00

随着工业化进程的加速，煤炭作为传统能源的大量开采带来了诸多环境问题，其中煤矸石山的形成严重破坏了自然生态环境。矸石填埋不仅占用了大量土地资源，还导致了土壤退化、水质污染和生物多样性的显著下降，对当地生态系统造成了长期的负面影响。面对这一现实问题，探索有效的生态恢复与治理技术，既是对环境负责的体现，也是实现可持续发展战略的需要。利用物理覆盖施工工艺、生态材料及人工智能等创新技术对煤矸石山进行生态环境恢复治理，不仅可以有效修复受损生态系统，还能促进资源的循环利用和环境的可持续发展，具有重要的研究价值和实践意义。

煤矸石山生态环境问题的严峻性

煤矸石山作为煤炭开采后遗留的主要固体废物，其对周边环境尤其是土壤和水体的负面影响日益显著。土壤退化因其所含有害物质的渗漏和风化作用导致重金属和其他有害化学物质累积于土壤中，进而影响土壤的自净能力和生态功能。水质污染则通过煤矸石中的硫化物在风化作用下生成酸性物质，水体导致水体酸化，增加了水体中重金属的溶解度，从而严重影响了水质[1]。煤矸石山的存在对生物多样性及生态系统造成了显著破坏，由于煤矸石山表面环境恶劣，如土壤酸化、重金属污染以及物理结构破坏等，这些条件极不适宜植物生长，导致原本的植物群落无法存活或难以再生，进而影响到依赖这些植物生存的动物种群；生物多样性的减少直接影响到生态系统的稳定性和自我恢复能力。煤矸石山还可能通过改变地形地貌和水文条件，间接影响到周边区域的生态系统，如引起地表水水质变差，进而影响到更广泛区域的生物多样性和生态系统健康，对区域乃至全局的生态环境构成威胁[2]。

煤矸石山生态恢复与治理的技术状况

2.1  物理覆盖法的局限性

物理覆盖法作为煤矸石山生态恢复与治理的一种常用技术，其主要通过覆盖土壤或植物来改善煤矸石山表面的环境条件，促进植被恢复和土壤重建。然而这种方法存在明显的局限性[3]。物理覆盖法对初期投资较大，尤其是在大面积煤矸石山的治理过程中，需要大量的覆盖材料和人力，增加了治理成本；仅仅通过物理覆盖难以根本改变煤矸石山内部不稳定的化学性质，如酸性物质的生成和重金属的释放仍可能通过降雨后下渗等途径对覆盖层下的环境造成污染和破坏；物理覆盖法在实施过程中可能会对原有的地形地貌造成改变，进而对周边生态系统产生负面影响；覆盖层的长期稳定性和生态功能恢复能力也存在不确定性，如覆盖层的侵蚀和植被建立的成功率直接关系到治理效果的持久性。因此物理覆盖法在煤矸石山生态亟须进一步中虽然能够在短期内改善局部环境条件，但在根本上解决环境问题方面存在一定的局限。

2.2  生物修复技术应用有待加强

生物修复技术在煤矸石山生态恢复与治理中扮演着至关重要的角色，然而其应用在当前仍面临多重挑战亟须进一步加强[4]。生物修复技术主要依赖于植物和微生物来去除或稳定土壤中的污染物，通过这种方式恢复土壤的自然功能和提升生态系统的自我修复能力。尽管理论上具有高效、环保的优点，但在实际应用中，生物修复技术面临的主要问题包括生物修复效率的不确定性、技术适用范围的局限性以及长期生态效应的不可预测性。煤矸石山特有的恶劣环境条件，限制了大多数植物和微生物的生长和繁殖，从而影响了生物修复过程的效率和稳定性；不同污染物之间的复杂相互作用可能会降低生物修复的效果，使得某些污染物难以通过生物手段完全去除或稳定；生物修复技术的应用需要考虑到地域环境的特异性，不同地区的生物种群和环境条件对修复效果有着直接影响，这增加了技术应用的复杂性；因此尽管生物修复技术在理论和初步应用中展现出巨大潜力，其在实际操作中面临的问题和挑战仍需通过进一步的研究和技术创新来克服。

2.3   综合治理策略有待完善

综合治理策略往往需要跨学科、跨领域的协作，涉及的技术和方法多样，如物理覆盖、生物修复以及化学稳定等，但在实际操作中往往因资源、技术和管理经验的限制，难以实现各种技术的有机结合和协同作用，导致治理效果不理想；煤矸石山的生态恢复是一个长期复杂过程，需要持续的监测和后续管理，但当前的综合治理策略往往缺乏长效机制，治理后的维护和监控不足，难以确保恢复效果的持久性；综合治理策略在实施过程中还需兼顾经济成本和社会效益，如何在保证环境治理效果的同时，实现经济效益的最大化和社会公众的广泛参与是当前策略面临的另一大挑战[5]。

03

3.1  物理覆盖法新工艺的探索

目前对于一些无法利用的煤矸石主要采取填埋方式进行处理，煤矸石山地虽然进行了覆盖封场但长期受到自然环境的侵蚀，对其影响最大的主要外在因素就是降水，水与煤矸石中含有的无机盐类物质，如钠、钙、镁等，会与水发生化学反应，而产生各类有毒有害物质，并对矸石山整理稳定性产生影响因此在物理覆盖施工时应加强防渗、排水、截水等技术措施。例如：1）降低煤矸石分层填筑高度及提高压实系数，且应用黄土进行分隔后再进行上层填筑以此降低煤矸石由于填筑高度过高和压实度不足而引发煤矸石内核温度过高而发生自燃现象而影响坝体整体稳定性。填筑高度及压实系数需结合矸石硬度、压实机具、压实厚度等通过现场试验确定，且应对分层压实度进行灌砂法检验，检验合格后方可进行上一层填筑。2）煤矸石填筑一定设计标高或在填筑面积较大处顶面设置不透水层例如采用沥青封层或采用复合不透水层GCL垫+HDPE膜等材料组成不透水层，防止地表水下渗的同时应加强地表水导排及解决顶面坡度控制不严导致地表水出现聚集现象，形成大片或不均匀积水。宜在不透水层上方填筑矸石过程中加设管间距2.5m的花管，通过插管导排方式加速均匀排除，防止地表水进入煤矸石堆体核心部位而影响坡体稳定性及其他化学反应。3）加强煤矸石坡面防护，在坡顶设置一定高度的挡水墙或预制HDPE管材不透水沟槽与矸石山排水系统连通，截排坡面水流。在坡面布设预制50*50*5绿色植草网格，进一步加强坡面土体抗剪强度和后续坡体面种植提供便利条件兼顾美观性的同时能防止水流顺边坡流动而造成坡体水土流失影响边坡稳定还能有效对种植的植物起到保水作用，提高植物成活率及根系发育固结土层作用。

3.2  加强生态材料在环境修复中的应用

在煤矿煤矸石山生态环境恢复治理中，生态材料的应用展现出巨大的潜力和前景。生态材料可自然降解或具有促进生态系统恢复功能的材料，其在环境修复中的新用途不仅体现在物理覆盖和稳定斜坡等传统领域，还包括生物多样性的增强、土壤修复以及污染物的去除等多方面。例如由天然纤维和生物降解材料构成，不仅可以有效防止风蚀和水蚀，还可以在材料降解过程中释放出对土壤有益的营养成分，促进植物生长，间距及排距3.0ｍ，为植被恢复提供了良好的基础。例如在煤矸石山生态恢复项目采用了生物可降解的固土网和植物纤维覆盖层，断面尺寸为：坝顶宽１ｍ，边坡为1∶0.5，拦矸坝以上边坡以1∶1.5进行削坡防护。这些生态材料不仅稳定了煤矸石山斜坡，减少了水土流失，而且提供了有利于植物种子萌发和生长的微环境，较快实现了绿化覆盖和生态功能的初步恢复。采用新材料如膨润土防水毯（GCL）垫的作用：隔离、防渗及反渗等作用能够替代采用黄土分层覆盖，大大减少黄土用量及对周边自然环境的破坏。在矸石山分层坡顶设锚固沟将材料埋入锚固沟，由高到低滚铺。铺设连接应采用搭接（搭接宽度250±50mm）接缝处撒上膨润土粉末密封。防止车辆直接在上碾压和便于矸石回填采用后退法卸料。进一步提高回填作业速度、降低矸石山高度，提高土壤质量，为生态系统的长期恢复和稳定奠定了基础。

3.3  人工智能与监控量测在生态管理中的作用

坚持预防为主、防治结合，谁开发谁保护、谁破坏谁治理、谁投资谁收益的原则，使煤炭矸石山长期生态环境管理任务凸显。提高人工智能应用能够通过算法模型对大量环境数据进行分析和预测，而大数据技术则为生态监测提供了海量数据的处理能力，两者的结合为煤矸石山的生态环境恢复提供了新的解决方案。例如，通过搭载传感器的无人机收集的地表图像和环境数据，结合遥感技术监测煤矸石山区域的植被覆盖率、土壤湿度等指标，可以构建起煤矸石山生态系统的详细数据模型。利用大数据分析技术，可以对这些数据进行深入分析，识别生态恢复过程中的关键变量和潜在问题，如通过分析H2SO4、SO2、SO3等酸性物质的浓度变化，预测生态恢复过程中可能出现的风险和变化趋势，为决策提供科学依据。通过设定的生态指标等，实时监控生态恢复的进展确保恢复工作达到预期目标。在实际应用中，通过部署地表温度、湿度传感器和空气质量监测仪，收集环境参数数据，结合卫星遥感图像，利用人工智能算法分析植被生长状态和土壤改良效果，成功地指导生态植被的情况及日常养护管理工作。增设测量检测设施设置检测预警值开展对矸石山整体实施监测如坡体变形位移监测对矸石山表面位移、隆起、塌陷等现象。这有助于及时发现山体的不稳定区域，为预防滑坡等自然灾害提供数据支持。矸石山内核温度监测了解矸石山的内部温度变化情况，这有助于发现山体内核的热异常区域，为预防自燃现象提供数据支持。通过对监测数据的分析，可以及时发现山体的异常变化，预测其发展趋势。在此基础上，可以采取相应的预警及时进行风险评估并采取应对处置措施。使煤矿矸石山生态环境始终在可控范围内，进一步提升煤矿生产企业环保工作的管理水平。

04

综上所述，煤矸石山生态环境恢复与治理面临的挑战是多方面的，涉及土壤、水质以及生物多样性等多个层面。通过本文的分析可见虽然传统的生态恢复技术存在一定的局限性，但随着科技的进步，创新技术为这一领域带来了新的希望和可能。人工智能与监控量测技术能够提高生态监测的效率和准确性，生态材料的开发使用为恢复土壤肥力和促进植被生长提供了新的解决方案，而物理覆盖法工艺进一步提高应对水对矸石山的不利影响。由此可见创新技术的应用为煤矸石山的生态环境恢复治理开辟了新途径，对于实现环境修复和资源可持续利用具有重要意义，未来的工作应继续探索和优化这些技术的应用以期达到更加有效的恢复效果和环境治理目标。