新疆干旱荒漠區(qū)煤礦開采區(qū)域的水土保持措施探討

吳 煜

(新疆兵團勘測設(shè)計院(集團)有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

新疆干旱荒漠區(qū)煤礦開采區(qū)域的水土保持措施探討

吳 煜

(新疆兵團勘測設(shè)計院(集團)有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

水土流失；防治措施；煤炭基地；干旱荒漠區(qū)；新疆

新疆大型煤炭基地是國家規(guī)劃確定的第十四個大型煤炭基地，主要包括準東、吐哈、伊犁、庫拜4個區(qū)，區(qū)內(nèi)干旱少雨、植被稀疏、土地荒漠化嚴重，是典型的干旱荒漠區(qū)。露天礦開采具有擾動面積大、挖方量大、擾動周期長、擾動后侵蝕模數(shù)大等特點，在干旱荒漠礦區(qū)生產(chǎn)建設(shè)中采取灑水降塵、噴灑高礦化度水固結(jié)地表、擋土圍堰(埂)、碎石或礫石壓蓋、集雨灌溉等水土保持措施，成效顯著。

2014年，國家發(fā)改委以發(fā)改能源〔2014〕387號文對新疆大型煤炭基地建設(shè)規(guī)劃進行了批復(fù)，這對新疆將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，加快經(jīng)濟社會發(fā)展，實現(xiàn)社會長治久安戰(zhàn)略具有深遠的意義。新疆大型煤炭基地是國家第十四個大型煤炭基地，是我國煤炭生產(chǎn)力西移的重要承接區(qū)，分準東、吐哈、伊犁、庫拜4個區(qū)?！笆晃濉焙汀笆濉逼陂g，新疆煤炭資源的開發(fā)步伐加速，建設(shè)規(guī)模不斷加大，因煤礦開發(fā)建設(shè)造成的水土流失問題也日益突出，煤礦開發(fā)尤其是因露天煤礦開采而增加的水土流失量，已排在各類建設(shè)項目之首，煤礦開發(fā)建設(shè)引發(fā)的水土流失問題已引起社會各界的高度關(guān)注[1]。抓住礦區(qū)開發(fā)建設(shè)過程中的各關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因地制宜、有針對性地釆取水土保持措施，是干旱荒漠區(qū)煤礦開發(fā)預(yù)防和減少水土流失的關(guān)鍵所在。本文以哈密大南湖露天煤礦為例，淺談煤礦開發(fā)建設(shè)中的水土保持措施布設(shè)。

1 項目及項目區(qū)概況

1.1 項目簡介

哈密大南湖露天煤礦屬新疆四大煤炭基地中的吐哈區(qū)，井田位于哈密市伊州區(qū)西南約84 km處。礦田設(shè)計規(guī)模10 Mt/a，服務(wù)年限141 a，建設(shè)投資14.5億元。礦區(qū)目標定位以“西電東送”為主，部分參與“西煤東運”。 2013年9月開工建設(shè)，現(xiàn)已建成運行。

1.2 項目區(qū)概況

露天礦位于殘丘臺地區(qū)，地表被殘積、坡積的巖屑覆蓋，通稱戈壁。礦田及周邊50 km范圍內(nèi)無地表水系。土壤類型有石膏鹽盤棕漠土、荒漠風(fēng)沙土、含鹽石質(zhì)土。屬典型的大陸性溫帶極干旱氣候區(qū)，多年平均降水量只有35 mm，而蒸發(fā)量卻達2 800 mm。年均風(fēng)速高達3.7 m/s。地表裸露無植被覆蓋，是典型的荒漠植被區(qū)。

1.3 項目區(qū)生態(tài)功能

根據(jù)《全國生態(tài)功能區(qū)劃》，井田位于吐魯番-哈密盆地荒漠防風(fēng)固沙三級功能區(qū)，主要生態(tài)問題是資源開發(fā)帶來的植被覆蓋度進一步降低、土地荒漠化嚴重和生態(tài)系統(tǒng)保持水土功能弱等。根據(jù)《新疆生態(tài)功能區(qū)劃》，井田位于天山南坡吐魯番-哈密盆地戈壁荒漠、綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)亞區(qū)中的嘎順-南湖戈壁荒漠化敏感生態(tài)功能區(qū)，主要生態(tài)服務(wù)功能是“荒漠化控制、生物多樣性維護、礦產(chǎn)資源開發(fā)”。 按照新疆自治區(qū)“三區(qū)”劃分公告，礦區(qū)屬重點監(jiān)督區(qū)，水土流失類型以風(fēng)蝕為主，土壤侵蝕強度為中度。

2 項目建設(shè)特點

(1)擾動面積大。露天礦開采擾動面積大，擾動區(qū)域主要集中在采掘場、外排土場及工業(yè)場地。本工程總占地面積465 hm2，其中永久占地414 hm2、臨時占地51 hm2。永久占地中采掘場占27%、外排土場占51%、工業(yè)場地占12%、場外道路占10%；臨時占地中場外管線占90%、外包基地占8%、場外輸電線路占2%。

(2)挖方量大。挖方量非常大，露天礦挖方主要來自采掘場表土及覆蓋層剝離，其次是工業(yè)場地建設(shè)和各類管線鋪設(shè)。本項目建設(shè)期總挖填方量3 522萬m3，其中挖方量占98%、填方量占2%。棄方全部運至外排土場堆放。

(3)擾動后土壤侵蝕模數(shù)大。根據(jù)《西氣東輸二線工程水土保持監(jiān)測報告》(新疆水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總站，2010年)監(jiān)測數(shù)據(jù)，項目區(qū)原地貌土壤侵蝕模數(shù)為2 500～4 000 t/(km2·a)，擾動后土壤侵蝕模數(shù)為8 500 t/(km2·a)。停止擾動后，水土保持功能需要2～3 a才能恢復(fù)到擾動前，而自然恢復(fù)期的土壤侵蝕模數(shù)仍高達4 000～7 000 t/(km2·a)。

(4)造成的水土流失量大。本項目建設(shè)產(chǎn)生的水土流失總量為66 840 t，其中新增水土流失總量為37 495 t。流失重點區(qū)域為采掘場、外排土場、工業(yè)場地和道路工程區(qū)。

(5)擾動周期長。露天礦建設(shè)周期長，本項目建設(shè)期2年，投產(chǎn)運行后還會有高強度、大面積的擾動，長時間的生產(chǎn)過程會加大水土流失治理難度。

3 項目區(qū)水土流失危害

項目區(qū)地表主要被戈壁礫幕層覆蓋，生境惡劣，地廣人稀，在這種情況下，沙質(zhì)荒漠在礫幕層的保護下侵蝕強度以中度為主。一旦戈壁礫幕層被破壞，沙質(zhì)荒漠直接裸露在外，會向裸地、沙地轉(zhuǎn)化，受風(fēng)力作用侵蝕強度會加大，形成強烈或極強烈侵蝕，因此對于戈壁礫幕層的保護是減少荒漠區(qū)水土流失的關(guān)鍵。項目區(qū)沙地、裸地表面沒有植被覆蓋和塊石保護時，起沙風(fēng)速下，直徑小于1 cm 的石礫都會被風(fēng)吹起。

4 重點區(qū)域的水土保持措施

4.1 采掘場區(qū)

(1)灑水降塵。爆破作業(yè)時采用水袋爆破技術(shù)，將水袋布置在炮孔上，爆破時水袋炸裂，起到預(yù)濕效果，爆破降塵率最高達80%。在采掘平臺周圍布設(shè)灑水管路，通過水槍噴水可以有效提高物料濕度，防止裝載過程中產(chǎn)生的揚塵。

(2)灑水固化。對達到設(shè)計堆高要求的臺階先采用火燒石或黃土覆蓋，然后在表面用高礦化度的礦井水進行噴灑，使表面固化，地表結(jié)殼，可有效防止風(fēng)力侵蝕。本項目引用化學(xué)固沙法，降低戈壁擾動后的風(fēng)蝕?；瘜W(xué)固沙的原理是將稀釋后具有一定膠結(jié)性的化學(xué)物質(zhì)噴灑于松散的流沙表面，水分會迅速滲到沙層以下，而那些化學(xué)膠結(jié)物質(zhì)則滯留于一定厚度(5～10 mm)的沙層間隙中，將單粒的沙子膠結(jié)成一層保護殼，以此來避免氣流與松散沙面的直接接觸，從而起到防止風(fēng)蝕的作用。本項目選用疏干水作為防止水土流失的化學(xué)藥劑，檢測結(jié)果顯示，疏干水屬Cl-SO4-Na 型，礦化度高達15.38～16.50 g/L，屬高礦化度水(鹵水)、極硬水。

(3)擋土圍堰。在采掘場年度開采范圍外沿設(shè)置擋土圍堰，防止工程設(shè)備隨意擾動原地表、增加水土流失。若不得已對原地表造成了擾動，則利用機械設(shè)備就地平整，再灑高礦化度水形成鹽結(jié)晶殼體。

4.2 排土場區(qū)

排土場采取的工程措施主要有擋土圍埂、坡腳排水溝和排土邊坡壓蓋等，臨時措施有灑水降塵等。運行期對采坑內(nèi)排土場采取灑水等措施進行防護[2]。擋土圍埂采用重力式梯形斷面結(jié)構(gòu)，高1.5 m，頂寬0.5 m，內(nèi)外坡比均為1∶1.5。項目區(qū)常年多風(fēng)，風(fēng)力一般4～5 級，最大可達10 級以上，為減少揚塵造成的風(fēng)蝕危害，每天灑水兩次，每次灑水25 m3，灑水期為風(fēng)季的6 個月。當排土場排土后，對排土場平臺及邊坡用火燒石進行分層覆蓋、碾壓平整，然后噴灑高礦化度水使表面固化，以有效抑制排土工作面揚塵，防止水土流失。

4.3 工業(yè)場地區(qū)

該區(qū)采取的工程措施主要有對可綠化區(qū)域進行土地整治，并布置灌溉系統(tǒng)；對明槽邊坡、帶式輸送機基礎(chǔ)邊坡采用礫石覆蓋、護坡網(wǎng)防護。植物措施主要是栽植新疆楊、長枝榆及紫穗槐等喬灌木，并撒播苜蓿草籽。臨時措施主要有防塵網(wǎng)苫蓋堆土，并在四周壓蓋礫石；風(fēng)季對施工區(qū)域進行灑水等。

4.4 道路工程區(qū)

道路工程區(qū)采取的工程措施主要有硬化路面、整治土地，修排水溝及雨洪蓄集設(shè)施等，收集的雨水可用于綠化灌溉，不但可有效控制水土流失，還有利于節(jié)約水資源；植物措施主要是栽植長枝榆、紫穗槐等喬灌木，防風(fēng)固沙；臨時措施主要有在道路兩側(cè)布設(shè)限行樁，風(fēng)季對施工區(qū)域進行灑水等。采掘場、排土場各區(qū)段內(nèi)道路，多為臨時道路，服務(wù)時間較短，一般采用泥結(jié)碎石路面，考慮到長時間碾壓后也易起塵，所以主要采取灑水措施，效果顯著。建設(shè)期，在施工道路兩側(cè)設(shè)置圍擋，限制施工作業(yè)帶范圍，防止施工車輛隨意增加地表擾動范圍，破壞地表戈壁礫幕層。在開工初期就與施工單位簽訂文明施工責(zé)任書，要求施工單位不得隨意碾壓戈壁地表，對違反者進行高額罰款，同時在所有施工區(qū)域設(shè)置隔離設(shè)施，懸掛標志牌。

另外，礫幕層是數(shù)十萬年來自然形成的地表土壤保護層，具有抗風(fēng)蝕和防蒸發(fā)作用，在維護荒漠生態(tài)環(huán)境中具有十分重要的作用。保護好礫幕層、減少人為擾動就是對當?shù)刈畲蟮谋Ｗo。礦區(qū)修建線性工程時跨度較大，如果不控制施工擾動范圍，會造成礫幕層松動，在風(fēng)力作用下土壤侵蝕強度升級，水土流失加劇。

礦區(qū)開發(fā)時盡量減少對地表造成擾動，防止底層流沙出露而形成新的風(fēng)沙源；施工后及時恢復(fù)施工跡地，采取硬化或用礫石壓蓋的方法恢復(fù)礫幕層，保持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡穩(wěn)定[3]。

5 結(jié) 語

在干旱荒漠區(qū)，大規(guī)模高強度的煤炭開采易導(dǎo)致生態(tài)破壞且難以修復(fù)，因此礦區(qū)開發(fā)必須堅持生態(tài)優(yōu)先、在保護中開發(fā)的原則，以煤炭轉(zhuǎn)化規(guī)模、生態(tài)恢復(fù)與重建能力定煤炭生產(chǎn)規(guī)模。礦區(qū)規(guī)劃建設(shè)應(yīng)分區(qū)、分期實施，控制資源開發(fā)與利用過程中造成的生態(tài)破壞，科學(xué)合理和有效地保護自然資源、礦產(chǎn)資源。

[1] 姜德文.生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失防治十大新理念[J].中國水土保持，2011(7)：3-6.

[2] 馬英武.準東礦區(qū)露天煤礦排土場水土流失防治措施分析[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2013(3)：35-37.

[3] 郭洋楠，楊鵬，楊俊哲，等.荒漠化礦區(qū)煤炭開采與生態(tài)環(huán)境治理探討[J].陜西煤炭，2014(2)：16-18.

(責(zé)任編輯 孫占鋒)

S157.2

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1000-0941(2017)06-0033-03

吳煜(1968—)，女，新疆烏魯木齊市人，高級工程師，學(xué)士，長期從事環(huán)境影響評價及水土保持方案編制工作。

2017-03-10