摘要：我国煤矿有大面积的待复垦地和大量有待综合利用的煤矸石。随着人地矛盾的日益突出，煤矸石充填复垦采煤沉陷地或自然冲沟已成为一个新的热点。文章在分析已有煤矸石充填复垦技术的基础上，结合实践经验和《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》GB18599-2001的有关规定，提出煤矸石充填复垦设计程序和符合环保要求的充填方法。
关键字：煤矸石充填复垦；充填模式；生态恢复
1、引言
煤矸石作为煤炭开采和加工过程中的产物，是我国目前工业固体废物中数量最大的一种，累计达70多亿吨。煤矸石分化淋溶作用释放出有毒有害重物质，污染地下和地表水体，严重影响矿区环境和矿区景观。另外，矸石山的存在压占大量土地，且矸石山压占的土地与日俱增。
如果利用煤矸石充填采煤塌陷地或矿区自然冲沟，不仅解决了矿山固体废物的处置和利用问题，而且也解决了采煤沉陷地或自然冲沟的复垦问题，是一个很好的土地复垦及废物综合利用技术。在此情形下，需认真总结研究现有充填复垦技术，探讨新的符合环保要求的充填复垦技术，并将其应用于生产实践。
2、煤矸石充填复垦技术
2.1充填复垦设计程序
为了减少煤矸石淋溶及有害污染物的迁移，煤矸石的充填复垦应在科学论证的基础上合理设计填埋方案。应以保护环境、维护生态健康为原则，重视充填复垦地的质量。
煤矸石充填复垦设计前须对煤矸石进行淋溶实验，测定淋溶液中污染物成分、浓度及所需有关参数；并且查明充填区的水文地质条件，特别是与周边的水力联系，根据污染物的传播机理，综合考虑各方面因素，预估其可能造成的危害，以确定底部防渗层的材料、施工方法等。
煤矸石充填复垦主要可以分为两个阶段：煤矸石的筛选和填埋场的可行性分析。我国《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）对工业固体废物的充填做了详细明确的规定。依据相关固体废物处置标准和规定参照胡振琪等人的充填复垦技术[3]，确定煤矸石充填复垦设计程序为：
图1 煤矸石充填复垦设计程序
2.2充填技术
借鉴生活垃圾卫生填埋处理技术方法确定煤矸石的充填设计方法，煤矸石填埋之前必须对填埋场做防渗处理，煤矸石填埋场地主要由底部防渗层、间隔粘土层、侧衬、封顶层、矸石填埋单元及截水沟等附属设施组成[2]（见图2）。一般要求填埋场底部高于地下水位1.5m以上。当填埋场满足地下水位要求前提下，如煤矸石属于一类工业固体废物，则填埋场底部防渗层及侧衬可用压实的粘土层替代，厚度视具体情况而定，一般不小于50cm，要求粘土防渗层的渗透系数小于10-7m/s；如煤矸石属于二类固体废物时，底部防渗层及侧衬要采用人工隔水层，一般为塑料、薄膜等。当填埋场地下水位较高，不能满足要求时，需要对填埋场底部防渗层采取特殊防渗措施，以保证填埋场地中污水不外渗和流动，避免煤矸石析出有毒有害物质污染填埋场周围地下水。
结构体各部分设计的一般要求：为便于施工及排水，侧衬坡角在15~30°。封顶层也要求有一定的坡度，既便于排水，又不发生冲刷侵蚀作用，坡角应小于15°，厚度应根据复垦要求而定，一般不小于60cm；矸石填埋单元厚度一般在2~10m为宜；间隔粘土层厚度一般为不小于30cm[5]。
矸石充填场地的防渗技术是由底部防渗层、间隔粘土层、侧衬和封顶粘土共同起作用的防渗体系。底部隔水层、侧衬防水层和封顶粘土主要起隔水作用。顶部防渗层的上覆土，可植树种草，复垦造田，既恢复生态环境，还能取得经济收益。填埋单元设置间隔粘土层的主要作用为：利用粘土表面的吸附（离子交换）作用，净化矸石淋溶水；粘土层的阻隔作用可以减缓雨季降水迅速下渗。在整个防渗系统中，防渗效果主要取决于防渗体系的渗透性和填埋场内外的水压力平衡，这就要求，施工中应控制填料的含水率和碾压能，以控制防渗层的密实度，从而控制其渗透性。
图2 煤矸石填埋模式
2.3充填超高的确定
煤矸石充填复垦时，由于煤矸石块大小不一，形状各异，充填后矸石之间孔隙较大，矸石会被压实而沉降，因此为保证充填复垦区域煤矸石沉降后保持平坦且达到设计要求的标高 ，矸石充填的实际高度应大于设计高度，高出的部分称为充填超高。陈龙乾等人在实验研究和理论计算的基础上提出了煤矸石充填超高的计算方法[4]。
设煤矸石充填设计高度为h，则充填超高为：
式中：p为煤矸石充填压实后的矸石孔隙度；p0为煤矸石充填未压实的矸石孔隙度。
2.4生态重建
煤矸石充填复垦的最终目的是建立稳定的人工植被生态系统，恢复土地生产力。生态恢复过程中首先选择耐旱、耐贫瘠、速生的作物或牧草，以便在矿山上迅速生长，并获得持久的植被。在基质得到一定程度改良后，可采用混播草种使之迅速覆盖复垦地，或与豆科作物轮作、套作的方式达到“种地、养地相结合”的目的。根据土壤的元素组成和肥力，辅之一定的土壤营养元素，建立可以维持的土壤生态系。发展多种作物，因地制宜地开展农林牧副业，综合利用复垦地，从而加速演替或改变演替方向。
3、结语：
煤矸石充填复垦防渗材料的选择需依据煤矸石类型确定。我国煤矿有大面积的待复垦地和大量有待综合利用的煤矸石。利用符合环保要求的煤矸石充填复垦技术对采煤塌陷地和矿区自然冲沟进行治理，可解决矿山固体废物的处置利用和采煤沉陷地复垦问题。对于矿区生态环境的恢复意义重大。
参考文献：
[1]. 卞正富. 我国煤矿区土地复垦与生态重建研究[J].资源产业,2005,7(2):18~24;
[2].王国强等. 两淮矿区煤矸石的卫生填埋与生态恢复[J].煤炭学报,2001,26(4):428~431;
论文作者:孙跃跃
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/25
标签：煤矸石论文; 矸石论文; 防渗论文; 粘土论文; 矿区论文; 填埋场论文; 固体废物论文; 《基层建设》2018年第35期论文;