陳文英，王曉軍?，辛亞，王兵，梅傲雪，溫美佳

(1.山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，030006，太原；2.山西綠巨人環(huán)境科技有限公司，030000，太原)

自燃矸石山多級(jí)隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定技術(shù)

陳文英1，王曉軍1?，辛亞1，王兵1，梅傲雪2，溫美佳2

(1.山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，030006，太原；2.山西綠巨人環(huán)境科技有限公司，030000，太原)

煤礦矸石山極易發(fā)生自燃、滑坡等現(xiàn)象，其治理時(shí)的山體整形需將徹底滅火、防復(fù)燃、山體穩(wěn)定與植被恢復(fù)相結(jié)合。在總結(jié)實(shí)體工程運(yùn)行和實(shí)用施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出自燃矸石山多級(jí)隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定技術(shù)。通過(guò)隔坡布設(shè)方式、隔坡長(zhǎng)度、反臺(tái)寬度等系列數(shù)據(jù)組合的對(duì)比研究，取得隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定技術(shù)理論模型，并在具體工程實(shí)踐中予以驗(yàn)證其適用性和有效性。該技術(shù)將此類矸石山坡面自上而下整理成隔坡與反臺(tái)依次相間的坡面，隔坡長(zhǎng)度設(shè)為10 m左右、反臺(tái)寬度設(shè)為2.5 m左右，并設(shè)置山體排水- 蓄水系統(tǒng)、柔性坡腳、微地形、土矸混合、植被恢復(fù)等配套設(shè)施和措施，達(dá)到山體的穩(wěn)定。南坪山矸石山治理后的結(jié)果證明該技術(shù)措施因地制宜、經(jīng)濟(jì)上可行、治理效果好，較好地解決了矸石山易自燃、復(fù)燃及山體難以穩(wěn)定的問(wèn)題，可在同類煤矸石山治理中加以借鑒。

自燃矸石山； 山體穩(wěn)定； 隔坡與反臺(tái)； 案例分析

山西煤炭生產(chǎn)排放和堆存的矸石帶來(lái)一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1]。未采用分層碾壓技術(shù)堆積成的矸石山一般坡度較大，坡長(zhǎng)較長(zhǎng)，極易發(fā)生自燃，并可能導(dǎo)致水土流失等現(xiàn)象[2]。這類矸石山的治理，必須在徹底滅火和防復(fù)燃的基礎(chǔ)上，通過(guò)山體整形來(lái)穩(wěn)定山體，并快速恢復(fù)植被[3]。近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)煤矸石自燃發(fā)火機(jī)理[4]、恢復(fù)生態(tài)學(xué)[5]進(jìn)行了卓有成效的研究，而針對(duì)矸石山山體穩(wěn)定的研究較少。董倩[6]從巖土力學(xué)的角度分析矸石山滑坡的成因，得出影響矸石山山體穩(wěn)定性的因素：堆積方式、氣候及降水、自然噴爆、排矸強(qiáng)度、地形、地質(zhì)等。李德平等[7]研究表明降雨強(qiáng)度、坡度、坡長(zhǎng)和植被覆蓋程度是影響水土流失量大小的主要因素，改變矸石山微地形、減小坡度、縮短坡長(zhǎng)、快速恢復(fù)植被、提高土壤入滲等措施是減少水土流失的有效途徑。卞正富等[8]通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外煤矸石山復(fù)墾整形進(jìn)行總結(jié)，探討了整形形狀設(shè)計(jì)、邊坡穩(wěn)定性分析、排水系統(tǒng)、邊坡加固和防侵蝕等措施。

以往對(duì)矸石山山體穩(wěn)定的研究多是從水土保持和巖土工程角度著手，較少將矸石山的滅火、防復(fù)燃、植被重建、生態(tài)景觀建設(shè)、經(jīng)濟(jì)可行、利于施工操作等多因素進(jìn)行系統(tǒng)分析和綜合考慮。為此，本研究在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行穩(wěn)定矸石山山體研究。通過(guò)分析多級(jí)隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定經(jīng)驗(yàn)假設(shè)模型來(lái)提出這一綜合技術(shù)及其配套設(shè)施，以期為倒坡式排矸形成的矸石山山體穩(wěn)定提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地為山西省西山煤電集團(tuán)西曲礦南坪山矸石山，該矸石山位于古交市西曲街道辦石炭咀村，地處呂梁山脈東麓，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量為510 mm，平均氣溫8.7 ℃。南坪山矸石山由西曲礦建礦20年來(lái)倒坡式排矸形成，矸石總量達(dá)6萬(wàn)m3。由于未采用分層碾壓處理，自燃現(xiàn)象較嚴(yán)重，地面觀察到的火區(qū)面積約0.5萬(wàn)m2，同時(shí)坡面未經(jīng)嚴(yán)格處理，坡度較大，坡長(zhǎng)較長(zhǎng)，山體極不穩(wěn)定。南坪山矸石山治理前地形示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 南坪山矸石山治理前地形示意圖Fig.1 Sketch diagram of coal gangue heap on Mount. Nanping before treatment

2 研究方法

采用理論模型與實(shí)用施工技術(shù)相結(jié)合的方法，在自燃矸石山山體整形的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工時(shí)，通過(guò)以往經(jīng)驗(yàn)和實(shí)地勘察掌握的情況，提出隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定技術(shù)理論模型，并在自燃矸石山山體整形的設(shè)計(jì)與施工中加以運(yùn)用；經(jīng)過(guò)近2年的實(shí)踐研究，證明自燃矸石山隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定技術(shù)的適用性和有效性。

2.1 山體穩(wěn)定性影響因素

以往研究[9-10]表明，矸石山山體不穩(wěn)定主要表現(xiàn)在易發(fā)生山體滑坡、沉降變形、地表侵蝕3個(gè)方面。影響矸石山山體穩(wěn)定性的因素分析見(jiàn)表1。

在穩(wěn)定矸石山治理中，主要須解決矸石山自燃，減輕可能引起滑動(dòng)的土體載荷，減緩坡面水流速度，充分運(yùn)用降水為后期植被恢復(fù)涵養(yǎng)水分。針對(duì)這些可控因素，筆者提出采用多級(jí)隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定技術(shù)全面加以控制。

表1 矸石山的山體穩(wěn)定性影響因素

2.2 模型構(gòu)建依據(jù)

矸石山多級(jí)隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定技術(shù)，是在南坪山等多座自燃矸石山治理過(guò)程中不斷總結(jié)完善后提出的，是將倒坡式排矸形成的矸石山坡面自上而下整理成隔坡與反臺(tái)依次相間的多級(jí)矸石山山體穩(wěn)定技術(shù)?！案羝隆敝秆氐雀呔€將原坡面分割后的坡面；“反臺(tái)”指在隔坡間人工設(shè)置的階面，且階面微向內(nèi)傾斜2°(圖2)。隔坡- 反臺(tái)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 隔坡- 反臺(tái)示意圖Fig.2 Sketch diagram of the separated-slope and reversed-platform

2.2.1 隔坡長(zhǎng)度 隔坡長(zhǎng)度是影響矸石山水土流失量大小的主要因素之一。當(dāng)降水量較小時(shí)，矸石山水流失量很少，主要以面蝕為主；而當(dāng)降雨強(qiáng)度大時(shí)，整個(gè)矸石山主要危害為溝蝕，隨著坡長(zhǎng)的增加，侵蝕溝自上而下逐步加深、加寬[7]。侵蝕溝的產(chǎn)生存在臨界坡長(zhǎng)，有黃土高原研究表明，坡度<30°時(shí)，臨界坡長(zhǎng)應(yīng)<12 m[11]。對(duì)于黃土與矸石混合覆蓋后的矸石山表面，容易產(chǎn)生侵蝕，參考黃土高原的研究結(jié)果以及考慮矸石山隔坡坡角的角度，隔坡坡長(zhǎng)不應(yīng)>12 m。該長(zhǎng)度也方便小型機(jī)械施工，綜合倒坡式排矸形成的矸石山物理特性及當(dāng)?shù)亟涤陱?qiáng)度，將矸石山隔坡長(zhǎng)設(shè)置為10 m左右，使得隔坡坡長(zhǎng)小于超滲產(chǎn)流形成淺溝侵蝕的坡長(zhǎng)，結(jié)合良好的植被恢復(fù)，減少矸石山表面侵蝕與滑坡現(xiàn)象。

2.2.2 反臺(tái)寬度 南坪山矸石山燃燒中心區(qū)域都在深度2～3 m之間，供給燃燒點(diǎn)的氧氣是從斜坡下部進(jìn)入，沿斜坡上層向上流動(dòng)[12]，加速矸石山內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)。設(shè)置2～3 m左右的反臺(tái)寬度，阻斷了斜坡下部的氧氣入口。根據(jù)以上溫度集聚變化規(guī)律，合理設(shè)置反臺(tái)寬度，可改變、調(diào)整和控制滲流場(chǎng)的風(fēng)流狀態(tài)，達(dá)到防止或抑制自燃的目的。此外，反臺(tái)寬度設(shè)置為2.5 m左右，有利于小型機(jī)械施工(要求2 m)，并可節(jié)約工程量，也為后期植被養(yǎng)護(hù)提供了通道。

2.3 多級(jí)隔坡反臺(tái)理論模型

倒坡式排矸形成的矸石山為典型人工堆積散體，自然安息角β一般為38°～40°[13]。本研究選擇40°進(jìn)行計(jì)算。為土方施工節(jié)約成本，應(yīng)做到就近填挖，矸石盡量不內(nèi)外調(diào)運(yùn)[14]，使挖方量與填方量基本相等，同時(shí)考慮到周圍環(huán)境的限制，假設(shè)坡腳線保持不變。

在降水量500 mm左右、將隔坡長(zhǎng)lAF設(shè)為10 m左右，當(dāng)采用黃土與矸石混合覆蓋地表、地表植被覆蓋度達(dá)到90%以上時(shí)，可以起到保護(hù)坡面土壤不受暴雨徑流沖刷和截流保土作用。從實(shí)際出發(fā)，為便于機(jī)械施工與滅火，設(shè)置反臺(tái)寬度lEF為2.5 m左右。自燃煤矸石山多級(jí)隔坡反臺(tái)整形的斷面示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 自燃煤矸石山多級(jí)隔坡反臺(tái)整形的斷面示意圖Fig.3 Section sketch diagram in separated-slopes and reversed-platforms reshaping techniques of spontaneous combustion coal gangue heap

3 結(jié)果與分析

3.1 理論模型

假設(shè)：在圖3中，安息角β為40°，隔坡長(zhǎng)AF和EB為10 m，反臺(tái)寬EF為2.5 m，反臺(tái)坡度γ為2°， 則∠AOF=40°+2°。

根據(jù)正弦定理，

(1)

將lAF=10 m，lOF=1.25代入上式得

(2)

得出sin∠OAF=4.8°，∠AFO=180°-42°-4.8°=133.2°；所以α=180°-133.2°-2°=44.8°，即隔坡角為44.8°。

采用加權(quán)平均法，將隔坡長(zhǎng)度的投影l(fā)NC平均分為Wi份，反臺(tái)長(zhǎng)度的投影l(fā)MN平均分為Qi份，則lAB段平均坡度

(3)

即矸石山隔坡坡度α=44.8°，山體平均坡度θ=39.60°。

假設(shè)在隔坡長(zhǎng)度lAF為10 m，反臺(tái)寬度lEF為2.5 m不變的條件下，矸石山原坡度β由40°逐漸變小，隔坡坡度α和平均坡度θ也變小(表2)。

表2 假設(shè)不同矸石山原坡度條件下α、θ的變化

如表2所示：隔坡坡度α>矸石山原坡度β；平均坡度θ<矸石山原坡度β。在隔坡長(zhǎng)度和反臺(tái)寬度一定的條件下，原坡度越小，相應(yīng)的隔坡坡度和平均坡度也越小，反之，原坡度越大，則相應(yīng)的隔坡坡度和平均坡度也越大。多級(jí)隔坡后，矸石山的平均坡度減小，使山體穩(wěn)定。

如表3所示，假設(shè)在隔坡長(zhǎng)度lAF不變的條件下，反臺(tái)寬度lEF由2.5 m逐漸增大，隔坡坡度α1相應(yīng)增大，平均坡度θ1也相應(yīng)增大。

表3 假設(shè)不同反臺(tái)寬度條件下α、θ的變化

注：α1變化指α(EFn)-α(EFn-1)，θ1變化指θ(EFn)-θ(EFn-1)。Note: the change ofα1isα(EFn)-α(EFn-1)， the change ofθ1isθ(EFn)-θ(EFn-1).

在隔坡長(zhǎng)度一定、反臺(tái)寬度介于1.5 m和5 m之間時(shí)，隨著反臺(tái)寬度的增加，隔坡坡度也增加，反臺(tái)寬度每增加0.5 m，隔坡坡度增加的最小幅度為0.96°；而矸石山的平均坡度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)：在反臺(tái)寬度介于1.5 m和2.5 m之間時(shí)，θ呈增大趨勢(shì)；而在反臺(tái)寬度介于2.5 m和5 m之間時(shí)，θ呈減小趨勢(shì)?？梢?jiàn)，在此反臺(tái)寬度區(qū)間內(nèi)，2.5 m左右是反臺(tái)寬度的臨界區(qū)間。

假設(shè)在反臺(tái)寬度lEF不變的條件下，隔坡長(zhǎng)度lAF由10 m逐漸減短，隔坡坡度α2相應(yīng)增加，而平均坡度θ2相應(yīng)減小。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

如表4所示，在反臺(tái)寬度一定、隔坡長(zhǎng)度介于6～15 m之間時(shí)，隨著隔坡長(zhǎng)度的減小，隔坡坡度逐漸增大，隔坡長(zhǎng)度每減短1 m，隔坡坡度增大的幅度在0.23°～1.15°之間；而平均坡度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)：在隔坡長(zhǎng)度介于6～10 m之間時(shí)，平均坡度呈增大趨勢(shì)；而在隔坡長(zhǎng)度介于10～15 m之間時(shí)，平均坡度呈減小趨勢(shì)?？梢?jiàn)，在此隔坡長(zhǎng)度區(qū)間內(nèi)，10 m左右是隔坡長(zhǎng)度的臨界區(qū)間。

綜上所述，在理想狀況下，矸石山體實(shí)施多級(jí)隔坡反臺(tái)技術(shù)時(shí)，隔坡長(zhǎng)度與反臺(tái)寬度的變化決定著隔坡坡度以及山體平均坡度的變化：假設(shè)隔坡長(zhǎng)度不變，反臺(tái)寬度介于1.5～5 m之間變化時(shí)，根據(jù)隔坡坡度和平均坡度的變化，得出2.5 m左右是反臺(tái)寬度的臨界區(qū)間；假設(shè)反臺(tái)寬度不變，隔坡長(zhǎng)度介于6～15 m之間變化時(shí)，根據(jù)隔坡坡度和平均坡度的變化，得出10 m左右是隔坡長(zhǎng)度的臨界區(qū)間。

表4 假設(shè)不同隔坡長(zhǎng)度條件下α、θ的變化

注：α2變化指α(AFn)-α(AFn-1)，θ2變化指θ(AFn)-θ(AFn-1)。Note: the change ofα2isα(AFn)-α(AFn-1)， The change ofθ2isθ(AFn)-θ(AFn-1)。

3.2 南坪山矸石山案例

為檢驗(yàn)本研究提出的隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定技術(shù)的可行性，2013年開(kāi)始將研究結(jié)果在西曲礦南坪山矸石山治理工程中加以運(yùn)用并開(kāi)展研究。

圖5 各坡面治理前后剖面對(duì)比圖Fig.5 Comparison diagrams of the slope profiles before and after treatments

3.2.1 治理前后比較 該矸石山最大堆積角43°，最小堆積角25°。矸石山治理在3個(gè)區(qū)域進(jìn)行，選取矸石山西北區(qū)域開(kāi)展本研究。削坡放線不能占用集體土地，坡腳基本保持不變。治理區(qū)剖面示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 南坪山矸石山治理后3個(gè)研究剖面示意圖Fig.4 Sketch diagram of three after-treatment profiles of coal gangue heap on Mount. Nanping

治理前剖面1、2和3的相對(duì)高差分別為38、47和46 m，斜坡長(zhǎng)度分別為76.1、97.5和81.5 m。在矸石山施工前的勘測(cè)中，其上部著火跡象明顯，矸石山剖面2與剖面3之間的中上部溫度較高(從圖3中可看出高溫區(qū)的位置)，且由坡腳到坡頂逐漸升高。對(duì)于火區(qū)溫度高、著火范圍大、著火深度較深的部位，采用挖除法挖出著火矸石，其著火深度大多是2～3 m。在挖除火源的部位，考慮是否可以順勢(shì)設(shè)置反臺(tái)，盡量減少施工量。各坡面治理前后剖面比較見(jiàn)圖5。

表5 治理后各剖面隔坡分級(jí)

注：隔坡代碼：GP；反臺(tái)代碼：FT。Note: the code of separated-slopes: GP. The code of reversed-platform：FT.

如表5所示，3個(gè)剖面的平均隔坡長(zhǎng)度為9.3 m，平均反臺(tái)寬度為2.64 m，基本符合理論假設(shè)提出的隔坡長(zhǎng)10 m左右、反臺(tái)寬度2.5 m左右的范圍，該區(qū)域挖方截面面積131.3 m2，填方截面面積123.3 m2，挖方量與填方量基本相當(dāng)，基本符合理論假設(shè)要求。

3.2.2 配套設(shè)施 為使矸石山不復(fù)燃、山體長(zhǎng)期穩(wěn)定以及生態(tài)恢復(fù)，多級(jí)隔坡反臺(tái)山體整形技術(shù)還包含防洪- 蓄水系統(tǒng)、柔性坡腳、微地形、土矸混合等一系列工程配套設(shè)施，以及后期的植被恢復(fù)措施(圖6)。

圖6 南坪山矸石山山體整形技術(shù)中配套設(shè)施示意圖Fig.6 Sketch diagram of supporting facilities in reshaping techniques of coal gangue heap on Mount. Nanping

1)山體排水- 蓄水系統(tǒng)：為了保證大雨可以順柔性排水渠排出，中小雨能夠完全被植被利用，設(shè)置山體排水- 蓄水系統(tǒng)。在每級(jí)反臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置橫向柔性排水渠，對(duì)于坡度較陡的坡面設(shè)立縱向急流槽，加快對(duì)坡面徑流的排導(dǎo)。在矸石山中下部修建柔性蓄水池，將雨水儲(chǔ)存下來(lái)用作后期植物灌溉。

2)柔性坡腳：常規(guī)的漿砌石擋矸墻、排水溝在自然堆積矸石山沉降和不均勻變型影響下易斷裂受損，致使功能喪失；因此，采用柔性覆蓋的技術(shù)理念，在反臺(tái)排水渠與坡面之間及坡腳設(shè)置柔性坡腳，可有效減少雨水沖刷，應(yīng)對(duì)矸石山沉降、穩(wěn)固坡面。

3)微地形：為了增大矸石山地表攔蓄和入滲能力。在每個(gè)隔坡設(shè)置微地形，即沿等高線方向用犁開(kāi)溝，阻滯徑流。這樣，一方面可以減少水土流失，另一方面可以達(dá)到蓄水保墑的功效，利于植被恢復(fù)。

4)土矸混合：為了能夠快速改善矸石山山體表層土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，采用將矸石與黃土按一定科學(xué)配比混合的方法，對(duì)矸石山坡面實(shí)施全覆蓋，覆蓋厚度依實(shí)際情況而定。這樣既能為植物的生長(zhǎng)提供充足的水分，又可保證良好的出苗率[15]，同時(shí)較純黃土覆蓋而言，水土流失量相對(duì)減少。

5)植被恢復(fù)：植被恢復(fù)是治理矸石山水土流失的最佳途徑。在植被覆蓋度較高的情況下，水土流失量明顯減少[5]。南坪山矸石山在采用物理、化學(xué)、生物改良基質(zhì)的基礎(chǔ)上，主要選用適宜的鄉(xiāng)土喬、灌、草作為植物材料，利用各物種間互利、競(jìng)爭(zhēng)和共生關(guān)系以及植物特性、群落演替規(guī)律，使得植被覆蓋率超過(guò)90%，為矸石山長(zhǎng)期形成生物多樣性、物種豐度和穩(wěn)定性俱佳的生態(tài)系統(tǒng)打下基礎(chǔ)[16]。

4 結(jié)論與討論

1)矸石山多級(jí)隔坡反臺(tái)山體穩(wěn)定技術(shù)，是在將倒坡式排矸形成的矸石山坡面自上而下整理成隔坡與反臺(tái)依次相間的基礎(chǔ)上，配套了山體排水- 蓄水系統(tǒng)、柔性坡腳、微地形、土矸混合、植被恢復(fù)等設(shè)施的技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)，使山體穩(wěn)定，并最終幫助矸石山土壤持水力與含蓄量回歸到正常的安全狀態(tài)。

2)隔坡長(zhǎng)度的設(shè)定考慮了當(dāng)?shù)亟邓?、地表侵蝕、矸石山坡度、物理特性等因素，理論分析表明10 m左右是臨界坡長(zhǎng)，故將隔坡長(zhǎng)度設(shè)定為10 m左右較佳。反臺(tái)寬度的設(shè)定依據(jù)機(jī)械施工、滅火和地形等因素，理論分析2.5 m左右是臨界反臺(tái)寬度，故將反臺(tái)寬度設(shè)定為2.5 m左右較佳。

南坪山矸石山治理后的結(jié)果證明：多級(jí)隔坡反臺(tái)技術(shù)在技術(shù)上實(shí)用、經(jīng)濟(jì)上可行有效、并且符合當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況。同類煤矸石山治理過(guò)程中可加以借鑒。

[1] 范英宏,陸兆華,程建龍,等.中國(guó)煤礦區(qū)主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及生態(tài)重建技術(shù)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2003,23(10): 2144-2152

[2] Jackson S T, Hobbs R J. Ecological restoration in the light of ecological history [J]. Science, 2009, 325(5940): 567-569

[3] Li S Q, Yang B S, Wu D M. Community succession analysis of naturally colonized plants on coal gob piles in Shanxi mining areas, China[J]. Water, Air, and Soil Pollution, 2008, 193(1/2/3/4): 211-228

[4] 黃文章.煤矸石山自燃發(fā)火機(jī)理及防治技術(shù)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2004

[5] 安永興,梁明武,趙平.煤矸石山綜合治理技術(shù)模式與實(shí)踐[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2012,10(1):98-102

[6] 董倩.重慶地區(qū)矸石山堆積形態(tài)及穩(wěn)定性分析研究[D].重慶:重慶大學(xué),2006

[7] 李德平,張玉梅,方繼臣,等.矸石山水土流失規(guī)律與防治措施的研究[J].水土保持研究,2001,8(3):22-25

[8] 張燕平,卞正富.煤矸石山復(fù)墾整形設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[J].能源環(huán)境保護(hù),2005,19(2):43-45

[9] 臧亞君,劉東燕,蔣克鋒.重慶礦區(qū)矸石山滑坡成因分析[J].地質(zhì)與勘探,2008,44(4):87-92

[10] 董倩,劉東燕,朱正偉,等.重慶萬(wàn)盛南桐礦區(qū)胡家溝矸石山滑坡災(zāi)害成因分析[J].煤炭學(xué)報(bào),2007,32(6):586-591

[11] 魏天興,朱金兆.黃土殘塬溝壑區(qū)坡度和坡長(zhǎng)對(duì)土壤侵蝕的影響分析[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,24(1):59-62

[12] 裴曉東,張人偉,杜高舉,等.新建煤礦矸石山自然發(fā)火的數(shù)學(xué)模型及其模擬分析[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2009,36(4):11-13

[13] 卞正富,張國(guó)良,胡喜寬.礦區(qū)水土流失及其控制研究[J].土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào),1998,4(4):31-36

[14] 趙方瑩,孫保平,等.礦山生態(tài)植被恢復(fù)技術(shù)[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2009:23-93

[15] 宋楠,張成梁,張洪江,等.不同覆蓋方式對(duì)自燃煤矸石山坡面土壤水分動(dòng)態(tài)的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(13):59-61

[16] 王曉春,蔡體久,谷金鋒.雞西煤礦矸石山植被自然恢復(fù)規(guī)律及其環(huán)境解釋[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(9):3744-3751

(責(zé)任編輯：郭雪芳)

Multistage separated-slopes and reversed-platforms stabilizing technology for spontaneous combustion coal gangue heaps

Chen Wenying1, Wang Xiaojun1, Xin Ya1, Wang Bing1, Mei Aoxue2, Wen Meijia2

(1.School of Environmental and Resource Sciences of Shanxi University, 030006, Taiyuan, China; 2.Shanxi Green Giant Environmental Science and Technology Ltd., 030000, Taiyuan, China)

Coal gangue heaps formed by refuse discharging system in coal mining process take a large proportion of industrial solid wastes in Shanxi, China. They occupy lots of land resources and cause various environmental problems such as spontaneous combustions and landslides. Conventional measures to control coal gangue heaps are costly and challenging. To keep coal gangue hills in a steady state, an integrated technology is needed which covers thoroughly extinguishing, burnback preventing, slope reinforcing and revegetation. For this purpose, we propose the technology of separated-slopes and reversed-platforms of spontaneous combustion coal gangue heaps on the basis of summarizing the experience of actual engineering implementation and practical construction technology. It combines heap shaping treatment based on the hypothesis of series data which consist of separated-slopes disposition pattern, the length of separated-slopes and the width of reversed-platforms etc. Here, separated-slope is the coal gangue slope separated along the contour into several slopes, and reversed-platform is the artificial terrace floor between two separated-slopes with the angles inwardly tilted for two degrees. Based on the studies above, we propose the theoretical model of spontaneous combustion coal gangue multistage separated-slopes and reversed-platforms stabilizing technology which has been practically tested in the real conditions of coal gangue on Mount. Nanping in Shanxi Province. Coal gangue heaps were reshaped into grading surfaces from top to bottom with separated-slopes and reversed-platforms. Considering the local precipitation, surface erosion, coal gangue slope and physical properties, the critical length of separated-slopes is 10 m. And the theoretical width of reversed-platforms is 2.5 m according to the width of construction machine, the depth of high temperature zones and the local topography. We also employed supporting facilities like drainage and water-storage system, flexible slope toes, microrelief, loess-gangue mixture and revegetation to ensure the slope stability. Our research has proved our proposed technology a locally adaptive, economical and effective solution in the issues of spontaneous combustion, burnback and hillside instability, and in the future, this model can be referenced when dealing with the coal gangue hill problems of the similar types.

spontaneous combustion coal gangue heaps； hillside stability； separated-slopes and reversed-platforms； case study

2014-12-19

2015-08-04

項(xiàng)目名稱：國(guó)家自然科學(xué)青年基金“黃土高原荒溪近自然治理的土壤—植被水文生態(tài)作用研究”(41201277)

陳文英(1988—)女，碩士研究生。主要研究方向：恢復(fù)生態(tài)。E-mail：1258037246@qq.com

?通信作者簡(jiǎn)介：王曉軍(1968—)，男，副教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向：自然資源管理。E-mail：xjwang@sxu.edu.cn

S157

A

1672-3007(2015)05-0111-07