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外排土场的治理方法。
背景技术：
：排土场是露天煤炭矿山开采过程中产生的矸石、剥离土石体等固体废弃物的集中堆放场所，外排土场一般堆放于煤炭矿区工作区范围外侧。露天煤炭矿山外排土场对矿区及周边矿山环境产生巨大的影响，对大气环境、水环境、生态环境、地质环境等造成不同程度破坏。由排土场引起的一系列固体废弃物问题，有些是由矿山历史遗留原因造成，有些是新建矿山排土场生产规划、生产不合理造成。寻求科学的露天煤矿排土场治理方法就成为解决好煤炭矿山固体废弃物问题的关键内容之一。目前，我国已在排土场治理方面积累了大量的实践经验，在排土场安全、排土场设计构建、排土场生态治理方面研究出很多先进技术。但是，对于煤矿小型外排土场的治理方法方面还缺少综合的治理技术方法。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外排土场的治理方法，以改善排土场对矿区及周边矿山环境的影响。基于上述目的，本发明提供的煤矿小型外排土场的治理方法包括以下骤：对外排土场的后缘进行阶梯处理；在外排土场前缘进行人工水塘土方开挖；对外排土场的台阶进行修整，使排土场的台阶斜面角度降低；对外排土场前缘进行平整处理和对人工水塘前缘进行土体填方处理；重覆外排土场边坡及前缘区域表土；人工水塘底板防渗处理并引入露天采场矿坑排水；对外排土场台阶开设地表截排水沟；将人工水塘淤泥沉积物覆于小型外排土场斜坡及平台表面并种植适宜植被；利用人工水塘内淤泥、水草及水塘蓄水对小型外排土场进行生态修复。在本发明的一些实施例中，所述阶梯处理包括以下步骤：先对排土场原始后缘坡体进行清方处理，然后对清方处理后的排土场原始后缘坡体进行平整处理；在排土场原始后缘坡体处由低处向高处设置多道台阶；。在本发明的一些实施例中，每隔5～10m设置一道台阶，台阶宽度为3～4m，台阶与水平面夹角为-5～-10°。在本发明的一些实施例中，所述阶梯处理还包括以下步骤：对设置的台阶进行表面凿毛处理，利用凿毛机械在台阶表面形成平行于排土场走向的纹理，纹理的深度为5～10cm。在本发明的一些实施例中，所述人工水塘的长度为排土场长度的30～60%，所述人工水塘的深度为1.5～2.0m。在本发明的一些实施例中，所述在外排土场前缘进行人工水塘土方开挖的步骤包括：剥离表土，表土剥离厚度为20～40cm；利用人工挖土工具或土方施工机械进行土方开挖，开挖至人工水塘设计高程以上10～15cm停止开挖；利用人工土方开挖的方法开挖至设计高程，保证塘底平整。在本发明的一些实施例中，所述对外排土场的台阶进行修整的步骤包括：自外排土场顶部向下部剥离排土场台阶的土体。在本发明的一些实施例中，所述对人工水塘前缘进行土体填方处理的步骤包括：先在设计好的填方区域将表层5～10cm的土体清除并留存于填方区域外侧，将土、石体密实堆填于填方区域，再在土、石体上堆填土体，每层堆填土、石体和土体的厚度小于等于10cm，最后表层由剥离的表土密实覆盖。在本发明的一些实施例中，所述外排土场坡底地表截排水沟有独立出口。从上面所述可以看出，本发明提供的煤矿小型外排土场的治理方法与现有技术相比，本发明显示了如下优点：本发明通过对露天煤炭矿山小型外排土场的系统分析，提出了一种适用于露天煤炭矿山的小型外排土场综合治理方法，实现了小型外排土场环境地质问题与生态环境恢复同步治理。附图说明图1为本发明实施例的外排土场待治理区域的剖视图；图2为本发明实施例的外排土场待治理区域的排土场后缘的剖视图；图3为本发明实施例的外排土场的前缘土方开挖及生产的剖视图；图4为本发明实施例的外排土场的水塘前缘土方堆填及排土场平台修整的剖视图；图5为本发明实施例的外排土场的表面覆土和塘底加固的剖视图；图6为本发明实施例的外排土场的立体示意图。图中标号表述如下：1-排土场已排土台阶，2-排土场原始后缘坡体，3-排土场前缘区域，4-排土场后缘台阶，5-排土场后缘平台表面纹理，6-人工水塘，7-排土场台阶剥离土体，8-排土场边坡覆土部位，9-人工水塘前缘土体填方区域，10-防渗水加固层，11-水塘液面，12-地表截排水沟，13-新排土体台阶。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，乌兰图嘎煤矿南排土场位于内蒙古锡林郭勒盟乌兰图嘎煤矿(以下简称“南排土场”)。乌兰图嘎煤矿面积约6.17km2，位于内蒙古高原中东部，高原丘陵地貌，地形总体西北高、东南低。乌兰图嘎煤矿所处区域为中温带半干旱大陆性气候，土壤类型主要由栗钙土、草甸栗钙土、草甸土等组成。乌兰图嘎煤矿设计生产能力120万吨/年，设计服务年限69年，采用露天开采的开发方式，最大采深72m。乌兰图嘎煤矿有南、西两个外排土场，西排已停排。乌兰图嘎煤矿西排土场最大高度54m，平均高度51m，共5个排土场台阶，单级台阶高约15～16m。目前，乌兰图嘎矿南排土场仍在生产使用。根据乌兰图嘎南排土场生产情况、地质环境背景、矿产资源种类、已有矿山环境地质问题，考虑到南排土场目前仍在生产，对原有地形地貌造成严重破坏，产生了严重的矿山地质环境问题，可采用本发明提供的小型外排土场的治理方法进行修复治理。具体地，所述排土场的治理方法包括以下步骤：1)根据煤矿外排土场的高度，将外排土场分为大型、中型和小型三类排土场，以小型排土场作为本发明的治理对象。其具体分类方案见下表：表1煤矿外排土场规模类型定义煤矿外排土场类型排土场高度(h)大型外排土场h＞80m中型外排土场50m＜h≤80m小型外排土场h≤50m煤矿外排土场对生产安全与矿山地质环境产生了严重影响，排土场可能诱发一系列矿山环境地质问题，如矿山小型泥石流、矿山小型滑坡等，对矿山生产安全造成隐患。因此，需要划定外排土场的影响边界，在外排土场环境的修复治理过程中重点注重影响边界内的治理、修复。优选地，本发明以距离排土场边界50m的范围内作为重点治理区域，在该治理区域内开展对排土场的工程治理与生态修复。2)对小型外排土场的后缘进行阶梯处理。根据外排土场所处场地区域的地貌特征，对后缘为坡体的排土场场地的后缘坡体进行阶梯处理，如果排土场无后缘，则无需进行后缘坡体阶梯处理。对外排土场后缘坡体进行阶梯处理，如图1所示，在排土场已排土台阶1的后方有排土场原始后缘坡体2，在排土场已排土台阶1的前方有排土场前缘区域3，对排土场原始后缘坡体2进行阶梯处理，形成排土场已处理后缘4，如图2所示。作为本发明的一个实施例，所述阶梯处理可以包括以下步骤：先对排土场原始后缘坡体2进行清方处理，然后对清方处理后的排土场原始后缘坡体2进行平整处理；在排土场原始后缘坡体2处由低处向高处设置多道台阶4。可选地，可以每隔5～10m设置一道台阶，台阶宽度可以为3～4m。优选地，台阶与水平面夹角可以为-5～-10°。优选地，还可以对设置的台阶进行表面凿毛处理，可利用凿毛机械在台阶表面形成平行于排土场走向的纹理5，纹理5的深度可以为5～10cm。纹理形成后将台阶表面的杂物清理至坡下。经所述阶梯处理后的外排土场后缘无明显裂缝出现，对后缘出现裂缝的区域要及时利用水泥砂浆或水泥混合砂浆进行填充密封。外排土场后缘的阶梯处理可利用小型土方机械进行。外排土场后缘阶梯处理后，可根据外排土场设计生产的堆排顺序、排料比例、压实次数、排放角度等参数继续外排土场生产，生产过程中注意防止对环境的二次破坏。3)在外排土场前缘进行人工水塘土方开挖。如图3所示，人工水塘6建设地点规划于排土场前缘区域3内，规划人工水塘土方开挖施工图纸，所述人工水塘6与外排土场最近点的距离大于等于30m。可选地，所述人工水塘6可以为长方形、椭圆形或者延排土场延展方向展布的不规则条带状。优选地，所述人工水塘6最小宽度大于等于10m，长度可以根据矿山实际场地限制及排土场延展长度进行设计，长度建议为排土场长度的30～60%。更为优选地，所述人工水塘6的深度可以为1.5～2.0m。作为本发明的一个实施例，人工水塘6开挖出的表土可以独立存放，以做后续的表土重覆使用。作为本发明的又一个实施例，也可以将开挖出的表土覆到排土场已排土台阶1上，如图3所示，堆叠形成新排土体台阶13。人工水塘6开挖需根据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工具或小型土方施工机械。作为本发明的又一个实施例，所述土方开挖可以分三步进行：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，可堆存于外排土场设立的专门堆放区域或直接覆盖于外排土场已排土台阶1上。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300平方米土体/立方米水。可选地，喷水量为350平方米土体/立方米水。可选地，喷水量为400平方米土体/立方米水。第二、利用人工挖土工具或小型土方施工机械进行大规模土方开挖工程，根据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，保证塘底基本平整。进一步地，在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。进一步地，还可以进行初次塘底平整加固处理，为人工水塘的塘底和内壁后期防渗水加固层10工作提供工作条件。4)对外排土场的台阶进行修整。具体地，如图4所示，对外排土场台阶的平台进行修整，剥离排土场台阶的土体7，使排土场的台阶斜面角度降低，降低排土场台阶斜面角度有利于提高排土场边坡稳定性，清理出的土方可继续堆排于新的排土场。较佳地，台阶土体的剥离顺序可以自外排土场顶部向下部进行。5)对外排土场前缘进行平整处理和对人工水塘前缘进行土体填方处理。具体地，清理小型外排土场前缘至人工水塘范围内的固废及杂物，剥离该范围内的表土，表土剥离厚度为20～40cm，表土剥离后需妥善保存，可堆存于外排土场设立的专门堆放区域或直接覆盖于排土场已排土台阶1上。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300平方米土体/立方米水。可选地，喷水量为350平方米土体/立方米水。可选地，喷水量为400平方米土体/立方米水。如图4所示，利用堆存的土体对排土场前缘进行平整处理和水塘前缘土体填方处理。对排土场前缘平整处理可由小型铲运机械先进入场地施工，对场地内有明显高差的区域进行场地平整工作，平整过程由外排土场边缘开始向远离排土场方向施工，平整后使场地内相对高差不大于10cm，无明显不平整现象。水塘前缘土体填方处理主要利用已有堆存土、石体进行土方堆填工作，要求最大石块粒径小于10cm。先在设计好的填方区域将表层5～10cm的土体清除并留存于填方区域9外侧，利用小型运输机械及小型土方机械将土、石体密实堆填于设计填方区域9，要求土、石体分层堆填并密实碾压，先堆填土石体后堆填土体，每层堆填土、石体和土体的厚度小于等于10cm，最后表层由本步骤剥离的表土密实覆盖，如图4所示。平整处理及水塘后缘土体填方后，利用喷淋设施对施工区域进行不少于1.5～2l/m2的喷水工作，以使得地表土体平整、密实。以此达到小型外排土场前缘治理区域及水塘后缘土体基本为同一高程，水塘前缘、后缘相对高差不大于10cm。6)重覆外排土场边坡及前缘区域表土如图5所示，利用小型外排土场前缘剥离的表土或从表土存放区域获取表土对排土场边坡、前缘土地平整区域进行表土重覆，重覆的表土可增加表土厚度至15～20cm。排土场边坡可以用人工覆土的方式重覆表土，除排土场边坡覆土部位8外的其他区域表土重覆工作可以用小型推土机械在重覆区域内推覆表土，有堆填的部位处最好是人工覆表土并保证表土均匀重覆。表土重覆完成后在重覆区域进行喷水工作，每平米喷水5～7l，喷水工作进行3次，每次间隔2～3天。7)人工水塘底板防渗处理并引入露天采场矿坑排水如图5所示，利用水泥砂浆+粉黏土或粉黏土+hdpe防渗土工膜组合进行塘底防渗处理，在塘人工水底不和人工水塘内壁均设置防渗水加固层10。需要注意的是如果采用hdpe土工膜时需对人工水塘塘底进行硬化，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匀搅拌后再进行铺设，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水塘中。人工水塘中水具有两方面功能：一是用做排土场除尘、绿化功能，另一方面是矿区、矸石山、排土场灭火功能。如果矿区小型外排土场人工水塘蓄水能力(体积)大于0.3倍覆土体积时，可以将多余的水塘单独隔离并进行人工渔业养殖工作。8)对外排土场台阶开设地表截排水沟。如图6所示，进行小型外排土场台阶地表截排水沟12建设，可以根据矿山小型外排土场生产设计方案进行，但要求外排土场坡底地表截排水沟12有独立出口，地表截排水沟12可联通至外排土场专门设立的排水区域，禁止将水直接排放至外排土场前缘对后续开挖的人工水塘造成影响或对水塘水质造成污染。9)将人工水塘淤泥沉积物覆于小型外排土场斜坡及平台表面并种植适宜植被。将人工水塘淤泥沉积物覆于小型外排土场斜坡及平台表面，并使其保持平整，对平整后的外排土场斜坡设置生物芭，生物芭设置方法：一是将树枝插入斜坡形成边长为1m的网格形琥珀网，并在网格中间种草；二是直接将树枝编成的网片铺设在外排土场边坡上，并在网格中间种草。对设置沙障的外排土场边坡种草，草种选择沙打旺＋草木樨，按1:1～1.5的比例混播。在播种之前，先用农药拌种或用杀虫剂、保水剂、抗旱剂对种子进行丸衣化处理，以预防种子传播病虫害和病虫对种子的危害。然后将处理后的草籽与化肥(尿素或碳酸二铵)按1:0.5的比例拌合，化肥用量为15～20kg/hm2。牧草种植：雨季(6月中旬～7月上旬)抢墒撒播，播后第二年对缺苗地方及时补播。10)利用人工水塘内淤泥、水草及水塘蓄水对小型外排土场进行生态修复。人工水塘会不断产生塘底淤泥、水草等营养物质，矿山企业可定期(60天～90天)清理水塘内淤泥并更新蓄水，将原有蓄水由下至上喷灌至外排土场表面。更新水塘内蓄水工作前要先进行喷灌工作，待单次喷灌工作结束后再进行水塘更新蓄水作业。人工水塘淤泥、水草可采用人工挖出的方式挖出，取淤泥的过程需防止使用锋利的开挖工具，严防对塘底造成破坏。挖出的淤泥可覆于排土场生态修复区域表面，可以采用自上而下或自下而上的覆土顺序进行。所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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12