摘要：开采历史较为长久的煤矿，早期在没有煤矸石综合利用概念的情况下，煤矸石一般排弃到排矸场堆放处置。矸石露天大量堆存，若堆放方式不大，在雨季暴雨的冲刷下，可能会发生大面积的滑坡而对排矸场周边环境造成不良影响。本文以云南省兴云煤矿小绿塘排矸场为例，分析预测该矿排矸场矸石堆放对周边环境的风险影响，并针对该影响提出切实可行的防治措施，为云南省内类似煤矿的排矸场综合整治提供借鉴。
关键词：煤矸石 综合整治稳定性
近年来，随着环境影响评价工作的发展，尤其是一些重大突发性事件或事故的发生，环境风险问题已经日益受到人们的关注，建设项目环境风险评价随之迅速发展起来。煤矿多年开采之后，排出的矸石堆积如山，矸石在排弃过程中若堆放方式不得当，排矸场排水系统欠缺，在雨季矸石山受雨水冲刷，有可能会发生大面积的矸石山滑坡，对周围环境造成污染。
1.煤矿背景
云南省兴云煤矿由云南东源煤电股份有限公司建设经营，行政区划隶属于曲靖市富源县后所镇庆云村委会庆云村管辖。
兴云煤矿原名后所煤矿庆云矿井，始建于1993年，经资源整合机械化改造，目前生产能力为115万t/a。截止2016年4月30日，兴云煤矿开采消耗资源储量为3135万吨，保有资源储量2604万吨。
2.排矸场概况
2.1 环境概况
兴云煤矿现有排矸场位于位于工业场地南面小鹿塘山坳里，距离主斜井工业场地直线距离约1500m。该场地系一东西向的山沟谷地，占地面积12.5hm2，原始地类主要为林地、旱地和荒地。主要植被有云南松、疏林、栗、杨梅、马桑灌从、草坡及旱地农作物植被。
排矸场基岩为上二叠统峨眉山玄武岩组（P2β），岩性为深灰、灰绿色含火山角砾凝灰岩、玄武岩、拉斑玄武岩组成。呈致密块状、斑状、杏仁状、气孔状，古风化裂隙发育，且充填白色网状铝土物质。下部、中下部玄武岩柱状节理发育。全层厚约400m。岩层坚硬，工程力学强度较强，抗压强度高，工程地质条件好，作为工程地基坚实而稳固。为相对隔水层。
2.2 原排矸情况
排矸场自煤矿投产时即投入使用，煤矿原煤生产产生的新鲜矸石及洗煤厂产生的洗选矸混堆于该排矸场，堆放方式为露天堆放。
由于早年煤矿产量较小，矸石产量也相对较小，煤矸石运至排矸场后均随意堆放。后虽昆明煤炭设计研究院对兴云煤矿排矸场进行了规划设计，但煤矿在排矸过程中，仍未按设计要求对矸石分台阶堆放、碾压及黄土覆盖等，实际堆放时堆放较为集中，堆放高度大，坡度陡峭，煤矸石中还夹杂一定煤泥，且排水系统较欠缺，钢筋混凝土挡矸坝未采取滤排水等措施。排矸场于2014年7月16日发生溃坝事件。
煤矸石大量涌出挡矸坝外，形成的洪积物堆体高约一米，将下游80m的废弃砖厂部分掩埋，进入河道的洪积物淤塞河道，使水体变浑浊，使水中的SS、COD浓度增加，SS浓度可达700mg/L以上，对人的感官视觉造成一定影响。排矸场溃坝后堆积在废弃砖厂及河道左岸岸边的洪积物没有及时清理，大风天气产生的扬尘对周边居民点等产生不良影响。
2.3 治理工程概述
排矸场发生溃坝后，煤矿于2015年9月委托昆明煤炭设计研究院对排矸场进行治理，并编制完成了《云南省兴云煤矿小鹿塘排矸场安全综合治理方案》。根据治理方案，煤矿需要对已经冲毁的坝体进行重建，并修复加固原有坝体，对排矸场进行削坡减载，并完善排矸场周边及场地内的截排水系统，同时定期对排矸场边坡进行监测。
（1）挡矸坝坝体新建、修复加固工程
原档矸坝加固采用原有结构形式，新建三角形支撑构件，新构件与原挡墙采用植筋技术连接。新建坝体根据地形及施工条件采用毛石混凝土挡墙，新老坝体连接部分采用钢筋混凝土板式挡土墙，坝体高度约20m。在新建坝体背部（与矸石相接面）设滤水层，坝体设排水孔，以便排出因垂向渗流进入堆体的降水。
（2）排矸场削坡减载工程
兴云煤矿排矸场治理前最高堆积标高为+2128.0m，最低挡矸坝底标高为+2020.0m，高差108.0m。综合整治工程设计将排矸场的最高排弃高度降低至+2110.0m后，将逐步减少矸石的堆放量，尽量对新产生的矸石进行综合利用，待排矸场服务期满后，即8.25a后将不再在此处排弃矸石，对场地进行关闭复垦。
降低标高后的排矸场最低标高为+2037.5m，比挡矸坝顶标高+2040.0m低2.5m，平段为5.0m，后分为5个坡段，前三个坡段坡度为1:1.8（约29°）第一、第二坡段长度为20.0m，高度为11.1m，两坡段间设2.0m宽马道及1.0m×1.0m排水沟，作为第二、三、四坡段的地表水截水沟。第三坡段长22.0m，高度12.2m，第四坡段坡度约为43°，长7.5m，高度为7.0m，第五个坡段坡度约为63°，长7.5m，高度为15m。排矸场顶部标高+2110.0m，与排矸道标高相平。
排矸场西南侧通往村庄的道路由于标高较低，在矸石堆积过程中存在隐患，故设计将该条便道标高提高，并砌筑挡土墙与排矸场相连接。
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排矸场在重新堆积的过程中，需要进行分层碾压，分层碾压的方法为由下至上每2m用推土机进行推平压实，压实后喷洒石灰水，并覆盖黄土，在坡面进行撒草籽进行临时护坡，待排矸场封场复垦时，种植乔、灌木类植物等一些植被对场地进行复垦，恢复周边生态环境。
（3）排矸场排水系统完善工程
① 排矸场西南面山沟中的山涧水
本排矸场汇水面积约0.56 km2，山沟中有季节性溪流通过，现有一条涵洞从排矸场南面穿过排矸场南部边缘，将山涧水引出场外，但由于涵洞入口位置处时常被堵塞，在村庄东南面，雨季时会形成小型堰塞湖，造成安全隐患，本次治理中，在排矸场西南面涵洞入口位置处重新砌筑一道小型挡矸坝，防止矸石滚落堵塞涵洞口，同时，在涵洞口西面重新砌筑排水沟，并加设跌水井，防止沿山涧流下的碎石泥沙堵塞涵洞口。
② 排矸场场地内的地表水
在排矸场南面边缘设置顶宽2.0m，底宽1.2m,高度为1.8m的梯形截面排水沟，由西向东引出场外，在重新堆积后的排矸场第一坡段顶及挡矸坝后平段位置设置北高南低的1.0m×1.0m的排水沟，将排矸场坡面流下的地表水引至南面的排水沟。在通往村庄的道路中段南面有一条山涧，有季节性溪水流淌，故山涧与道路相连的地方设置涵洞，穿过便道，将其一并汇入排水沟引出场外。
（4）排矸场边坡监测措施
定期对排矸场经行水平和垂直位移趋势观测，通过其收敛特征，进行滑坡预报。特别是雨季时，应缩短监测的间隔时间，对正在滑动的土体，需严密监控，必要时进行昼夜连续观测。
3.排矸场治理工程可靠性分析
3.1 排矸场边坡稳定性分析
本次边坡稳定验算利用中国水利水电科学研究院编制的边坡稳定分析程序STAB2009进行分析计算。
对可能的滑裂面，本次设计分别通过边坡稳定分析程序STAB2009采用传递系数法（隐式）和简化BISHOP法分别进行分析计算，并用整体单形法进行了优化计算。
由于排矸场位置处的地质资料掌握不全，验算按原始地形线下3米为基岩考虑。针对此次边坡稳定验算，本设计选取排矸场基底地形相对较陡、负荷最大的一条断面作为典型的剖面进行验算。
边坡稳定采用相关公式进行计算，分析结果可知，排矸场以30°形成边坡角，现状排弃至2110m水平时，不考虑水压作用影响的情况下，边坡最小稳定系数为1.425，满足设计规范要求。考虑1/3排高水影响的情况下边坡最小稳定系数为1.336，同样满足设计规范要求。
3.2 拦矸坝稳定性分析
根据《云南省兴云煤矿小鹿塘排矸场安全综合治理方案》的设计，拦矸坝稳定性分析选用抗滑稳定安全系数相关公式进行计算，分析计算结果：重建加固后的拦矸坝抗滑稳定系数为1.579＞1.3（允许值），抗倾覆稳定系数为10.189＞1.5（允许值）。设计拦渣坝抗滑稳定和抗倾覆稳定均满足规范要求，并有一定的裕度。
3.3 结果分析
综上所述，兴云煤矿现有矸石堆积物经削坡减载等措施综合整治后，排矸场总体上是稳定的，不会产生大的滑动，地形因素对边坡稳定是有利的矸石场发生溃坝的可能性极低。
4.风险防范措施
为预防排矸场可能产生的风险状况，提出如下风险防范措施：
（1）煤矿应严格按照《云南省兴云煤矿小鹿塘排矸场安全综合治理方案》中的要求，尽快完善排矸场周边截排水设施工程，及拦挡措施。
（2）煤矿在今后的排矸作业过程中，注意排矸方式，严格按照综合整治方案中的要求，严格控制堆矸高度和排矸场的边坡倾角，注意分台阶堆放、进行分层碾压。
（3）矸石场服务期满后及时进行土地复垦。
（4）加强边坡管理保证排矸场的边坡稳定。
5.结语
除了煤矸石自身对方方式、边坡坡度外水对排土场边坡稳定影响较大。为提高排土场边坡稳定性，煤矿可通过完善的排水系统、坡脚挡护及矸石分台阶堆放、覆土绿化等措施确保矸石堆的稳定性，以防止矸石堆发生滑坡溃坝等。
参考文献
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[4] 冯磊.董文斌.浅谈云南省兴云煤矿小鹿塘排矸场安全综合治理方案 科技创新与应用,2016年第24期，142.
论文作者:苏宇,尹莉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/10/31
标签：矸石论文; 煤矿论文; 标高论文; 稳定论文; 云南省论文; 煤矸石论文; 涵洞论文; 《基层建设》2017年第21期论文;