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据《重庆市矸石山环境地质灾害效应及稳定性分析》：如果矸石堆积区的河谷有一定的汇水面积和适宜的坡度,在雨季,一旦降雨量达到60mmPh ,即可爆发泥石流。矸石山呈尖顶锥形,矸石粒径数厘米至数几十厘米,下大上小,自然分选。
运矸轨道坡度为18°～20°。矸石山边坡体的坡面是被排弃的矸石散体在自重作用下形成的。形态主要取决于散体动摩擦效应,自然安息角38°～42°,单体高度一般20～60m。矸石山自然堆积,结构疏松,本质上说是不连续的散体材料。坡体稳定性主要取决于散体静摩擦效应,受矸石中炭分的自燃、有机质的灰化及硫分的离解挥发等作用,矸石山的稳定性普遍较差。矸石山应力-应变以塑性流动为主,无论堆放在河谷、平川还是丘陵地带,都属于不稳定体。如果矸石山堆积过高、坡度过大、受到人为开挖影响时或受到爆炸或暴雨侵蚀时,极易形成坍塌、滑坡、泥石流等重力灾害。矸石山失稳模式主要包括: 311 矸石山表层局部坍塌、错动;312 矸石山内部滑坡。这类滑坡是指发生在排弃散体内部的滑坡,滑动面位于散体矸石内。在雨水或山体地表水的渗透下,矸石山体内部有机物、高岭土等的力学强度大幅度降低,因而在自重和外部荷载作用下发生滑坡;313 矸石山沿原地表内部的软弱夹层滑移。矸石山堆放场地内部含有较厚的软弱层。由于软弱层强度及承载能力较低,当矸石山散体岩石荷载超过基底承载能力时,即会产生软弱夹层的滑坡;314 沿原地表接触面滑坡。矸石山物料与原地表接触面之间的抗剪强度小于矸石山物料本身及原地面的抗剪强度时,易产生沿原地表接触面滑坡;315 泥石流。实际上是以上滑移模式下矸石山滑体运动的一种表现形式。矸石山松散碎屑堆积物为泥石流提供了丰富的固体碎屑物源。在一定的地形地貌条件下,特定的水动力来源则会激发山体滑坡,然 后快速转化成高速流动。
一般而言,较低的矸石山可能获得较大的稳定性。矸石山单体过高大,坡度过陡易产生跨塌。因此,矸石山的稳定堆高问题十分重要。当随矸石山高度增加,在上述因素影响下,要做矸石山完整的应力和应变的渐进性破坏分析几乎是不可能的。我们仅关心矸石山失稳时的极限高度,即只需求出最终达到塑性流动状态时所对应的稳定性程度,并不需要知道应力和应变如何随上述因素变化的具体量值。因此对矸石山稳定堆积高度的确定可考虑采用塑性力学极限分析上限法。极限分析法不受结构的几何形状和荷载情况复杂的影响,具有较为严密的理论基础,在分析过程中严格地遵循塑性力学理论。在破坏面及其上的应力分布不作事先的假设,即在求解边坡稳定过程中回避了不是精确确定的应力分布。应用时其求解过程比较简便,继承了传统极限平衡法特点,能给出一个简单、明了、实用的稳定性指标。并提供一个清晰的物理破坏模式图。
通过对重庆地区5 个矿区12 座矸石山现场勘测可知:矸石的自然休止角为38～42°,长期堆积经物理、化学固结等因素影响后,矸石山边坡角β最大为60～70°,最小30°左右。水是最为活跃的诱发矸石山失稳的因素。它通过3 种途径起作用:影响基岩、散体的力学强度;产生孔隙水压力、静水压力和浮托力作用在边坡上;水位的变化引起渗透压力对矸石山变形与稳定性产生影响。
重庆南桐煤矿矸石山的稳定性分析及防治对策
（二）圆弧法定量分析
1、计算工况、参数的选取及计算结果稳定性计算中，考虑到雨季、暴雨状态下有可能变形，故分别计算天然和饱和工况下的稳定性。计算中，土体参数的选取为详勘的试验值，如三级矸石山天然状态下，重度取16.50 K N /m 3，内摩擦角φ取39.2°，粘聚力C 取2.6K P a；饱和状态下，三项参数则分别取16.65K N /m3、37.4°、2.1 K P a。
2、矸石山边坡局部稳定性计算方法及公式采用圆弧法，即计算第i 计算条块滑动面上的抗滑力与第i 计算条块滑体在与滑动面切线上的反力的比值作为安全系数，如大或等于安全稳定系数1.25即为稳定。通过矸石山沿内部圆弧法稳定性计算，其结果显示，一、二、三级矸石山沿东-西、北西-南东和南西-北东方面的剖面上，均呈现在天然状态下均处于稳定状态，在饱和状态下处于基本稳定状态的特点。若按27°放坡后，通过搜索最不利面，饱和状态下各个剖面的稳定系数为1.290-1.426，均大于安全稳定系数1.25，故按27°放（削）坡后，矸石山处于稳定状态。（三）稳定性分析结论
1、根据地质环境条件及地面调查评价根据现场调查，坡脚房屋可见开裂缝隙，裂缝宽3～15m m，长1～3m，通过调查，房屋基础位于矸石堆上，由于矸石为随机抛填，未经过碾压，裂缝形成原因为不均匀沉降。由于矸石体较松散，即使出现裂缝也会立即被充填，所以在现场调查中，未发现变形和裂缝。矸石山北、西、南侧均为自然斜坡，基岩大部分出露，坡角20°～30°，现状稳定。东侧矸石体填土边坡 高度较大（54 m ～74m），坡度较陡（35～40°），在暴雨和长期降雨条件下，局部矸石体有可能沿内部局部剪出，加之其下方为居民密集区，危险性和危害性较大。
2、根据稳定性计算结果评价
根据对勘察区剖面采用圆弧法进行矸石山边坡局部稳定性的计算结果表明：一级、二级、三级矸石山在饱和状态下稳定系数均小于安全系数，说明矸石山边坡在雨季饱和状态下处于基本稳定状态，有沿 矸石山内部产生局部滑移剪出的可能。
四、防治措施
（一）矸石山的治理应采取放（削）坡+矮脚墙+排水+抗滑桩+坡面绿化的综合措施。根据稳定性计算，将其剖面稳定性较差的坡段按边坡角为27°～30°放（削）坡，多余的矸石量可堆放至一级矸石山平台上，并按27°放坡，堆放高度与现有二级平台相同（+438m），现有排水沟可做成盲沟；三级矸石山按设计坡率堆放。为保证三级矸石山堆填时不超越规划边界，并防止三级矸石山坡脚被水体冲刷，应在 现有二级平台沿规划边界线修建矮脚墙。
《煤矸石排放对生态环境影响的分析》
根据各矿区排研场研石的工业分析与化学分析可以看出, 煤研石的矿物成分以粘土矿物为主,灰分在煤研石中的比例为一不等, 化学 成分则以议为主, 一般为一不等其次为七, 一般占巧一。
煤歼石自燃对环境的影响分析由于煤研石中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物, 其中碳、硫构成研石山自燃的物质基础, 研石中通常固定碳含量可达一, 发热量可达一, 而硫是以硫铁矿硫、有机硫和硫酸盐硫的形式存在。煤研石野外露天堆放, 日积月累, 研石山内部的热量逐渐积蓄, 当温度达到可燃物的燃点时煤的燃点一般为℃ , 研石堆中的残煤便可自燃。并放出大量、、、践和氮氧化合物等有害气体, 影响排研场周围的大气环境质量。山西轩岗矿区座研石山座局部自燃西安煤研所年为西山矿区作过试验分析, 对个研石样品的浸出液的、、几、、、、、‘小一、一、二、几凡、、、、“、、、凡、、、等项感观性状因子、氧平衡因子、毒物因子及微生物因子进行化验, 在取得的个数据中, 有项个数据在类标准范围之内, 符合中污水综合排放标准中第二类污染物允许排放浓度的一级标准。这表明, 该矿区各矿研石淋溶水质基本达到一标准中的类标准一般保护水域和一般工农业用水区, 不会对环境造成污染, 同时由于该矿区气候干旱, 降雨量较小,蒸发量较大, 而煤研石中的水分较小, 排研场淋溶水汇人河流水系中迁移的流量极少, 而且排研场附近的耕地极少, 因而研石淋溶水对土壤也不会造成污染。此外, 参照毗邻的西山矿区的试验分析, 煤气化矿区的研石淋溶水质基本达到一标准中的类标准, 有毒物质含量较少, 水质酸碱性较弱, 表明该地区研石淋溶水对环境污染的影响不明显。
《煤矿采区矸石山的环境岩土问题综述》
矸石山的侵蚀量和侵蚀类型依其堆积年限、堆积物的物理性能及特殊的堆放性态的不同而不同。当年堆积的坡面侵蚀强度最为剧烈,如甘肃省内矸石山年侵蚀模数高达37758 t/km2。在降水量和降水历时相同情况下,降雨强度越大,坡越长越陡,水土流失量越大,反之则小;坡越长越陡,坡面越凹凸不平,越易形成径流的汇集,导致冲刷力加大;植被覆盖度大小与水土流失量大小成反比。
2004年6月5日重庆万盛南桐矿业东林煤矿矸石山跨塌造成了20万m3 的大面积滑坡,范围宽约150 m,长达1 km,此次灾害共涉及14户居民56 人。其中17人死亡。
《重庆矿区矸石山滑坡成因分析》
①在矸石堆放中应采取一定工程措施增加矸石山的固结速度与固结程度,如:分层堆放,严格控制每层高度,有条件的情况下分层碾压等。②对矸石山做好完善的浅、深层排水通道,有利于提高矸石山的整体稳定性。
③合理选取矸石散体堆放的坡高、坡角控制比例;3)通过矸石山的变形监控达到以下目的: ①通过沉降观测可确定其固结度,并进一步在此基础上分析稳定安全储备,控制下阶段的排弃强度。②通过控制点的水平和垂直位移趋势观测,通过其收敛特征,进行滑坡预报。31212 矸石山的整治措施
1)在固结前即支护,支护体对矸石山散体起到了更好的变形约束作用,而且坡面主压力矢量也有一定程度降低;2)如果选择在坡中部设置支挡结构,首先保证基脚的稳定,保证基脚下部的矸石已完全固结,同时,还应分析新堆矸石对下部矸石引起的进一步的变形情况;3)对矸石山的整形卸载,应根据应力分布、位移分布、速度场的分布合理选择开挖卸载区域;4)在坡面进行植被恢复能大大降低降雨对矸石山稳定性的影响。
《矸石山水土流失规律与防治措施的研究》
由径流小区泥沙实测资料(见表
1、表2)可以看出, 有林地与无林地相比, 径流模数和侵蚀模数分别减少53.3% 和92.6% , 在覆盖度较高的情况下, 水土流失量明显减少。这一方面是由于树冠和枯枝落叶层截持降雨, 降低了雨滴直接对地面的击溅, 减缓径流, 增加了土壤入渗所致。另一方面, 有林地坡面表层土颗粒较细, 呈粉状, 原有侵蚀沟除表面颗粒较粗外, 沟道基本趋于稳定, 水土流失基本得到控制;无林地坡面表层颗粒明显较粗, 侵蚀沟冲刷特征明显, 而且继续加宽加深, 水土流失加剧。由引种试验, 原土和回填客土栽植的紫穗槐成活率100%。紫穗槐当年栽植后, 其有客土的抽枝13条, 高达1.4 m , 原土栽植的平均抽枝13 条, 高达1.1 m。试验及调查分析认为, 紫穗槐、火炬树是矸石山首选灌木树种。
煤炭开采中正在弃渣的矸石山, 宜采取工程措施, 弃渣厂靠近工矿生产区、生活区及农田的, 围绕矸石山宜修建拦渣墙、排水沟及沉沙池等, 将洪水引入河道;临河弃渣的宜设置拦沙堤和沿河拦沙坝;已停止弃渣并正在燃烧的矸石山, 除修建拦渣墙、排水沟及沉沙池外, 宜修建环山水平沟、改变小地形、增加入渗、开沟散热;自燃已结束的矸石山, 开发建设项目水土保持方案编制中, 防治措施宜采取工程与生物措施相结合, 坡面整地方法可采取开挖鱼鳞坑和水平阶, 并进行植树造林。由于矸石山立地条件差, 宜密植。
(3)有林地与无林地相比, 减流效益为53.3%、减沙效益为92.60% , 全氮、全磷、全钾养分流失量分别减少25.99%、24.64%、21.18%。(4)矸石山水土流失的防治, 宜采取工程与生物措施相结合, 整地方法宜采取水平阶、水平沟、鱼鳞坑。紫穗槐、火炬树原土或回填客土栽植均能活,是矸石山治理的首选树种。
