云岗矿矸石山生态恢复综合治理的研究

云岗矿矸石山生态恢复综合治理的研究
石慧娟
(同煤集团云冈矿基本建设科，山西 大同 037017）
摘 要
本文以同煤集团云岗矿矸石山为对象，对生态恢复治理进行了研究。

分析了云岗矿矸石的现状以及对环境的影响，
阐述了综合治理设计原则及规划，从设计、施工、生态效益等视角对云岗矿矸石山生态恢复综合治理进行了分析，治理方案达到了对矸石山彻底治理的目的，有着很好的生态效益和社会效益。

关键词
云岗矿 矸石山 环境影响 综合治理 生态恢复
中图分类号 X171.4 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2019.01.076
Study on Ecological Restoration and Comprehensive Treatment of Gangue Mountain in
Yungang Mine Shi Hui-juan
(Department of Basic Construction, Yungang Mine, Datong Coal Group, Shanxi Datong 037017)
Abstract :In this paper, the ecological restoration and management of gangue in Yungang Mine of Datong Coal Group was studied. The present situation of the Yungang Mine waste rock as well as the impact on the environment were analyzed. The design principles and planning of integrated management is expounded, and analyses the comprehensive control of the ecological restoration of the refuse in Yungang Mine from the perspective of design, construction and ecological benefits. The governance solution accomplishes the goals for control of coal gangue piles, which had a very good ecological benefits and social benefits.
Key words : Yungang Mine gangue mountain environmental impact comprehensive treatment ecological restoration
收稿日期 2018-06-05
作者简介 石慧娟（1979-），女，山西省天镇县人，毕业于西安建筑科技大学土木工程专业，助理工程师，现就职于云冈矿基本建设科。

云岗矿隶属于大同煤矿集团，是我国自行设计施工的现代化大型矿井。

一期、二期合计生产能力为480万t/a 。

云岗矿从开采之初就非常重视煤矿的环境和生态保护，多年来在矸石山综合治理方面投入了大量的人力、物力和财力，煤矿也多次被评为“国家级绿色矿山”。

下面就云岗矿矸石山生态恢复综合治理内容和经验进行分析研究。

1 矸石山现状与环境影响
1.1 矸石山现状
大同煤矿集团共有矸石山及相应的处理场共56座，其中矸石山有2座。

第1座矸石山占地面积约17万m 2，目前累计共堆放矸石850多万吨；第2座矸石山位于大南沟，占地面积33.5万m 2，已存
放矸石400多万吨，当前堆放面积达12.33万m 2，年排矸量达100多万吨。

1.2 环境影响
煤矸石是在煤矿开采中排放的固体废弃物，同时其含有残煤、碳质泥岩等低热值燃料，如果放任集中堆放在高压氧化条件下会发生自燃现象，造成火灾。

燃烧中产生的CO 、H 2S 等有害气体给煤矿周边的水、空气、土壤带来了污染。

煤矸石长期在雨水当中侵泡，重金属元素也会通过溶解进入到水体和土壤中，造成环境污染。

据煤矿环保科调查统计，职工和周边村民的气管病、气喘病病例和发病频率在增加，同时还发生了矸石山自燃、滑坡、坍塌等安全事故。

根据同煤集团的统一部署，必须加强云岗矿矸石山生态恢复综合治理工作，本次治理的方案路线主要是：灭火→治理→绿化→生态恢复。

2 生态恢复综合治理设计原则及规划
对于云岗矿矸石山的治理设计原则如下：从山
体稳定→到灭火→到植物群落向森林方向演替，最后可以形成一个相对稳定的，同时可以兼顾到矸石山的景观效果，灭火、生态修复与山体稳定三者相结合。

在煤矿建井和生产过程中已堆积成的煤矸石山上，通过规划、设计科学合理的水土保持工程，防治水土流失，为植物创造良好的生长发育条件；以治理、改善和保护环境为目的，以植物生态习性为基础，选择适应性强、生长良好的树种和草种进行造林绿化，改善生态环境，形成稳定的生态系统，恢复土地的生产能力；同时充分重视工业景观形成的环境特点，合理配置相应的园林小品，达到景观效果。

3 矸石山灭火方案的设计
技术人员根据矸石山自燃和蔓延机理研究成果，结合大同煤矿集团灭火工程实践，深入研究了自燃矸石山灭火理论，开发了自燃矸石山深部注浆灭火技术及装备，形成了高效、适用的矸石山灭火工程技术体系。

灭火方案内容为：
（1）探测测点布置。

研石山施工前采用MS+红外测温仪、多参数气体检测仪进行火源探测，布置方案见图1（a ）所示。

当矸石山顶平整后调整测点布置，主要是采用AFTX 型温度变送器，通过钻孔的方式进行测量，布置方案见图1（b
）所示。

图1 云岗矿矸石山探测测点布置
（2）注浆灭火技术施工。

本次施工中注浆钻孔采用正三角或菱形方式进行布置，孔间距为3m ，深度为5m ，具体可见图2（a ）所示。

同时对钻孔进行套管处理，套管前段1m 为花管，在花管管壁上附有直径10mm 的小孔，可见图2（b ）示意图，目的在于防止注浆过程中造成塌孔现象。

利用改进后的注浆灭火技术，可以有效地对矸石山的测试进行测量。

同时在8个月时间内扑灭3次矸石山火灾，灭火效果显著。

注浆后第3d 温度明显下降，9d 内火区温度由500℃下降到灭火设计
要求的100
℃以下。

图2 灭火注浆钻孔布置示意图
4 护坡工程方案设计
4.1 排水沟工程
为了保证雨季汛期“云岗矿矸石山生态恢复综合治理”项目的成效，同时也基于对工程的施工和养护管理，对该矸石山的排水系统设计为三级排水。

第一，坡面和台面的径流汇入各平台内侧的抛物线形草沟；第二，由草沟汇入沿道路设置的梯形断面排水沟；第三，梯形断面排水沟汇入山下污水处理厂进行处理。

（1）草沟。

沿等高线在每个平台内侧修筑草沟，草沟即一种在沟内种植草类以防治土壤冲蚀又维护景观的土筑沟。

沟底要有一定的坡降，此处取1/500。

（2）梯形浆砌石排水沟。

沿道路修筑浆砌石排水沟。

排水沟衬砌材料用混凝土，断面形状为梯形，尺寸大小见表1所列。

表1 排水沟规格设计结果表
编号集水面积/m 2每小时雨量强度/（mm•h -1）断面积/m 2沟底宽/cm 沟顶宽/cm 沟深/cm 沟长/m 1
9736
110
632
20
50
25
200
4.2 护坡措施
根据本次矸石山生态恢复综合治理规划区域地形地貌现场测量结果，坡面容易被降水侵蚀和冲刷，且此区域所覆云岗矿区生态建设实践土为板结黏质土，因此抗蚀、抗冲的能力都非常之差，必须要加强相应的护坡措施处理，增加抗蚀、抗冲的能力。

主要设计了二套方案。

方案一：“自由梁”格内种草。

自由梁属于固定框的一种，是以水泥、三角铁等材料制成框架，安装于坡面上以利于客土种草，此设计本着美化原则，选用三角铁。

方法为：将坡面整理后，于坡面中央，以坡肩为基准线，沿基准线垂直方向，每隔1.2m 设置锚钉一排，锚钉深度一般为50cm ，各
排锚钉呈水平，锚钉应沿坡面垂直方向打入土层，锚钉与锚钉之间焊接三角铁框架，框架长1m ，宽3cm ，框架中客土种草。

坡面凹凸较大时，与框接触处需略加整理，使之与框紧密接合。

方案二：沿等高线打桩编栅。

打桩编栅是依适当距离打木桩，并以竹片、荆条、铁丝网等材料编制成栅栏，固定土石给植物一个有利的生长环境。

从实践效果来看，设定每排木桩距离为2~3m ，桩距以30～50cm 为宜。

施工前必须清除杂物，必要时构筑截水沟。

使用人工材料编栅应考虑景观效果。

打桩时应自坡面下方开始，向上方推展。

打桩编栅后需将地面稍加整平或填充客土。

4.3 土壤改良方案
本次综合治理区域所覆土来源于矿区周围氧化塘的黏土，土壤偏碱性，通气性不良，收缩性、膨胀性强，影响植物呼吸，容易造成生理干旱，需要进行土壤改良，改良方案如下。

方案一：植草带内覆10~15cm 薄层熟土。

方案二：乔、灌带筐或蒲包栽植，用熟土及适量有机肥。

4.4 灌溉系统布设
考虑到本次综合治理的区域周边水源充足，因此在山脚下设计水泵提水，采用钢管引水上山，再从每个平台引出支管后接塑料管进行平台及坡面灌溉。

5 生态修复方案
5.1 坡面绿化设计
坡面造林按坡向分三个区。

一区（西坡、北坡）植物配置。

乔木：臭椿、火炬树；常青针叶树：桧柏；灌木：沙棘；地被：苜蓿、铺地柏。

二区（西南坡、南坡）植物配置。

乔木：刺槐、白蜡、合欢；常青树：侧柏、翠兰柏、蜀桧；灌木：紫穗槐、小檗；地被：狗牙根、高羊茅、苜蓿。

三区（东南坡）植物配置。

乔木：加杨、旱柳、山楂；常青树：桧柏、沙地柏；灌木：红瑞木、棣棠、大叶黄杨；地被：崂峪苔草。

5.2 台地绿化设计
为防治水土流失，每个平台内侧设草沟与路边排水沟相通。

台地修整为反坡状，外高里低，坡度2°。

四区（一号山顶平台）建草亭一座，地面采用蓝色、白色鹅卵石铺装成“枯水河”，亭旁建风景树池一个，种赤松或华山松作为“迎客松”，配乔木国槐和合欢。

台地周边种迎春，形成绿色瀑布。

五区（二号环形平台）南半部环修小路一条，路内
侧修排水沟，小路旁种行道树合欢，配大叶黄杨，绿篱。

北半部环状丛植丁香、榆叶梅、紫荆。

六区（三号扇形平台）在较宽扇面处建小广场，沿曲线建6个树池，种国槐配绿篱，并在平台边缘建挡墙，挡墙下种藤本月季。

广场周边种火炬树、刺槐、白蜡，形成绿树环抱景观。

七区（窄半圆环带）为封闭式林带，种女贞、臭椿、白蜡、连翘、紫荆、迎春。

八区（外围环带）为封闭式林带，种垂柳、女贞，形成绿色环带。

上山道路入口处立黑色墨玉石一块，配沙地柏、圆柏，凸显矸石山绿化主题。

6 矸石山治理工程的效益分析
6.1 生态效益分析
云岗矿矸石山生态恢复综合治理方案实施1年后，治理效果良好。

该生态恢复治理方案通过增加植被、改善土壤性状有效地降低了矸石山场区周边的粉尘浓度，同时检测的有害气体浓度数据表明，该方案能够抑制CO 等有害气体的扩散。

通过增加植被等措施有效地减少地表径流，防治水流失。

生态恢复综合治理措施基本达到了方案的期望值，同时也希望继续努力，能将矸石山治理率提高到99%。

6.2 社会效益分析
该设计措施有效地改善了矿区及周边的生活环境，对于保障煤矿职工和周边群众的身体健康起到了重要的作用。

同时减少了水土资源的的流失和破坏，实现了人与自然和谐相处的目的，使得煤矿开采能实现可持续性发展。

【参考书目】
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