自燃煤矸石场治理生态恢复的技术要点

2019-12-19史兴鱼

商品与质量 2019年36期

史兴鱼

吕梁市环境监察支队山西吕梁 033000

近年来，由于采煤技术的不断发展，我国对煤矸石的利用水平不断提高，但煤矸石的堆积量还以每年上亿吨的速度不断上涨。如山西汾西矿业集团的柳湾煤矿、高阳煤矿、水峪三大煤矿在采煤和选洗生产过程中每年产生煤矸石约为232万t/a。矸石场现存煤矸石约1200多万立方。这些矸石山不仅占用宝贵的土地资源，而且发生自燃，造成严重的大气污染、土壤质量下降、生物多样性丧失、自然景观破坏等生态环境问题[1]。

1 自燃煤矸石对生态环境的影响

1.1 煤矸石自燃的危害

在大部分煤矿中，煤矸石都是通过露天堆放的方式进行处理，再加上煤矸石中含硫高，同时含有大量的可燃物如残煤、碳质泥岩以及废木材等，这就为煤矸石的自燃提供了燃烧条件。在长期堆放的过程中，煤矸石堆中积累的热量不断增加，一旦内部温度达到煤矸石中可燃物的燃点，煤矸石就会发生自燃。在煤矸石自燃的过程中，会释放出大量一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢和氮氧化合物等有害气体，自燃可长达十年甚至更久。严重影响到矸石山周围环境的大气质量[2]。

1.2 淋溶水污染对环境的影响

煤矸石中主要含有二氧化硅和氧化铝以及铁锰等常量元素，除此之外，还有Pb、Cr、Hg、As、Cd等微量重金属元素。煤矸石在露天堆放的情况下，受风吹、日晒以及雨淋等自然环境的影响，或者长期处于浸渍状态，矸石中的粉尘会转化为水中悬浮物，煤矸石中的这些重金属元素会通过雨水淋溶进入地下水域或土壤，从而对土壤环境和水环境造成污染。据山西相关矿务局调查Fe、Cd、Hg、Pb都远远低于HDWS标准。

1.3 扬尘对环境的影响

煤矸石露天堆放，煤矸石表面在风华作用下会化成粉尘，在风力作用下，会对矸石山周围大气环境造成影响。据分析，扬尘地点离矸石山距离越近越严重，并且扬尘量与当地风速成正比，而当风速一定时，煤块的大小重量小，煤粉多，吹扬量比较大。而矸石粒度，重量，大小相对较大，粉末少，所以吹扬量比较少。对于露天堆放的煤矸石，山体的干燥和湿润度是尤为重要的因素。如果潮湿的煤矸石长期处于冷热交替的环境下，会大大加速风化。根据有关专家研究和工业应用表明，煤矸石覆层下0.5m至几米，风化程度大大降低，几乎不会风化。而有一部分矸石山，由于年代比较久远，堆放时间较长，导致风化比较严重，稍有风力作用，便会产生大量扬尘，对矸石山周围居住的居民造成很大影响，甚至感染呼吸道疾病[3]。

1.4 自然煤矸石场的安全隐患

矸石排放场都是将矸石提升到地面，再由皮带运送至排矸场顶，平均起堆高度分别在20～100m左右，矸石堆的自然安息角大部分大于40°，有发生滑坡的危险。如果发生矸石山滑坡，必将对矸石山下侧的道路、附近村庄及周围环境带来严重的影响，易造成人身伤亡事故及财产损失[4]。

2 自燃煤矸石场治理生态恢复的技术要点

2.1 防范煤矸石自燃

依据矸石山自燃机理及特点、着火点分布规律及火情探测技术，采用挖除灭火、换填灭火、喷射注浆灭火等多种灭火方法系统结合的方式进行灭火防治。对于已经发生大规模自燃的矸石山，根据近年来山西汾西矿业集团的柳湾煤矿、高阳煤矿、水峪三大煤矿矸石山处置情况看，比较有效合理的灭火施工主要工艺包括温度勘察、挖除灭火、开沟注浆灭火、喷射注浆灭火、深孔注浆灭火等。根据温度勘测结果及现地着火情况，对不同区域采用相应的灭火方法进行灭火施工。一般采取由下往上、由外围区向核心区（低温区向高温区）逐步推进的方法进行灭火施工，即可灭火，又能防治复燃，效果十分明显。

2.2 土壤生态环境恢复

自燃煤矸石场的土壤含有有毒物质。同时，自燃煤矸石场的土壤缺乏天然土壤的养分。在前期准备工作中，如果对土壤中的有毒物质处理不彻底或对影响土地的不利因素分析不充分，很容易造成恢复工作无法进行或经不起时间的验证，最终导致生态恢复总体失败。首先是针对渗出物的污染，渗出物的污染一般表现为物质液体的渗漏，造成土壤的酸碱度失衡。以土壤PH值为4.0为基点，当土壤的PH值=4.0时，不影响植物根系的生长，但会阻碍根系对磷的吸收使之不能健康生长，造成植物茎叶变黄；当PH值＞4.0时，植物无法生长。由于自燃煤矸石场土壤中渗出物酸度较高，一般采用中和剂石灰或石灰混合物中和土壤酸度的方法进行治理。其次是针对重金属的污染。在自燃煤矸石场生态治理恢复过程中，对于重金属污染的一般做法是对土壤施用较高比例的肥料，以此来保证植物的健康生长。另外，如果植物在种植过程中如出现植物长势不好或腐烂等情况时，可以对其不作处理，待腐烂后把腐殖质用作生物质材料回填到土壤用来改善土壤的质量。

2.3 扬尘控制

2.3.1洒水

洒水是最传统、最常见、最容易被想到的方案，也是采用最为广泛的阶段性治理措施，洒水可用于城市裸地、铺装及未铺装道路、材料处理、建筑物拆除等方面。洒水属于典型的阶段性措施，其抑尘效果的维持时间往往不足一天。因此，相对洒水强度来讲，洒水周期往往是比较重要的参数。

2.3.2风障

设置风障（木栅、网、板、防风林等）的目的，是在风障的后方形成一片风速较小，且无湍流的稳定区，从而阻止沙粒、尘埃的运动，用于减少煤矸石堆向空中排放尘埃的数量。人造风障多数为一些疏透（多孔）性的材料制成，而一些高度较小、具有“风障”效果的围挡板、墙则往往是不透风的，如用于施工现场，最初的主要目的不是用来充当风障的围挡。