煤矸石的生态治理及综合利用.pdf

2 9 4 综合煤矸石的生态治理及综合利用文⊙ 谢武（长沙环境保护职业技术学院湖南长沙）摘要煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣，约占煤炭产量的 10％，对环境的危害很大。因此，加强对煤矸石的生态治理及综合利用已是一个刻不容缓、亟待研究解决的重要社会问题。本文简单阐述了煤矸石的生态治理工程及综合利用的途径。关键词煤矸石;生态治理; 综合利用 1 、前言煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣，约占煤炭产量的 1 0 ％。采煤和洗煤过程中排出的煤矸石堆积成矸石山，对环境的危害很大侵占土地，影响生态，破坏景观；矸石山的淋溶水（酸性水）污染地下水源和江河，危害农作物和水产养殖业；由于煤矸石中有硫化铁和含碳物质存在，还会自燃发火，排放大量烟尘，严重污染大气，损害人体健康，抑制植物生长，腐蚀建筑物结构；个别煤矸石山还有发生爆炸和崩落事故的隐患，对矿区安全构成严重威胁。我国不仅是世界产煤大国，也是煤炭消费大国。目前全国历年累计堆放的煤矸石约 4 3亿吨，规模较大的煤矸山有 1 6 0 0 多座，占用土地约 1 . 5 万公顷。2 0 0 4年煤炭产量达到 1 9 . 5 6 亿吨，按煤产量 1 0 的低排矸量计算，当年排放煤矸石就达 1 . 9 6 亿吨。今后煤炭产量还将逐年增长，排矸量也将逐年增加，加上以往积存的煤矸石，其数量相当巨大。因此，煤矸石的综合利用及生态治理已是一个刻不容缓、亟待研究解决的重要社会问题。 2、煤矸石的生态治理和综合利用 2.1 煤矸石的生态治理矸石山生态治理的指导思想以植被复垦、绿化环境为手段，把煤矸石生态治理与矿区生态建设、环境污染治理相结合，促进生态的动态平衡和良性循环，形成开发与整治相结合，发展与环境相协调，努力实现煤矸石生态治理与矿区经济效益、社会效益、环境效益的同步提高，实现矿区的可持续发展。矸石山生态治理工程可包括矸石山摊铺矸石、自燃灭火，复燃治理、挡护、排水、坡面绿化及复垦等工程。 2 . 1 . 1摊铺矸石、自燃灭火根据国家对矸石山治理的规范要求，结合实际情况，通过挖土机、推土机等施工机械，摊铺矸石，将堆矸形成3 3 和3 5 边坡，分成断面，最终形成坡面。对发生自燃的矸石进行灭火工作，可采用深孔注浆法，该方法最适用于矸石山顶部；由于斜坡上无法用工程钻机钻孔，只能用表面浇灌法进行局部封闭处理。 2 . 1 . 2复燃治理矸石山顶部复燃灭火处理的方法可采用灌浆封闭法和火源挖出法。矸石山坡面复燃灭火工程采用铺网注浆、护坡加固法，对矸石山表面固化整治，彻底切断氧源进入矸石山内部，彻底灭火。 2 . 1 . 3 挡护为防止矸石山塌陷，矸石山应砌挡土墙进行挡护。 2 . 1 . 4 . 排水夏季常有暴雨，矸石山集水面积较大，雨水汇集后，很容易冲垮覆盖在矸石上的黄土，甚至冲出数米深的大沟。由于被裸露的矸石仍有较高的温度，一旦暴露于空气中，很容易复燃。为了保护好覆盖封闭效果，非常重要的一点是矸石山马道及斜坡上修筑好排水沟。另外矸石山的淋溶水（酸性水）会污染地下水源和江河，危害农作物和水产养殖业，应将下转 2 9 5页浅析水对边坡稳定的影响文⊙ 吴良炎（浙江省钱塘江管理局盐平管理处浙江）摘要在现代化工程的建设过程中或建成后的运营期间,有时不可避免地形成了大量边坡工程；本文综合分析了水对边坡稳定的影响因素，望在工程的完善建设中起到一定指导作用。关键词边坡; 边坡稳定; 边坡治水一、前言随着现代化建设事业的迅速发展，各类高层建筑、水利水电设施、港口、高速公路、铁路、能源工程等大量开工建设，在这些工程的建设过程或建成后的运营期间,有时不可避免地形成了大量边坡工程；这些边坡工程的稳定状况，事关工程建设的成败与安全，会对整个工程的可行性、安全性及经济性等起重要的制约作用，并在很大程度上影响着工程建设的投资及使用效益，因此，对其进行研究具有重大的现实意义。二、综合分析水对边坡稳定的影响边坡一般是倾斜坡面的土体或岩体边坡，由于坡面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土岩自身具有一定的强度和人力的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土岩体内部某一个面上的滑动力超过了岩体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。边坡的稳定是一个比较复杂的问题, 影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有以下几个方面边坡体自身材料的物理力学性质；边坡的形状和尺寸；边坡的工作条件；边坡的加固措施等等,在这其中水是边坡失稳的重要因素之一。现在简单分析水流对边坡稳定性的影响边坡。一般说，水对边坡的影响主要分以下两个方面一是使得边坡土体剪应力增加；另一个是使得边坡土体本身抗剪强度减少。边坡中的土是由于岩石的风化、剥离、搬迁、沉积等地质作用而形成的，与土层的深度、土的紧密情况不同，越到表面土越松散边坡。由于地表水流的作用下，水在坡表面流动的过程中不断地冲刷整个坡面的松散物质，存在一定的沟槽和低凹地,当水超过了低凹地或沟槽的蓄水能力，不仅形成一定向下的荷载，而且水存在岩土体的孔隙中时,会对岩体产生静水压力，即孔隙水压力。其作用方向与孔隙面相垂直，大小与孔隙水水头有关，水头越高，则静水压力越大，静水压力会对岩体产生一个下滑推力，当孔隙水压力剧增时引起滑坡，从而降低岩体的稳定性一般边坡岩土体的滑坡都是从坡顶裂缝开始。水流渗进土体，使土体的密度增加，这是增加土体剪切应力的主要因素。水对岩质边坡的影响较小,这是因为岩质边坡的强度较高。当地表水在岩石坡面排泄受阻时，会加大岩体的重量,增加坡体的下滑力。对于遇水容易软化的岩层，地下水常可以使岩石内部的联结变弱,强度降低，从而导致土体康剪强度降低。地下水在渗流过程中会对岩土体颗粒施加一个动水压力。它是一个体积力，其大小与流动水的体积、水的容重和水力梯度有关,其方向与水流的方向一致。结构面的填充物在水的浮力作用下，重量降低，动水压力稍大时，就会带走结构面中的填充物颗粒，侵蚀掏空岩块之间的填充物；同时动水还会磨平粗糙的岩石面,使其变得光滑，降低了岩石的摩擦系数,减小了岩体的抗滑力，降低了边坡的稳定性。由于水流对边坡稳定性的影响非常大，所以边坡工程对水流的防治是边坡稳定的重要方面。边坡治水包括坡面排水及坡体排水。坡面排水主要是通过设置坡顶截水沟、平台截水沟、边沟、排水沟及跌水与急流槽来实现。坡体排水设施主要有渗沟、盲沟及斜孔等。渗沟又分支撑渗沟、边坡渗沟和截水渗沟三种，主要作用截排地表以及几米范围内的地下水盲沟即渗水隧洞主要用于截排或引排埋藏较深的地下水；斜孔主要用于排除深层地下水，土层和岩层均可采用，一般用水平钻机,埋置排水管。同时，也可以通过在坡面植草绿化的方法减少水对坡面的渗入边坡。三、结论由于水对边坡的影响是多方面和多角度的，因此在防治边坡时，首先要做好对边坡水的处理，做好排水系统，包括地表排水系统和地下排水系统，使水对边坡的影响降到最低限度，甚至消除；其次，针对不同的边坡，了解地下水位情况，采取不同的方法进行加固，本着具体问题具体分析的原则因势利导，多角度、多方面的进行分析，最终采取最优的方法。 2 9 5 综合寒潮天气简析文⊙ 王波大庆市气象局摘要寒潮作为一种灾害性天气现象，对人们日常生产生活造成了严重影响，从 2 0 0 8年年初我国大部分省区发生的冰雪天气来看，寒潮已经不仅仅影响我国北方居民的衣食住行，甚至对整个国民经济都造成了严峻的考验。分析寒潮的形成、路径、特点，有助于我们对寒潮做好预防，最大程度减少寒潮天气过程造成的损失。 1 . 寒潮的成因寒潮是冬季的一种灾害性天气，群众习惯把寒潮称为寒流。所谓寒潮，就是北方的冷空气大规模地向南侵袭我国，造成大范围急剧降温和偏北大风的天气过程。寒潮一般多发生在秋末、冬季、初春时节。太阳辐射是大气环流形成和维持的最基本的原因。太阳辐射的能量到达地球并被利用的仅是极少的一部分，主要有以下几种形式一是通过光合作用存储一部分; 二是上层空间、云、地面反射一部分回太空; 三是空气和地面包括海洋吸收一部分; 四是地球向外层空间太空中辐射一部分以红外线等电磁波的形式。太阳辐射在地表分布不均，随纬度增高而减小。在低纬度地区，即在 3 5 N ～3 5 S之间，辐射的收入大于支出。在此以外地区，辐射的支出大于收入。因此，低纬度有热量盈余，空气受热膨胀上升；高纬度有热量亏损，空气冷缩下沉。这样导致了在高、低纬之间出现气压差，产生水平气压梯度力。由于水平气压梯度力的作用，赤道和极地之间产生了大范围的大气运动。在北极地区由于太阳光照弱，地面和大气获得热量少，常年冰天雪地。到了冬天，太阳光的直射位置越过赤道，到达南半球，北极地区的寒冷程度更加增强，范围扩大，气温一般都在零下 4 0 ℃ 5 0 ℃以下。范围很大的冷气团聚集到一定程度，在适宜的高空大气环流作用下，就会大规模向南入侵，形成寒潮天气。 2 . 我国寒潮的形成我国位于欧亚大陆的东南部。从我国往北去，就是蒙古国和俄罗斯的西伯利亚。西伯利亚是气候很冷的地方，再往北去，就到了地球最北的地区北极了。那里比西伯利亚地区更冷，寒冷期更长。影响我国的寒潮就是从那些地方形成的。位于高纬度的北极地区和西伯利亚、蒙古高原一带地方，常年受太阳光的斜射，地面接受太阳光的热量很少。尤其是到了冬天，太阳光线南移，北半球太阳光照射的角度越来越小，因此，地面吸收的太阳光热量也越来越少，地表面的温度变得很低。在冬季北冰洋地区，气温经常在 - 2 0 ℃以下，最低时可到 - 6 0 ℃ - 7 0 ℃。 1月份的平均气温常在 - 4 0 ℃以下。由于北极和西伯利亚一带的气温很低，大气的密度就要大大增加，空气不断收缩下沉，使气压增高，这样，便形成一个势力强大、深厚宽广的冷高压气团。当这个冷性高压势力增强到一定程度时，就会像决了堤的海潮一样，一泻千里，汹涌澎湃地向我国袭来，这就是寒潮。每一次寒潮爆发后，极地或西伯利亚的冷空气就要减少一部分，气压也随之降低。但经过一段时间后，冷空气又重新聚集堆积起来，孕育着一次新的寒潮的爆发。 3 . 寒潮的路径入侵我国的寒潮主要有三条路径① 西路从西伯利亚西部进入我国新疆，经河西走廊向东南推进；②中路从西伯利亚中部和蒙古进入我国后，经河套地区和华中南下；③从西伯利亚东部或蒙古东部进入我国东北地区，经华北地区南下。 4 . 寒潮的特点寒潮爆发在不同的地域环境下具有不同的特点。在西北沙漠和黄土高原，表现为大风少雪，极易引发沙尘暴天气。在内蒙古草原则为大风、吹雪和低温天气。在华北、黄淮地区，寒潮袭来常常风雪交加。在东北表现为更猛烈的大风、大雪，降雪量为全国之冠。在江南常伴随着寒风暴雨。 5 .寒潮的影响及影响范围寒潮和强冷空气通常带来的大风、降温天气，是我国冬半年主要的灾害性天气。寒潮大风对沿海地区威胁很大，如 1 9 6 9年 4月 2 1日～2 5日那次的寒潮，强风袭击渤海、黄海以及河北、山东、河南等省，陆地风力 7 ～8级，海上风力 8 ～1 0 级。此时正值天文大潮，寒潮爆发造成了渤海湾、莱洲湾几十年来罕见的风暴潮。在山东北岸一带，海水上涨了 3米以上，冲毁海堤 5 0多千米，海水倒灌 3 0 ～4 0千米。寒潮带来的雨雪和冰冻天气对交通运输危害不小。如 1 9 8 7年 1 1月下旬的一次寒潮过程，使哈尔滨、沈阳、北京、乌鲁木齐等铁路局所管辖的不少车站道岔冻结，铁轨被雪埋，通信信号失灵，列车运行受阻。雨雪过后，道路结冰打滑，交通事故明显上升。寒潮袭来对人体健康危害很大，大风降温天气容易引发感冒、气管炎、冠心病、肺心病、中风、哮喘、心肌梗塞、心绞痛、偏头痛等疾病，有时还会使患者的病情加重。寒潮也有有益的影响。地理学家的研究分析表明，寒潮有助于地球表面热量交换。随着纬度增高，地球接收太阳辐射能量逐渐减弱，因此地球形成热带、温带和寒带。寒潮携带大量冷空气向热带倾泻，使地面热量进行大规模交换，下转 2 9 6页上接 2 9 4页雨水通过排水沟收集排放。 2 . 1 . 5 . 土地复垦种植矸石山的复垦包括 1 林业复垦树种的选择矸石山植树主要以灌木为主，乔木为辅，树种应选择抗逆性强、有较强的适应能力，对干旱、瘠薄、盐碱、p H 值、毒害等不良立地因子有较强的适应和忍耐能力的树种，同时应对粉尘污染、二氧化硫、高温等不良的大气因子也有一定的抵抗能力。此外还应特别注意选择有固氮能力的肥土树种。栽培时间最好选择秋季挖坑、春季植树，这可加速坑内部矸石的风化，有利于树木的成活。还可用泥浆蘸根栽植，成活率高。 2 牧业复垦牧业复垦一般是在未经平整或稍加平整的矸石山上进行。整地要提前半年进行，以保证表层矸石充分风化，这样易于种植。草种应选择适应种植的牧草，是牧业复垦成功的关键。复垦最理想的牧草应当是播种栽植较容易、成活率高、种源丰富，育苗简易且方法较多，适宜播种栽植时间长，发芽力强、繁殖力大，幼苗活力强，施肥反应快、抗旱能力强的种类。 2.2 煤矸石的综合利用煤矸石作为资源，既是劣质燃料又是原料和材料，进行有效处理和综合利用，则可变废为宝，化害兴利。如何将煤矸石变废为宝国内外已经开发出许多综合利用途径。基本原则是在查明煤矸石性质的基础上，区别对待，使其物尽其用，并将各种利用途径结合起来，形成一定的开发规模和综合利用系统，从而获得最佳的经济效益。根据我国的实际情况，煤矸石的用途大致有五个方面1．煤矿井下充填; 2．煤矿地面塌陷区充填、复垦造田和铺路; 3 ．煤矸石发电; 4 ．从煤矸石中提取硫精矿和其它化工产品; 5 ．生产煤矸石砖、水泥和轻质骨料等建筑材料。 3、推进煤矸石生态治理和综合利用的意义我国在十六届五中全会提出加快建设资源节约型、环境友好型社会，那么在两型社会的建设中，推进煤矸石生态治理和综合利用的意义重大，具体体现在以下几个方面1 、煤矸石生态治理可达到减少占地的效果；2 、煤矸石生态治理可减轻矿区大气污染和地下水污染；3 、煤矸石综合利用不仅可以变废为宝，而且还有助于改变煤炭和煤矿的“肮脏”形象，使煤炭产业成为不产生或少产生“公害”的产业。围绕煤矸石的综合利用，煤矿形成了新的产业，延长了现有的产业链，走出了一条可持续发展的道路；4 、煤矸石综合利用是有发展前景的接替产业之一，已经成为许多矿区非煤产业的发展重点，促进了矿区产业转移和劳动力就业。参考文献 1 ．胡振琪，煤矸石山复垦[ M ] ，北京煤炭工业出版社，2 0 0 6 2 ．李永生，煤矸石及其综合利用[ M ] ，北京中国矿业大学出版社，2 0 0 6 3 ．时鹏辉. 李多松，煤矸石的综合利用[ J ] ，中国环保产业，2 0 0 6 4 ．胡志鹏. 杨燕，煤矸石综合利用前景广阔 [ J ] . 5 ．李桂芬，煤矸石综合利用[ J ] ，煤炭技术， 2 0 0 6 广西节能，2 0 0 3