黃土丘陵溝壑區(qū)排矸場(chǎng)水土流失防治對(duì)策

張永江

(黃河水利委員會(huì)晉陜蒙接壤地區(qū)水土保持監(jiān)督局，陜西榆林719000)

在煤炭開采項(xiàng)目中，排矸場(chǎng)的水土流失防治是建設(shè)單位重要的工作內(nèi)容之一。在黃土丘陵溝壑區(qū)，基于土地資源、征地費(fèi)用、基本農(nóng)田保護(hù)等因素，煤炭開采中的排矸場(chǎng)一般都是設(shè)置在溝道中。但是，黃土丘陵溝壑區(qū)降水集中，汛期溝道中易發(fā)生洪水，對(duì)排矸場(chǎng)的安全運(yùn)行造成了一定的威脅。因此，在溝道中建設(shè)排矸場(chǎng)，要根據(jù)所選位置、排矸工藝等要求，建設(shè)系統(tǒng)完整的水土流失防治體系，以確保排矸場(chǎng)的安全運(yùn)行。

目前，有關(guān)煤礦建設(shè)中排矸場(chǎng)的水土保持設(shè)計(jì)要求，散見于煤礦及水土保持的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，尚沒有系統(tǒng)完整的資料可供直接采用。黃土丘陵溝壑區(qū)排矸場(chǎng)設(shè)計(jì)在建設(shè)實(shí)踐中是兩種設(shè)計(jì)情況并存:一是在礦井建設(shè)設(shè)計(jì)中考慮建設(shè)排矸場(chǎng)。這種設(shè)計(jì)模式因煤礦設(shè)計(jì)單位對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)水土流失防治的經(jīng)驗(yàn)不足，排矸場(chǎng)設(shè)計(jì)往往是水土流失防治措施體系不完善。二是排矸場(chǎng)由水土保持方案編制單位設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)模式因水土保持設(shè)計(jì)單位對(duì)煤礦排矸工藝了解不多，導(dǎo)致水土流失防治體系與排矸工藝不協(xié)調(diào)，增加了實(shí)施的難度，水土流失防治效果不佳。本文擬對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)煤礦排矸場(chǎng)的位置選擇、排矸工藝、水土流失防治對(duì)策作一系統(tǒng)介紹，以推進(jìn)該區(qū)煤礦建設(shè)中排矸場(chǎng)的水土流失防治工作。

1 排矸場(chǎng)位置的選擇

黃土丘陵溝壑區(qū)的地貌特征是地形支離破碎、溝壑縱橫，煤礦工業(yè)廣場(chǎng)一般選擇在山坡上或溝道階地上。煤礦建設(shè)在選擇排矸場(chǎng)時(shí)，從煤礦建設(shè)要求出發(fā)，一般選擇便于礦井建設(shè)、便于生產(chǎn)中排矸運(yùn)輸和防護(hù)的地方;從安全角度考慮，要求與生活居住區(qū)、工業(yè)廣場(chǎng)生產(chǎn)區(qū)、風(fēng)井廠等保持有一定的安全距離，下游沒有居民村莊、鐵路公路、廠礦企業(yè)等重要設(shè)施;從環(huán)境保護(hù)角度考慮，要求遠(yuǎn)離水源地、基本農(nóng)田，不損毀成片林地等。根據(jù)這些基本原則，在該區(qū)溝道中選擇排矸場(chǎng)基本上有兩種方案，一種是將排矸場(chǎng)建在支毛溝溝口，一種是將排矸場(chǎng)建在支毛溝溝掌。當(dāng)排矸場(chǎng)排矸量較小、溝道比降較緩、溝道較短時(shí)，可選擇溝掌排矸場(chǎng)，采用一次性閉庫排矸工藝。當(dāng)排矸量較大、溝道比降較陡、溝道較長時(shí)，則選擇溝口排矸場(chǎng)，采用從溝口分臺(tái)階向溝掌推進(jìn)的排矸工藝。

1.1 溝掌排矸場(chǎng)

選擇支毛溝溝掌作為排矸場(chǎng)，通常礦井工業(yè)廣場(chǎng)與排矸場(chǎng)布置在同一條梁峁上，背向分屬兩個(gè)小流域。工業(yè)廣場(chǎng)布置在分水嶺或背向的緩坡上，排矸場(chǎng)選擇在背向的支毛溝中。運(yùn)矸道路布設(shè)在分水嶺上，地形平緩，距離短，建設(shè)難度較小。排矸方向以梁為平臺(tái)從溝掌向溝口方向堆排。按照“先攔后棄”原則，在排矸場(chǎng)溝道下游修建兩大件(壩體和豎井)攔矸壩，順溝道修建滲濾排水盲溝接壩體豎井。壩體攔擋穩(wěn)定堆矸體，豎井和滲濾排水盲溝排出壩中沉淀后的洪水及堆矸體滲漏水。

1.2 溝口排矸場(chǎng)

選擇支毛溝溝口作為排矸場(chǎng)，一般是礦井工業(yè)廣場(chǎng)與排矸場(chǎng)在同一條大溝道內(nèi)，但分屬兩個(gè)小流域。工業(yè)廣場(chǎng)布設(shè)在溝道階地上，排矸場(chǎng)選擇在遠(yuǎn)離礦井的另一條支毛溝中。運(yùn)矸道路通過工業(yè)廣場(chǎng)貨運(yùn)道路、場(chǎng)外道路，進(jìn)入排矸場(chǎng)運(yùn)矸道路，距離較長。排矸場(chǎng)運(yùn)矸道路布設(shè)在排矸場(chǎng)的一側(cè)，隨著排矸進(jìn)度一個(gè)平臺(tái)一段，逐步向溝掌方向推進(jìn)。按照“先攔后棄”原則，在排矸場(chǎng)溝道下游修建基礎(chǔ)壩，排矸方向以溝口基礎(chǔ)攔矸壩為平臺(tái)，劃定一個(gè)平臺(tái)，堆排一個(gè)平臺(tái)，閉庫一個(gè)平臺(tái)，整治一個(gè)平臺(tái)，逐步分臺(tái)階式向溝掌方向堆排。

2 排矸場(chǎng)排矸運(yùn)行工藝設(shè)計(jì)

排矸場(chǎng)的排矸工藝除了按照煤炭行業(yè)防自燃、環(huán)保防滲漏污染等要求外，還要參照水土保持有關(guān)規(guī)范進(jìn)行防止滑坡、防沖刷設(shè)計(jì)，從排矸工藝設(shè)計(jì)中就注意做到水土保持“預(yù)防為主”，使排矸場(chǎng)科學(xué)管理、有序運(yùn)行，各類措施優(yōu)化配置、按順序逐步實(shí)施，為生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)省人力物力財(cái)力。

2.1 溝掌排矸場(chǎng)排矸工藝

溝掌排矸場(chǎng)排矸量較小、溝道比降較緩、溝道較短、排矸平臺(tái)與攔矸壩高差不大，一般采用一次性閉庫排矸工藝。排矸從梁上平臺(tái)向溝道中堆排，平臺(tái)上形成小坡度反坡，防止平臺(tái)降雨徑流流向堆矸體坡面造成沖刷。堆矸體平臺(tái)坡沿線要堆砌一定寬度的圍埂，一是防止平臺(tái)降雨徑流流向堆矸體坡面形成沖刷，二是為推棄矸石施工機(jī)械起到攔擋作用，保障作業(yè)安全。堆矸體每推進(jìn)5 m在堆矸體坡面、平臺(tái)覆蓋1 m厚的土層。

當(dāng)溝掌排矸場(chǎng)排矸平臺(tái)與攔矸壩高差超過20 m時(shí)，應(yīng)在10 m處修筑馬道。

2.2 溝口排矸場(chǎng)排矸工藝

溝口排矸場(chǎng)一般排矸量較大，選擇的溝道也較寬、較長。排矸平臺(tái)從攔矸基礎(chǔ)壩開始，運(yùn)矸車從溝道一側(cè)修建的排矸道路進(jìn)入排矸平臺(tái)，分臺(tái)階分層堆棄、分層覆土、分層碾壓。第一臺(tái)階與攔矸壩高差一般不超過15 m，其他臺(tái)階每個(gè)臺(tái)階的高度、寬度視溝道比降的不同而不同。

于造模后第7、10、14、21、28天時(shí)按AI評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[7]評(píng)價(jià)各組大鼠的關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度：關(guān)節(jié)無紅腫計(jì)0分，趾關(guān)節(jié)紅腫計(jì)1分，趾關(guān)節(jié)和足跖腫脹計(jì)2分，踝關(guān)節(jié)以下的足爪腫脹計(jì)3分，踝關(guān)節(jié)在內(nèi)的全部足爪腫脹計(jì)4分。每個(gè)關(guān)節(jié)最高得分為4分，4個(gè)關(guān)節(jié)得分之和即為每只大鼠的AI。

排矸從攔矸壩平臺(tái)分層堆排，平臺(tái)上形成小坡度反坡，防止平臺(tái)降雨徑流流向堆矸體坡面造成沖刷。在堆矸體平臺(tái)坡沿線也要修筑一定寬度的圍埂。

堆矸體坡長達(dá)到一定長度(一般不超過20 m可保持穩(wěn)定)、平臺(tái)達(dá)到一定面積時(shí)，對(duì)一個(gè)臺(tái)階堆矸體進(jìn)行閉庫整治，再在另一個(gè)臺(tái)階修建排矸道路開始向另一個(gè)堆矸場(chǎng)排矸。依此逐步向溝掌排矸，直至整個(gè)排矸場(chǎng)排滿閉庫整治。

3 排矸場(chǎng)水土流失防治對(duì)策

3.1 排矸場(chǎng)攔擋措施

按照水土保持法律法規(guī)要求，排矸場(chǎng)必須做到“先攔后棄”［1－2］，即先修建攔矸壩再開始排矸，以防止堆矸體被溝道洪水淘沖流失，造成危害。

3.1.1 溝掌排矸場(chǎng)攔擋措施

選擇溝掌排矸場(chǎng)，適合于排矸量較小的煤礦，可以采用一次性閉庫排矸工藝，因此其攔擋設(shè)施也比較簡單。

溝掌排矸場(chǎng)的攔擋設(shè)施，一般在排矸場(chǎng)溝道下方修建兩大件(壩體和豎井)碾壓式土質(zhì)攔矸壩，豎井與順溝道修建的滲濾排水盲溝銜接，利用豎井排出壩中沉淀后的洪水和堆矸體下滲水。

攔矸壩壩高根據(jù)排矸量以及排矸場(chǎng)控制小流域面積而定，按照《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范(SL 289—2003)》計(jì)算所需庫容，根據(jù)庫容與排矸量確定壩體高度。

3.1.2 溝口排矸場(chǎng)攔擋措施

在溝口修建排矸場(chǎng)，是根據(jù)煤礦的排矸量確定的，所選擇的溝道較大、有一定的寬度，排矸場(chǎng)占用的溝道長度也是隨著排矸量的增加逐步向上游推進(jìn)的。排矸工藝采用臺(tái)階式，逐臺(tái)堆排逐臺(tái)整治，逐步向上游推進(jìn)。

溝口排矸場(chǎng)的攔擋設(shè)施有三道:第一道為在排矸場(chǎng)溝道下方修建的兩大件擋墻式漿砌石壩，壩體底部埋設(shè)臥管，臥管與順溝道修建的滲濾排水盲溝銜接，利用臥管排出堆矸體中的下滲水，壩的一側(cè)修建排洪渠，排洪渠與上游攔洪壩和堆矸體截排水溝連接;第二道為在排矸場(chǎng)溝道上方修建兩大件(壩體和溢洪道)碾壓式土質(zhì)壩，以攔蓄上游洪水，保證堆矸體不受洪水淘沖，溢洪道與排洪渠連接;第三道攔擋設(shè)施設(shè)在正在排矸的堆矸體上游處，為臨時(shí)性的攔擋設(shè)施。

3.2 排矸場(chǎng)截排水措施

溝道排矸場(chǎng)截排水措施是排矸場(chǎng)攔擋措施的重要補(bǔ)充。截排水措施蓄、排少量溝坡、堆矸體降雨徑流，能夠保障攔擋措施正常發(fā)揮作用，共同保證堆矸體穩(wěn)定安全。

3.2.1 溝掌排矸場(chǎng)截排水措施

溝掌排矸場(chǎng)為一次性閉庫排矸，截排水措施較簡單:在排矸場(chǎng)下方修建攔矸壩攔蓄排矸場(chǎng)以上的雨水，用于排矸場(chǎng)灑水，超出攔矸壩攔蓄能力的洪水經(jīng)過沉淀以后利用豎井排出。

在矸石排棄過程中，堆矸體平臺(tái)形成反坡，于堆矸體平臺(tái)坡沿線堆砌一定寬度的圍埂，攔擋平臺(tái)降雨徑流，防止徑流流向堆矸體坡面造成沖刷。堆矸體平臺(tái)布設(shè)臨時(shí)排水溝，將降雨徑流引入運(yùn)矸道路排水渠或排入下游攔矸壩庫內(nèi)。

排矸場(chǎng)閉庫后應(yīng)進(jìn)行堆矸體整治，整治中應(yīng)根據(jù)堆矸體平臺(tái)面積、坡面面積布設(shè)排水渠、急流槽，將林草措施未能攔蓄的徑流排向攔矸壩下游。

3.2.2 溝口排矸場(chǎng)截排水措施

溝口排矸場(chǎng)共有三道截排水措施:第一道是修建在排矸場(chǎng)溝道上游的攔洪壩，其作用是攔蓄上游來水;第二道是修建在正在排矸的堆矸體上游的臨時(shí)土圍堰，其功能是臨時(shí)攔蓄堆矸體與上游攔洪壩之間的降雨徑流。第三道是在堆矸體一側(cè)修建的排洪渠，其作用一是將排矸場(chǎng)無法攔截的徑流排至下游，二是攔截坡面降雨徑流。排洪渠按照排矸場(chǎng)臺(tái)階分段修筑，從基礎(chǔ)壩開始連接堆矸體臨時(shí)土質(zhì)壩，一個(gè)臺(tái)階閉庫后依次向第二臺(tái)階修筑，直至與上游攔洪壩溢洪道連接。

在矸石排棄過程中，堆矸體平臺(tái)形成反坡，于堆矸體平臺(tái)坡沿線堆砌一定寬度的圍埂，攔擋平臺(tái)降雨徑流，防止徑流流向堆矸體坡面造成沖刷。堆矸體平臺(tái)布設(shè)臨時(shí)排水溝，將降雨徑流引入排水渠。

一個(gè)臺(tái)階閉庫后應(yīng)進(jìn)行堆矸體整治，整治中應(yīng)根據(jù)堆矸體平臺(tái)面積、坡面面積布設(shè)排水渠、急流槽，將林草措施攔蓄后多余的雨水排至排洪渠［3］。

3.3 排矸場(chǎng)復(fù)墾整治

黃土丘陵溝壑區(qū)排矸場(chǎng)的復(fù)墾整治，不管是溝掌排矸場(chǎng)還是溝口排矸場(chǎng)，主要是針對(duì)堆矸體形成的平臺(tái)和坡面進(jìn)行覆土整治，并根據(jù)集水面積修筑永久截排水設(shè)施。溝掌排矸場(chǎng)排滿閉庫后一次性覆土整治，溝口排矸場(chǎng)一個(gè)臺(tái)階達(dá)到堆棄標(biāo)高后及時(shí)覆土整治，在整治好的平臺(tái)上為下一個(gè)堆矸體修筑攔擋措施。

3.3.1 平臺(tái)整治

先將平臺(tái)整為3°～5°的反坡，然后覆土，覆土厚度在50 cm以上，采用魚鱗坑或水平溝整地植樹種草。平臺(tái)集雨面積過大時(shí)，在內(nèi)側(cè)結(jié)合修筑下一個(gè)堆矸體擋墻修建橫向排水渠，排水渠連接急流槽或排洪渠［3］。

3.3.2 坡面整治

先將堆矸體削坡至小于安息角后再覆土，如果覆土土質(zhì)為沙壤土或者坡度過大時(shí)，應(yīng)在坡面布設(shè)草方格以穩(wěn)定坡面覆土，利于種草護(hù)坡。若堆矸體坡面過長應(yīng)設(shè)置馬道，并在馬道上修筑橫向排水溝。

［1］李飛，郜風(fēng)濤，周英，等.中華人民共和國水土保持法釋義［M］.北京:法律出版社，2011:45－46.

［2］GB 50433—2008，開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］中國水土保持學(xué)會(huì)水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì).生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)計(jì)指南［M］.北京:中國水利水電出版社，2011:315－324.