煤矸石渣場(chǎng)引發(fā)的環(huán)境問題分析與對(duì)策

左文官

紅溝渣場(chǎng)位于太原市萬(wàn)柏林區(qū)萬(wàn)畝生態(tài)園內(nèi),是太原煤氣化公司接納選煤廠的煤矸石和電廠粉煤灰的場(chǎng)所,是公司組織生產(chǎn)不可缺少的一項(xiàng)永久性工程建筑。因此,渣場(chǎng)在公司整個(gè)生產(chǎn)時(shí)期能否長(zhǎng)期保持安全以及符合環(huán)保要求運(yùn)行是公司經(jīng)營(yíng)者必須考慮的重大問題。渣場(chǎng)的災(zāi)害形式按其對(duì)環(huán)境危害的表現(xiàn)形式,大體上可分為以下三大類:1)渣場(chǎng)滑坡:因松散固體大規(guī)模錯(cuò)動(dòng)、滑移對(duì)邊坡的穩(wěn)定造成破壞性危害;2)渣場(chǎng)泥石流:液固相流體流動(dòng)對(duì)邊坡河壩體形成的破壞性危害;3)渣場(chǎng)環(huán)境污染:煤矸石的自燃和粉煤灰的揚(yáng)塵對(duì)環(huán)境造成污染性的危害。

1 渣場(chǎng)災(zāi)害產(chǎn)生機(jī)理與形成原因分析

1.1 渣場(chǎng)滑坡機(jī)理及原因

1)管理滯后。現(xiàn)在對(duì)渣場(chǎng)的管理還是主體責(zé)任不明確,管理制度、安全責(zé)任制度沒有建立起來(lái),對(duì)渣場(chǎng)沒有檢查,即使檢查也是形式上的,很不專業(yè)。2)選址沒有評(píng)估,建設(shè)沒有規(guī)劃設(shè)計(jì)。渣場(chǎng)選址和規(guī)劃設(shè)計(jì)被忽視,沒有進(jìn)行專業(yè)的評(píng)估和規(guī)劃設(shè)計(jì),先倒渣后設(shè)計(jì)護(hù)坡,且邊坡的角度偏大均在1∶1左右,而規(guī)范的渣場(chǎng)邊坡的角度為1∶3～1∶2,這就給渣場(chǎng)滑坡埋下了很大的安全隱患。3)倒渣不科學(xué),沒有設(shè)計(jì)。倒渣作業(yè)沒有設(shè)計(jì),煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾混排且又不碾壓,先前倒渣從上往下倒,從去年才改為從下往上倒,人為地在渣場(chǎng)內(nèi)部形成了軟弱面和不均勻沉降。這種滑坡治理難度大,常規(guī)做法時(shí)對(duì)渣場(chǎng)穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算,修正渣場(chǎng)邊坡的高度和坡度或者修筑擋土墻進(jìn)行工程攔截,使邊坡的余推力法安全系數(shù)大于1.2～1.3。4)排水設(shè)施不健全。如果在暴雨時(shí),渣場(chǎng)排水不及時(shí),大量的地表水便匯入渣場(chǎng)。雨水滲入內(nèi)部后,渣場(chǎng)原來(lái)的平衡狀態(tài)便會(huì)發(fā)生變化,渣場(chǎng)充水飽和,增加了渣場(chǎng)重量,又增加了水的滲透壓,而水又造成渣場(chǎng)內(nèi)部發(fā)生泥化現(xiàn)象,降低內(nèi)部潛在滑動(dòng)面的摩擦力,從而形成渣場(chǎng)滑坡。

1.2 渣場(chǎng)泥石流形成機(jī)理及形成條件

1.2.1 泥石流形成機(jī)理

泥石流從成因上分為水動(dòng)力成因泥石流和重力成因泥石流。

水動(dòng)力成因泥石流是大量松散的固體物料堆積在匯水面較大的山谷地帶,在動(dòng)水沖刷作用下沿陡坡地形急速流動(dòng)。渣場(chǎng)發(fā)生的泥石流便屬于此種成因的泥石流,這種泥石流對(duì)環(huán)境破壞相當(dāng)大,對(duì)下游是相當(dāng)大的危險(xiǎn)源。

重力成因泥石流是吸水巖土遇水軟化,當(dāng)含水量達(dá)到一定時(shí),便轉(zhuǎn)化為粘稠狀流體。此外,亦可能有坍塌、滑坡體直接轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗍鳌８鶕?jù)R.A拜格諾的顆粒流理論,粘滯流體中的固體顆粒在動(dòng)能作用下彼此撞擊頻繁,使顆粒及相鄰滑移層間動(dòng)量交換,進(jìn)而使流體中的固體顆粒具有彌散壓力,被水軟化成液體的泥化母巖(如黏土、風(fēng)化巖)與巖土塊及水混合成漿體(液固相),在滑坡勢(shì)能轉(zhuǎn)化來(lái)的動(dòng)能作用下,促使滑體向流動(dòng)轉(zhuǎn)化,形成泥石流。渣場(chǎng)由于堆積物空隙比較大,遇水很容易軟化,在邊坡地帶易出現(xiàn)重力成因泥石流,對(duì)邊坡影響比較大。

1.2.2 形成泥石流的條件

1)山谷內(nèi)含有大量的松散巖土;2)山坡地形陡峻、具有較長(zhǎng)的溝床縱坡;3)泥石流區(qū)的上中游有較大的匯水面積。

1.3 渣場(chǎng)環(huán)境污染表現(xiàn)形式

1)土地污染。渣場(chǎng)作為收容垃圾的場(chǎng)所,其中必然存在大量的固體小顆粒,無(wú)論是哪種工藝,在卸土和轉(zhuǎn)排時(shí),隨著排棄的粉煤灰在渣場(chǎng)坡面滾動(dòng)和風(fēng)力的作用下,便產(chǎn)生大量的灰塵,隨風(fēng)四處飛揚(yáng),污染渣場(chǎng)周圍環(huán)境;此外煤矸石還含有SiO2和Al2O3以及鐵、錳等常量元素,和其他微量的鉛、鎘、汞、砷、鉻等有毒重金屬堆放在露天中,經(jīng)受風(fēng)吹、日曬和雨淋等風(fēng)化剝蝕作用,其中有毒重金屬有可能通過雨水滲入土壤,從而影響土壤環(huán)境。2)大氣污染。渣場(chǎng)對(duì)大氣的污染主要是由煤矸石自燃帶來(lái)的。煤矸石有C,H,S等可燃元素,經(jīng)硫桿菌催化作用在有水和空氣的條件下率先發(fā)生氧化還原反應(yīng),釋放大量的熱量,使矸石山的內(nèi)部溫度逐漸升高而自燃。矸石自燃后產(chǎn)生大量的CO,SO2,H2S,CH4,C2H2,NH3,N2,H2等可燃性氣體,使矸石山燃燒加劇。而硫化物氣體的大量排放加劇酸雨的發(fā)生,使污染面積進(jìn)一步擴(kuò)大。3)水體污染。煤矸石中的重金屬及有毒元素受雨淋、沖刷作用滲入水體造成地下水體污染。

2 對(duì)策

2.1 加強(qiáng)管理

建立管理機(jī)構(gòu),明確責(zé)任,做好渣場(chǎng)的檢查和監(jiān)測(cè)工作,并不斷完善渣場(chǎng)的治理工作,使渣場(chǎng)既能滿足倒渣需要,又把渣場(chǎng)對(duì)環(huán)境的影響降到最小。

2.2 完善渣場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)整倒渣工藝

1)倒渣從底部開始,將建筑垃圾堆置在渣場(chǎng)底層以增加渣場(chǎng)的透水性和穩(wěn)固基底,以及將大塊巖石堆置在最低一個(gè)臺(tái)階反壓坡腳。2)針對(duì)煤矸石的自燃問題采取煤矸石和粉煤灰混排的原則,減小矸石堆的滲透率(它表征了向矸石堆供氧的難易程度),在接近溝的兩側(cè)坡面5 m以內(nèi)不倒煤矸石,使煤矸石徹底與空氣隔絕。3)先修擋壩后倒渣:a.施工比較容易,造價(jià)低;b.利于壩體的穩(wěn)定。

2.3 建設(shè)與完善渣場(chǎng)的排水設(shè)施

1)修筑和完善渣場(chǎng)的截水溝。應(yīng)在渣場(chǎng)上方的山坡上修建截水溝,以便雨水和地表水集中排至渣場(chǎng)外圍。場(chǎng)內(nèi)平臺(tái)應(yīng)實(shí)施2%～3%的反坡,并在渣場(chǎng)平臺(tái)修筑排水溝攔截平臺(tái)表面山坡匯水。

2)修筑涵洞。當(dāng)渣場(chǎng)上游匯水面積比較大或渣場(chǎng)比較大,渣場(chǎng)內(nèi)部的截水溝滿足不了排水要求時(shí)要修筑涵洞對(duì)其疏干。

2.4 修建護(hù)壩擋墻

1)護(hù)壩擋墻是用片石砌筑在可能發(fā)生潛在滑動(dòng)面位置上的一種工程治理措施。片石砌筑分為干砌和漿砌片石,干砌石壩,因其滲透性好,施工簡(jiǎn)單,造價(jià)低,在渣場(chǎng)形成后,可成為預(yù)先埋置的抗滑擋墻,普遍用在渣場(chǎng)上。重力壩除具有預(yù)防滑坡的作用外,對(duì)泥石流也具有一定攔截作用,并且它還為水的排泄和渣場(chǎng)內(nèi)部的疏干提供了條件。2)新型材料在邊坡治理中的應(yīng)用。植生袋(生態(tài)袋)是荒山、礦山修復(fù)重要的施工方法之一。因其使用簡(jiǎn)單方便,植物出苗率高,坡面護(hù)坡、綠化效果持續(xù)穩(wěn)定,目前已普遍被渣山治理認(rèn)同,并以較快的速度在全國(guó)推廣應(yīng)用。植生袋共分五層,最外及最內(nèi)層為尼龍纖維網(wǎng),次外層為加厚的無(wú)紡布,中層為植物種子、有機(jī)基質(zhì)、保水劑,長(zhǎng)效肥等混合料,次內(nèi)層為能在短期內(nèi)自動(dòng)分解的無(wú)紡棉纖維布。

2.5 渣場(chǎng)環(huán)境污染治理

污染的控制一般為短期內(nèi)黃土覆蓋和間歇膜覆蓋,長(zhǎng)期為生物治理。首先要把渣場(chǎng)分成幾個(gè)區(qū)域,倒渣要按優(yōu)先的原則分區(qū)域進(jìn)行,根據(jù)倒渣量多少確定覆蓋面積的大小,其次再根據(jù)倒渣臺(tái)階的形成順序,選擇場(chǎng)地實(shí)施綠化。

綠化根據(jù)場(chǎng)地的不同分為坡地和平地綠化,坡地綠化選擇人工播草,人工播草方式采用混播方式,即將草種混合播種,草種可選擇蒺藜、大薊、苦買菜等。平地采用人工造林方式,在矸石山造林不同于一般山地造林,根據(jù)矸石山環(huán)境特點(diǎn),播種造林不易成活,宜采用植苗造林,樹木成活率高。樹種選擇紫穗槐,成活率在95%以上。

在矸石山局部自燃地帶,可采用開溝散熱的措施,降低地表溫度,使樹木得以成活生長(zhǎng)。在自燃地帶其地表溫度達(dá)55℃,樹木不能生長(zhǎng)。方法為在矸石山每隔3 m～4 m挖一條5 m～15 m長(zhǎng),1 m～2 m深,1 m～2 m寬的帶狀溝,讓熱量和有害氣體從溝中排出,在間隔地帶造林,使矸石山全面披上綠裝。

矸石山年限和風(fēng)化程度不一,造成土壤結(jié)構(gòu)和酸堿度不同,半干旱地區(qū)矸石山一般偏堿性,可使用硫酸亞鐵方法解決,具體方法是對(duì)于pH值8.1以上地段施用硫酸亞鐵2250 kg?hm-2可使pH值調(diào)到6.5～7.5之間。

3 結(jié)語(yǔ)

渣場(chǎng)在煤炭加工行業(yè)的作用是無(wú)可替代的,但是如果渣場(chǎng)管理工作不到位,措施跟不上,就會(huì)給企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)很大危害。因此煤炭企業(yè)必須對(duì)渣場(chǎng)的治理給予足夠的重視。根據(jù)各自渣場(chǎng)的特點(diǎn),因地制宜地采取措施,防患于未然,讓其更好地為企業(yè)服務(wù)。