劉丹++潘廣燦

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.042

摘 要：煤矸石山在長期堆放過程中，矸石中的有害物質(zhì)易被雨水溶淋，污染水土；矸石中裸露的細顆粒物質(zhì)極易形成揚塵污染空氣；若遇暴雨洪水，矸石山垮塌可造成泥石流，有極大危險性。該文選取一個地方案例，從多方面剖析煤矸石山堆放對環(huán)境的危害，并提出相應(yīng)的治理方案，以期對該方面的地質(zhì)環(huán)境問題處理有所啟示。

關(guān)鍵詞：煤矸石山 污染水土 揚塵污染 泥石流 治理工程設(shè)計

中圖分類號：X143 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（c）-0042-02

1 礦區(qū)概況

1.1 地理位置

平頂山市梁洼礦務(wù)局軍營溝煤矸石山位于平頂山市石龍區(qū)天順煤業(yè)有限責任公司礦區(qū)之西側(cè)，石龍區(qū)與魯山縣交界處。治理區(qū)東距魯山-梁洼公路約6 km，距韓梁礦區(qū)直通平頂山的鐵路專線梁洼站約5 km，距現(xiàn)場鐵路90 km，有公路與治理區(qū)相通，交通極其方便。

1.2 地形地貌

礦區(qū)地貌屬丘陵，地勢東高西低，礦區(qū)內(nèi)海拔標高190～232 m，相對高差42.00 m，地形平緩。

1.3 水系

礦區(qū)內(nèi)水系不發(fā)育，西100 m有石龍河自北向南東流入魯山境內(nèi)，匯入沙河，屬淮河水系。季節(jié)性水沖溝較發(fā)育，平時干涸，大雨可形成臨時水流，注入石龍河。石龍河主要靠雨季大氣降水補給，平時靠煤礦井下疏干排水補給。水質(zhì)污染嚴重，屬重碳酸鈣鎂水，不能飲用。

1.4 氣象

礦區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候，根據(jù)魯山縣、寶豐縣氣象站歷年觀測記載，年均降雨量為772.7 mm，最大降雨量為1 235.5 mm，最小降雨量為550 mm，降雨多集中在6～8月份。年平均風(fēng)速2.9 m/s，最大風(fēng)速24 m/s。冬季多西北風(fēng)，夏季多東南風(fēng)。年平均氣溫14 ℃，最高氣溫為42 ℃，最低氣溫為-17 ℃。6、7、8月份最熱，高達38 ℃，元月份最冷為-8.9 ℃。冷凍期一般在10月上旬至次年3月份上旬。最大凍土深度22 cm。

1.5 礦山地質(zhì)條件

礦區(qū)位于華北陸地南緣，三門峽-魯山斷裂帶之北側(cè)，韓梁煤田西部。地質(zhì)構(gòu)造表現(xiàn)為兩個單元：即西部青草嶺逆沖斷裂帶，東部的石龍不對稱向斜。向斜核部地層為下二疊統(tǒng)山西組與下石盒子組含煤地層，兩翼地層為上石炭統(tǒng)本溪組與太原組。西翼地層產(chǎn)狀較陡，傾角50°～60°，東翼較平緩，傾角2°～6°。礦區(qū)位于該不對稱向斜之東翼。

該區(qū)地層多被第四系地層掩蓋，基巖零星出露，據(jù)鉆孔及礦井揭露，從老到新有：上寒武統(tǒng)，上石炭統(tǒng)本溪組、太原組，下二疊統(tǒng)山西組、下石盒子組，下白堊統(tǒng)大營組，第四系。

該區(qū)處于石龍不對稱弧行構(gòu)造之東翼，南部略顯寬緩，背向斜構(gòu)造特征，北部顯單斜構(gòu)造特征。地層走向130°～210°，傾向90°～120°，傾角2°～6°。

礦區(qū)中部為正斷層，走向120°左右，傾角30°， 地層薄層20～30 m，除此，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)較大的斷層，但小斷層較發(fā)育，據(jù)井下資料，每百米范圍內(nèi)可見小斷層1～2條，均為正斷層，傾向北東，斷距1～2 m，延長10～20 m，對煤層開發(fā)影響不大。礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單構(gòu)造類型。

治理區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖。

1.6 水文地質(zhì)條件

治理區(qū)地表水系不發(fā)育，僅有石龍河從西側(cè)流過，經(jīng)梁洼注入沙河。該區(qū)處于石龍不對稱向斜匯水“盆地”的補給逕流區(qū)。地下水的補給源主要為大氣降水，以梁洼趙嶺為界，以西為寬闊河谷地帶及海拔192～240 m丘陵區(qū)，基巖露頭不多，大面積被第四系覆蓋，降雨后產(chǎn)生的逕流量小。礦區(qū)外圍為低山丘陵，基巖出露，降雨后，形成逕流沿巖層傾向流入該區(qū)。治理區(qū)周邊礦井很多，采煤歷史悠久，老窯積水多，成為煤礦開采的安全隱患。在區(qū)域上，石龍區(qū)西部青草嶺以東至石龍河之間，由于青草嶺斷層的導(dǎo)水作用，地下水上升，建礦初期，有泉水近20處。而今，泉水不再噴涌，天然水體干涸，地下水位下降，石龍河流量減小，水質(zhì)變差。

治理區(qū)有4個含水層：（1）上寒武統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r含水層：由崮山組白云質(zhì)灰?guī)r、長山組泥灰?guī)r夾薄層白云質(zhì)灰?guī)r及鳳山組白云質(zhì)灰?guī)r組成，為復(fù)合含水層。（2）上石炭統(tǒng)太原組灰?guī)r含水層：右下部灰?guī)r段和上部灰?guī)r段組成的復(fù)合含水層，中夾薄層中粗粒砂巖?；?guī)r裂隙溶洞發(fā)育程度差，富水性弱。（3）二疊系砂巖含水層：主要由二1層上部之砂巖含水層組成的復(fù)合含水層，單層砂巖厚度不大，富水性弱。（4）第四系松散層含水層：分布第四系覆蓋地區(qū)，厚度5～10 m。埋藏淺，富水性弱，單位涌水量0.052 L/s·m。其含水性與大氣降水密切有關(guān)，隨季節(jié)變化。其中前3個含水層受矸石山影響不大。

各含水層之間均有不同厚度的隔水層。由老到新，自上而下依次為：上石炭統(tǒng)本溪組底部的鋁質(zhì)粘土巖隔水層、太原組中部砂質(zhì)泥巖隔水層及二疊系地層中的多層中的多層泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層。

1.7 工程地質(zhì)條件

砂質(zhì)泥巖性軟易碎、節(jié)理發(fā)育，水浸后膨脹，抗壓強度44.17～122.43 MPa，中粒砂巖抗壓強度較高，抗壓強度16.55～138.88 MPa，第四系地層主要以黃褐色砂土、砂質(zhì)粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核，底部多礫石為主，粉質(zhì)粘土在天然狀態(tài)下，呈可塑-硬塑狀態(tài)，中等壓縮性。其容許承載力一般為190 kPa左右，不具濕陷性，當土中含碎石及鈣質(zhì)結(jié)核成分時，承載力有所增大。

2 礦山主要地質(zhì)環(huán)境問題

矸石山在長期堆放過程中，矸石中的有害物質(zhì)易被雨水溶淋，污染水土；矸石中裸露的細顆粒物質(zhì)極易形成揚塵污染空氣；若遇暴雨洪水，矸石山垮塌可造成泥石流，有極大危險性。礦區(qū)現(xiàn)在已無開采活動，矸石山已經(jīng)定型，不再有繼續(xù)重新堆積的情況。矸石山現(xiàn)有堆積坡度：西側(cè)31°～37°、南坡34°～35°、東坡37°～57°、北坡36°～43°，部分坡度大于矸石自然休止角，矸石山處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易產(chǎn)生矸石山邊坡失穩(wěn)并進而為小型泥石流的產(chǎn)生提供物源，有極大危險性。對礦區(qū)及附近居民以及游人的安全構(gòu)成嚴重威脅，必需開展礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)與治理工作。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程

針對現(xiàn)有的地質(zhì)環(huán)境問題，逐一進行治理工程設(shè)計。

3.1 削坡工程設(shè)計

現(xiàn)有矸石山坡度一般在31°～57°，為保證矸石山邊坡的穩(wěn)定，治理后的矸石山邊坡坡度按27°進行控制，將矸石山頂部平臺整理高程確定為210.00 m。

3.2 矸石山排水系統(tǒng)設(shè)計工程

為迅速排除矸石山表面的地表匯水，防止地表水流沖刷坡面，造成水土流失，應(yīng)建立系統(tǒng)的矸石山地面排水系統(tǒng)。矸石山縱向排水渠及水平環(huán)形截水溝采用矩形（寬0.5 m，深0.7 m），在坡角外側(cè)修一條環(huán)形排水渠（矩形，寬0.9 m，深0.9 m）。渠體為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，厚30 cm，每隔20 m留設(shè)2 cm寬兩氈三油伸沉縫一條。

3.3 覆土工程設(shè)計

對削坡后的矸石山進行表面覆土工作，覆土采用粘性土，覆土厚度0.75 m，覆土用機械運輸至場地內(nèi)（取土來源于距場地5 km的地區(qū)），用人工運輸并輔以人工修整進行表面覆土工作。

3.4 生物工程設(shè)計

為保持矸石山穩(wěn)定邊坡、控制水土流失、美化環(huán)境的作用，在矸石山頂部平臺及矸石山坡面地帶，采取種樹及直播種草的生物工程。植物以適應(yīng)當?shù)厣L的小刺柏（高30～40 cm，樹冠20～30 cm）為主，在小刺柏及排、截水溝之間地帶，同時采用直播種草，達到美化環(huán)境的目的。

4 結(jié)語

通過這些治理工程的實施，一方面固定了平頂山市梁洼礦務(wù)局軍營溝煤矸石山，保護了矸石山邊坡的安全、礦區(qū)道路的安全和矸石山周圍辦公生活設(shè)施的安全。另一方面消除了矸石山堆積區(qū)內(nèi)的地面起伏較大、低洼不平、多處積水、野草眾生的局面，有效改善矸石山周圍區(qū)域的環(huán)境條件。

參考文獻

[1] 王建國.中國礦業(yè)城市地質(zhì)災(zāi)害防治理論與技術(shù)手冊[M].煤炭工業(yè)出版社，2010.