煤矿小型矸石山的修复方法与流程

本发明涉及采矿、土地与矿山地质环境的修复与利用等
技术领域：
，特别是涉及一种煤矿小型矸石山的修复方法。
背景技术：
：煤矸石是在成煤过程中与煤共同沉积混合在一起的岩石，一般呈薄层状。在煤炭采掘与洗选过程中产生大量的矸石，是煤炭矿山主要的固体废弃物之一。地表堆积的矸石形成各类规模不等的矸石山，对矿山地质环境产生严重影响，尤其是矸石山产生的淋滤现象、粉尘现象、自燃现象等这些环境问题都是矿山企业与政府管理和治理的重点内容。绝大多数煤矿都有矸石山存在，很多闭坑的煤矿造成矸石山多年遗存，新年矿山同样存在很多在矸石山生产过程中的不合理措施。因此，寻求科学的煤矿矸石山修复治理方法是处理与应对固体废弃物问题的重要内容。目前，我国在矸石山造成的环境问题治理方面已有较多的实践经验，在矸石山安全、矸石山堆砌方法、矸石山生态治理方面研究出很多先进技术。但是，对于煤矿小型外矸石山的治理方法方面还缺少综合的、成体系的固废治理技术方法。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提出一种煤矿小型矸石山的修复方法，以解决现有技术存在的问题。基于上述目的，本发明提供的煤矿小型矸石山的修复方法包括以下步骤：对矸石山进行削坡整形，调整边坡坡度值，然后在矸石山顶部进行坡顶平台修整，以及对矸石山边坡进行多级放坡；在矸石山边坡的第二级台阶以及第二级台阶以上的斜坡表面埋入钢筋钩；在矸石山边坡的第一级台阶的斜坡表面设置挡土墙，在矸石山边坡的第二级台阶以及第二级台阶以上的平台处设置抗滑桩；在矸石山边坡平台上铺垫石子，然后在石子上浇注水泥混凝土硬化层；在矸石山前缘平地内设置人工水塘；在挡土墙内侧设置截流渠，在矸石山边坡上设置纵向排水渠，各坡面的截流渠与纵向排水渠相连；对矸石山表土修复区进行重覆表土及生态修复。在本发明的一些实施例中，经过边坡坡度值调整后，使矸石山与人工水塘相邻的侧边坡的坡度值调整至24°～26°，未相邻侧边坡的坡度值调整至45°～65°。在本发明的一些实施例中，对矸石山边坡进行三～五级放坡，形成矸石山边坡平台和矸石山斜坡，所述矸石山边坡平台的垂直最大高度≤10m，且最小宽度≥1.8m。在本发明的一些实施例中，所述钢筋钩包括弯钩杆、弯钩前折板和弯钩后承板，所述弯钩前折板和弯钩后承板均成钝角的折叠状，所述弯钩杆中段与弯钩前折板的折叠处贴合，所述弯钩杆的一端呈弯曲状，所述弯钩杆的另一端与弯钩后承板相连。在本发明的一些实施例中，所述弯钩杆的端部与弯钩后承板的折叠处相连。在本发明的一些实施例中，所述弯钩杆的弯曲状端部与弯钩前折板的距离≥15cm，所述弯钩前折板与弯钩后承板的夹角≥30°。在本发明的一些实施例中，在坡度大于30°的小型矸石山第一级台阶的斜坡表面设置挡土墙，在矸石山边坡的第二级台阶以及第二级台阶以上的平台处设置抗滑桩。在本发明的一些实施例中，所述抗滑桩的设置包括：在矸石山台阶处开挖宽0.4～0.7m、深1.0～1.2m的条状沟槽，形成沿矸石山一周的封闭沟槽；浇筑所述沟槽，形成对抗滑桩基础件，然后对抗滑桩基础件周边的土体进行密实充填；在抗滑桩基础件的上部浇筑钢筋混凝土空心梁。在本发明的一些实施例中，截流渠下底宽20～35cm，上宽50～60cm；纵向排水渠底宽30～35cm，顶宽60～70cm，垂高25～30cm。在本发明的一些实施例中，在矸石山第二级台阶和/或第二级台阶以上的斜坡表面覆土，所覆表土的厚度可以为10～15cm。从上面所述可以看出，本发明具有如下有益效果：(1)矸石山规模类型划分：对二矿内矸石山按照规模大小进行类型划分，确定矸石山的类型，实施有针对性的修复工艺；(2)矸石山坡度值调整：通过对矸石山进行坡度调整，保证矸石山整体稳定性，同时完成矸石山多级放坡工作，为后期矸石山整体生态恢复提供条件；(3)斜坡表面植入钢筋钩：利用在矸石山第二阶以上斜坡表面埋入钢筋钩，为后期矸石山表面生态修复提供支撑，保证生态修复中生态挂网、表土挂网等外部荷载有足够承载力；(4)在矸石山斜坡设置挡土墙与抗滑桩：在矸石山第一级斜坡设置挡土墙，第二阶台阶以上平台处设置抗滑桩，防止矸石山坡面及坡脚处变形，保证矸石山修复后的整体稳定性与安全性；(5)矸石山前缘设置人工水塘：通过在矸石山前缘平地开挖人工水塘，使人工水塘与矸石山生态修复形成良好的生态循环，利用水塘中天然的淤泥底质作为生态修复养料实现矸石山生态修复。同时，人工水塘修建后既可以为矸石山生态修复提供水源，亦可作为矸石山或矿山灭火水源地。附图说明图1为本发明的实施例的煤矿小型矸石山的剖视图；图2为本发明的实施例的煤矿小型矸石山的边坡修整与固废清理的剖视图；图3为本发明的实施例的煤矿小型矸石山的边坡加固的剖视图；图4为本发明实施例的煤矿小型矸石山的边坡加固弯钩的结构示意图；图5为本发明实施例的煤矿小型矸石山的边坡加固弯钩的主视图；图6为本发明的实施例的煤矿小型矸石山的坡面硬化及人工水塘的剖视图；图7为本发明实施例的煤矿小型矸石山的坡面排水与绿化的鸟瞰图。图中标号表述如下：1-废弃建筑物，2-矸石山前缘平地，3-未修整的矸石山边坡，4-矸石山斜坡，5-矸石山边坡平台，6-钢筋钩，7-抗滑桩，8-挡土墙，9-水泥混凝土硬化层，10-斜坡表面覆土区域，11-矸石山前缘硬化区域，12-人工水塘，13-边坡排水渠，14-平台绿化区域，15-弯钩杆，16-弯钩前折板，17-弯钩后承板。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。作为本发明的一个实施例，以大雁二矿小型矸石山的修复工程为例，大雁二矿(以下简称“二矿”)位于内蒙东北部鄂温克族自治旗境内，属寒温带大陆性半干旱气候。该矿含煤地层为中生界白垩系下统伊敏组和下部大磨拐河组，主采煤层埋深70～290m，顶板岩性为细砂岩、粉砂岩。该煤矿目前开采方式为机械化综放回采，顶板管理方式为全陷落法。二矿面积约17.08km2，始建于上世纪八十年代，二矿已于2011年闭坑。二矿内分布有大面积的固体废弃物堆积以及矸石山，占用大量土地资源。二矿矸石山位于大雁镇北侧，距镇中心约1km处，南侧距矿区运煤专线约500m。矸石山原是一矿、二矿排矸场，2008年期间停止使用，矸石山西南紧邻大雁矿八单元居民区，其影响面积0.251km2。二矿矸石山所处地势较高，矸石堆积量大，不宜进行清运，采用本发明提供的方法对其进行就地治理，可将矸石山改造为一处环境宜人、绿树成荫、景色优美的景观平台，待景观平台修建后将成为大雁矿区人们休闲娱乐的重要场所。根据大雁二矿地质环境背景、矿产资源种类、矸石山规模类型以及矸石山分布范围，考虑到二矿已经闭坑且目前矸石山无自燃或边坡稳定性问题，原有地表形态为低山丘陵，可采用本发明提供的煤矿小型矸石山的修复方法对其进行修复。具体地，作为本发明的一个实施例，所述煤矿小型矸石山的修复方法可以包括以下步骤：1)对煤矿矸石山进行规模类型划分，以小型矸石山作为本发明的修复对象。具体地，在本发明的一个较佳实施例中，该步骤可以具体包括：对煤矿矸石山进行规模类型划分以及现场勘测工作，规划矸石山待修复区域范围，如表1所示。表1矸石山规模类型划分矸石山规模类型堆积高度(h)累计占地面积(S)小型h≤40mS≤3.0×104m2中型40m＜h≤80m3.0×104m2＜S≤5.0×104m2大型h＞80mS＞5.0×104m2由于矸石山及周边固体废弃物多呈不规则分布，因此为准确计算、精确施工，在矸石山待修复区进行现场勘测工作，绘制1:1000～1:2000地形图，并根据等高线计算矸石山坡度、体积、占地面积等参数。如表1所示，根据矸石山的堆积高度和占地面积将其划分为小型、中型和大型，本发明以小型矸石山作为修复对象，即小型矸石山的堆积高度h≤40m，累计占地面积S≤3.0×104m2。2)对矸石山待修复区域内及其周边进行固废清理、废弃建筑拆除、杂草清除。具体地，清除小型矸石山待修复区域内及其周边的固体废弃物、废弃建筑、斜井占地等，清除待修复区域内及其周边的杂草等植被，保留、保护乔木、灌木等多年生植被。利用装载机、自卸车等土方清运设备将矸石山修复区域范围内及其周边的固体废弃物堆转运至矿山设立的固废堆放区域，运移过程中防止对环境造成二次污染。对待修复区域内及其周边的输电设备、电线杆等请专业技术人员进行路线改网施工，保证人员施工安全。利用大型拆除机械及土方清运工具清理待修复区内及其周边废弃建筑与斜井井口，井口拆除后利用固废充填井口并掩埋。如图1和2所示，将矸石山前缘平地2上的废弃建筑物1拆除。在固废清运过程与废弃建筑拆除过程中，注意保护乔木、灌木等多年生植被，具体做法为在保护植被周围1m范围内用石灰或白灰圈出明显边界，施工中禁止机械设备进入保护区域。3)先对矸石山进行削坡整形，调整边坡坡度值，然后在矸石山顶部进行坡顶平台修整，以及对矸石山边坡进行多级放坡。如图2所示，根据矸石山修复规划，对矸石山进行削坡整形，调整边坡的坡度值。较佳地，使矸石山与人工水塘相邻的侧边坡的坡度值调整至24°～26°，未相邻侧边坡的坡度值调整至45°～65°。需要说明的是，所述人工水塘的位置是计划开挖的人工水塘的位置，因此可以根据人工水塘的设计位置调整边坡的坡度值。对矸石山进行削坡整形后，利用小型土方机械或人工在矸石山顶部进行坡顶平台修整，包括对顶部区域形态的平台修整与固废、垃圾等清理。坡顶部平台修整完成后，对矸石山四周各侧的边坡进行多级放坡。一般可设计三～五级台阶，形成矸石山边坡平台5和矸石山斜坡4，矸石山边坡平台5的垂直最大高度≤10m，且最小宽度≥1.8m，且施工中不改变矸石山边坡的整体坡度值。4)在矸石山边坡的第二级台阶以及第二级台阶以上的斜坡表面埋入钢筋钩。台阶施工完成后，在第二台阶以及第二台阶以上的矸石山斜坡4表面埋入钢筋钩6，如图3所示。优选地，钢筋钩6进入矸石山坡体内的深度≥40cm。如图4和图5所示，作为本发明的一个实施例，所述钢筋钩6包括弯钩杆15、弯钩前折板16和弯钩后承板17，所述弯钩前折板16和弯钩后承板17均成钝角的折叠状，所述弯钩杆15中段与弯钩前折板16的折叠处贴合，所述弯钩杆15的一端呈弯曲状，所述弯钩杆15的另一端与弯钩后承板17相连。优选地，所述弯钩杆15的端部与弯钩后承板17的折叠处相连。优选地，所述弯钩杆15的弯曲状端部与弯钩前折板16的距离≥15cm。更为优选地，所述弯钩前折板16与弯钩后承板17的夹角≥30°。所述弯钩杆15的弯曲状端部为荷载接触端，将其做成弯曲状便于直接悬挂或捆绑后期生态修复中的工程荷载。弯钩前折板16为荷载传力段，将弯钩杆15的竖向荷载传递至弯钩后承板17，弯钩前折板16的长度决定弯钩杆15的承载力。弯钩后承板17为受力端，承载矸石生态修复中可能使用到的生态挂网、表土挂网等外部荷载，增加钢筋钩的承载能力。弯钩杆15弯曲状的端部呈半圆状，端部弯钩方向指向坡面，曲率半径大于10倍的弯钩杆直径，以保证修复后期生态修复过程中弯钩杆有足够承载力且不易因弯钩位置变形而造成弯钩失效。埋入钢筋钩过程禁止使用工具锤击弯钩杆15的弯曲状端部，最好是人工插入矸石山坡体，并保持钢筋钩6稳固插入，保证单支钢筋钩6竖直向承载力大于30kg。插入斜坡表面后，弯钩杆15弯曲状的端部的开口指向坡面方向，并且所述弯钩杆15与斜坡表面保持垂直。优选地，同排钢筋钩的水平高差≤5cm。5)在矸石山边坡的第一级台阶的斜坡表面设置挡土墙，在矸石山边坡的第二级台阶以及第二级台阶以上的平台处设置抗滑桩。如图3所示，矸石山整形工程完成后，在坡度大于30°的小型矸石山第一级台阶的斜坡表面设置挡土墙8，以防止矸石山坡面及坡脚处变形。根据矸石整体稳定性特征，优选地，采用直立式重力挡土墙或者倾斜式重力挡土墙。在矸石山边坡的第一级台阶的斜坡表面设置挡土墙8后，在矸石山边坡的第二级台阶以及第二级台阶以上的平台处设置抗滑桩7，抗滑桩7的设置方式为片石与水泥砂浆粘合砌筑，埋入深度为30～35cm为宜，抗滑桩7上部横梁可用钢筋混凝土直接进行浇筑、加固。优选地，所述抗滑桩7设置在台阶的平台与斜坡的交接处。具体的，抗滑桩施工分基础建造和上部砌筑两部分。在矸石山台阶处开挖条状沟槽，宽0.4～0.7m，深1.0～1.2m，可采用人工挖土机械进行矸石山抗滑桩开挖，沟槽应沿矸石山一周封闭开挖。基础可以用普通砖或碎石、水泥混合材料完成所述沟槽的构筑，形成对抗滑桩基础件。基础浇筑完成后，对抗滑桩基础件周边的土体进行密实充填，可以选用细沙或粉煤灰进行缝隙充填。充填完成后清理、平整抗滑桩基础周边土体。最后，在抗滑桩基础件的上部利用钢筋混凝土浇筑钢筋混凝土空心梁。6)在矸石山边坡平台上铺垫石子，然后在石子上浇注水泥混凝土硬化层。如图6所示，在矸石山边坡平台5上密实铺垫粒径小于3cm的石子，铺垫完成后浇筑5cm厚的水泥混凝土硬化层9，方便人员、小型机械等沿道路登上矸石山进行施工，同时实现矸石山后期景观修复与后期景观道路。7)在矸石山前缘平地内设置人工水塘人工水塘建设地点规划于矸石山前缘平地2内，规划水塘开挖施工图纸，如图6所示，人工水塘12与小型矸石山最近点的距离大于15m，水塘可以为椭圆形或者延小型矸石山延展方向展布的不规则条带状。人工水塘12的最小宽度大于8m，长度可以根据矿山实际场地限制及矸石山延展长度进行设计，长度建议为矸石山长度的30％～60％。人工水塘12的深度最好为0.8～1.5m。人工水塘修建后，可以为矸石山生态修复提供水源，同时作为矸石山灭火水源地。水塘中的底质或淤泥可定期6～8月/次人工挖掘，底质或淤泥可作为生态修复养料覆盖至生态修复区域。人工水塘开挖需根据人工水塘规划及测绘图纸开展，土方开挖过程可以选用人工挖土机械或小型土方施工机械。土方开挖分三步进行，第一：剥离表土，表土剥离厚度为20～40cm，表土剥离后需妥善保存，可堆存于矸石山设立的专门堆放区域或直接覆盖于矸石山边坡的第二级台阶和/或第二级台阶以上的斜坡表面，形成斜坡表面覆土区域10，如图6所示。斜坡表面覆土区域10可替代后期人工坡面重覆表土，直接作为生态修复土壤基础。如存放于专门堆放区需定期对表土进行喷水处理。表土堆存区域需设置专门喷水设备或覆盖保护设施防止土体含水率降低。一般地，每周向土体堆放区域喷水不少于3次，单位面积喷洒时间不少于20s。此步骤的效果在于减少修复区域表层土壤扰动后营养成分的破坏与丧失。可选地，喷水量为5平方米土体/立方米水。可选地，喷水量为5.5平方米土体/立方米水。可选地，喷水量为6平方米土体/立方米水。第二：利用人工挖土机械或小型土方施工机械进行大规模土方开挖工程，根据矸石山人工水塘设计方案及设计高程进行土方开挖，开挖至设计标高以上10～15cm停止开挖，开挖出的土体或土石体堆放于矿山设立的专门堆放区域；第三，利用人工土方开挖的方法开挖至设计高程，保证塘底平整。人工水塘土方开挖完成后利用人工土方夯实机型对塘底进行加固和平整，要求塘底平整、无明显凹凸且无锋利砾石出露。塘底密封处理利用水泥砂浆+粉黏土或粉黏土+HDPE防渗土工膜组合进行，需要注意的是如采用HDPE土工膜时需对塘底进行硬化，防止蓄水后因塘底变形造成的土工膜变形、拉裂，要求塘底平整、密实、无明显凸凹、无砾石等锋利物质等。水泥砂浆或HDPE土工膜施工时间为室外温度大于15以上且无降水天气。水泥砂浆要求砂石混合物均有搅拌后再进行铺设，严防水泥砂浆离析。利用运水车或临时输水管道以及水泵等设备，将经露天采场生产中产出的矿坑水经由矿山水处理设施后排放至人工蓄水塘中。人工蓄水塘中水具有两方面功能：一是用做矸石山除尘、绿化，另一方面是矿区灭火工程。如果矿区小型矸石山前缘人工水塘12的蓄水能力(体积)大于0.5倍覆土体积时，可以将多余的人工水塘单独隔离并进行人工渔业养殖工作。8)在挡土墙内侧设置截流渠，在矸石山边坡上设置纵向排水渠，各坡面的截流渠与纵向排水渠相连。如图7所示，为有效防止雨季雨水冲刷坡面，造成水土流失，破坏小型矸石山边坡治理效果，需在小型矸石山各边坡的台阶边缘内侧设置截流渠18。优选地，截流渠18建议采用梯形界面设计，且截流渠形状尺寸为上宽下窄，一般截流渠下底宽20～35cm，上宽50～60cm。截流渠内侧要进行混凝土抹面，各截流渠18均与矸石山斜坡面的纵向排水渠13相连。纵向排水渠的设计为小型矸石山东西南北向至少设立1条，纵向排水渠底宽30～35cm，顶宽60～70cm，垂高25～30cm。截流渠及排水渠挖出的土方可就近摊开，待排水渠形成后可用混凝土砂浆抹面，厚度8～10cm。纵向排水渠13可直接通入至人工水塘内，从而实现排水与灌溉系统构建。9)对矸石山表土修复区进行重覆表土及生态修复在矸石山第二级台阶和/或第二级台阶以上的斜坡表面覆土，所覆表土的厚度可以为10～15cm。需要说明的是，如在边坡表面已有步骤7)预铺设的表土，则不进行表土重覆，仅对该区域表土进行平整。矸石山边坡采用草籽直播进行生态修复，草籽选用适合当地生长的披碱草、北国绿、早熟禾。矸石山坡底环种灌木，如丁香、玫瑰、榆叶梅、连翘等。在矸石山周边绿化带进行土方平整工程，利用土方机械进行，要求修复区内场地平整度小于5～10cm。如上所述，本发明具有如下有益效果：(1)矸石山规模类型划分：对二矿内矸石山按照规模大小进行类型划分，确定矸石山的类型，实施有针对性的修复工艺；(2)矸石山坡度值调整：通过对矸石山进行坡度调整，保证矸石山整体稳定性，同时完成矸石山多级放坡工作，为后期矸石山整体生态恢复提供条件；(3)斜坡表面植入钢筋钩：利用在矸石山第二阶以上斜坡表面埋入钢筋钩，为后期矸石山表面生态修复提供支撑，保证生态修复中生态挂网、表土挂网等外部荷载有足够承载力；(4)在矸石山斜坡设置挡土墙与抗滑桩：在矸石山第一级斜坡设置挡土墙，第二阶台阶以上平台处设置抗滑桩，防止矸石山坡面及坡脚处变形，保证矸石山修复后的整体稳定性与安全性；(5)矸石山前缘设置人工水塘：通过在矸石山前缘平地开挖人工水塘，使人工水塘与矸石山生态修复形成良好的生态循环，利用水塘中天然的淤泥底质作为生态修复养料实现矸石山生态修复。同时，人工水塘修建后既可以为矸石山生态修复提供水源，亦可作为矸石山或矿山灭火水源地。所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3