合陽安陽煤礦水土流失預(yù)測及措施評價(jià)

趙小虎

（陜西省合陽縣水土保持工作站，陜西渭南715399）

合陽安陽煤礦水土流失預(yù)測及措施評價(jià)

趙小虎

（陜西省合陽縣水土保持工作站，陜西渭南715399）

通過分析合陽縣安陽煤礦開發(fā)情況和所在地水土流失與保持現(xiàn)狀，對項(xiàng)目建設(shè)造成的水土流失進(jìn)行了預(yù)測，并對項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)采取的水保措施進(jìn)行了分析評價(jià)，以確定其開發(fā)建設(shè)盡力減小水土破壞，可供情況相近地區(qū)進(jìn)行參考。

煤礦；水土流失；預(yù)測；水保；方案；評估

1 概況

安陽煤礦位于渭南市合陽縣東，井田面積79.2 km2，地質(zhì)資源儲量378.89 Mt，設(shè)計(jì)可采儲量194.14 Mt，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.40 Mt/a。礦井采用斜立井綜合開拓方式，采用綜采采煤方法。首采區(qū)為一采區(qū)，面積6.97 km2，服務(wù)年限13.1年。工程建設(shè)涉及工業(yè)場地、場外道路、輸電及通訊線路、施工營地和矸石周轉(zhuǎn)場。

2 項(xiàng)目區(qū)水土流失及水土保持現(xiàn)狀

2.1 水土流失現(xiàn)狀

合陽縣是黃河中游水土流失重點(diǎn)縣之一，項(xiàng)目區(qū)溝壑縱橫，地面坡度5°～25°，區(qū)內(nèi)土壤侵蝕以水力侵蝕為主。通過現(xiàn)場調(diào)查，確定項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕以中度侵蝕為主，平均土壤侵蝕模數(shù)2680 t/km2·a，土壤容許流失量1000 t/km2·a。

2.2 水土保持現(xiàn)狀

當(dāng)?shù)卣鶕?jù)水土流失特點(diǎn)，積極開展生態(tài)環(huán)境建設(shè)，再造山川秀美的新合陽，大力推行封禁治理，退耕還林(草)，小流域綜合治理，實(shí)施生態(tài)修復(fù)。經(jīng)過近年來的奮戰(zhàn)，治理水土流失面積65.02 km2，植樹造林10440畝，有效地遏制了水土流失，改善了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

3 水土流失預(yù)測

3.1 損壞水土保持設(shè)施面積

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本項(xiàng)目建設(shè)損壞水土保持設(shè)施為旱地和灌木林地，總面積為40.79 hm2。

3.2 棄渣量預(yù)測

本項(xiàng)目挖填方總量為238.38萬m3，挖方140.83萬m3，填方97.55萬m3，調(diào)入0.93萬m3，調(diào)出0.93萬m3，棄方43.28萬m3，其中：23.30萬m3用于附近招丈公路路基填方，其余19.98萬m3排于矸石周轉(zhuǎn)場。

截至2016年2月，本項(xiàng)目共產(chǎn)生棄方38.40萬m3，其中：23.30萬m3棄方已用于場地附近招丈公路路基填方，15.10萬m3棄方已堆至矸石周轉(zhuǎn)場；尚未產(chǎn)生的棄方4.88萬m3，計(jì)劃全部排至矸石周轉(zhuǎn)場內(nèi)。本項(xiàng)目生產(chǎn)期產(chǎn)矸量為20.5萬m3/a，其中：掘進(jìn)矸石5.0萬m3/a，選煤矸石15.5萬m3/a。掘進(jìn)矸石在投產(chǎn)后前2年排至矸石周轉(zhuǎn)場，后期（井下形成采空區(qū)后）掘進(jìn)矸石不出井，全部回填井下廢棄巷道。選煤矸石首先用于本項(xiàng)目井下滅火材料，剩余部分優(yōu)先綜合利用，外運(yùn)不暢時(shí)排于矸石周轉(zhuǎn)場。鍋爐灰渣用于水泥廠原料，生活垃圾由當(dāng)?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)一處置。

3.3 水土流失量調(diào)查、預(yù)測

3.3.1 調(diào)查、預(yù)測單元

本項(xiàng)目2015年9月進(jìn)入施工準(zhǔn)備期，計(jì)劃2017年9月完工。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，對已完成和已動工的工程單元進(jìn)行水土流失調(diào)查，對未動工和未完成的工程單元進(jìn)行水土流失預(yù)測。調(diào)查、預(yù)測的單元為工業(yè)場地、場外道路、輸電及通訊線路、施工營地和矸石周轉(zhuǎn)場五個(gè)單元。

3.3.2 調(diào)查、預(yù)測范圍和時(shí)段

本項(xiàng)目總占地面積為43.17 hm2，其中：水土流失調(diào)查面積為28.06 hm2，水土流失預(yù)測面積15.11 hm2，詳見表1。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，調(diào)查、預(yù)測時(shí)段分為施工期（含施工準(zhǔn)備期）和自然恢復(fù)期。

3.3.3 調(diào)查、預(yù)測方法

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》（GB50433-2008）推薦的水土流失量預(yù)測模式進(jìn)行預(yù)測，其計(jì)算公式如下：

表1 水土流失調(diào)查及預(yù)測單元劃分

新增水土流失量可按下式計(jì)算：

式中：W為水土流失量，t；△W為新增水土流失量，t；i為預(yù)測單元，1，2，3，……，n；k為預(yù)測時(shí)段，1，2，3，指施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期；Fi為第i個(gè)預(yù)測單元的面積，km2；Mik為擾動后不同預(yù)測單元不同時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；△Mik為不同單元各時(shí)段新增土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Mi0為擾動前不同預(yù)測單元土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；Tik為預(yù)測時(shí)段，a。

經(jīng)計(jì)算，確定本項(xiàng)目平均土壤侵蝕模數(shù)2680 t/km2·a，項(xiàng)目區(qū)擾動后水蝕模數(shù)為8400 t/km2·a。

3.3.4 調(diào)查、預(yù)測結(jié)果

本項(xiàng)目水土流失總量為10983 t，背景流失量3783 t，新增水土流失量6706 t，預(yù)測水土流失總量為2659 t，背景流失量1039 t，新增水土流失量1621 t。各調(diào)查、預(yù)測單元中，工業(yè)場地水土流失量最多，達(dá)7809 t；其次為矸石周轉(zhuǎn)場，水土流失量為1552 t；次之為場外道路，水土流失量為1002 t；其余各區(qū)水土流失量較少，不超過500 t。兩個(gè)調(diào)查、預(yù)測時(shí)段中，施工期水土流失量為7543 t，自然恢復(fù)期水土流失量為3440 t。

4 主體工程水土保持分析與評價(jià)

針對項(xiàng)目建設(shè)產(chǎn)生的水土流失，建設(shè)方提出了一些水保措施，現(xiàn)對其水保效果進(jìn)行分析評價(jià)。

4.1 推薦方案的水土保持分析評價(jià)

本項(xiàng)目工業(yè)場地位于井田中部麥里溝新村附近，場地內(nèi)集中布置主、副、回風(fēng)井筒，主體設(shè)計(jì)結(jié)合工業(yè)場地地形條件，考慮與外部公路的聯(lián)系以及生產(chǎn)工藝的要求，豎向布置采用臺階式的布置形式，共設(shè)4級臺階；土方工程以挖作填，并利用井巷掘進(jìn)矸石，最大限度的利用土石方量。場外道路充分依托現(xiàn)有公路，節(jié)省了新增占地；輸電及通訊線路就近接入，主要用鐵塔和砼桿架設(shè)，工程量較；施工營地鄰近工業(yè)場地，施工方便；矸石周轉(zhuǎn)場位于場地北側(cè)1.30km的荒溝，矸石運(yùn)距較短，經(jīng)濟(jì)可行。總體而言，本項(xiàng)目整體布局較為緊

湊，符合水保要求。

4.2 工程占地分析評價(jià)

項(xiàng)目占地總面積為43.17 hm2，其中：永久占地40.91 hm2，臨時(shí)占地2.26 hm2；占地類型為旱地、灌木林地和農(nóng)村宅基地，沒占用基本農(nóng)田、水澆地等高生產(chǎn)力土地，符合水保要求。

本項(xiàng)目工業(yè)場地圍墻內(nèi)占地面積為24.26 hm2，扣除風(fēng)井場地、消防站、礦山救護(hù)隊(duì)、單身宿舍、防火灌漿場地、瓦斯抽采場地和瓦斯發(fā)電場地用地面積后面積為18.00 hm2，未超過《煤炭工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》21.6 hm2的要求（場地自然地形平均坡度大于15%，用地調(diào)整系數(shù)為1.20）。矸石周轉(zhuǎn)場服務(wù)年限未超過《煤矸石綜合利用管理辦法》3年的堆放要求。

4.3 土石方平衡分析評價(jià)

本項(xiàng)目挖填方總量為238.38萬m3，挖方140.83萬m3，填方97.55萬m3，調(diào)入0.93萬m3，調(diào)出0.93萬m3，棄方43.28萬m3，棄方優(yōu)先用于招丈公路路基填方，剩余部分排至矸石周轉(zhuǎn)場內(nèi)。本方案認(rèn)為建設(shè)過程中以挖作填，同時(shí)棄方能夠用于周邊項(xiàng)目用土，減少了棄方，符合水保要求。

本項(xiàng)目生產(chǎn)期產(chǎn)矸量為20.5萬m3/a，其中：掘進(jìn)矸石5.0萬m3/a，選煤矸石15.5萬m3/a。掘進(jìn)矸石在投產(chǎn)后前2年排至矸石周轉(zhuǎn)場，后期（井下形成采空區(qū)后）掘進(jìn)矸石不出井，全部回填井下廢棄巷道。選煤矸石首先用于本項(xiàng)目井下滅火材料，剩余部分優(yōu)先綜合利用，外運(yùn)不暢時(shí)排于矸石周轉(zhuǎn)場。鍋爐灰渣用于水泥廠原料，生活垃圾由當(dāng)?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)一處置。本方案認(rèn)為生產(chǎn)期棄渣的處置方式符合規(guī)范要求。

4.4 主體設(shè)計(jì)中具有水土保持功能工程的分析評價(jià)

4.4.1 截水溝

主體設(shè)計(jì)提出在場地挖方邊坡上方設(shè)置截水溝，將坡面排水通過場地內(nèi)排水溝排至改造后的麥里溝河道和梨家溝河道內(nèi)。截水溝采用梯形斷面，M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，溝底寬0.5 m，溝深0.5 m，內(nèi)坡比1∶1，溝長1531m。

排水能力分析：工業(yè)場地坡面最大匯水面積0.20 km2。根據(jù)當(dāng)?shù)厮氖謨裕噩F(xiàn)期為10 a的降雨強(qiáng)度為38.00 mm/h，重現(xiàn)期為20a的降雨強(qiáng)度為44.02 mm/h，流量按照Qp=0.278× k×i×F進(jìn)行計(jì)算。式中：Qp為重現(xiàn)期為N的設(shè)計(jì)流量，m3/s；k為徑流系數(shù)，取0.3；i為設(shè)計(jì)頻率的平均1h降雨強(qiáng)度，mm/h；F為流域面積，km2。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)坡面流量為0.63 m3/s，校核坡面流量為0.73 m3/s。主體設(shè)計(jì)提出的截水溝排水能力滿足要求，可以有效防止工業(yè)場地上游坡面來水對場地邊坡的沖刷，符合水保要求。

4.4.2 排水溝

主體設(shè)計(jì)提出在開挖邊坡下方、邊坡平臺內(nèi)側(cè)及道路一側(cè)設(shè)置排水溝，將場地內(nèi)雨水排至改造后的麥里溝河道和梨家溝河道內(nèi)。開挖邊坡下方排水溝采用矩形斷面，M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，溝寬0.4 m，溝深0.5 m，溝長574 m，邊坡平臺內(nèi)側(cè)排水溝采用矩形斷面，M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，溝寬0.4 m，溝深0.4 m，溝長1812 m，道路一側(cè)蓋板排水溝采用矩形斷面，M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土蓋板，溝寬0.4 m，溝深0.5 m，溝長2702 m。邊坡平臺內(nèi)側(cè)排水溝的匯水面積為護(hù)坡坡面，面積較小，排水能力滿足要求。經(jīng)計(jì)算，排水溝設(shè)計(jì)流量0.19 m3/s，校核流量0.22 m3/s。排水能力滿足排水要求。

4.4.3 鋼筋混凝土方格護(hù)坡

主體設(shè)計(jì)提出對工業(yè)場地內(nèi)臺階連接處、四周挖填方邊坡布設(shè)鋼筋混凝土方格護(hù)坡，總面積43451 m2，其中：場地內(nèi)臺階連接處6045 m2，挖方邊坡36394 m2，填方邊坡1012 m2。鋼筋混凝土方格護(hù)坡采用C25混凝土框格，邊坡坡率1∶1.5，內(nèi)框邊長2.50 m，外框邊長2.90 m，框格寬0.20 m。方格相鄰邊相互垂直，與水平線成45°，對框格內(nèi)進(jìn)行綠化。邊坡每隔8 m高程設(shè)置寬度為1.5 m的平臺以增加穩(wěn)定性。骨架每5個(gè)整方格型格構(gòu)設(shè)伸縮縫一道，縫寬2 cm，縫內(nèi)用瀝青麻筋填塞，水泥砂漿抹面。分析評價(jià)：主設(shè)提出的鋼筋混凝土方格護(hù)坡減少了裸露坡面，減少了水土流失，起到了保持水土的作用，并將工程措施和植物措施相結(jié)合，體現(xiàn)了生態(tài)優(yōu)先的水保原則，符合水保要求。

4.4.4 綠化措施

主體設(shè)計(jì)提出在場地內(nèi)空地進(jìn)行綠化，綠化面積6.06 hm2，能夠起到綠化、美化的效果，可有效改善生態(tài)環(huán)境，符合水保要求：主體設(shè)計(jì)對工業(yè)場地布設(shè)了較為完善的排水系統(tǒng)，坡面來水和場地內(nèi)水流優(yōu)先存放于雨水收集池，能夠減少雨水外排，有效的防治水土流失，符合水保要求。場地內(nèi)臺階連接處、四周挖填方邊坡采用了鋼筋混凝土方格護(hù)坡形式，并將工程措施和植物措施相結(jié)合，體現(xiàn)了生態(tài)優(yōu)先的水保原則，符合水保要求。此外，對場地內(nèi)的空地布設(shè)了綠化措施，減少了水土流失又提高了視覺效果，符合水保要求。

5 結(jié)語

經(jīng)過綜合分析評估，安陽煤礦建設(shè)期將擾動地表面積43.17 hm2，損壞水土保持設(shè)施面積40.79 hm2，造成水土流失總量為10983 t。項(xiàng)目建設(shè)中，在布局、占地、處置棄渣的方案符合水保措施要求，其配套的排水、綠化等措施有利于水土保持，所以其主體水保方案科學(xué)可行。

S157.1

B

1673-9000（2017）03-0178-03

2016-12-29

趙小虎（1982-），男，陜西合陽人，工程師，主要從事水土保持項(xiàng)目建設(shè)與管理工作。