煤矸石山综合治理技术模式与实践_安永兴

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煤矸石山综合治理技术模式
采用全机械化施工， 利用浅层喷射注浆技术对 煤矸石山进行自燃治理， 以乡土灌木群落为植被建 采用客土喷播技术进行土壤改良和植物播 设目标， 种， 这种煤矸石山综合治理技术模式可实现植被的 快速建植和生态系统的自我维持 。煤矸石山综合治 理技术模式示意图见图 1 。
图1 Fig． 1
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植物， 但建植效果不理想。主要原因： 一是乔木移栽 主根受损， 加之煤矸石山体承载力有限， 往往造成乔 木死亡倒株， 加大水土流失程度， 增加复燃危险； 二 对矸石山表面的扰动大， 大量 是栽植乔木需要整地， 养护浇水入渗， 极易诱发自燃； 三是大量覆土碾压， 不利于形成良好熟土土壤结构， 后期养护工作繁重， 一旦人工支撑下的养护终止， 植被急剧退化。 脱离煤矸石山的结构和环境特点， 完全套用传 片面追求绿化景观， 植被建设效果难以 统造林模式， 达到理想群落模式。选择抗逆性强， 适生的灌、 草植 物进行播种， 形成稳定的乡土灌木群落， 不失为一种 务实选择。
1 ） 防火泥浆层。 碱性胶体纤维防火泥浆， 根据 煤矸石山不同部位不同燃烧特点采取不同的泥浆配 方和喷射工艺， 厚度 1 ～ 5 cm。 2 ） 中性客土层。 喷播黄土， 一方面增强封闭效 果， 另一方面减弱碱性泥浆对植物生长的不良影响 ， 厚度 3 ～ 5 cm。 3） 改良客土层。以当地土源为基土， 加入木纤维、 保水剂、 黏合剂等改良基材， 为植物生长提供养分， 促 进土壤熟化， 是土壤改良的关键， 厚度 10 ～ 15 cm。 4 ） 灌木种子层。 以种植客土为基础， 增加有利 于植物幼苗生长的有机活性物质混配而成 ， 厚度2 ～ 4 cm。
2012 年 2 月 10 （ 1 ） ： 98102
中 国 水 土 保 持 科 学 Science of Soil and Water Conservation
Vol． 10
No． 1
Feb． 2012
煤矸石山综合治理技术模式与实践
安永兴，梁明武，赵平
（ 北京东方园林股份有限公司 ， 100012 ， 北京） 摘要 煤矸石对环境有严重的污染 ， 是井采煤矿废弃物治理的难点 。 通过对煤矸石山治理技术进展的分析综述 ，
［2 ］
煤矸石是煤矿开采和选煤过程中产生的固体废 弃物， 是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低 、 比煤坚硬的黑灰色岩石
［1 ］
。 由于缺乏环境危害认
我国对煤矸石多采取简单的露天堆放处理 ， 堆积 识， 形成的煤矸石山不但造成环境污染， 且极易发生自 给企业生产和矿区居民人身安全造成了极大危 燃， 害。当前， 煤矸石山治理已成为环境治理工作的一 个难题， 困扰着矿山企业。
第1 期
安永兴等： 煤矸石山综合治理技术模式与实践
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可燃物法、 泡沫法、 覆土法、 挖除火源法、 注水法和注 ［46 ］ ， 浆法 这些方法各有优点， 但也都存在着缺陷。 如覆土法在过去一段时期曾被广泛使用 。具体做法 在煤矸石山表面厚覆黄土进行碾压 ， 形成封堵层 是， 抑制自燃， 但实践证明效果不理想， 复燃率高。原因 但缺少 是简单的覆土虽能在短期内形成封闭效果 ， 抗侵蚀措施， 随着降雨侵蚀， 水土流失严重， 土层开 裂水气入渗， 进而诱发复燃。 一些学者提出将多种 措施结合应用于自燃治理 好的效果。 1. 2 植被建设
各种土壤改良基材均匀混合， 通过大功率喷播机械 喷射到施工坡面， 形成客土覆盖层。 经过改良的土 壤层具有较强的抗侵蚀能力、 保水能力和较好的土 并牢固覆盖在坡面上。 改良土壤中还 壤孔隙结构， 养分和微生物， 利于土壤熟化， 含有大量有机物质、 植物快速生长。 2. 2. 2 技术特点 1 ） 客土层稳定、 结构良好、 水肥充足。 改良基 材中含有大量木纤维、 草炭土和植物胶， 使客土层能
图5 Fig． 5 浅层喷射注浆与客土喷播工艺流程示意图
Technological process diagram of shallow jet grouting and externalsoil spray seeding
够牢固覆盖在施工坡面上， 并具有良好的土壤结构 ； 和抗冲刷能力 改良基材中混合的有机肥料， 保证了 植物生长所需养料的持续供给； 改良基材中添加的 保水剂， 能够保证种子的发芽成活， 提高水资源的利 用效率， 达到节约用水和减少后期人工补水的目的 ； 木纤维形成的雀巢骨架结构， 使土壤具有良好的持 水性和透气性， 利于保水保肥和土壤熟化， 形成人工 。 4 （ 土壤结构 人工土壤结构如图 所示 见彩图页） 。 2 ） 快速形成地表植物覆盖， 优化生境。 客土喷 播采用全机械化施工， 可以快速实现植被建植， 形成 地表覆盖层， 有利于保护地表， 优化土壤环境， 促进 土壤熟化， 为植被演替创造良好的生境。 地表植被
提出煤矸石山综合治理新技术模式以及成功经验 ， 并以山西某矿务局煤矸石山综合治理工程案例进行验证 ， 表明 浅层喷射注浆灭火与客土喷播恢复植被是煤矸石山综合治理的有效模式 。 关键词 煤矸石山； 浅层喷射注浆； 客土喷播
Technology mode and practice of comprehensive treatment on piles of coal gangue
mining waste． By reviewing the latest technology development，this paper put forward a new technology and successful experience on the comprehensive treatment on piles of coal gangue，which was verified by a Bureau of Mines in Shanxi Province． Therefore，it can be concluded that shallow jet grouting fire and externalsoil spray seeding vegetation restoration is effective mode on the comprehensive treatment on piles of coal gangue． Key words piles of coal gangue； shallow jet grouting； externalsoil spray seeding 仅很难达到良好的初期植被覆盖效果， 即便数年甚 至 10 余年后， 山林茂密， 鸟语花香， 存在自燃隐患的 矸石山也难免发生自燃， 所有治理成果将毁于自燃， 令人心痛。经过许多前辈先期尝试的挫折， 人们逐 渐形成了共识： 自燃治理是煤矸石山治理的必要条 件之一和基础， 必须与植被恢复统筹兼顾。 1. 1 自燃治理 煤矸石山的自燃治理一直以来都是个棘手问 题。通过不断实践， 对煤矸石山的自燃机制有了一 定的认识： 煤矸石山自燃必须具备 3 个基本条件， 即 可燃物、 温度、 氧气供给， 三者缺一不可
1． 卧轴花桨叶无级变速搅拌 ； 2． 60 离心泵双枪全功能喷播 ； 3． 蠕动泵高浓度泥浆喷射 。
图3 Fig． 3
移动式泥浆搅拌喷射机 Hydroseeding machine
适生的草本和灌木种子播种。建植初期， 抗逆性强、 先锋草本植物快速生长， 形成先锋草本群落。 随着 演替的进行， 先锋草本植物退化， 灌木植物逐渐占据 主导地位， 最终形成以乡土灌木植物为主的群落 。 灌木植物地面生物量相对较小， 可以减轻山体载荷， 、 主根浅 侧根发达利于固持表层土壤， 有利于山体稳 定， 加之乡土植物对环境的适应， 后期可以形成稳定 的自我维持群落。 2. 3 工艺流程技术方案设计 浅层 喷 射 注 浆 与 客 土 喷 播 工 艺 流 程 如 图 5 所示。
火法与覆土防火法理念相结合， 针对煤矸石山缝隙 大且自上而下逐步增多、 增大的客观事实， 采取以防 为攻的策略， 根据覆土法的原理直接向煤矸石山全 依靠高速泥浆冲击渗透和流淌渗漏 表面喷射泥浆， 固化后阻断绝大部分空气流动 封堵浅层矸石间隙， ， 和水分渗漏通道 限制促进氧化增温的水和帮助燃 烧的氧在煤矸石山内部交流接触， 从而实现控制燃
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煤矸石山治理概述
煤矸石山治理应以构建稳定的植物群落为目
。 自燃治
标。区别于普通矿山废弃地， 煤矸石山治理首先要 解决自燃问题， 才能安全地进行植物建植。 对于这 个问题， 在早期治理过程中存在过认识上的不足 。 采取植树造林的方法在煤矸石山直接建植植被 ， 不
0914 收稿日期： 2011-
理的关键是采取有效措施使煤矸石山隔水断氧 ， 消
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中国水土保持科学
2012 年
图见图 3 。
可以防止降雨对土壤的直接击溅 ， 减缓地表径流， 防 止表土流失； 植物地上枝叶形成庇荫， 减少地表水分 蒸发， 利于保水保墒； 植物根系与土壤有机结合， 起 可以固持土壤， 利于坡面稳定； 植物枯 到加筋作用， 落物、 根系分泌物， 利于优化土壤微生物环境， 促进 土壤熟化。 3 ） 形成稳定、 适生的植被群落。 依据恢复生态 ［10 ］ 学理论 ， 将目标植被定位为乡土灌木群落， 选择
［3 ］ “烟囱效应 ” ， 除 使自燃的 3 个基本条件 不 能 聚
集， 从而无法发生自燃。 目前国内外煤矸石山自燃治理方法主要有清除
1101 修回日期： 2011mail： pszizou@ 126． com 第一作者简介： 安永兴（ 1980 —） ， 男， 硕士。主要研究方向： 矿山生态修复和生态园林 。E-
煤矸石山综合治理技术模式示意图
Schematic diagram of technology model of the comprehensive treatment on piles of coal gangue
2. 1 2. 1. 1
浅层喷射注浆技术 技术原理 浅层喷射注浆技术是将注浆灭