1、陳舊研石山工程技術的治理設計1 引言由于歷史的原因,現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,造成局部矸石山大面積自燃.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境質量三級標準的10倍以上,研石山頂部裂隙及松散部位,溫度高達7080C.排研職工穿梭在煙塵和有害氣體中,時有中毒暈倒、呼吸困難、燒壞鞋褲的現象發生,甚至有人畜墜落燃燒區被燒死的事件發生.同時周邊生態環境遭到嚴重破壞,附近的莊稼果木枯萎減產,居民叫苦不迭.從矸石山的情況看,由于缺乏統一的規劃,排矸費用和維護費用較低,排放的矸石未嚴格執行規定的排矸工藝,引起

2、排放矸石的自燃.滅火后的矸石山,一方面,由于缺少維護費用,導致日常維護工作不到位,另一方面由于沒有恢復植被,特別是在雨季,洪水造成矸石山外表沖刷,原有的覆蓋層遭到破壞,引起矸石山再次復燃.2 分類及舉措根據大量調查研究,已堆陳舊矸石場大局部存在自燃現象,根據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堆存及自燃完畢,不會再發生自然現象的矸石山,治理舉措不用考慮矸石山自燃的預防和治理.未自燃的矸石山是指矸石山堆存完畢,還未發生自燃,有可能發生自然現象的矸石山,還需要考慮矸石山自

3、燃的預防舉措.小型研石山堆放高度均小于10ml所以主要的具體措施為:矸石山自燃預防舉措灌漿、夯實;平整工程舉措覆土、夯實;矸石山生態恢復圍堰、綠化.3 未自燃過的大型矸石山治理舉措根據治理難度和治理過程,重點針對未自燃過的大型矸石山治理舉措進行分析,其他治理舉措可以在該舉措的根底上進行增減工藝過程.具體治理工程分為6項內容及步驟,矸石山工程舉措攔矸壩、排水系統、矸石場自燃預防舉措灌漿、壓實、邊坡工程舉措消坡、馬道、覆土、夯實、矸石山澆灌系統水池、管道、矸石山生態恢復頂部平臺覆土、圍堰、綠化、治理工程設施管護房.3.1 矸石山工程舉措攔矸壩、排水系統1攔研壩攔研壩采用重力式漿砌石攔研壩擋護,邊坡

4、為1:0.5,攔研壩以上邊坡以1：1.52進行消坡防護.2排水系統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,排水系統工程設計包括坡面平臺、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圍堰,在頂平臺、坡面兩側和坡底設排水溝,平臺的排水通過排水溝流到煤矸石山的縱坡排水溝內,排到矸石山下,防止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.在攔矸壩下游設雨水收集池,也可起到沉沙池兼消力池的作用,收集到的雨水可通過澆灌系統的管道回用于植被澆灌.3.2 矸石山自燃預防舉措灌漿,壓實自燃矸石山治理方法主要有灌漿封閉法、外表密封壓實法、灌水法、直接挖出冷卻法等(1) 灌漿封閉

5、法通過降溫與隔氧兩方面的共同作用來到達滅火的目的.該法首先是憑經驗或通過診斷找出火區和自熱區.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和自熱區,以阻斷空氣進路,火區冷卻后將火區和自熱區全部填滿漿料.注漿法的最大優點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)外表密封壓實法在自燃矸石山外表鋪土壓實,以隔絕空氣進路,使自燃矸石山內部空氣耗盡后熄滅.這種方法一般情況下成功率不高,只能降低燃燒強度和污染物排放速度,由于表土只有在濕潤狀態才有較好的密封性能,如果不及時維護,那么表土密封層很難保持完整.這種方法目前主要

6、用于限制矸石山火勢和污染強度.(3)灌水法水是滅火工程中最常用的滅火介質,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限制水在矸石山內流動的方向,也很難在火區內將水保持一段時間;另一個缺點是灌水后矸石山內部的空隙增加,反響活性增強,矸石山復燃的可能性增加.(4)直接挖出冷卻法這是最原始而又最有效的方法.憑經驗或通過診斷找出火區和自熱區,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,燃燒強度大

7、的矸石山用這種方法不僅困難,而且還有一定的危險.以上各項舉措均存在一定的弊端,最終采用黃土覆蓋碾壓法,該方法結合灌漿法及黃土覆蓋并用舉措.該舉措主要原理是改變矸石堆積坡度,推散高溫矸石,使其暴露于外表,促使降溫,同時也有利于覆土與碾壓.矸石山斜坡經覆土與碾壓后,火勢得到了有效的限制,用紅外測溫儀測得矸石山外表溫度根本降至50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、壓等原那么,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防處理.(5)研石山自燃滅火注漿技術要求注漿鉆孔開孔孔徑0108mm終孔孔徑

8、不得小于©89mm鉆孔深度310mE右,間排距3.05.0m.在成孔后,要進行孔內測溫,對溫度有異常的鉆孔適當加深.注漿管選用42mms管,長度410.0m,外露1.0m,鋼管采用絲扣連接,托盤制做要標準,一般應小于封孔段孔徑23cm!托盤以下要在注漿管上打花眼,眼徑20mmfc右,要保證每個方向均有花眼,其豎向間距不大于200mmD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1：1,水固比0.7：10.8：1,注漿方式采用壓力注漿或蔽口灌注.漿液配置應按設計漿液配合比進

9、行,原材料要用容器計量,進行配比限制,攪拌機一次加水到位后,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施工的方法,首先施工最外圈,跳孔注漿,最外圈鉆孔注漿結束前方可施工內圈鉆孔.終孔標志：孔口管壓力升至0.5MPa以上,穩定15min.孔口管壓力未升至0.5MPa,但吃漿量小于7L/min,且持續15min.6矸石山碾壓技術要求碾壓程序為: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.平臺碾壓密實度標準達90%,坡面碾壓密實度達85%.3.3 邊

10、坡工程舉措消坡、馬道、覆土、夯實（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.因此,必須進行人工消坡.在治理過程中,盡量因地制宜,利用現有地形消坡平整,保證治理后的研石山邊坡穩定.具體舉措為：所有坡面按高寬比1：1.52進行整平,然后對坡面整平中需要回填局部,進行分層夯實,夯實系數>0.85.在邊坡下部用石砌護墻,中部用馬道把坡面分成階梯式斜坡坡長20m左右設一馬道.研石山坡底石砌護墻設高1.52.0m左右,護墻背后用1m黃土分層夯實,夯實實數A0.94.2覆土、夯實根據研石山試驗結果：30cm的土層厚度可以滿足草本植物的生長;50cm的土層厚

11、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.本工程方案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研石山坡面整平至設計要求后,在坡面上覆0.7m厚土層(厚度為垂直于水平方向)并分層夯實,在平臺上覆1m厚黃土,機械或人工夯實,并用道路及圍堰進行分割.馬道上覆黃土同平臺.3.4 矸石山澆灌系統水池、管道采用拖式噴灌,綠化用水定額取1.52L/m2.次,水池按一次用水量考慮,并建泵房.泵房設給水加壓泵25臺,主管路管徑為DN100P瘠,支線管徑為DN50拖式噴灌范圍半徑100mPE管路規格為DN100,DN50.設閥門井假設干.在矸石山頂建鋼筋砼水池

12、,鋪設管道,就近接水源,結合當地實際情況,矸石山附近煤礦較多,同時為了節約水資源,提升水資源的綜合利用及節省投資,本工程水源盡量利用附近煤礦中水或就近水源取水,設專用泵,為以后澆灌打好根底.3.5 矸石山生態恢復頂部平臺覆土、圍堰、綠化(1)頂部平臺覆土坡面整平至設計要求后,在平臺上覆1m黃土,分層夯實,并用道路和圍堰分割.(2)圍堰矸石山頂部平臺按20mx20m圍堰分割.設計圍堰高700mm上底寬500mm下底寬1000mm,頂部平臺采用黃土拍實,坡面采用塊石砌筑并抹面.馬道圍堰設于馬道外沿,設計參數同頂部平臺.(3)綠化篩選出的適宜當地地區矸石山生長的先鋒植物,最好是當地客土植被,既能治理

13、矸石山,又能降解吸附有毒有害物質,對環境有凈化功能的環境改良性植物.以太原地區選用具有代表性的物種進行具體分析.植物邊坡設計.研石場在每堆厚5m形成坡度為1：1.52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4mx4m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.矸石場頂復墾.矸石場效勞期滿后,平整研石場頂部,覆蓋100cm的土壤,適當施用農家肥,提升土壤肥力.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；可適中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格為胸徑3cm以上的

14、楊樹,栽植林帶寬20m,密度4X4m楊樹萌廉水平強,在矸石處置場四周形成防護林帶,而且楊樹向矸石場內擴展,最終矸石處置場形成喬、灌、草結合的生態系統.植物舉措治理.現有矸石由于均已著完,具有含水量低,入滲快、地熱較高等特點,排矸場綠化后,治理工作的重點是澆水,特別是保苗期和干旱、高溫季節.為此,采用礦井水進行澆灌,切忌大水漫灌,防止浪費水又沖走表土的現象,一般春季每周一次,夏季平均3天循環澆灌一遍,秋季1030天澆一次,冬季上凍前普遍灌足越冬水.最后是綜合治理,在灌木栽種后,澆水前檢查有無裂縫,沉陷現象.一旦發現及時培土塌實.注意防治病蟲害,適當采取噴藥或施肥等相應舉措.3.6 治理工程設施管護房在矸石山周圍選擇適宜的地點建維護