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【论文精选】浅谈煤矸石山生态重建技术

 May250308 2022-02-06


浅谈煤矸石山生态重建技术

引言

煤炭作为我国最主要的一次性能源,此种能源结构在相当长的时间内不会改变。由于煤炭在开采和利用过程中,产生了大量的环境污染和生态破坏问题。尤其是煤炭采矿过程中不可避免的煤矸石大量排放,限于技术经济等条件的不足,目前我国煤矸石的资源化综合利用比例不到30%,因此大范围大批量的煤矸石堆存在煤矿区,形成矿区特有的景观元素———煤矸石山。

煤矸石山堆放在自然环境中极易发生自燃、淋溶和扬尘等,对大气、水体以及土壤等造成严重污染。无规律堆放的煤矸石山根基不牢,还容易发生滑坡泥石流等地质灾害。基于这些原因,煤矸石山生态环境问题已经成为制约矿区可持续发展乃至区域生态安全的重大隐患。因此,煤矸石山的生态重建工作已刻不容缓。

煤矸石废弃地的植被恢复和生态重建一直备受关注,结合近几十年来国内外专家的研究情况和试验结论。笔者总结了一些矸石山生态重建技术,希望为发展绿色、和谐矿区提供有力的技术理论支持。

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1.煤矸石山生态重建技术

1. 1矸石山整形整地技术

为了减少压站土地,煤矸石山的主要堆积方式是成锥形,以堆积成高度过高、坡度过大的为主。锥形矸石山不利于植被复垦绿化,并且易发生滑坡泥石流等地质灾害。通过矸石山整形设计,将其改造成梯田式、螺旋线式、微台阶式以及借鉴国外大多堆放的缓坡形式。微台阶式是一种较简易省工的方法,也是最宜采取的整形设计方法。因为矸石山形状和概况都有各自的特殊性和优缺点,所以要根据各地矸石山的矿山地质条件因地因境制宜,从而为矸石山绿化提供良好的地质基础。另一方面为防止矸石山发生水土流失和山体滑坡,创造植物生长的有利条件。

在对煤矸石山进行整形整地时,既要考虑工程的实施,也要考虑景观优美。通常在整形设计时要考虑,如建立一条环山道路直达山顶,便于运料和整地施工以及工作人员和游人登顶;对山顶进行整平和建立亭台、休闲活动场所等,在煤矸石山的一些适宜位置建立错落有致的石阶供游人登山,增加矿区社会人文效应;重新压实和堆排煤矸石在一定程度上可以防止矸石山自燃;此外,矸石山表面覆土在雨后极易被侵蚀,为了防止水土流失必须考虑设计完善的排水系统,减少不必要的经济损失。

煤矸石山的整地方式主要有全面整地和局部整地,全面整地工程量大且经济效益不高,因此大多采取局部整地方式,局部整地有利于蓄水保熵且经济省工。煤矸石山的整地应按照至少提前一个雨季的原则进行,这样有利于栽培带的蓄水保墒和提高有机质等养分含量。

煤矸石山整形整地的主要目的和作用在于减缓坡度、改善空隙状况,改善局部土壤的养分和水分状况,提高土壤的持水和供水能力;调整地表结构,减少水土流失;增加栽植区土层的厚度,以便植被恢复施工,提高造林质量和栽植成活率。

1. 2矸石山覆土技术

矸石山覆土是将外来的土壤、粉煤灰、污泥等覆盖到煤矸石山的表面,以增加土层厚度,迅速有效地调整煤矸石山表层土壤结构,达到改良质地、提高肥力的目的。此外,在矸石山上覆土同时加些树皮或锯末等材料,可直接为植物提供生长所需介质,实现快速有效复垦。其优点就是植物的生长环境改善,尤其是土壤环境的改善较大,除适宜较多的树种生长和造林成活率较高外,还可以种植一些农作物和牧草,达到快速改善矸石山生态环境的效果。根据煤矸石山表面风化程度的不同,在进行植物栽培之前,应根据各自矿区特性采取适当的覆土措施。

在覆土绿化技术中,覆土的厚度是关键因素。对风化程度好的煤矸石山, 一般不再覆土,稍微对土壤改良就直接进行种植;对于风化程度稍好的煤矸石山,其表面酸度过大、含盐量高或表层温度过高时,采用薄层覆土是一种最经济实用的覆土植被恢复技术。薄层覆土大大降低了复垦地造价,同时对于出苗、保苗比较有利,还可以使幼苗免受高温灼伤,不会降低植物根系的抗逆性,并且采用薄层覆土栽植,植被的根系能够深入到矸石风化物深,吸收矸石山深层的水分和养分,有利于植物的成活和发育。对于没有风化或风化程度极低的煤矸石山,即矸石山表面全为不易风化的大块矸石,必须覆土50 cm以上后再进行种植。厚层覆土虽然可以让植被在短期内迅速生长发育,但由于需要的土方量增加,且运输距离较远,从而提高了复垦投资,难于推广。目前多采用局部换土的方法,在矿区内部进行调换,节约土方的挖掘和运输费用,并有较高的经济效益。

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1. 3矸石山污泥覆盖技术

污泥覆盖技术是将生活污水和工业污水中的沉淀物,直接覆盖在矸石山表层的技术方法。利用这种方法,在对矸石山进行立地改良和植被恢复工程操作中,是值得提倡的方法。众所周知,污泥是生活污水厂的主要产物之一,目前污泥处理多采用浓缩、脱水、干化、消化、堆肥、焚烧、填埋等手段, 处理费用约占污水厂运行费用的20 ~ 50% , 并且工程耗费严重。采用污泥覆盖矸石山技术,可以从源头上减少污泥处理费用,并且可以到达矸石山基质改良的效果。利用污泥覆盖对煤矸石山进行植被恢复具有一些独特优点,首先,污泥中含有丰富的氮、磷、钾植物营养物和植物所必需的微量元素,可以较大程度提高矸石山的肥力水平。其次,污泥具有流动性, 可添堵煤矸石山表层的大空隙, 有效地改善煤矸石山表层的结构,防止矸石山自燃时氧气的供应。最后, 可有效减少覆盖层的运输环节,降低覆盖绿化成本和污水厂的处理成,提高废物利用率,减少二次污染。污泥覆盖技术总体上既能提高矸石山表层保水性能及肥力,较好地提供和改善矸石山植物的生长环境,具有较高的经济效益,可谓一举多得。

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1. 4矸石山自燃防治技术

煤矸石山自燃是一种比较特殊的燃烧系统,它的起燃和维持燃烧、火区的转移同一般火灾有很大差别。在采取防治措施时,不仅需要考虑常规灭火的一般规律,还要考虑煤矸石山的特殊规律。加强煤矸石山自燃的预处理,分析研究可燃物燃烧机理,从各个环节控制矸石山自燃是防止煤矸石山自燃的必经环节。

首先,煤矸石堆积前应加以分选回收黄铁矿及煤矸石中的残煤,减少和清除煤矸石中的可燃物质是治理矸石山自燃的根本途径,不仅能有效预防自然, 而且具有一定的经济收益。此外,改进煤矸石的排放工艺,减少煤矸石中硫化物的活化性能,即减弱其氧化反应必须的水及空气条件。切断供氧的方法在煤矸石堆放时应考虑几个原则,尽量平面堆放,降低煤矸石山堆放高度, 从而限制矸石山热量聚集能力;堆放过程中可使用推土机并用重型机械并覆土压碎压实,降低黄土与矸石的渗透率,即减小矸石堆的孔隙率,隔断氧气供应。应当建设适当排水系统,减少水侵入矸石山,从而缓解煤矸石山的氧化过程。目前还采用注浆方法治理煤矸石山自燃,就是采用灭火材料一般多为碱性物质,在矸石山火区布置一系列的钻孔,然后用注浆泵将灭火浆液注入矸石山内部。迅速使内部矸石降温,还可以起到阻隔空气的作用。最后,待矸石自然熄灭后, 再覆盖一定厚度的黄土层,并实施绿化技术,从而就可以彻底消灭矸石污染危害,创建优美的矿区生态环境。

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1. 5矸石山绿化植物种类选择

煤矸石山生态重建的主要目的是通过发挥植被的防护功能改善生态环境,同时因立地条件特殊,要求选择具有一定特殊抗性的树种。要根据煤矸石山当地的地形地貌、气候特征、土质和水文情况以及绿化所要达到的目的来确定。煤矸石山适宜植物种类的选择通过实地考察,首先应选择当地乡土植物,结合其他试验成果,种植一些适应性和抗逆性强的植物种类。为达到矸石山生态重建,选择树种时把保持水土流失和土壤快速改良为其重点考虑。最后还要兼顾植被效益最优原则,即乔、灌、草相结合的种植原则。

植物种类的选择是煤矸石山绿化的关键,应根据煤矸石山植被恢复与生态重建的目标要求,从实际的立地条件出发,并借鉴以往的成功经验,科学地、因地制宜选择适宜树种。改造其生态景观,从而使煤矸石山生态环境成功转型,发展生态景观旅游。结合目前我国许多矿山或矿业城市面临严重的环境破坏和资源枯竭问题,解决问题的根本出路是贯彻科学发展观,走绿色矿业道路,矿山生态旅游正是这一思想的最佳体现。

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1. 6其他技术的运用

“3S”集成技术即GPS ( 全球定位系统) 、RS ( 遥感) 、GIS ( 地理信息系统) 的综合运用。在幼苗培育工程中,使用“3S”技术监测幼苗的成长情况,使用费用成本低并且效率高。此外,在预测和防治煤矸石山自燃爆炸事故发生中,使用该技术能够快速定位灾害发生地,减少经济损失。“3S”技术可以在煤矸石山生态重建的过程中使用,在无人监控下进行矸石山的生态重建,收到较好的环境和经济效益。

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2 结语

矿区生态恢复重建是一门庞大的系统学科,它涉及多学科、多门类技术。由于我国的大型露天煤矿大多处于干旱、半干旱的生态脆弱区,采矿对土地的破坏,生态环境破坏尤为严重,煤矸石山的周围环境和立地条件就显得更为恶劣。因此,煤矸石山废弃地的生态恢复与重建需要采取科学设计,加之适宜的工程措施和生物措施进行改善。试验研究与大规模治理相结合,矸石山上草、灌、乔植物种类的合理种植。此外还要注意,初始植被并不等于永久植被,它需要长时间的实践考查。以生态效益为主,兼顾经济和社会效益,达到恢复和改善矿区的生态环境,为实现绿色矿区、可持续发展矿区奠定理论基础和技术支持。

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