陳舊矸石山工程技術(shù)的治理設(shè)計(jì)

1、陳舊矸石山工程技術(shù)的治理設(shè)計(jì)1 引言由于歷史的原因， 現(xiàn)已堆存的矸石一直采取 “由上向下， 自然堆積，平整頂部，不斷延伸”的排矸工藝，造成部分矸石山大面積自燃。一氧化碳、二氧化碳、硫化氫等有毒有害氣體四處彌漫，間隙氣流中有毒有害氣體含量超過國家大氣環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)的10倍以上，矸石山頂部裂隙及松散部位，溫度高達(dá)7080。排矸職工穿梭在煙塵和有害氣體中，時有中毒暈倒、 呼吸困難、燒壞鞋褲的現(xiàn)象發(fā)生， 甚至有人畜墜落燃燒區(qū)被燒死的事件發(fā)生。同時周邊生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞， 附近的莊稼果木枯萎減產(chǎn)， 居民叫苦不迭。從矸石山的情況看， 由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃， 排矸費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用較低，排放的矸石未嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)

2、定的排矸工藝，引起排放矸石的自燃。滅火后的矸石山，一方面，由于缺少維護(hù)費(fèi)用，導(dǎo)致日常維護(hù)工作不到位， 另一方面由于沒有恢復(fù)植被，特別是在雨季， 洪水造成矸石山表面沖刷， 原有的覆蓋層遭到破壞， 引起矸石山再次復(fù)燃。2 分類及措施根據(jù)大量調(diào)查研究， 已堆陳舊矸石場大部分存在自燃現(xiàn)象， 根據(jù)已有堆放儲量和是否自燃， 可以分為燃燒過的大型 ( 儲量大于 50 萬噸 ) 矸石山、未自燃的大型矸石山、 未自燃的小型矸石山 ( 儲量小于 50 萬噸 )3 種類型。燃燒過的大型矸石山是指矸石山已經(jīng)堆存及自燃完畢，不會再發(fā)生自然現(xiàn)象的矸石山， 治理措施不用考慮矸石山自燃的預(yù)防和治理。 未自燃的矸石山是指矸石山

3、堆存完畢， 還未發(fā)生自燃，有可能發(fā)生自然現(xiàn)象的矸石山， 還需要考慮矸石山自燃的預(yù)防措施。小型矸石山堆放高度均小于 10m，所以主要的具體措施為 : 矸石山自燃預(yù)防措施灌漿、 夯實(shí) ; 平整工程措施覆土、 夯實(shí); 矸石山生態(tài)恢復(fù)圍堰、綠化。3 未自燃過的大型矸石山治理措施根據(jù)治理難度和治理過程， 重點(diǎn)針對未自燃過的大型矸石山治理措施進(jìn)行分析，其他治理措施可以在該措施的基礎(chǔ)上進(jìn)行增減工藝過程。具體治理工程分為 6 項(xiàng)內(nèi)容及步驟，矸石山工程措施 ( 攔矸壩、排水系統(tǒng) ) 、矸石場自燃預(yù)防措施 ( 灌漿、壓實(shí) ) 、邊坡工程措施 ( 消坡、馬道、覆土、夯實(shí) ) 、矸石山澆灌系統(tǒng) ( 水池、管道 ) 、

4、矸石山生態(tài)恢復(fù) ( 頂部平臺覆土、圍堰、綠化 ) 、管理工程設(shè)施 ( 管護(hù)房)。3.1 矸石山工程措施攔矸壩、排水系統(tǒng)(1) 攔矸壩攔矸壩采用重力式漿砌石攔矸壩擋護(hù)，邊坡為10.5 ，攔矸壩以上邊坡以11.5 2 進(jìn)行消坡防護(hù)。 (2) 排水系統(tǒng)為減少地表徑流對煤矸石山表土的沖刷，保持矸石山的水土， 排水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)包括坡面平臺、馬道排水和縱坡排水( 自上而下的排水溝); 頂平臺按田面的方式設(shè)圍堰，在頂平臺、坡面兩側(cè)和坡底設(shè)排水溝，平臺的排水通過排水溝流到煤矸石山的縱坡排水溝內(nèi)， 排到矸石山下，避免了地表徑流在地面的集中和流速的增加， 減輕地表的水土流失。在攔矸壩下游設(shè)雨水收集池， 也可起到沉

5、沙池兼消力池的作用，收集到的雨水可通過澆灌系統(tǒng)的管道回用于植被澆灌。3.2 矸石山自燃預(yù)防措施灌漿， 壓實(shí)自燃矸石山治理方法主要有灌漿封閉法、表面密封壓實(shí)法、灌水法、直接挖出冷卻法等(1) 灌漿封閉法通過降溫與隔氧兩方面的共同作用來達(dá)到滅火的目的。該法首先是憑經(jīng)驗(yàn)或通過診斷找出火區(qū)和自熱區(qū) . 然后在其上面布置一系列鉆孔， 最后將不燃物 ( 黃土或粉煤灰等 ) 和石灰配成的泥漿灌入火區(qū)和自熱區(qū)， 以阻斷空氣進(jìn)路， 火區(qū)冷卻后將火區(qū)和自熱區(qū)全部填滿漿料。注漿法的最大優(yōu)點(diǎn)是可使矸石迅速降溫，漿液可以滲入矸石山深部， 起到填充空隙、 封堵供氧通道以及加固作用。 (2) 表面密封壓實(shí)法在自燃矸石山表面

6、鋪土壓實(shí)，以隔絕空氣進(jìn)路，使自燃矸石山內(nèi)部空氣耗盡后熄滅。 這種方法一般情況下成功率不高，只能降低燃燒強(qiáng)度和污染物排放速度， 因?yàn)楸硗林挥性跐駶櫊顟B(tài)才有較好的密封性能， 如果不及時維護(hù)， 則表土密封層很難保持完整。這種方法目前主要用于控制矸石山火勢和污染強(qiáng)度。 (3) 灌水法水是滅火工程中最常用的滅火介質(zhì)，水在高溫下形成水蒸汽吸熱降溫效果顯著，并且水蒸汽能夠阻止空氣接近可燃物。具體作法是在矸石山修池蓄水， 通過鉆孔將水灌入地下。 這種方法最大的問題是無法控制水在矸石山內(nèi)流動的方向， 也很難在火區(qū)內(nèi)將水保持一段時間 ; 另一個缺點(diǎn)是灌水后矸石山內(nèi)部的空隙增加，反應(yīng)活性增強(qiáng)，矸石山復(fù)燃的可能性增加

7、。 (4) 直接挖出冷卻法這是最原始而又最有效的方法。 憑經(jīng)驗(yàn)或通過診斷找出火區(qū)和自熱區(qū)，然后挖出著火矸石和熱矸石，用水冷卻后回填或重新堆積。這種方法簡單而成功率又高， 在現(xiàn)場用得最多。 但一般而言， 這種方法只適用于初燃的或小范圍自燃的矸石山， 燃燒強(qiáng)度大的矸石山用這種方法不僅困難， 而且還有一定的危險(xiǎn)。 以上各項(xiàng)措施均存在一定的弊端，最終采用黃土覆蓋碾壓法， 該方法結(jié)合灌漿法及黃土覆蓋并用措施。 該措施主要原理是改變矸石堆積坡度， 推散高溫矸石，使其暴露于表面，促使降溫，同時也有利于覆土與碾壓。矸石山斜坡經(jīng)覆土與碾壓后， 火勢得到了有效的控制， 用紅外測溫儀測得矸石山表面溫度基本降至 50

8、以下。黃土覆蓋碾壓法以碾壓覆蓋為主，輔以局部注漿的綜合性滅火方法， 在滅火施工過程中遵循挖、截、堵、填、注、灑、覆、壓等原則，該方法是一種行之有效的綜合性自燃矸石山滅火方法，同時也用于矸石山的自燃預(yù)防處理。 (5) 矸石山自燃滅火注漿技術(shù)要求注漿鉆孔開孔孔徑 108mm，終孔孔徑不得小于 89mm，鉆孔深度 310m左右，間排距3.0 5.0m。在成孔后，要進(jìn)行孔內(nèi)測溫，對溫度有異常的鉆孔適當(dāng)加深。注漿管選用 42mm鋼管，長度 410.0m，外露 1.0m，鋼管采用絲扣連接，托盤制做要規(guī)范，一般應(yīng)小于封孔段孔徑23cm。托盤以下要在注漿管上打花眼，眼徑 20mm左右，要保證每個方向均有花眼，

9、其豎向間距不大于200mm。封孔深度 2.0m，1.0m2.0m 段采用純水泥或水泥與粉煤灰的混合材料封孔，1.0m 以上段采用黃土搗實(shí)封孔。 滅火漿液材料采用黃土 ( 或粉煤灰 ) 與熟石灰過篩配制，配比 11，水固比 0.7 10.8 1，注漿方式采用壓力注漿或蔽口灌注。 漿液配置應(yīng)按設(shè)計(jì)漿液配合比進(jìn)行， 原材料要用容器計(jì)量，進(jìn)行配比控制，攪拌機(jī)一次加水到位后， 添加固料，添加固料過程中隨添隨攪， 固料添加完畢后攪拌時間不少于 5min。注漿過程中每間隔 5min，需攪拌一次，攪拌時間不少于 2min。注漿順序采用由外向內(nèi)施工的方法，首先施工最外圈，跳孔注漿，最外圈鉆孔注漿結(jié)束后方可施工內(nèi)

10、圈鉆孔。終孔標(biāo)志 : 孔口管壓力升至 0.5MPa以上，穩(wěn)定 15min。孔口管壓力未升至 0.5MPa，但吃漿量小于 7L/min ，且持續(xù) 15min。(6) 矸石山碾壓技術(shù)要求碾壓程序?yàn)?: 斜坡先靜壓兩遍， 再振壓兩遍，最后再靜壓兩遍 ; 平面為先靜壓一遍，振壓兩遍，再靜壓兩遍。平臺碾壓密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)達(dá) 90%，坡面碾壓密實(shí)度達(dá) 85%。3.3 邊坡工程措施消坡、馬道、覆土、夯實(shí)(1) 消坡、馬道由于矸石山以前采用的由上到下自然傾倒工藝，使邊坡坡度較陡，無法覆土夯實(shí)。因此，必須進(jìn)行人工消坡。在治理過程中，盡量因地制宜， 利用現(xiàn)有地形消坡平整， 確保治理后的矸石山邊坡穩(wěn)定。具體措施為 : 所

11、有坡面按高寬比 11.5 2 進(jìn)行整平，然后對坡面整平中需要回填部分， 進(jìn)行分層夯實(shí)， 夯實(shí)系數(shù) 0.85 。在邊坡下部用石砌護(hù)墻， 中部用馬道把坡面分成階梯式 ( 斜坡坡長 20m左右設(shè)一馬道 ) 。矸石山坡底石砌護(hù)墻設(shè)高 1.5 2.0m左右，護(hù)墻背后用1m黃土分層夯實(shí)，夯實(shí)實(shí)數(shù)0.94 。(2) 覆土、夯實(shí)根據(jù)矸石山試驗(yàn)結(jié)果:30cm 的土層厚度可以滿足草本植物的生長 ;50cm 的土層厚度可以滿足灌木的生長;100cm 的土層厚度可以滿足喬木的生長。本工程計(jì)劃分兩個梯度的覆土厚度: 邊坡70cm(垂直于地面水平方向 ) 、頂部平臺 100cm。矸石山坡面整平至設(shè)計(jì)要求后，在坡面上覆 0

12、.7m 厚土層 ( 厚度為垂直于水平方向 ) 并分層夯實(shí)，在平臺上覆 1m厚黃土，機(jī)械或人工夯實(shí)，并用道路及圍堰進(jìn)行分割。馬道上覆黃土同平臺。3.4 矸石山澆灌系統(tǒng)水池、管道采用拖式噴灌，綠化用水定額取 1.5 2L/m2. 次，水池按一次用水量考慮，并建泵房。泵房設(shè)給水加壓泵 25 臺，主管路管徑為 DN100PE管，支線管徑為 DN50，拖式噴灌范圍半徑 100m，PE管路規(guī)格為 DN100，DN50。設(shè)閥門井若干。 在矸石山頂建鋼筋砼水池，鋪設(shè)管道，就近接水源，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況， 矸石山附近煤礦較多，同時為了節(jié)約水資源， 提高水資源的綜合利用及節(jié)省投資， 本工程水源盡量利用附近煤礦中水或

13、就近水源取水， 設(shè)專用泵，為以后澆灌打好基礎(chǔ)。3.5 矸石山生態(tài)恢復(fù)頂部平臺覆土、圍堰、綠化(1) 頂部平臺覆土坡面整平至設(shè)計(jì)要求后，在平臺上覆1m黃土，分層夯實(shí)，并用道路和圍堰分割。 (2) 圍堰矸石山頂部平臺按20m20m圍堰分割。設(shè)計(jì)圍堰高 700mm，上底寬 500mm，下底寬1000mm，頂部平臺采用黃土拍實(shí)， 坡面采用塊石砌筑并抹面。 馬道圍堰設(shè)于馬道外沿，設(shè)計(jì)參數(shù)同頂部平臺。 (3) 綠化篩選出的適宜當(dāng)?shù)氐貐^(qū)矸石山生長的先鋒植物， 最好是當(dāng)?shù)乜屯林脖唬?既能治理矸石山，又能降解吸附有毒有害物質(zhì)， 對環(huán)境有凈化功能的環(huán)境改良性植物。以太原地區(qū)選用具有代表性的物種進(jìn)行具體分析。 植物

14、邊坡設(shè)計(jì)。矸石場在每堆厚 5m，形成坡度為 11.5 2 的臺階狀坡面。坡面上覆蓋 70cm的黃土后栽種灌木紫穗槐、檸條間距為4m4m。穴狀栽植初期可選擇紫穗槐和檸條， 直徑 0.4m，深 0.4m，坡面上條播紫花苜蓿。 矸石場頂復(fù)墾。 矸石場服務(wù)期滿后， 平整矸石場頂部，覆蓋 100cm的土壤，適當(dāng)施用農(nóng)家肥， 提高土壤肥力。種植油松、刺槐等喬木 ; 丁香、檸條等灌木 ; 草類選擇沙打旺、 高羊茅、紫花苜蓿等 ; 可適當(dāng)選擇扶芳藤等藤本植物增加植被景觀。矸石山四周綠化。矸石場封場處理后在四周栽植規(guī)格為胸徑3cm以上的楊樹，栽植林帶寬20m，密度 4 4m。楊樹萌蘗能力強(qiáng)，在矸石處置場四周形成防護(hù)林帶，而且楊樹向矸石場內(nèi)擴(kuò)展， 最終矸石處置場形成喬、灌、草結(jié)合的生態(tài)系統(tǒng)。植物措施管理?，F(xiàn)有矸石由于均已著完，具有含水量低，入滲快、地?zé)彷^高等特點(diǎn)，排矸場綠化后， 管理工作的重點(diǎn)是澆水， 特別是保苗期和干旱、 高溫季節(jié)。為此，采用礦井水進(jìn)行澆灌，切忌大水漫灌，避免浪費(fèi)水又沖走表土的現(xiàn)象，一般春季每周一次，夏季平均 3 天循環(huán)澆灌一遍，秋季 1030 天澆一次，冬季上凍前普遍灌足越冬水。最后是綜合管理，在灌木栽種后，澆水前檢查有無裂縫，沉陷現(xiàn)象。一旦發(fā)現(xiàn)及時培土塌實(shí)。注意防治病蟲害，適當(dāng)采取噴藥或施肥等相應(yīng)措施。3.6 管理工程設(shè)施管護(hù)房在矸石山周圍選擇合適