梁洼礦務局軍營溝煤矸石山地質環境問題治理

劉丹++潘廣燦

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.042

摘 要：煤矸石山在長期堆放過程中，矸石中的有害物質易被雨水溶淋，污染水土；矸石中裸露的細顆粒物質極易形成揚塵污染空氣；若遇暴雨洪水，矸石山垮塌可造成泥石流，有極大危險性。該文選取一個地方案例，從多方面剖析煤矸石山堆放對環境的危害，并提出相應的治理方案，以期對該方面的地質環境問題處理有所啟示。

關鍵詞：煤矸石山 污染水土 揚塵污染 泥石流 治理工程設計

中圖分類號：X143 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（c）-0042-02

1 礦區概況

1.1 地理位置

平頂山市梁洼礦務局軍營溝煤矸石山位于平頂山市石龍區天順煤業有限責任公司礦區之西側，石龍區與魯山縣交界處。治理區東距魯山-梁洼公路約6 km，距韓梁礦區直通平頂山的鐵路專線梁洼站約5 km，距現場鐵路90 km，有公路與治理區相通，交通極其方便。

1.2 地形地貌

礦區地貌屬丘陵，地勢東高西低，礦區內海拔標高190～232 m，相對高差42.00 m，地形平緩。

1.3 水系

礦區內水系不發育，西100 m有石龍河自北向南東流入魯山境內，匯入沙河，屬淮河水系。季節性水沖溝較發育，平時干涸，大雨可形成臨時水流，注入石龍河。石龍河主要靠雨季大氣降水補給，平時靠煤礦井下疏干排水補給。水質污染嚴重，屬重碳酸鈣鎂水，不能飲用。

1.4 氣象

礦區屬大陸性季風氣候，根據魯山縣、寶豐縣氣象站歷年觀測記載，年均降雨量為772.7 mm，最大降雨量為1 235.5 mm，最小降雨量為550 mm，降雨多集中在6～8月份。年平均風速2.9 m/s，最大風速24 m/s。冬季多西北風，夏季多東南風。年平均氣溫14 ℃，最高氣溫為42 ℃，最低氣溫為-17 ℃。6、7、8月份最熱，高達38 ℃，元月份最冷為-8.9 ℃。冷凍期一般在10月上旬至次年3月份上旬。最大凍土深度22 cm。

1.5 礦山地質條件

礦區位于華北陸地南緣，三門峽-魯山斷裂帶之北側，韓梁煤田西部。地質構造表現為兩個單元：即西部青草嶺逆沖斷裂帶，東部的石龍不對稱向斜。向斜核部地層為下二疊統山西組與下石盒子組含煤地層，兩翼地層為上石炭統本溪組與太原組。西翼地層產狀較陡，傾角50°～60°，東翼較平緩，傾角2°～6°。礦區位于該不對稱向斜之東翼。

該區地層多被第四系地層掩蓋，基巖零星出露，據鉆孔及礦井揭露，從老到新有：上寒武統，上石炭統本溪組、太原組，下二疊統山西組、下石盒子組，下白堊統大營組，第四系。

該區處于石龍不對稱弧行構造之東翼，南部略顯寬緩，背向斜構造特征，北部顯單斜構造特征。地層走向130°～210°，傾向90°～120°，傾角2°～6°。

礦區中部為正斷層，走向120°左右，傾角30°， 地層薄層20～30 m，除此，區內未發現較大的斷層，但小斷層較發育，據井下資料，每百米范圍內可見小斷層1～2條，均為正斷層，傾向北東，斷距1～2 m，延長10～20 m，對煤層開發影響不大。礦區構造復雜程度屬簡單構造類型。

治理區內未發現巖漿巖。

1.6 水文地質條件

治理區地表水系不發育，僅有石龍河從西側流過，經梁洼注入沙河。該區處于石龍不對稱向斜匯水“盆地”的補給逕流區。地下水的補給源主要為大氣降水，以梁洼趙嶺為界，以西為寬闊河谷地帶及海拔192～240 m丘陵區，基巖露頭不多，大面積被第四系覆蓋，降雨后產生的逕流量小。礦區外圍為低山丘陵，基巖出露，降雨后，形成逕流沿巖層傾向流入該區。治理區周邊礦井很多，采煤歷史悠久，老窯積水多，成為煤礦開采的安全隱患。在區域上，石龍區西部青草嶺以東至石龍河之間，由于青草嶺斷層的導水作用，地下水上升，建礦初期，有泉水近20處。而今，泉水不再噴涌，天然水體干涸，地下水位下降，石龍河流量減小，水質變差。

治理區有4個含水層：（1）上寒武統白云質灰巖含水層：由崮山組白云質灰巖、長山組泥灰巖夾薄層白云質灰巖及鳳山組白云質灰巖組成，為復合含水層。（2）上石炭統太原組灰巖含水層：右下部灰巖段和上部灰巖段組成的復合含水層，中夾薄層中粗粒砂巖。灰巖裂隙溶洞發育程度差，富水性弱。（3）二疊系砂巖含水層：主要由二1層上部之砂巖含水層組成的復合含水層，單層砂巖厚度不大，富水性弱。（4）第四系松散層含水層：分布第四系覆蓋地區，厚度5～10 m。埋藏淺，富水性弱，單位涌水量0.052 L/s·m。其含水性與大氣降水密切有關，隨季節變化。其中前3個含水層受矸石山影響不大。

各含水層之間均有不同厚度的隔水層。由老到新，自上而下依次為：上石炭統本溪組底部的鋁質粘土巖隔水層、太原組中部砂質泥巖隔水層及二疊系地層中的多層中的多層泥巖、砂質泥巖隔水層。

1.7 工程地質條件

砂質泥巖性軟易碎、節理發育，水浸后膨脹，抗壓強度44.17～122.43 MPa，中粒砂巖抗壓強度較高，抗壓強度16.55～138.88 MPa，第四系地層主要以黃褐色砂土、砂質粘土，含鈣質結核，底部多礫石為主，粉質粘土在天然狀態下，呈可塑-硬塑狀態，中等壓縮性。其容許承載力一般為190 kPa左右，不具濕陷性，當土中含碎石及鈣質結核成分時，承載力有所增大。

2 礦山主要地質環境問題

矸石山在長期堆放過程中，矸石中的有害物質易被雨水溶淋，污染水土；矸石中裸露的細顆粒物質極易形成揚塵污染空氣；若遇暴雨洪水，矸石山垮塌可造成泥石流，有極大危險性。礦區現在已無開采活動，矸石山已經定型，不再有繼續重新堆積的情況。矸石山現有堆積坡度：西側31°～37°、南坡34°～35°、東坡37°～57°、北坡36°～43°，部分坡度大于矸石自然休止角，矸石山處于不穩定狀態，極易產生矸石山邊坡失穩并進而為小型泥石流的產生提供物源，有極大危險性。對礦區及附近居民以及游人的安全構成嚴重威脅，必需開展礦山地質環境恢復與治理工作。

3 礦山地質環境治理工程

針對現有的地質環境問題，逐一進行治理工程設計。

3.1 削坡工程設計

現有矸石山坡度一般在31°～57°，為保證矸石山邊坡的穩定，治理后的矸石山邊坡坡度按27°進行控制，將矸石山頂部平臺整理高程確定為210.00 m。

3.2 矸石山排水系統設計工程

為迅速排除矸石山表面的地表匯水，防止地表水流沖刷坡面，造成水土流失，應建立系統的矸石山地面排水系統。矸石山縱向排水渠及水平環形截水溝采用矩形（寬0.5 m，深0.7 m），在坡角外側修一條環形排水渠（矩形，寬0.9 m，深0.9 m）。渠體為M7.5漿砌石結構，厚30 cm，每隔20 m留設2 cm寬兩氈三油伸沉縫一條。

3.3 覆土工程設計

對削坡后的矸石山進行表面覆土工作，覆土采用粘性土，覆土厚度0.75 m，覆土用機械運輸至場地內（取土來源于距場地5 km的地區），用人工運輸并輔以人工修整進行表面覆土工作。

3.4 生物工程設計

為保持矸石山穩定邊坡、控制水土流失、美化環境的作用，在矸石山頂部平臺及矸石山坡面地帶，采取種樹及直播種草的生物工程。植物以適應當地生長的小刺柏（高30～40 cm，樹冠20～30 cm）為主，在小刺柏及排、截水溝之間地帶，同時采用直播種草，達到美化環境的目的。

4 結語

通過這些治理工程的實施，一方面固定了平頂山市梁洼礦務局軍營溝煤矸石山，保護了矸石山邊坡的安全、礦區道路的安全和矸石山周圍辦公生活設施的安全。另一方面消除了矸石山堆積區內的地面起伏較大、低洼不平、多處積水、野草眾生的局面，有效改善矸石山周圍區域的環境條件。

參考文獻

[1] 王建國.中國礦業城市地質災害防治理論與技術手冊[M].煤炭工業出版社，2010.