關(guān)嶺山煤業(yè)矸石山水土保持研究

1、水土保持_2016年第4期山西水利山西水利關(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)[摘要][摘要]晉城市以煤灰為主產(chǎn)業(yè)，8石作為煤灰生產(chǎn)的附屬產(chǎn)物大量堆D于煤礦周邊。8石的堆放不僅大面D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(dá)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(yán)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(jìn)

2、行治理，已成為礦區(qū)水土保持的一項(xiàng)迫切任務(wù)。[關(guān)鍵詞][關(guān)鍵詞]矸石山；水土流失；水土保持；關(guān)嶺山煤業(yè)[中圖分類號][中圖分類號]S157.9[文獻(xiàn)標(biāo)識碼][文獻(xiàn)標(biāo)識碼]C[文章編號][文章編號]10047042(2016)04002702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(zhǔn)開采3號、15號煤層，生產(chǎn)能力60萬ta

3、，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(yán)重，屬山西省水土流失重點(diǎn)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4

4、6~84m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(yán)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(jìn)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

5、香煤），并混同含有15號煤層高硫一富硫無煙煤（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(yùn)輸?shù)巾肥剑捎脗鹘y(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(xì)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

6、、滑坡等更為嚴(yán)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(jìn)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(jì)生產(chǎn)能力達(dá)到60萬ta，矸石排放量將達(dá)到3.47萬ta，綜合利用后排往矸石山

7、為1.93萬ta，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(shí)際和地形地貌特點(diǎn)，根據(jù)“經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠”的工程設(shè)計(jì)原則，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地勘測分析和論證，采用“上導(dǎo)、中截、下?lián)酢⒑笈拧钡姆绞竭M(jìn)行綜合治理較為適宜“上導(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(jìn)行分階，每個階梯平臺處設(shè)截水溝，攔截上游坡面2016年4

8、月27SHANXIWATERRESOURCES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

9、排洪渠和河道。經(jīng)計(jì)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(dá)到16m，護(hù)坡高度95坡度33.69。擋墻后坡腳設(shè)截水溝，設(shè)計(jì)過水?dāng)嗝?.4mx0.4m，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(hù)坡，坡面矸石采用人工夯實(shí)。砌石護(hù)坡每隔1.5m設(shè)0

10、.6mx0.6m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(hù)坡往上設(shè)置草袋壤土護(hù)坡，草袋護(hù)坡可以隨矸石沉降而下陷，不會形成裂縫。護(hù)坡里層矸石及覆土采用人工夯實(shí)，坡面為一層草袋壤土護(hù)坡，草袋規(guī)格0.4mx0.7m內(nèi)置壤土和草軒，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(hù)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(hù)要求

11、，結(jié)合具體地形條件，設(shè)計(jì)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(jì)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?fù)蹴穳Ψ较蛎扛?0m設(shè)置一道沉降縫，縫寬5cm縫內(nèi)用瀝青砂漿填塞。砌筑時(shí)為防止坡面徑流進(jìn)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

12、填筑砂礫石以防堵塞，砂藤直徑2.5~7cm。3.4“后排”改前排渣為后排渣根據(jù)對矸石場實(shí)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(shí)進(jìn)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〇.6m，布置油松與元寶楓混交林，

13、株行距1.5mx2.0m，采用穴狀整地，整地規(guī)格0.6mx0.6mx0.6m(長X寬X高）。4結(jié)論結(jié)論第一，煤礦矸石場采用“上導(dǎo)、中截、下?lián)酢⒑笈拧蹦Ｊ?，可有效解決生產(chǎn)運(yùn)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(yùn)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

14、動態(tài)矸石場（即正在運(yùn)行使用的排土場)水土保持方案編制探索了一條較為實(shí)用的防護(hù)途徑，可為同類工程提供借鑒。第三，草袋護(hù)坡減少了因矸石沉降引起的漿砌石裂縫問題，草袋護(hù)坡可以隨矸石沉降而下陷，及時(shí)填補(bǔ)，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(fù)擔(dān)。第五，該方案實(shí)施后，經(jīng)過近三年的實(shí)踐運(yùn)行，特別是經(jīng)歷了2013年8月1日大暴雨的檢驗(yàn)，表明矸石