海州礦排土場工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)研究

　　 摘要：從露天開采形成排土場的水土流失角度出發(fā)，提出了排土場工程復(fù)墾技術(shù)。其中排土場邊坡水土流失控制技術(shù)主要有邊坡整形設(shè)計、排土場斜坡整治技術(shù)、排水系統(tǒng)配置技術(shù)和排土場固土護坡技術(shù)；排土場平臺徑流分散措施主要有最終平臺的整治和下部臺階平臺的整治；排土場邊坡徑流分散措施主要是對于坡度>35°的臺階邊坡，可適當(dāng)進行緩坡措施，在邊坡水平溝整地基礎(chǔ)上建立以檸條、沙棘等耐旱固土灌木為主的等高植物籬；排土場工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)主要有平盤整治工程、客土回填工程和水土保持生物工程。
　　關(guān)鍵詞：工程復(fù)墾排土場海州礦
　　中圖分類號：S152.7 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791(2011)06(b)-0000-00
　　
　　我國是以煤炭為主要能源的國家，在能源結(jié)構(gòu)中煤炭占70% 以上，煤炭年產(chǎn)量居世界第一。從煤炭資源分布情況看，主要分布在干旱、半干旱地區(qū)，煤炭開采加劇了這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題。長期以來，礦區(qū)由于沒有土地復(fù)墾及再利用規(guī)劃，產(chǎn)生了大量的礦區(qū)廢棄地，排土場就是其中一種廢棄地類型。排土場是露天礦區(qū)水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域，有效控制排土場水土流失并加快復(fù)墾進程是半干旱地區(qū)大型排土場土地復(fù)墾和植被恢復(fù)的基礎(chǔ)。為此對海州礦排土場工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。
　　
　　1 研究區(qū)概況
　　阜新礦區(qū)海州礦露天排土場，位于阜新市東南的太平區(qū)境內(nèi)，距阜新市中心15-20km。氣候?qū)侔敫珊蛋霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，多風(fēng)沙，主導(dǎo)風(fēng)向是夏季為偏南風(fēng)、冬季為西北風(fēng)。四季分明，雨熱同季。年平均降雨量為550mm，且多集中在7、8、9月，占全年降水量的 78%，蒸發(fā)量大于降水量，年平均蒸發(fā)量1700mm。年平均溫度為9.5℃，歷年日最高氣溫40.5℃，日最低氣溫-26.4℃，無霜期150d，終霜期在4月下旬，初霜期在10月初，最大凍土深度1.39m。平均日照時間為2800h，光能總輻射量130千卡/平方厘米。排土場占地約12km2。項目區(qū)排土場呈階梯狀，分為十多個大盤面，每個盤面矸石林立、溝壑縱橫，陡坎坡平均坡度45o，盤面海拔平均高度為+270m，相對高差為3-60m，最高處接近+325m，最低處不低于+240米。項目區(qū)的大部分盤面已停止排矸13年以上，總體上來講，項目區(qū)盤面地表矸石有風(fēng)化，但仍夾雜著碎石和少量大塊矸石，部分盤面近幾年來由于當(dāng)?shù)鼐用駸o序的挖掘撿采排土場內(nèi)的棄煤而形成了大量不均勻的坑、溝等地貌狀況，水土流失十分嚴(yán)重。
　　
　　2 排土場邊坡水土流失控制技術(shù)
　　2.1邊坡整形設(shè)計
　　排土場邊坡的S形設(shè)計：在這種坡面上沿坡場方向的任一點，隨著離坡首的距離增加，其集水面積雖然增大，但沿此坡面的徑流流速卻保持在一個恒定的、較低的數(shù)值，從而控制了徑流對坡面的沖刷力，即有效的控制了水土流失。
　　排土場邊坡的拋物線設(shè)計：仿自然山坡的形狀，設(shè)排土場臺階坡面水平寬度為L，高度為 h，可用指數(shù)形式表示坡的斷面方程為：
　　根據(jù)地貌學(xué)原理，當(dāng)?shù)貧ぬ幱陂L期穩(wěn)定時，侵蝕作用將不斷進行，最終形成的S形，其凹形部分占較大比例，假設(shè)凹形占全部時，該坡面可表示為：
　　因此從地貌學(xué)原理分析，該式較合理，建議排土場抗侵蝕坡面設(shè)計采用該式拋物線形式。
　　排土場邊坡的直線形設(shè)計：由于場地及施工條件等因素的限制，當(dāng)難于將坡面設(shè)計成 S 形坡面或拋物線形坡面，至少應(yīng)選擇邊坡直線形方案，要盡可能地避免凸形邊坡。如果排土場較高，斜坡較長，為了有效的控制徑流速度，可在坡面中間橫向建立幾個排土臺階，使這個集水區(qū)的地表徑流沿坡面分為幾段，分別進行截流疏導(dǎo)，從而防止土壤侵蝕，也有利于保水保肥。
　　此外，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)排土場排棄高度達(dá)到一定水平時，某些地段排土場平盤會出現(xiàn)多條寬度、長度不
　　等的裂縫，同時下部基底也會出現(xiàn)多條裂縫和隆起，表明排土場有明顯的下沉和水平移動傾向。當(dāng)?shù)乇硭ㄟ^排土平盤眾多裂縫、山坡粉土層眾多裂縫滲入時，會導(dǎo)致排土場穩(wěn)定性下降。應(yīng)采取必要的疏干排水措施。首先，推平、壓實排土平盤和基底山坡裂縫，并設(shè)計一定坡度，以利于排水；其次，修筑排水系統(tǒng)，把地表水排泄至排土場外指定地點；第三，對于到界排土平盤，排表水土加強綠化，既環(huán)保又有利于排水。
　　2.2 排土場斜坡整治技術(shù)
　　坡頂/NQTGA8x8/f7hCHoMFNwdQ==修筑擋水埂，以阻止平臺徑流直接匯入邊坡，杜絕切溝和沖溝情況的發(fā)生。
　　在巖石與礫巖等堅硬巖石混排易出現(xiàn)滑坡的坡面打錨桿，以防止出現(xiàn)整個坡面整體下滑。
　　坡腳堆砌大石塊或構(gòu)建人工擋墻，并按高低一定間隔沿長度方向預(yù)留瀉水孔。以達(dá)到攔截坡面下移泥沙，保護坡腳排水系統(tǒng)。斜坡整治斷面設(shè)計如圖1所示。
　　2.3 排水系統(tǒng)配置技術(shù)
　　在平盤上布設(shè)兩級渠道，距坡腳1.5m處沿坡腳線布設(shè)排水渠。在平臺的適當(dāng)?shù)攸c，再設(shè)一條垂直臺階的主排水渠，主排水渠與坡腳排水渠相連。平盤上的洪水由主排水渠經(jīng)設(shè)置在斜坡上的排水渠排入下一平盤，在面積較大的平盤內(nèi)設(shè)置排水渠網(wǎng)，地面徑流先歸渠網(wǎng)，然后進入主排水渠排出。
　　排水溝尺寸：梯形斷面，渠道底寬b=0.2m ，渠道內(nèi)水深h=0.25m，安全超高取0.15m。由于排土場上部平臺集雨面積較小，故陡坡的斷面也采用排水溝的斷面。
　　2.4 排土場固土護坡技術(shù)
　　2.4.1 反坡水平階整地
　　阜新礦區(qū)排土場邊坡平均坡度約33°，較陡，巖土松散，穩(wěn)定性差，水分缺乏，植物生長困難，所以排土場邊坡水土保持應(yīng)生物措施為主，輔以小型坡面工程整地措施，利用植被的防護固持作用和工程措施的攔蓄作用，防治坡面水土流失。將排土場巖土混合邊坡或土質(zhì)邊坡做成內(nèi)低外高的反坡式臺階，利用反坡形成的空間攔蓄坡面徑流。每節(jié)長3m，中間留一寬0.3m的橫檔，防止水流亂流，這樣也有利用臺階內(nèi)植物的生長。其斷面設(shè)計如圖2。
　　 2.4.2 坡面綠化
　　在對排土場邊坡穩(wěn)定性控制基礎(chǔ)上，按喬灌草結(jié)合的原則，以坡面長期穩(wěn)定、與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)及減輕維護管理工作量為宗旨，利用植被固坡技術(shù)進行坡面綠化。在排土場斜坡面水平階內(nèi)混交種植根系固土固氮能力較強的沙棘、胡枝子、等多年生喬灌木，階間坡面沿等高線人工撒播沙打旺、草木樨、紫花苜蓿牧草。
　　
　　3 排土場徑流分散技術(shù)
　　排土場大面積匯集的暴雨徑流很容易匯集沖刷坡面和道路，導(dǎo)致劇烈的水土流失，并可造成大量徑流灌縫，影響排土場穩(wěn)定，誘發(fā)滑坡。在半干旱地區(qū)，水是排土場生態(tài)恢復(fù)的限制性因子，排水不利于排土場植被的建立和恢復(fù)。采用徑流分散措施可將排土場整個匯流面積分割成許多小區(qū)域，將地表積水限定或攔擋在這些小區(qū)域內(nèi)，則不會出現(xiàn)大流量、高流速、長流程的侵蝕性徑流，黃土的孔隙度大，土層有足夠大的儲水容量，小區(qū)域內(nèi)的地表積水最終會入滲貯存于小區(qū)域表層土體內(nèi)。
　　3.1排土場平臺徑流分散措施
　　3.1.1 最終平臺的整治
　　首先，在平臺邊緣與邊坡交界處，設(shè)置平臺周邊擋水圍堰/墻。擋水圍堰高1.5m，頂寬2.0～3.0m，內(nèi)邊坡1:1.1～1:1.2，外邊坡1:0.7～1:1.0，斷面如圖3。為了防止特大暴雨時由于徑流匯集而沖刷邊坡，在平臺周邊擋水圍堰內(nèi)營造8～12排大坑防護林，防護林株行距為2×3m，采用挖掘機1m3的挖鏟進行穴狀整地，體積為1m3的植樹穴在有效攔蓄地表徑流的同時可為樹木生長提供必需的水分。
　　 其次，根據(jù)施工作業(yè)要求、工程管護要求，結(jié)合林草地防火隔離帶設(shè)置要求，利用道路（兼防火隔離帶）將平臺劃分成一定面積的一級方格小區(qū)。主干道道路寬8.0m（12.0m），輔道寬5.0m（8.0m）。
　　
　　最后，在一級方格內(nèi)將平臺整治成水平小區(qū)，使之地面小平大不平，其間修筑隔離堤，小區(qū)內(nèi)坡度控制在1°~3°以下（最好整平成1°以內(nèi)），地塊內(nèi)采取深松、覆蓋和植被措施。
　　3.1.2 下部臺階平臺的整治
　　由于各排土場、各臺階的治理程度、土地利用方式與耕作方式等不同，排土場下部平臺的整治形式采取以下兩種方式：
　　水平式平臺:平臺整治成水平，該形式適宜于種植旱作物（圖4）。平臺外側(cè)周邊修筑擋水圍堰，平臺內(nèi)部同最終平臺的整治，形成若干水平小區(qū)，小區(qū)間修筑隔離堤。
　　反坡式平臺:平臺稍向內(nèi)側(cè)傾斜，適宜于較窄的平盤（圖5），既能增加田面蓄水量，又使暴雨時過多的徑流有平臺內(nèi)側(cè)安全排出。
　　 3.2 排土場邊坡徑流分散措施
　　對于坡度>35°的臺階邊坡，可適當(dāng)進行緩坡措施，在邊坡水平溝整地基礎(chǔ)上建立以檸條、沙棘等耐旱固土灌木為主的等高植物籬。坡面不再設(shè)置分散徑流小區(qū)，邊坡徑流直接匯入其下方的平臺分散小區(qū)內(nèi)，為平臺的種植提供更好的水分支持。坡腳水分條件好，栽植速生喬木。排土場道路表層堅硬，密度在1.8g/cm3以上，穩(wěn)滲率在0.1～0.2mm/min左右，道路切溝在露天煤礦排土場陡坡路段發(fā)生頻率很高，因此，排土場道路路面采用卵石或石塊鋪設(shè)，在道路兩側(cè)設(shè)置集流溝。
　　
　　4 排土場工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)
　　4.1平盤整治工程
　　將排土場各個平盤分割，整治成小區(qū)水平，使整治場地的地面“小平大不平”。為了防止排土場表面受到水的侵蝕，平整的復(fù)墾場地坡度要求為：用作農(nóng)業(yè)種植不宜超過1～2°，坡度在3～5°時應(yīng)有保護措施；用作牧場或草場為2～4°；用于林地適宜的坡度為10°以下，橫向坡度不應(yīng)超過4°。
　　4.2 客土回填工程
　　排土場經(jīng)過土地平整，為土地資源再利用奠定了基礎(chǔ)，要達(dá)到可利用狀態(tài)，應(yīng)對整治后的場地進行客土回填覆蓋，其覆土厚度的確定，應(yīng)在明確復(fù)墾利用類型的前提下，采用費用效益分析方法，按最大效益確定最佳覆土厚度。
　　4.3 水土保持生物工程
　　沿排土場平盤邊坡下緣修竹排水渠，平盤外緣修筑擋水墻，防止水沖邊坡。邊坡建立生物防護體系并與邊坡的魚鱗坑、水平溝等工程相結(jié)合，密植灌草；在排水溝兩側(cè)與擋水墻內(nèi)側(cè)配置喬灌型結(jié)構(gòu)，嚴(yán)防水沖邊坡（圖6）。 　
　　5 結(jié)語
　　排土場邊坡水土流失控制技術(shù)主要有邊坡整形設(shè)計、排土場斜坡整治技術(shù)、排水系統(tǒng)配置技術(shù)和排土場固土護坡技術(shù)。
　　排土場平臺徑流分散措施主要有最終平臺的整治和下部臺階平臺的整治；排土場邊坡徑流分散措施主要是對于坡度>35°的臺階邊坡，可適當(dāng)進行緩坡措施，在邊坡水平溝整地基礎(chǔ)上建立以檸條、沙棘等耐旱固土灌木為主的等高植物籬。
　　排土場工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)主要有平盤整治工程、客土回填工程和水土保持生物工程。