一、綜合治理設(shè)計(jì)原則及規(guī)劃

1設(shè)計(jì)原則

矸石山山體安全穩(wěn)定—滅火效果徹底—植物群落向森林方向演替，最終形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)—兼顧生態(tài)環(huán)境的同時(shí)注重景觀效果—滅火、生態(tài)修復(fù)與山體穩(wěn)定(護(hù)坡)三者相結(jié)合，作為一個(gè)系統(tǒng)工程總體安排，最終達(dá)到滅火徹底、山體穩(wěn)定、植被良性演替的整體治理效果。

2總體規(guī)劃

該方案采用滅火措施、護(hù)坡措施與生物措施(生態(tài)修復(fù))緊密結(jié)合的方法，即首先對矸石山進(jìn)行滅火施工。本次滅火施工主要工藝包括溫度勘察、挖除滅火、換填滅火、噴射注漿滅火、深孔注漿滅火等。根據(jù)溫度勘測結(jié)果及現(xiàn)場情況，采用多種滅火方法系統(tǒng)結(jié)合的方式進(jìn)行滅火施工。結(jié)合上述滅火措施的基礎(chǔ)上，進(jìn)行護(hù)坡整治，整理坡面、控制坡度、修建上山道路、修筑排水渠、急流槽及馬道，修建柔性護(hù)坡，對其抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、地基承載能力進(jìn)行分析驗(yàn)算，最后采用生物措施進(jìn)一步加固矸石山，設(shè)計(jì)中綜合采用生物、物理、化學(xué)等措施進(jìn)行土壤基質(zhì)改良，采用遠(yuǎn)程噴射播種植被恢復(fù)技術(shù)對矸石山坡體進(jìn)行植被恢復(fù)。

二、滅火方案

1設(shè)計(jì)原則

為確保施工安全，此次滅火采用防火、控火、滅火方案，方案明顯減少或消除有害氣體，恢復(fù)安全常態(tài)，按照不同部位采取不同滅火工藝，采用多種滅火工藝相結(jié)合的滅火方式進(jìn)行施工，全程測溫，由下而上，由外而內(nèi)，由低溫區(qū)向高溫區(qū)實(shí)施滅火措施。

2總體規(guī)劃

矸石山滅火工程主要依據(jù)矸石山自燃機(jī)理及特點(diǎn)，矸石山不同溫度分布規(guī)律及溫度探測技術(shù)，采用各種滅火措施的綜合、運(yùn)用。本設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的噴漿、注漿技術(shù)防火、控火，最終消除火點(diǎn)。采取機(jī)械化施工，利用泥漿噴射機(jī)進(jìn)行噴漿、注漿。

三、護(hù)坡工程方案

矸石山山體的穩(wěn)定直接關(guān)系到綜合治理的成敗，同時(shí)山體的穩(wěn)定又保證滅火效果的持續(xù)與生態(tài)修復(fù)的成功。護(hù)坡工程主要包括:坡體分級、整理坡面、控制坡度，修建上山道路，修筑排水渠、急流槽及馬道，修建柔性護(hù)坡等。針對矸石山不穩(wěn)定、易沉降等特性，采用剛性護(hù)坡易損壞。該矸石山護(hù)坡工程采用柔性覆蓋的技術(shù)理念，以有效應(yīng)對矸石山沉降。

1坡體削坡分級及道路修整

1)削坡。矸石山削坡分級總體坡度控制在30°左右，本次削坡主要針對一號治理區(qū)進(jìn)行，同時(shí)也包括二號治理區(qū)部分坡面。平均削坡深度為1．5m，削坡后每段坡面長度10m～15m。2)覆土。削坡完成后，矸石山體表層覆蓋矸石與黃土的混合物(含黃土約75%)，以利于植物生長，表層平均矸土混合物厚度為0．8m。3)整形。覆土完成后，進(jìn)行坡面整形及施工道路修整，削坡整形后表層矸土混合壓實(shí)，形成一個(gè)封閉良好的整體，山體穩(wěn)定性良好，為植被恢復(fù)創(chuàng)造良好條件。

2排水系統(tǒng)

坡體的排水系統(tǒng)包括坡面急流槽、馬道柔性排水渠及道路排水。柔性排水系統(tǒng)均采用土工袋、土工膜等柔性材料，坡面排水系統(tǒng)與道路排水系統(tǒng)及原有排水系統(tǒng)相貫通。馬道在前期可作為施工便道，之后建立排水渠，其余裸露地方進(jìn)行植被恢復(fù)。矸石山經(jīng)人工整形后，易發(fā)生沉降變形，如采用混凝土或漿砌石構(gòu)筑排水渠，極易發(fā)生斷裂。該方案采用土工膜加土工袋構(gòu)筑的柔性排水渠。排水渠修筑方法為馬道邊緣及道路一側(cè)開挖寬1m壕溝加土夯實(shí)(土層厚度約為20cm)，然后回填形成下底寬40cm，上口寬80cm，高60cm的梯形排水溝，鋪設(shè)土工膜，溝底坡度為5%，土工膜上方碼放黑色土工袋，標(biāo)準(zhǔn)尺寸一般為40cm×80cm，土工袋裝土壓實(shí)，碼放要求層層碼放相互壓實(shí)形成表層利于阻擋和攔截降水的臺階式坡面。

3植物護(hù)坡的作用

3.1植物根系的固著作用

草本植物須根大部分分布在地下0．5m以內(nèi)，而灌木根系更能深入到矸石層，對提高坡體表面抗沖力、防水土流失作用十分明顯，植被能夠遏制坡面水土流失及淺層崩塌，植物的淺層根系錯(cuò)根盤結(jié)，使土體在其延伸范圍內(nèi)成為土與植物的復(fù)合體。植物的垂直根系穿過坡體淺層的松散風(fēng)化帶，深入到較深矸石層起到相當(dāng)于甚至優(yōu)于錨桿的作用。禾本科及豆科植物小灌木在地下0．75m～1．5m處有明顯的加固作用，喬木根系的錨固作用可影響更深的矸土層。

3.2植被的防沖蝕作用

1)截留降水，削弱濺蝕。降水從高空落下，對裸露的表土產(chǎn)生一種打擊力，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時(shí)土粒被水帶走產(chǎn)生水土流失。植被保持水土作用表現(xiàn)在可基本消除降水的擊濺侵蝕，降低坡面土體的侵蝕性，減少沖蝕力指數(shù)。植物攔截降水，則削減了降水對地面的擊濺侵蝕，從而對表土起固持作用。2)延緩徑流匯集，增加入滲，減少沖刷。地表徑流集中是坡面土體沖蝕的主要動力，對土體沖蝕的強(qiáng)弱取決于流速的大小和徑流所具有的能量。植被覆蓋坡面增加坡面粗糙率使徑流由直流變?yōu)槔@流，難于匯集一起。另外植被生長形成的空隙和裂隙增加了入滲，優(yōu)化地下水的補(bǔ)給環(huán)境，減少了徑流量和徑流沖刷力，直接降低了徑流對坡面沖刷，保護(hù)坡面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。3)鄉(xiāng)土灌木樹種生長，植物種類多樣，表層形成茂密草灌植物，起到很好的水土保持作用，不會造成水蝕溝。

四、生態(tài)修復(fù)方案

在矸石山植被恢復(fù)工程中按照立地條件分析與評價(jià)、基質(zhì)改良技術(shù)、適宜樹種選擇與規(guī)劃、植被恢復(fù)栽植技術(shù)、科學(xué)的撫育管理技術(shù)和植被恢復(fù)的監(jiān)測與評價(jià)等“六階段”技術(shù)模式，根據(jù)模式中各個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，適時(shí)有效地調(diào)整矸石山植被恢復(fù)的工程技術(shù)和進(jìn)度，可以使矸石山植被恢復(fù)能夠按照規(guī)劃設(shè)計(jì)的目標(biāo)創(chuàng)建穩(wěn)定的植物生態(tài)系統(tǒng)，使矸石山最終達(dá)到治理的效果。

五、適宜的植物規(guī)劃

1植物

植物種類的選擇一直是矸石山生態(tài)修復(fù)研究的重要內(nèi)容。植物種類選擇的適當(dāng)與否是屯蘭礦矸石山植被恢復(fù)成敗的關(guān)鍵，樹種的組成以及植被群落的組成和密度是創(chuàng)造良好生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)。根據(jù)該礦矸石山植被恢復(fù)與生態(tài)特點(diǎn)，科學(xué)地選擇矸石山適宜的植物種類是該項(xiàng)工程的重要任務(wù)。主要是堅(jiān)持“適地適樹”的原則，以鄉(xiāng)土樹種為主，選用經(jīng)過多年引種和馴化的植物品種，要有利于矸石山的水土保持和土壤的改良，選擇抗干旱和耐貧瘠的肥料樹種，尤其要考慮優(yōu)良的灌木樹種在植被的防護(hù)和土壤改良功能方面的特點(diǎn)，這樣可以使矸石山提早郁閉，加快綠化和生態(tài)修復(fù)的速度，并具有保持水土的作用。

2適宜該地區(qū)種植的植物種類

油松、側(cè)柏、臭椿、刺槐、山杏、檸條、榆樹、紫穗槐、皂角、二色胡枝子、荊條、羊柴、二月蘭、沙打旺、波斯菊、黑心菊、紫花苜蓿、黑麥草及高羊毛等。

六、治理工程的監(jiān)測與評價(jià)

矸石山植被恢復(fù)是困難立地條件下比較艱巨的工程，因此其恢復(fù)植被的監(jiān)測比較重要。在植被恢復(fù)的初期，由于管理強(qiáng)度較大，植物的生長發(fā)育狀況會及時(shí)的得到反饋和處理。但是在管理強(qiáng)度逐年降低直至停止后，矸石山的植被開始進(jìn)入自維持狀態(tài)，由于管理強(qiáng)度的降低和矸石山立地限制因子的疊加性，重建的植物群落的發(fā)展可能出現(xiàn)兩種情況，一種是逐漸退化，植物的生長量減少，種類減少等等，任其發(fā)展，最后可能導(dǎo)致整個(gè)恢復(fù)植被的完全消失。另一種是植物生長良好，生產(chǎn)力逐步提高，鄉(xiāng)土樹種不斷侵入，甚至替代植被重建階段的先鋒樹種。對于第一種情況應(yīng)該通過監(jiān)測和評價(jià)，盡快的發(fā)現(xiàn)植被退化的決定性因素，對恢復(fù)的植被進(jìn)行維護(hù)。第二種情況表明重建的植被正朝著自我演替的方向發(fā)展，最終會建立一個(gè)穩(wěn)定的、自維持的生態(tài)系統(tǒng)。對于取得初步成功的矸石山恢復(fù)植被，通過監(jiān)測和評價(jià)，適時(shí)地引進(jìn)期待的樹種，使之能夠按照人為設(shè)計(jì)的方向創(chuàng)建希望的恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)。另外，監(jiān)測和評價(jià)植被重建的環(huán)境和生態(tài)效益，深入研究生態(tài)修復(fù)的過程與機(jī)制，可以推廣和發(fā)展植被恢復(fù)技術(shù)理論，為矸石山的生態(tài)重建提供理論和技術(shù)的支持。

1生態(tài)效益

本方案規(guī)劃設(shè)計(jì)的生物措施實(shí)施一段時(shí)期后，通過增加植被、改善土壤性狀，可以減少揚(yáng)灰，減少有害氣體擴(kuò)散，減少地表徑流，減輕土壤侵蝕，防止新增的水土流失。最終治理目標(biāo)為，使項(xiàng)目實(shí)施后矸石山治理率達(dá)到99%，水土流失治理度達(dá)98%，植被恢復(fù)系數(shù)達(dá)98%，水土流失控制率達(dá)98%。

2社會效益

通過實(shí)施本報(bào)告規(guī)劃設(shè)計(jì)的措施，可減輕水土資源的流失和破壞，使生態(tài)修復(fù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)進(jìn)行，走上良性循環(huán)的道路;同時(shí)，對促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)和發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)具有重要的意義。

七、結(jié)語

本方案中植物的選擇模擬植被自然演替規(guī)律，即由草灌向森林化方向演替;倡導(dǎo)從種子開始的最自然的育林方式，而非人工方式的植樹。因?yàn)椴シN苗不僅在表層形成致密的植物群落，主根也特別發(fā)達(dá)，進(jìn)一步加固了山體，而傳統(tǒng)覆土栽植模式苗木主根被切斷，側(cè)根發(fā)達(dá)，不利于山體的穩(wěn)固，而且實(shí)施工期短，見效快，可以減少覆土，保護(hù)土源，避免造成新的水土流失。與傳統(tǒng)的矸石山植被恢復(fù)相比在技術(shù)手段上有所突破與創(chuàng)新，更多依賴基質(zhì)配比技術(shù)、植物品種選擇技術(shù)，按照植物群落自然演替的科學(xué)規(guī)律，以達(dá)到對矸石山徹底治理的目的。

本文作者：席永哲 單位：西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司基本建設(shè)處