豫东某矿矸石山综合治理实例研究

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  摘要:矸石作为主要工业固体废弃物,其治理工作水平对煤矿环保工作影响巨大。本文针对豫东某矿井矸石山综合治理方案进行全面分析和研究,指出这一治理方案本着固体废弃物减量化、资源化处理的原则,管理与技术手段并用,基于固体废弃物管理全过程进行综合治理,既考虑了环保需求,又考虑了生产经营需求,通过多目标协同决策实现了整体方案的效益最大化,值得业界人士在处理同类问题过程中参考和借鉴。
  关键词:矸石山;综合治理;实例研究
  一、概述
  煤矸石是煤矿建井、开拓掘进、采煤和煤炭洗选过程中产生的干基灰分大于50%的岩石,是矿区污染最严重的固体废弃物,是当前世界十大主要工业固体废物之一,大量矸石的堆弃不仅占用场地,浪费土地资源,还可能造成自然、山体滑坡等灾害,同时还会污染大气、土壤、水源等,给矿区环境带来严重危害。为此,矸石山治理工作是煤矿一项十分重要的工作。
  二、治理前矿井矸石贮存场环境状况
  豫东某矿井兴建于上世纪八十年代,核定生产能力450万吨,由于建矿时征用场地较小,导致矸石山面积偏小,且受井下物资装运管理不到位等因素影响,导致升井矸石中混入各类生产杂物较多,使得矸石管理存在如下问题:
  (1)矸石贮存场堆放不规范,生产垃圾、生活垃圾未能及时清理,部分混入矸石,难以分拣,又无法处理,长期占用大量矸石贮存场地;(2)由于没有专门的存放场地,炉渣、废旧皮带、废旧矿车、废旧钢丝绳等也堆放在矸石存储场地,不利于二次处理;(3)矸石贮存场周边地面未硬化,集排水设施不畅通,矸石场地雨天积水严重,通行困难,晴天扬尘飞溅,污染大气。(4)矸石贮存场南围墙倾斜,存在安全隐患;(5)矸石山固定裸露区未绿化覆盖,易造成扬尘。
  面对种种问题,该矿于2016年下半年开始,计划对矸石山进行彻底整治,综合治理,实现矸石山管理的根本性改变,提高矿井环境保护工作再上新台阶。
  三、综合治理方案
  结合矿井矸石山现状,在分析各类方案有效性,并比较相关方案优劣的基础上,矿井矸石山综合治理方案最终形成,具体内容包括:1、对矸石山山体采取因地制宜的手段,通过硬化绿化山体,达到固定山体,防止地质灾害,减少扬尘的目标;2、对矸石山周边场地环境进行综合治理,一方面对周边场地进行硬化并构建排水系统,另一方面建立矸石堆放场地喷雾系统,实现喷雾全覆盖,同时还大面积开展场地绿化,实现了有效降低场地扬尘的目标;3、将治理形成的场地规划成周转料场,强化升井物资管理,实现升井物资分类回收,分区码放,既提高了场地利用率,又避免各类生产资料及生活生产垃圾混入矸石山,减少矸石山固体废弃物产生数量;4、与矿外矸石砖厂建立有效拉运管理机制,定期处理矸石,保证矸石山矸石存量不超标。
  四、主要工作
  该矿井矸石山综合治理项目具体工作内容包括矸石山覆土绿化工程、喷浆硬化工程、地坪硬化工程、排水系统建设、植树绿化工程、喷雾系统构建及周转料场建设工程。
  1、矸石山覆土绿化
  为减少矸石山体表面裸露,对矸石山南侧、北侧山体表面坡度较缓部分的裸露矸石进行覆土,覆土面积约2800㎡,覆土厚度约200mm,覆土完成后撒草籽后,每天不定期开喷雾系统进行喷淋,确保尽快形成草坪,实现对矸石山大部分山体的绿化工作。具体工作包括:
  ①根据现场实际情况,安排机修车间加工专用吊土斗,吊土斗使用1.6mm厚钢板,规格1m*1m*1.3m,下部设计为可活动式。
  ②提前将土运至现场,运输队铲车装土后,吊车吊至矸石山上人员负责打开下部盖板放土,人员开始平土。
  ③对覆土部分全部覆盖式洒四季常青草被,之后每天利用喷淋系统洒水。
  ④在覆土部分矸石山大量种植杨树、紫穗槐及各种植被,通过选择乔木杨树、灌木紫穗槐、冬青、草坪、藤本植物爬山虎等适宜植物有机结合,发挥最大生态效益。
  2、矸石山喷浆硬化
  该矿井矸石山还存在部分山体坡度大,无法覆土绿化的问题,为此,在迎头落矸区以外坡度较大,无法覆土的山体部分安排区队打短锚杆挂网喷浆,形成封堵层,喷浆面积1800㎡,喷浆厚度100mm,这样不但可以稳定山体坡面,还可以抑制扬尘产生。
  3、周边地坪硬化
  为减少场地扬尘,在治理矸石山山体的同时,矿井对矸石山周边场地进行硬化整治,具体工作包括:
  ①场地平整;
  ②构筑挡土墙设施(长80m×宽370mm×高3m)
  1)原1.7m高砖墙拆除后,重新砌筑37砖墙,高度与原东门岗西侧砖墙高度(2.45m)一致。
  2)垫层:100mmC20混凝土,墊层上表面标高为-0.365m。
  3)砖基础:采用放大脚基础(5层50墙、5层37墙)
  4)砖墙南侧1:3水泥砂浆抹灰收光。
  5)每隔3m预留50砖垛,砖垛留在北侧。
  ③场地硬化(硬化面积:8800㎡),在原夯实矸石层上,铺设30cmC30混凝土路面。混凝土采用商品混凝土(具体硬化工作见图1:矸石山周边场地硬化布置图)。
  4、排水系统构建
  由于矸石山周边场地硬化面积大,因此在对场地进行硬化的同时,还必须要设计施工完善的排水系统(图2:矸石山排水布置图)。
  (1)硬化场地区域雨水收集系统
  硬化场地区域面积约0.8万㎡,北高南低、东高西低,设计硬化平面坡度5‰,现浇排水沟(水沟壁采用200mm厚C30混凝土,水沟底采用100mm厚C20混凝土,水沟盖板采用废旧钢盖板)南北方向各一道共计长度约100m,设计内控规格0.5m宽×1m深,阴天下雨时雨水自南向北、自东向西流至排水沟,排水沟与沉淀池连通,沉淀池设计规格为长2.5m×宽2.5m×深2m,沉淀池设计有一个溢流口,雨水满时溢流至东门东西路北侧水沟,经水沟自东向西流至选煤厂污水收集池。   图2 矸石山排水布置图
  (2)矸石山区域污水及雨水收集系统
  矸石山区域占地面积约0.5万㎡,喷淋水源为综合利用矿井水,喷淋洒水时经冲刷形成污水。另落矸侧底部建有2个集水井,设计规格为长3m×宽2m×深2m和长2m×宽1m×深1.2m,2个集水井与硬化场地排水沟连通,喷淋洒水或阴天下雨时,污水经集水井收集,溢流至排水沟、沉淀池,再经沉淀池溢流至东门东西路北侧水沟、至选煤厂污水收集池。
  (3)污水、雨水综合利用系统
  选煤厂污水收集池设计规格为长4m×宽4m×深4m,安装一台潜水泵,排水能力90m?/t,污水排至容积约2600 m?浓缩池,浓缩池水满时溢流至下部一集水池,集水池设计规格为长5m×宽4m×深4m,安装一台潜水泵,排水能力150 m?/t,污水自集水池排至矿井水一级集水池,经矿井水污水处理系统处理,循环用于洗选水和矸石山喷淋洒水,或经一级集水池自流直至矿井水输水泵站蓄水池,通过自吸污水泵、地下供水管路供往煤化工。
  5、周边植树绿化
  为减少扬尘,在矸石山山体南北两侧及周边硬化场地边缘进行植树绿化,以进一步降低扬尘,具体工作包括:
  ①硬化场地南侧、东侧、北侧墙体内侧换填土,换填深度1.5m,换填宽度2m,换填长度325m。
  作法:矸石山硬化场地南侧、东侧、北侧(长度:314m,宽度2m),按照等间距3m种植胸径10cm高杆女贞,高杆女贞之间栽胸径6cm杨树,刚竹间距400mm种植刚竹4排(刚竹:直径2.5mm,高度2m),绿化带外侧铺设1000*300*120mm混凝土路边石,长度:315米,路边石做水泥砂浆基础。
  ②矸石山山体南侧、北侧挖深800mm换填土(南侧换填长度65m,宽度2m;北侧换填长度60m,宽度2m)
  作法:喷浆硬化区下方四周以种植爬山虎、红花草为主,爬山虎双排间距500mm布置约240棵,红花草面积约300㎡。绿化带外侧铺设1000*300*120mm混凝土路边石,长度:125米,路边石做水泥砂浆基础。
  6、喷雾系统构建
  在对矸石山山体绿化硬化,及周转场地硬化施工结束后,该矿井还进一步考虑降低场地扬尘,考虑到山体必须留有落矸侧,在矸石排放时仍会产生扬尘,同时硬化场地面积较大,同样需要一定的降尘措施,为此矿井施工构建了一整套喷雾系统,实现矸石山喷雾全覆盖,主要包括两方面内容:
  ①矸石山山体喷雾系统:由洗煤厂处理水管路分出两趟4寸管路分别沿着矸石山斜巷两侧布置至山顶,两侧共布置小喷头20个、FYP40喷头6个,其中小喷头旨在对排矸系统沿线进行降尘,FYP40喷头旨在对山体落矸侧进行降尘;
  ②矸石山周边区域喷雾系统:由洗煤厂处理水管路分出一趟2寸半管路,沿矸石山硬化区四周均匀布置FYP40喷头5个,安装高度6m,旨在对矸石山周边场地进行喷雾降尘。
  具体使用过程中,山体喷雾在排矸工作进行时开启,周边喷雾每天定期开启,有效减少了堆放点积尘,降尘效果十分明显。
  7、周转料场建设
  矿井升井物资用矿车装运,由于该矿原有地面运输系统线路较短,多个料场只能采用叉车单车端送,且各类物资存放地面分散,导致升井物资卸车效率低,生产紧张时区队往往直接混在矸石倾倒到矸石山,导致矸石与部分生产垃圾、生活垃圾甚至生产资料混堆,难以分类处理,长期积压,占用并污染场地。同时铲车和叉车的频繁使用,存在较大安全隐患、废气污染且成本较高。
  为此特别将矸石山周转硬化场地规划成周转料场,并建立完善的轨道运输系统,使得升井物资可以用电机车直接送往料场,并在料场分区分类卸车码放,既提高了生产资料的回收率,又避免升井物资混入矸石山,减少固定废弃物生产量,实现了环保、经营双收益。具体工作包括:
  8.场运输系统建设
  将原有地面运输系统进行延伸,在新的硬化场地铺设22kg轨道,约280m,采用22kg水泥轨枕,预埋进地坪,地坪上表面与轨道上表面一致,与矸石山西侧轨道运输系统连接,具体敷设路线详见图3:矸石山轨道运输布置图。
  ②料场材料分区规划
  为便于物资周转及废旧材料处理,该矿就矸石山周转料场进行规划,按照升井物资规模在矸石山周转料场利用废旧六寸钢管加工立柱,废旧三寸钢管加工横栏,阻隔形成了十二个物料码放区,同时出台《升井物资卸车管理规定》,加强区队升井物资卸车,实现了升井物资分区分类码放管理。
  ③料场供水管网建设
  由于规划好的周转料场面积较大,必须考虑使用过程中环卫工作,为此在料场建设过程中特别采用废旧2.5寸注浆管沿料场周转敷设了一趟长315米的供水管路,用于打扫卫生及喷雾系统供水。具体敷设布置详见图4:矸石山供水管路布置图。
  ⑤其他
  作为周转料场,矸石山周边围墙较低,存在一定隐患,为此特别安排对围墙进行加高,并安装防护网。
  8、其他配套工作
  矸石山综合治理是一项长期的工作,除了上述硬件建设之外,还需要配合相应的管理手段,在上述工作结束后,该矿井还采取了一系列管理手段,来提升矸石山环境治理工作效果,主要包括:
  ①优化井下巷道施工设计,减少矸石生产量
  固体废弃物管理的最直接手段在于减少固体废弃物产量,该矿大力开展优化设计,减少巷道施工量,并根据井下巷道用途合理设计断面,能用小断面,不采取大断面,以节约成本,并减少矸石生产量。
  ②完善矸石拉运机制,实现矸石存量合理
  由于该矿矸石山面积小,可存量偏低,如果不能及时处理,必将影响正常生產秩序。为此,矿井与矿外矸石砖厂建立了有效的矸石拉运管理机制。
  五、项目实施效果
  通过一整套综合治理手段,该矿井在矸石山综合治理过程中,变被动恢复型环境治理为主动发展型环境保护与开发,把矸石生态治理与矿区生态建设、环境污染治理、材料周转使用等工作相结合,大大减少了矿区固定废弃物存量,美化了矿区环境,形成开发与整治相结合,发展与环境相协调的良好局面,实现了矸石山生态治理与矿区经济效益、社会效益、环境效益的同步提高,促进了矿区的可持续发展。
  总之,这一矸石山综合治理方案本着固体废弃物减量化、资源化处理的原则,管理与技术手段并用,基于固体废弃物管理全过程进行综合治理,既考虑了环保需求,又考虑了生产经营需求,通过多目标协同决策实现了整体方案的效益最大化,值得业界人士在处理同类问题过程中参考和借鉴。
  参考文献:
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  [3]武乐鹏.贺西煤矿矸石山的绿化治理[J].洁净煤技术,2015,21(6):123-126.
  作者简介:
  靳海波(1986 -1)男,汉族,山西大同人,2008年山西大同大学专科毕业,助理工程师,研究方向工程管理。
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