矸石山多元化生态修复技术研究

李 峰

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

引言

矸石山是矿山井下巷道掘进、煤炭开采以及洗选过程中产生的矸石堆积形成，主要岩性以含炭的泥岩、砂岩[1-2]。近些年随着矿山开采规模的不断扩大，矸石产生量呈明显递增趋势。矿山开采过程中矸石综合产生率18%～20%，全国每年约产生3 亿t矸石[3-4]。根据有关统计数据，现阶段国有重点煤矿矸石山数量已超过1 500 座，占地面积超过5 000 hm2，矸石累积堆放量达到30 亿t，大量堆放的矸石会污染矿区环境[5]。如何对矸石山进行生态修复，从而改善矸石山环境是现阶段矿山生产时需要解决的现实问题[6]。近些年来关于矸石山生态修复技术众多研究学者以及工程技术人员等展开了深入研究，并取得较好的研究成果。文中以山西某集团公司下属矿井矸石山为工程实例，对矸石山多元生态修复技术开展探讨。

1 矸石山多元生态修复技术

现阶段矿井矸石山存在有存量大、占地面积有限、坡度大以及治理难度高等特点，开展防治扬尘、水土流失、边坡防治以及大规模绿化等可有效改善矸石山附近环境。具体矸石山生态修复采用的多元化技术具体为降尘防尘技术+边坡治理技术+覆土固土技术+植被建植技术。

1.1 降尘防尘技术

针对矸石山功能分区差异，提出针对性的降尘防尘技术措施。现场实施过程中依据矸石生产作业区、非作业区以及停用区特点，提出使用防尘网铺盖防尘、喷淋降尘等技术对矸石山生态修复全过程进行防尘处理。在矸石山生产作业区使用洒水喷淋系统，不仅可降低矸石山粉尘产生量而且可为绿化供水，防止矸石山扬尘并提高绿化植被存活率。

1.2 边坡治理技术

矿井堆积的矸石山边坡坡度一般在30°以上，为确保边坡稳定，采取削坡分级方法放缓边坡并建设对应的排水系统。根据矸石山地形从上而下对边坡进行处理，将每级边坡高度降低至20 m 以内。在坡顶搭设平台，确保坡面小于矸石自然堆积安息角，具体为30°，并在中间不设置分级马道。在对边坡进行分级时为满足施工以及后期植被种植、养护要求，需要新建道路，道路由矸石山底部向顶环网布置。为确保矸石山稳定，使用柔性分级技术建设多级隔坡反平台工程。

为避免雨水冲刷造成矸石山边坡水土流失，在矸石山上设置集水沟、截水沟、雨水收集池以及排水沟等设施。具体在分级平台内侧位置设置截水沟；在上山道路以及矸石山竖向道路内侧位置设置集水沟；为避免坡内渗水以及坡面径流给矸石山稳定性影响，在挡墙内侧布置排水沟；依据所在区降水量以及矸石山表面积在矸石山最低位置布置雨水收集池，有效截留雨水、地表径流。

1.3 覆土固土技术

覆土固土是确保矸石山表层植被生产需要养分主要方法。矿井矸石山表层岩体酸度、含盐量等普遍较高在种植植被前应强化客土及覆土改良研究。黄土具有土壤腐殖层、淋溶层以及沉淀层等，是一种相对优质的土壤。在对矸石山种植植被时可将选用黄土作为基土，从而提高植被生长、覆盖速度。矸石山表层覆盖的黄土厚度建议为20 cm。

表层固结是采用土工格栅、金属网等对矸石山表面进行固结，当固结位置坡度为25°～35°陡坡时可采用毯垫固结；当固结位置破苏为35°～45°急坡时可采用平面网、格室等固结；当固结位置为45°～55°险坡时可采用立体网固结。

水平拦截是砌筑毛石围挡、砌筑石墙、矸石梯田以及砖砌围墙等方式防止矸石山出现垮塌，并防止矸石山上含有大量重金属或者酸性物质的废水对周边土壤造成污染。

1.4 植被建植技术

对矸石山表层金属覆土、固土后，可针对性开展基质配制、植被播种以及栽植等工作。

1.4.1 基质改良

由于矸石山表层岩酸度、含盐量等偏大，需要对植被生产的基质进行改良。基质改良技术包括有肥力改良、结构改良以及活力改良等类型，通过在基质中增加有机质含量，增加基质肥沃程度，利于种植的植物养分吸收。

1.4.2 植被物种筛选

筛选出适宜矸石山绿化用的植被物种，从而为后续的矸石山大规模绿化创造条件。在选择植被时应遵循“生态多样性、适应性以及先锋性”等原则，以本地植被物种为主，适当选择经过多年驯化的外来物种，从而增加景观、生物多样性。

合理选择乔木、灌木以及草本等植物品种，在矸石山上种植灌木可提高土壤改良以及植被绿化效果，加快矸石山生态修复以及绿化速度，是矸石山生态功能重建的重要选项。根据该矿区环境特点，刺槐、油松等具有优异抗旱、抗寒性能的树种是矸石植被种植是优选的类型。

山西某矿在矸石山植被重建过程中依据坡面立地条件，优选选择抗逆性强、根系发达以及覆盖能力强的槐树、毛白杨、火炬树等。种植的草种选择籽麻花、波斯菊等。取得较好的修复效果，植被生长较为旺盛。

2 多元生态修复技术效果分析

在矿井矸石山生态修复中根据矸石山具体特点针对性制定修复策略，并综合使用多元生态修复技术，取得较为显著的矸石山生态修复效果。

通过对矸石山进行生态修复可并降低甚至避免矸石山在堆积过程中粉尘的无组织排放，从而减少甚至避免环境保护部门行政处罚，同时降低矸石山堆积给附近造成的农业损失、设备锈蚀等损失。多元生态修复技术应用后，矿井矸石山在粉尘排放、固体物堆积以及工农关系等方面费用投入减少约600 万元。由此可见对矸石山修复治理后可取得较好的经济效果。

经过多元生态修复后的矸石山表层得到绿化，不仅可美化当地环境而且可起到环境保护功能，减少矸石山废水对附近土壤、水体等污染威胁。

3 结语

矸石是矿井采掘以及煤炭洗选产物，随着矸石充填技术应用，矿井矸石产量虽然有所降低，但是矿区仍堆积有大量的矸石山，给矿区生态环境带来显著影响。裸露的矸石山不仅会产生大量的粉尘、废水以及有害气体，而且会给矿区生态环境带来显著影响。

为了提高矿区环境质量，根据矸石山特点提出将多元化生态技术应用到矸石山环境治理中，并以山西某矿区矸石山为工程实例，对各关键技术阐述。现场应用后，矸石山生态环境得以有效改善，改善了矿区环境，取得较好应用成果。