原玲芳

（陵川縣水務(wù)局，山西 陵川 048300）

關(guān)嶺山煤業(yè)矸石山水土保持研究

原玲芳

（陵川縣水務(wù)局，山西 陵川 048300）

晉城市以煤炭為主產(chǎn)業(yè)，矸石作為煤炭生產(chǎn)的附屬產(chǎn)物大量堆積于煤礦周邊。矸石的堆放不僅大面積擠占農(nóng)田、溝道，破壞水土保持設(shè)施，而且由于多采用傳統(tǒng)的排矸工藝，形成可達53°的陡坡，很容易形成面蝕、溝蝕，甚至發(fā)生瀉溜、崩塌、滑坡等更為嚴重的重力侵蝕，直接威脅下游農(nóng)田、村莊、礦區(qū)及河道的安全。因此，科學(xué)有序地對矸石山進行治理，已成為礦區(qū)水土保持的一項迫切任務(wù)。

矸石山；水土流失；水土保持；關(guān)嶺山煤業(yè)

山西陵川崇安能源關(guān)嶺山煤業(yè)有限公司，位于陵川縣楊村鎮(zhèn)嶺北底村西，由原陵川縣關(guān)嶺山煤礦等4座煤礦及部分空白資源兼并重組整合而成。整合后礦區(qū)面積7.2457km2，批準開采3號、15號煤層，生產(chǎn)能力60萬t/a，礦井服務(wù)年限22年。由于該礦井田范圍地處山丘地區(qū)，地勢起伏較大，地表又多為松散物質(zhì)所覆蓋，加上人為活動的影響，森林、植被稀少，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)水土流失較為嚴重，屬山西省水土流失重點監(jiān)督區(qū)。

關(guān)嶺山煤業(yè)矸石場位于工業(yè)廣場東部的一條小溝內(nèi)，距離工業(yè)廣場0.5km，該溝流域面積0.1km2。溝內(nèi)無住戶及耕地，植被稀少，屬荒溝，沒有輸電線路、大樹木等障礙物，溝谷切割較深，山坡穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)情況。矸石場已利用多年，矸石堆積最大高度16m，斷面寬度46～84m，溝長160m，庫容16.3萬m3，已堆放4萬m3，在方案服務(wù)年限內(nèi)總棄矸量為7.36萬m3。排矸場土地現(xiàn)狀以裸露風(fēng)化砂頁巖為主，水土保持基礎(chǔ)較為薄弱。關(guān)嶺山煤業(yè)將此處作為排矸場，占地成本較低。但作為侵蝕發(fā)育溝道，矸石堆積將造成更為嚴重的人為水土流失，必須采取相應(yīng)的水土保持措施。

1 矸石堆放存在危害

目前該矸石山的煤矸石主要是井下3號煤掘進過程中的矸石和原煤洗選過程中產(chǎn)生的洗選矸石，因3號煤層含硫較低，屬于低硫無煙煤（俗稱香煤），并混同含有15號煤層高硫—富硫無煙煤（俗稱臭煤），矸石成分較為復(fù)雜。排矸形式為排矸井提升裝卸到1.5t礦車再運輸?shù)巾肥?，采用傳統(tǒng)的排矸工藝（自山頂由上而下堆倒）。由于矸石的自由落體動能，以及斜坡的離析作用，大塊矸石滾落坡度底部，中等粒度矸石停留于坡度中部區(qū)域，較細粒度矸石顆粒和比重較輕殘煤留于矸石頂部區(qū)域。矸石山邊坡下部與山坡間形成一道山溝，山溝如通風(fēng)道，促使矸石風(fēng)化與流失加快。

流失類型包括面蝕、溝蝕，暴雨期甚至?xí)袨a溜、崩塌、滑坡等更為嚴重的重力侵蝕發(fā)生。矸石場所在溝道的下游溝口是楊村，楊村與原平河主河道之間的二階地上分布著大片高產(chǎn)農(nóng)田。若不能有效治理矸石場水土流失，汛期將對下游農(nóng)田、村莊和礦區(qū)構(gòu)成威脅，順流而下的矸石碎屑將直接進入河道，加大淤積和污染，影響河道正常行洪。

2 排放數(shù)量

根據(jù)侵蝕預(yù)測分析，礦井在兼并重組整合期間經(jīng)挖填平衡調(diào)配，無棄渣，矸石排放不予考慮。兼并重組完成后，設(shè)計生產(chǎn)能力達到60萬t/a，矸石排放量將達到3.47萬t/a，綜合利用后排往矸石山為1.93萬t/a，水保方案確定礦井在8年生產(chǎn)服務(wù)期內(nèi)共排放矸石15.5萬t（7.36萬m3）。

3 治理模式

針對該矸石山生產(chǎn)建設(shè)實際和地形地貌特點，根據(jù)“經(jīng)濟實用、安全可靠”的工程設(shè)計原則，經(jīng)現(xiàn)場實地勘測分析和論證，采用“上導(dǎo)、中截、下?lián)?、后排”的方式進行綜合治理較為適宜?！吧蠈?dǎo)”即在矸石場兩坡腳設(shè)置排水溝，將上游及矸山兩側(cè)坡面洪水導(dǎo)入排水溝，與矸石場下游排洪渠相連；“中截”即對矸石坡面進行分階，每個階梯平臺處設(shè)截水溝，攔截上游坡面徑流泥沙；“下?lián)酢奔炊言脚_下游坡腳處修筑擋渣墻，穩(wěn)定整個矸石山，攔蓄第一級堆渣平臺外緣邊坡徑流泥沙；“后排”即改變現(xiàn)有排渣方式，在下游坡面穩(wěn)定的前提下，在矸石山頂面上游預(yù)留庫容，將排矸軌道向后延伸，將矸石排入空庫內(nèi)。

3.1“上導(dǎo)”設(shè)置矸石場坡腳排水溝

為減少矸石場上游及兩側(cè)坡面洪水對矸山的影響，減少坡面徑流泥沙，在矸石場兩側(cè)坡腳設(shè)置排水溝，并與矸石場下游排洪渠相連，把上游坡面洪水安全排泄到下游排洪渠和河道。經(jīng)計算，排水溝斷面為梯形，漿砌石結(jié)構(gòu)，深0.5～1.0m，底寬0.5～1.0m，邊坡1∶0.2～1∶0.5。

3.2“中截”設(shè)置渣場坡面截水溝

根據(jù)對矸場的測算，矸場堆砌高度達到16m，護坡高度9m，坡度33.69°。擋墻后坡腳設(shè)截水溝，設(shè)計過水?dāng)嗝?.4m×0.4m，采用M7.5漿砌石砌筑，沿坡面縱向布設(shè)，排水坡度1%，通向坡面截水溝。截水溝上設(shè)1m高、30cm厚M7.5漿砌石護坡，坡面矸石采用人工夯實。砌石護坡每隔1.5m設(shè)0.6m×0.6m土穴，穴內(nèi)覆土厚度0.6m，種植油松。

為了減少因矸石沉降引起的漿砌石裂縫問題，漿砌石護坡往上設(shè)置草袋壤土護坡，草袋護坡可以隨矸石沉降而下陷，不會形成裂縫。護坡里層矸石及覆土采用人工夯實，坡面為一層草袋壤土護坡，草袋規(guī)格0.4m×0.7m，內(nèi)置壤土和草籽，每袋內(nèi)壤土0.06m3，草籽1g，草種選用苜蓿與沙打旺，從而起到穩(wěn)定護坡的作用。

3.3“下?lián)酢痹O(shè)置漿砌石擋矸墻

根據(jù)擋矸墻穩(wěn)定矸石山和攔蓄第一級堆渣平臺外緣邊坡徑流泥沙的防護要求，結(jié)合具體地形條件，設(shè)計擋矸墻最大高度7m，擋墻底寬4.2m，頂寬0.8m，上游坡面1∶0.3，下游坡面1∶0.1，放腳均為0.5m。擋矸墻底部長22.4m，墻頂長46.1m。

經(jīng)計算，擋矸墻滿足抗滑、抗傾覆安全系數(shù)值。為了防止地基不均勻沉降，要求沿擋矸墻方向每隔10m設(shè)置一道沉降縫，縫寬5cm，縫內(nèi)用瀝青砂漿填塞。砌筑時為防止坡面徑流進入墻內(nèi)側(cè)后增加主動土壓力，沿墻每隔2m布設(shè)排水孔，梅花形布置，孔排水坡度2%，孔徑10cm，墻內(nèi)側(cè)孔口周圍填筑砂礫石以防堵塞，砂礫直徑2.5～7cm。

3.4“后排”改前排渣為后排渣

根據(jù)對矸石場實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前排渣方式不太合理，形成的矸石山坡度太陡，表層侵蝕現(xiàn)象較為普遍，侵蝕溝縱橫交錯，已有多處滑坡裂縫，局部發(fā)生崩塌。為此，改變現(xiàn)有排渣方式，在保持下游坡面穩(wěn)定的前提下，在矸石山頂面上游預(yù)留庫容，將排矸軌道向后延伸，將矸石排入空庫內(nèi)，排矸的同時進行碾壓、覆土綠化，最終在坡頂形成2°～3°的坡面。矸石山頂部覆土厚度0.6m，布置油松與元寶楓混交林，株行距1.5m×2.0m，采用穴狀整地，整地規(guī)格0.6m×0.6m× 0.6m（長×寬×高）。

4 結(jié)論

第一，煤礦矸石場采用“上導(dǎo)、中截、下?lián)?、后排”模式，可有效解決生產(chǎn)運行過程中矸石山的“過程水土流失”和綜合治理問題。

第二，該模式可解決正在生產(chǎn)運行過程中，因地形條件等原因，不適宜布設(shè)現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的攔渣壩、攔渣堤等措施的矸石場的水土流失防治問題。因矸石場外坡不是最終邊坡，仍要繼續(xù)排矸，是一個動態(tài)排矸過程；不臨河邊，不適宜造擋渣堤。該模式為動態(tài)矸石場（即正在運行使用的排土場）水土保持方案編制探索了一條較為實用的防護途徑，可為同類工程提供借鑒。

第三，草袋護坡減少了因矸石沉降引起的漿砌石裂縫問題，草袋護坡可以隨矸石沉降而下陷，及時填補，不會形成裂縫。

第四，該模式中的擋渣墻在滿足使用要求的前提下，降低了攔擋高度，減少了工程占地和工程量，且可就地取材，大大節(jié)省了工程投資，減輕了企業(yè)負擔(dān)。

第五，該方案實施后，經(jīng)過近三年的實踐運行，特別是經(jīng)歷了2013年8月1日大暴雨的檢驗，表明矸石場“上導(dǎo)、中截、下?lián)酢⒑笈拧蹦Ｊ?，可較好地發(fā)揮其防護作用，同時可為同類水土保持工程走出了一條可行之路。

S157.9 ［

］C ［

］1004-7042（2016）04-0027-02

原玲芳（1978-），女，2010年畢業(yè)于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)專業(yè)，助理工程師。

2016-02-20；

2016-03-22