劉 靜，常 頔

(河南省資源環(huán)境調(diào)查二院，河南 洛陽(yáng) 471000)

寶雨山煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/a，自2001年正式投產(chǎn)以來以來，礦山為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了大量的煤炭能源，同時(shí)也給礦區(qū)帶來了土地資源破壞、地面沉陷及地裂縫、居民房屋破壞等礦山地質(zhì)環(huán)境問題。目前，因開采形成的地下采空區(qū)塌陷區(qū)主要位于旱地、林地內(nèi)，下沉幅度較小，塌陷特征不明顯，采空塌陷發(fā)育程度弱，塌陷區(qū)內(nèi)無居民點(diǎn)、房屋及道路等設(shè)施分布，未影響到人員安全及經(jīng)濟(jì)損失，且礦山開采周期較長(zhǎng)，大部分塌陷區(qū)已經(jīng)穩(wěn)定，土地屬性得到恢復(fù)。但是矸石山的長(zhǎng)期堆積，不僅占用耕地，破壞地表生態(tài)環(huán)境，影響景觀，存在不穩(wěn)定斜坡，而且經(jīng)日曬雨淋、風(fēng)化、侵蝕，造成粉塵飛揚(yáng)，成為周邊大氣污染物主要源頭[1-5]。本文全面落實(shí)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾方案試用期內(nèi)的工作部署，結(jié)合礦山實(shí)際對(duì)矸石山進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程。矸石山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程按照“地貌重構(gòu)、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀再現(xiàn)”的步驟[6-10]，通過采取表面修整、修筑毛石擋墻、完善矸石山及周邊排水系統(tǒng)，覆土、植樹綠化等措施改善矸石山景觀，安裝灑水防塵裝置治理矸石山揚(yáng)塵，防治矸石污染。

1 主要地質(zhì)環(huán)境問題

矸石山正射影像如圖1所示。

圖1 矸石山治理工程示意Fig.1 Schematic diagram of gangue hill treatment project

主要地質(zhì)環(huán)境問題：①土地資源破壞。主要占?jí)焊睾土值兀娣e約5.69 hm2。②地形地貌景觀破壞。寶雨山煤礦經(jīng)過幾十年來的煤矸石排放，形成了一座錐形坡體，坡度北緩南陡，自然堆放坡度較大，局部大于40°，不僅占用耕地，破壞地表生態(tài)，影響景觀，而且經(jīng)日曬雨淋、風(fēng)化、侵蝕，造成粉塵飛揚(yáng)，煤矸石堆場(chǎng)及周邊排水系統(tǒng)不完善，降水直接排在坡面上，沖溝縱橫，邊坡失穩(wěn)，矸石山山體隨時(shí)都有發(fā)生滑坡的隱患，嚴(yán)重威脅北部緊鄰的風(fēng)井、主井和副井等工業(yè)場(chǎng)地安全，急需修筑擋土墻并完善場(chǎng)地及周邊排水系統(tǒng)(圖2)，徹底改變了周邊生態(tài)環(huán)境，原有地形地貌景觀遭到徹底破壞。③地質(zhì)災(zāi)害。矸石自然堆放坡度大于40°，局部坡度在60°～80°，煤矸石堆場(chǎng)及周邊排水系統(tǒng)不完善，降水直接排在坡面上，沖溝縱橫，矸石山山體多處存在不穩(wěn)定斜坡，隨時(shí)都有發(fā)生崩塌、滑坡的隱患，嚴(yán)重威脅周邊場(chǎng)地安全。④其他問題。經(jīng)日曬雨淋、風(fēng)化、侵蝕，造成粉塵飛揚(yáng)，產(chǎn)生粉塵污染和視覺污染、倒矸噪音污染以及影響市容等。

圖2 矸石山地形地貌景觀破壞Fig.2 Destruction of topography and landforms of gangue hill

煤矸石作為資源可以綜合利用，目前矸石山堆放體積約75.60萬m3，年排放矸石7.20萬t，消耗量有限，綜合利用量很少，因此，該矸石山在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)還不能被全部利用。矸石山進(jìn)行覆土綠化不但可達(dá)到安全及環(huán)境治理的效果，煤矸石作為一種資源，還可被暫時(shí)“封存”起來，待逐年開發(fā)利用。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)條件和有關(guān)參數(shù)選取

矸石山位于寶雨山煤礦工業(yè)場(chǎng)地南側(cè)，自然堆積，相對(duì)高差50 m左右，平面呈梨形，長(zhǎng)軸為北西—北東向，長(zhǎng)約310 m，寬度約294 m，斜坡的表面積為126 753.11 m2，占地面積56 886.74 m2，矸石山的總體積為75.60萬m3，每年新增約7.20萬t的排矸量堆積在該矸石山上，矸石自然堆放坡度大于40°，局部在60°～80°，存在多處不穩(wěn)定斜坡，煤矸石容重19 kN/m3。矸石山下覆地層為第四系，下部設(shè)置保護(hù)煤柱，無采空區(qū)，勘查過程中未發(fā)現(xiàn)地面沉降、地裂縫等次生地質(zhì)災(zāi)害，不屬于采空塌陷影響區(qū)，滿足一般工程建筑地基的要求。堆積場(chǎng)地類型為平地—斜坡型，巖性主要為褐黃色黃土和紅黏土。疏松—致密、黏土含量較大，壓縮系數(shù)0.022 MPa-1，內(nèi)摩擦角30°，基礎(chǔ)底面承載力特征值大于300 kPa，滿足一般工程建筑地基的要求。

2.2 工程技術(shù)路線

矸石山治理總體方案是：斜坡表面整形→平臺(tái)斜坡整平修路→修建毛石擋墻及截、排水槽→安裝灑水養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)→斜坡、平臺(tái)覆土綠化→灑水養(yǎng)護(hù)。主要工程包括前期測(cè)量、地質(zhì)勘查、斜坡表面整形、平臺(tái)斜坡整平、毛石擋墻及截、排水槽施工、安裝灑水養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、覆土綠化、和灑水養(yǎng)護(hù)等幾道工序。

工程設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：①前期測(cè)量1.0 km2及地質(zhì)勘查工作；②安裝灑水養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)1套，兼顧綠化噴灌；③矸石山整形面積為115 986.24 m2，土方開挖量為128 377.60 m3；④+504 m平臺(tái)整平，+475、+490 m馬道；⑤修建毛石擋墻487.06 m，截、排水渠工程2 051.03 m；⑥斜坡平臺(tái)覆土、綠化面積115 986.24 m2，種大葉女貞239株，灑草籽11.60 hm2。

2.3 矸石山治理工程分項(xiàng)設(shè)計(jì)

2.3.1 矸石山修整整平工程

(1)工程設(shè)計(jì)。施工條件較差，應(yīng)特別注意施工安全，應(yīng)自上而下進(jìn)行，整形后高度低于+504.00 m。為便于施工和綠化，斜坡修整后坡度小于30°，以穩(wěn)定坡面。挖掘機(jī)、推土機(jī)在斜坡上注意施工過程中的安全，對(duì)凹處回填部分應(yīng)注意壓(夯)實(shí)、整平。修整平臺(tái)、馬道標(biāo)高與面積：①沿矸石山在標(biāo)高+504.00 m修平臺(tái)，面積14 080.03 m2；②沿矸石山標(biāo)高+490 m和+475 m根據(jù)地形修寬5 m的馬道；③沿矸石山北側(cè)整平寬5 m的養(yǎng)護(hù)道路，便于后期矸石山養(yǎng)護(hù)、施工等，長(zhǎng)度67.84 m。

斜坡修整主要工程量見表1。

表1 矸石山斜坡修整主要工作量Tab.1 Main workload of gangue hill slope trimming

(2)主要施工質(zhì)量要求。由于挖掘機(jī)、推土機(jī)在斜坡上施工，挖掘矸石嚴(yán)禁順坡傾倒，應(yīng)由運(yùn)輸車輛沿平臺(tái)和臨時(shí)上山道路運(yùn)至寬闊處傾倒、推平。注意施工過程中的安全，對(duì)凹處回填部分應(yīng)注意壓(夯)實(shí)、整平。

2.3.2 毛石擋墻工程

根據(jù)地形與實(shí)際情況，毛石擋墻參照04J008國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集，選2種規(guī)格，毛石擋墻ZQD2、ZQD3，截面設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 毛石擋墻設(shè)計(jì)Fig.3 Rubble retaining wall design

砌筑材料采用毛石和C25混凝土，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度共計(jì)487.06 m，高度根據(jù)地形適當(dāng)調(diào)整。①高2 m的毛石擋墻每延米毛石擋墻砌體體積1.49 m3，漿砌塊石工程量389.46 m3，下部嵌入平臺(tái)面以下1 m，設(shè)計(jì)每延米挖方0.53 m3，挖方工程量137.28 m3，填方工程量137.28 m3。②高3 m的毛石擋墻每延米毛石擋墻砌體體積2.70 m3，漿砌塊石工程量609.34 m3，下部嵌入平臺(tái)面以下1 m，設(shè)計(jì)挖每延米挖方0.76 m3，挖方工程量171.47 m3，填方工程量171.47 m3。毛石擋墻砌筑工程量共計(jì)漿砌塊石998.79 m3，挖方量總計(jì)308.75 m3，填方工程量共計(jì)308.75 m3。

毛石擋墻頂部采用強(qiáng)度C25細(xì)石混凝土抹面，高2 m的毛石擋墻每延米面積為0.60 m2，厚度為0.02 m，砂漿抹面面積156.83 m2。高3 m的毛石擋墻每延米面積為0.57 m2，厚度為0.02 m，砂漿抹面面積128.64 m2。共計(jì)砂漿抹面面積285.47 m2。下部靠近地面位置設(shè)2排泄水孔，用PVC管道，孔徑110 mm，間距3.00 m，排水孔向外傾斜7%，PVC管道長(zhǎng)277 m。沉降伸縮縫每隔15 m設(shè)置1道，縫寬20～30 mm。設(shè)計(jì)工作量見表2。

表2 矸石山毛石擋墻主要設(shè)計(jì)工程量Tab.2 Main design engineering quantity of gangue hill rubble retaining wall

2.3.3 截、排水槽工程

(1)工程設(shè)計(jì)。在平臺(tái)及矸石山外圍砌筑截、排水槽，截、排水槽設(shè)置位置：①+504 m平臺(tái)與坡面交界處，以避免平臺(tái)上的雨水和養(yǎng)護(hù)用水沖刷矸石斜坡；②馬道靠近坡頂側(cè)設(shè)置截、排水槽，可將斜坡上的雨水起到分流作用；③矸石山底部四周毛石擋墻內(nèi)設(shè)置接、排水槽，防止雨季雨水排泄不暢；④平臺(tái)馬道之間設(shè)置豎向排水槽連通，保證坡面匯聚水流可順利引至山底。據(jù)《河南寶雨山煤業(yè)有限公司寶雨山煤礦環(huán)境影響報(bào)告書》中介紹，該礦矸石浸出液無論排入地表水體或下滲進(jìn)入地下水體均不會(huì)對(duì)地下水構(gòu)成污染?！耙话闱闆r下，矸石臨時(shí)堆放場(chǎng)地不會(huì)有雨水滲出，即使在暴雨時(shí)，洪水沖刷排矸場(chǎng)有可能攜帶大量泥沙和矸石進(jìn)入排水溝時(shí)，也僅會(huì)使地表水SS短時(shí)濃度升高，由于溝底的過濾作用，矸石浸出液對(duì)地下水水質(zhì)的影響很小。 ”從表3可知，該礦矸石屬一般一類固廢，可做一般處置，不需防滲處理。

表3 煤矸石浸出試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Coal gangue leaching test results

截、排水槽為采用購(gòu)買的整體梯形槽，長(zhǎng)度為2 035.65 m，尺寸如圖4所示。 挖方工程量1 017.83 m3，固廢清運(yùn)1 017.83 m3，可就近排入五3排矸場(chǎng)?；炷辽皾{抹面前溝槽要夯實(shí)，每延米夯實(shí)1.6 m3，夯實(shí)工作量2 442.78 m3。槽底設(shè)厚0.1 m的混凝土墊層，長(zhǎng)度2 035.65 m，混凝土總用量81.43 m3。

圖4 截、排水槽斷面砂漿抹面示意Fig.4 Schematic diagram of mortar plastering of section and drainage groove

雨水經(jīng)截水槽流入矸石山東側(cè)泄洪溝內(nèi)。設(shè)計(jì)工作量見表4。

表4 截、排水槽主要設(shè)計(jì)工程量Tab.4 Main design engineering quantity of cutting and drainage groove

(2)施工質(zhì)量要求。截、排水槽墊層用水泥砂漿強(qiáng)度不低于C25，厚度不小于1 cm，底部與側(cè)邊夯實(shí)，并保證表面平滑，流水暢通。

2.3.4 矸石山養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)工程

①敷設(shè)噴水管網(wǎng)。根據(jù)矸石山形狀，圍繞設(shè)置的79個(gè)旋轉(zhuǎn)式噴頭(間距小于20 m)敷設(shè)耐壓無縫鋼管(φ80 mm、壁厚4.5 mm)噴水管道，管道長(zhǎng)度為3 595.86 m，為保證管道穩(wěn)定，沿設(shè)計(jì)管線位置間隔10～20 m修筑錨桿以固定管道，錨桿頂部搭設(shè)跨路橋架，錨桿長(zhǎng)度1.00 m，埋入矸石0.50 m，在矸石山頂、低及坡腰周邊安裝高壓噴水支架和噴頭，與矸石表面垂直。②水泵與泵房為礦上原有，本系統(tǒng)不再重新設(shè)計(jì)。③澆注設(shè)備基礎(chǔ)，砌筑管道固定墩，搭設(shè)跨路橋架。④安裝工作在對(duì)矸石山修整完成后進(jìn)行。敷設(shè)上山管道和矸石山頂部噴水管網(wǎng)，保證矸石山斜坡修整過程中除塵需求。⑤水、電從寶雨山煤礦工業(yè)場(chǎng)地敷設(shè)引出，灑水范圍整個(gè)治理區(qū)范圍，蓄水池為礦區(qū)矸石山北側(cè)現(xiàn)有，不再重新設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)工程量見表5。

表5 寶雨山煤礦矸石山養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)工程量Tab.5 Main design engineering quantity of gangue hill maintenance system in Baoyushan Coal Mine

2.3.5 綠化工程

(1)工程設(shè)計(jì)。由于煤矸石在風(fēng)的作用下風(fēng)化顆粒粗，大孔隙多，表層保水性差，故，土壤覆蓋是改造矸石山并使其綠化的基礎(chǔ)。在矸石山馬道上覆種植土厚度60.00 cm，在平臺(tái)和斜坡上覆種植土厚度30 cm。在+504.00 m平臺(tái)外側(cè)邊緣修建土坎，防止水土流失，平臺(tái)外側(cè)邊緣噴射底寬50 cm，頂寬30.00 cm，高度30.00 cm的土坎，長(zhǎng)度496.84 m。每延米土坎體積0.12 m3，用土量59.62 m3。

(2)綠化設(shè)計(jì)。在馬道上按2 m×2 m間距種植帶土球大葉女貞249株，樹坑規(guī)格為0.5 m×0.5 m×0.5 m。在平臺(tái)和斜坡上，播撒由刺槐、榆樹、榕樹、側(cè)柏和油松種子混合而成的草籽40 kg/hm2。播撒面積11.60 hm2。養(yǎng)護(hù)用水用電等均由礦方負(fù)責(zé)。

矸石山綠化主要設(shè)計(jì)工程量見表6。

表6 矸石山綠化主要設(shè)計(jì)工程量ⅠTab.6 Main design engineering quantity of gangue hill greening

(2)施工質(zhì)量要求。①植大葉女貞間距2 m×2 m，要求地徑2 cm以上，苗高150 cm以上，苗木選擇生長(zhǎng)健壯、無病蟲害、無機(jī)械損傷、樹形端正和根系發(fā)達(dá)的樹苗。植樹后其養(yǎng)護(hù)期36個(gè)月，根據(jù)土壤墑情定期及時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)，及時(shí)補(bǔ)苗，保證苗木成活率100%。②后期養(yǎng)護(hù)。指派專人負(fù)責(zé)，根據(jù)季節(jié)、天氣和基層含水量定期進(jìn)行噴灌，注意病蟲害的防治。③耕土選用工地附近的地表優(yōu)質(zhì)種植土，達(dá)到《河南省礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程勘查、設(shè)計(jì)、施工技術(shù)要求》中覆土土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級(jí)及以上；覆土要壓實(shí)，覆土厚度誤差不超過2 cm。

3 環(huán)境效益

通過本項(xiàng)治理工程的實(shí)施，使矸石山周邊的環(huán)境得到了改善、恢復(fù)，消除了矸石可能引發(fā)的崩塌災(zāi)害隱患，減少了其對(duì)大氣的污染，礦區(qū)景觀得到了美化，居住在矸石山附近的居民和礦山企業(yè)(寶雨山煤礦)辦公及生產(chǎn)、生活環(huán)境大為改觀，凈化了空氣質(zhì)量，有助于提高居民的身體素質(zhì)和健康水平，居民得以安居樂業(yè)，職工安心工作，有力地促進(jìn)了礦山企業(yè)文化的建設(shè)。

4 結(jié)語(yǔ)

矸石山治理的最大效益體現(xiàn)在緩解了礦、地矛盾，改善了當(dāng)?shù)鼐用窬幼…h(huán)境和生活質(zhì)量，消除了社會(huì)不安定因素。