李曉利 楊文 劉偉

摘?要：大同李家窯礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理項(xiàng)目，是大同地區(qū)首批開(kāi)展的煤矸石礦山治理試點(diǎn)工程。工程需要面對(duì)矸石的自燃隱患，消矸護(hù)坡存在的不穩(wěn)定滲水性及綠化植被土壤覆蓋封閉等技術(shù)難題，通過(guò)對(duì)矸石清運(yùn)，矸石堆放，邊坡覆土，排矸道路，排水溝和綠化工程的技術(shù)研究，摸索徹底實(shí)現(xiàn)煤矸石等固體廢棄物無(wú)害化處理的實(shí)施方案。最終通過(guò)治理技術(shù)研究，總結(jié)成果，形成矸石場(chǎng)環(huán)境治理工程的施工工法，為山西省大量的矸石治理和生態(tài)恢復(fù)提供技術(shù)示范，為同類工程的質(zhì)量控制和造價(jià)清單組成以及竣工驗(yàn)收提供試驗(yàn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤矸石，生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理，自燃，示范

文章編號(hào)：2095-4085（2020）02-0080-04

1?項(xiàng)目概況

1.1?本次礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理的設(shè)計(jì)原理

經(jīng)過(guò)多年開(kāi)采的煤礦，基本上都是煤矸石堆積如山。矸石山不但占用大量土地，而且煤矸石中所含的硫化物會(huì)污染大氣和水源，造成嚴(yán)重的后果，其中所含的含鐵物質(zhì)易被緩慢氧化，放出大量熱量可以促使煤矸石自燃，并且普遍存在潰壩，塌方等地質(zhì)災(zāi)害隱患。

據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道過(guò)，山西省有24%左右的國(guó)土面積為“采空區(qū)”，采空區(qū)的形成，除了被消耗掉的煤炭，還有就是大量的地面煤矸石。全省的矸石治理和生態(tài)恢復(fù)，已經(jīng)形成數(shù)百億元的巨大市場(chǎng)。其中，大同地區(qū)就是典型的代表性地區(qū)。

本次礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理試點(diǎn)示范工程，大同李家窯礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理項(xiàng)目，是大同地區(qū)首批開(kāi)展的煤矸石礦山治理試點(diǎn)工程。根據(jù)該項(xiàng)目可研報(bào)告和批復(fù)內(nèi)容，將礦區(qū)內(nèi)7個(gè)原有矸石場(chǎng)矸石清運(yùn)至黃家山新建矸石場(chǎng)內(nèi)，并進(jìn)行規(guī)范化集中堆置和封閉處理。黃家山新建矸石場(chǎng)選址在一座空曠山谷，需要用卡車(chē)將矸石運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后逐層傾倒，再用推土機(jī)把矸石推平，每堆放一定厚度矸石層充分碾壓密實(shí)，有效防治矸石沉陷。在各層矸石層間，覆蓋一層一定厚度的密實(shí)黃土，使層間隔絕空氣，預(yù)防由于矸石內(nèi)部熱量積聚，未來(lái)可能引起矸石自燃。

1.2?工程體量和治理目標(biāo)

七個(gè)原有矸石場(chǎng)總共需要清運(yùn)的存量矸石大約800000m3，將它們集中堆置在黃家山新建矸石場(chǎng)后，為避免次生地質(zhì)災(zāi)害和為恢復(fù)環(huán)境生態(tài)創(chuàng)造條件，還需要建設(shè)谷底部的排洪涵管，堆場(chǎng)四周攔洪壩，攔矸壩，分區(qū)壩和上游的消力池等配套構(gòu)筑物，達(dá)到新建綠化植被把矸石場(chǎng)被永久覆蓋的最終目的。

堆場(chǎng)邊坡每堆高一定高度，造一個(gè)馬道的“臺(tái)階”平臺(tái)，內(nèi)側(cè)修建橫向的硬化防滲排水支溝，整個(gè)矸石場(chǎng)周?chē)藿ㄘQ向的硬化排水防滲主溝，防止坡面匯水沖刷造成黃土流失。

矸石場(chǎng)坡面形成不小于1 ∶2.0的永久坡度，杜絕長(zhǎng)時(shí)間表面積水可能帶來(lái)的局部下陷，如果形成分散空洞，就會(huì)有將矸石層暴露在空氣富氧環(huán)境的嚴(yán)重后果。

平整壓實(shí)后的矸石場(chǎng)表面，再填厚度較大黃土封層，在黃土封層上攤鋪相對(duì)松散的種植土，進(jìn)行綠化栽植。隱蔽矸石，形成綠化環(huán)境才是本次生態(tài)恢復(fù)的最終目標(biāo)。

待運(yùn)矸、堆載和綠化工程完成以后，將臨時(shí)道路和“臺(tái)階”平臺(tái)按照普通道路進(jìn)行修建，為將來(lái)的維護(hù)和運(yùn)輸創(chuàng)造條件。原有矸石場(chǎng)的矸石清除治理后，對(duì)原表面采取填土和綠化植被恢復(fù)措施。原來(lái)鋪天蓋地的矸石山，完全變成緩坡的綠地，本次的生態(tài)恢復(fù)治理才算完成。

2?工程難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)的處理策略

2.1?煤矸石分層處理（圖1，2）

煤矸石表面粘附著一定量的煤，內(nèi)部夾雜低含量的煤是正常情況，所以存在一定的可燃性。煤矸石在含水量較高時(shí)，強(qiáng)度降低明顯，導(dǎo)致容易變形，穩(wěn)定性非常差，因此每層矸石的厚度不宜過(guò)大。

設(shè)計(jì)要求“通過(guò)過(guò)試驗(yàn)指導(dǎo)施工分層厚度”。所以壓實(shí)后的矸石層需要通過(guò)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)重型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，含水量試驗(yàn)，液塑限試驗(yàn)等，其試驗(yàn)的方法和土工試驗(yàn)方法相同，委托有資質(zhì)的第三方進(jìn)行試驗(yàn)，并出具試驗(yàn)報(bào)告。

最后將每層的煤矸石最大厚度確定在1.0m之內(nèi)。為保證煤矸石的壓實(shí)度，我們將大于200mm的矸石塊進(jìn)行破碎處理。可能是因?yàn)槎嗄攴e壓造成矸石層含水量太大，體量大到無(wú)法晾曬處理。五個(gè)月以來(lái)，通過(guò)人工壓實(shí)和壓路機(jī)壓實(shí)處理，矸石層壓實(shí)度試驗(yàn)的最大值只能達(dá)到93%左右，最終確定92%為壓實(shí)度合格標(biāo)準(zhǔn)。壓實(shí)時(shí)，壓路機(jī)選用30t的滾筒式振動(dòng)壓路機(jī)，靜壓2遍后再?gòu)?qiáng)振不少于2～3遍，使較大塊狀的煤矸石基本上完全能破碎后達(dá)到壓實(shí)效果。在晴朗干燥的天氣條件下，壓實(shí)過(guò)程中要噴灑適當(dāng)?shù)乃?，噴濕程度以不揚(yáng)塵起灰的潮濕程度為準(zhǔn)，灑水應(yīng)該在碾壓前1～2h完成。碾壓直到表面無(wú)明顯輪跡，不出現(xiàn)松散和軟彈等現(xiàn)象，達(dá)到表面光潔密實(shí)，形成板體的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2?黃土封（夾）層的處理（圖3，4）

矸石始終是屬于比較酥松的物質(zhì)，將細(xì)粒黃土夾層處于矸石分層之間，起到分隔和封閉矸石層的作用，降低矸石層的空氣含量，確保矸石層不會(huì)形成緩慢氧化的條件。

黃家山矸石場(chǎng)周?chē)S土豐富，取土條件很好，運(yùn)距全部都不超過(guò)800m。這些黃土屬于細(xì)粒式原土，濕陷性雖然不大，但為防止流失和保證作為“封層”結(jié)構(gòu)的黃土，必須采用重型機(jī)械壓實(shí)處理。

為確保黃土不會(huì)濕陷，矸石層的灑水量要控制得當(dāng)，不能浸泡下層黃土隔離（封）層，不給黃土可能的濕陷提供任何條件。從去年3月份開(kāi)工以來(lái)，經(jīng)歷了兩個(gè)雨季，目前沒(méi)有任何明顯的沉降發(fā)生！

我們將黃土層的厚度控制在不小于300mm，壓實(shí)度一直在95%以上，填實(shí)了矸石表層的縫隙，這樣就能保證矸石層之間不會(huì)有任何接觸。

2.3?綠化種植（圖5～7）

為了確保對(duì)矸石層的永久性覆蓋，我們?cè)谛马肥瘓?chǎng)修筑完成后的最上層的封層，厚度達(dá)到1000mm，壓實(shí)度達(dá)到95%，確保覆蓋嚴(yán)實(shí)，另一方面，為了保持黃土表層的穩(wěn)定性和種植需要，我們?cè)僭谧钌蠈狱S土封層上面覆蓋了1200mm的種植土層，堆載后用挖掘機(jī)進(jìn)行機(jī)械攤鋪，攤鋪的厚度最小處不小于1200mm，完全滿足種植的要求。

植被恢復(fù)的坡面上采用灌草混交的方式進(jìn)行綠化，灌木選擇紫穗槐，草類選擇紫花苜蓿。馬道及平合上采用喬草混交的方式進(jìn)行綠化，喬木選擇刺槐，草類選擇紫花苜蓿。

栽植主要以今年的4～6月春季和8月的初秋為主，由于該礦區(qū)造林地的立地條件差，所以要求栽前澆足坐窩水，栽后立即澆一次透水，埋土覆蓋拍實(shí)。針葉樹(shù)大苗全部帶原土坨栽植，土球直徑不小于冠徑的1/3，栽前對(duì)苗木進(jìn)行分級(jí)，栽種時(shí)對(duì)根部采用施撒“根寶”保水劑等技術(shù)措施。

2.4?完善排水設(shè)施（圖8～10）

對(duì)于這種人造土石構(gòu)造，避免水土流失是十分必要的，也是最重要有效的保障措施。

在新建矸石場(chǎng)的原有山谷底部，采用雙排φ2000厚壁的鋼筋混凝土管涵，滿足當(dāng)?shù)匕倌瓴挥龊樗男购槟芰?，在新建矸石?chǎng)綠化后的場(chǎng)地內(nèi)，采用的縱橫貫通的排水溝有組織解決地表水的排放，防止大量積水的滲透破壞。

在每層的馬道平臺(tái)里側(cè)，設(shè)置坡度不小于3%的橫向排水支溝，匯流后流入兩側(cè)豎向的主邊溝，邊溝坡度順矸石場(chǎng)坡向設(shè)置，橫縱向排水溝與排水邊溝頂部平接。

排水邊溝及橫向排水溝的地基夯實(shí)后，每隔25m要設(shè)置30mm寬度的變形縫，變形縫里夾30mm后的擠塑聚苯板，表面再用30mm～50mm厚度的改性瀝青防水膏進(jìn)行防水密封。

在所有排水溝的內(nèi)側(cè)表面，統(tǒng)一采用1 ∶2水泥砂漿分次抹面處理，抹面厚度不小于20mm厚，避免排水溝在過(guò)水過(guò)程中產(chǎn)生滲漏，留下塌陷隱患。

3?施工過(guò)程的注意事項(xiàng)

（1）對(duì)于在7個(gè)舊的矸石堆場(chǎng)和新建堆場(chǎng)之間的交通道路，按照一般鄉(xiāng)村道路修筑，沒(méi)有特別的不同技術(shù)，在這里不再進(jìn)行贅述。

（2）本次施工，延續(xù)約兩年時(shí)間，期間經(jīng)歷了兩個(gè)雨季。這種矸石山的治理期間，交通運(yùn)輸條件和材料條件都極易受天氣影響，特別是雨天。道路被中雨沖刷容易造成溝壑，造成交通中斷，所以小到中雨天氣必須停工撤離施工人員。原有的矸石堆場(chǎng)比較松散，在矸石山的挖除移運(yùn)時(shí)，要有防止坍塌的措施。

（3）黃土取土場(chǎng)要有序有規(guī)劃地進(jìn)行取土，取土后的土坡也要進(jìn)行綠化恢復(fù)和覆蓋，保證沒(méi)有水土流失的隱憂。

4?矸石生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理工程試點(diǎn)總結(jié)

本工程因?yàn)殛P(guān)鍵工序把握得好，基本都是一次成優(yōu)的完成，質(zhì)量成品獲得各方好評(píng)。

兩年以來(lái)，該試點(diǎn)工程的安全，質(zhì)量管理一直得到建設(shè)和監(jiān)理單位的高度贊揚(yáng)，特別是工程完工后，徹底消滅了李家窯煤礦十幾年以來(lái)形成的七座矸石山，變成了綠意盎然的的風(fēng)景。該試點(diǎn)工程成功以后，建設(shè)單位主動(dòng)將二期的其他配套工程交由我公司施工。

本工程基本沒(méi)有質(zhì)量返工情況，成本控制按照策劃執(zhí)行，該示范工程的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的效益都取得理想成果。這樣的結(jié)果，更利于推動(dòng)省內(nèi)大量的矸石場(chǎng)環(huán)境治理生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施，也為該類工程提供了技術(shù)借鑒。

在開(kāi)始施工階段，當(dāng)?shù)啬昙o(jì)較大的幾位村民多次進(jìn)行各種阻撓，我們也多次通過(guò)派出所進(jìn)行說(shuō)服和調(diào)解，甚至對(duì)個(gè)別根本不聽(tīng)勸阻的村民采取過(guò)拘留留置處理。

在綠化種植階段，我們也雇請(qǐng)當(dāng)?shù)卮迕駞⑴c該工程，那時(shí)他們的態(tài)度很快就緩和了，待我們將7個(gè)原來(lái)的矸石山徹底變成綠色的"草原"后，當(dāng)?shù)厮写迕駛兌啻蝸?lái)參觀，幫忙，通過(guò)各種方式表達(dá)他們的"感謝"之情。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T50123-2019，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]HJ 652-2013，環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案（規(guī)劃）編制規(guī)范（試行）》[S].