据年度和季度的排矸量，平台堆体每月向前推进一定的距离，坚持动态修复思路。

4 关键技术及工艺

官地矿矸石山生态恢复治理中用的主要技术及工艺有：煤矸石堆场测温监测技术、自燃煤矸石堆场灭火防控技术、煤矸石堆场生态修复技术，同时还涉及到整地整形、微地形改造、排水导流、养护灌溉、边坡加固等辅助技术[6]。

4.1 防灭火技术

4.1.1 钻孔注浆灭火技术

深度大于5 m 的火区，用到了钻孔注浆灭火技术，使用碱性灭火降温浆液，通过钻杆直接连接注浆导入进行注浆，实现熄灭、封堵和隔绝火源，最终达到火区降温的灭火技术[7]。

4.1.2 开沟注浆灭火技术

该技术是对无法进行钻孔火区的补充灭火措施，主要用于火区的四周以及坡面坡脚处，主要通过开沟注浆，在高温区与低温区、着火区与未着火区之间形成一道屏障，防止注浆时火区蔓延。开沟后在沟槽内增设注浆孔，进一步扩大注浆深度和范围[8]。

4.1.3 挖掘混填灭火技术

挖掘混填灭火技术是在矸石堆场自燃处挖出高温矸石，将黄土、冷却矸石、粉煤灰、石灰以及阻燃剂按一定比例混合后填入原处。

4.1.4 隔氧防火技术

采用粉土和粉煤灰混合构成覆盖阻燃层，然后将黄土和矸石按照一定比例分层碾压，以达到隔绝空气进入矸石场堆体，防止矸石场堆体复燃的防火技术。该覆盖阻燃层两种材料的体积百分比为：粉土60%，粉煤灰40%，厚度为80 cm。土矸回填碾压层每回填50 cm 碾压一次，每碾压两层矸石覆盖一层20 cm 的黄土[9]。

4.2 排水导流技术

4.2.1 硬性排水导流技术

利用工程措施，构建排水，导流山体汇水的一种排水方式，主要材料用钢筋混凝土和浆砌石等。

4.2.2 柔性排水导流技术

在边坡生态修复工程建设中运用护坡排水技术，采用土工膜加生态带构筑，该技术可在满足排水设计安全要求的前提下，保证坡面整体景观。

4.3 生态恢复技术

4.3.1 液压喷播技术

将配置好的生长基质借助喷播机械输送到整理后的坡面，恢复植物生长所需营养土壤层的一种生态修复技术。设计喷播厚度5 cm。

4.3.2 植被毯技术

植物纤维毯可以显著降低坡面的土壤侵蚀强度，改善坡面景观，促进植被恢复，在25°以上的陡坡可以减少水土流失70%以上。该技术是本着落叶归根、秸秆还田的理念，充分利用植物枯落物的持水能力和有机质与微生物对土壤的活化能力来改善植物种苗的生存条件，保墒恒温[10]。

5 治理效果

通过对官地矿矸石山采取的一系列灭火防火、排水导流、生态修复技术，官地矿裸露的矸石山得到了全面治理，对当地土壤、大气、水体环境起到了有效的治理效果，提高了矿区植被覆盖率，增强了矿区的保水、保肥、涵养水源能力，有效地改善了矿区的生态环境。