天云煤礦排矸場水保方案變更與穩(wěn)定性分析

孫 飛,白志東

(1.陜西省榆林市橫山區(qū)水利水電工作隊，陜西 榆林 719112；2．陜西省榆林市橫山區(qū)定惠渠管理處， 陜西 榆林 719112)

橫山區(qū)天云煤礦位于魏家樓鄉(xiāng)施陽臺村南部。煤礦范圍南北寬約8.50 km，東西長約20.0 km，井田總體規(guī)劃面積89.51 km2，獲得探礦權(quán)面積35.74 km2，地質(zhì)儲量7.56億t，屬侏羅紀(jì)煤層。工程主要包括礦井工業(yè)場地、排矸場等工程。礦井工業(yè)場地屬于灘地類型，場地較為平坦開闊。排矸場位于礦井東南方向約550 m處的山溝內(nèi)，地表受風(fēng)蝕和水蝕相互作用，其水土流失區(qū)裁量平均侵蝕模數(shù)為4300 t/(km2·a)。工程在建設(shè)中，由于建設(shè)地點、規(guī)模和建設(shè)相關(guān)內(nèi)容發(fā)生一定變化，造成排矸水保建設(shè)內(nèi)容也出現(xiàn)相應(yīng)調(diào)整。為了確保項目長效發(fā)揮作用，順利驗收，需對排矸場變更的水土保持措施及其穩(wěn)定性進(jìn)行分析評價。

1 數(shù)據(jù)監(jiān)測

1.1 監(jiān)測點布設(shè)

為了實時掌握排矸場建設(shè)及其水土流失、水土保持情況，根據(jù)項目建設(shè)情況，成立了項目監(jiān)測小組，制定了監(jiān)測工作路線。依據(jù)《水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(SL 277—2002)[1]中監(jiān)測點布設(shè)原則和選址要求，在實地踏勘的基礎(chǔ)上，針對排矸場的建設(shè)特點、施工布置、水土流失類型、植被狀況、水土保持措施布局等，共布設(shè)固定監(jiān)測點7個，調(diào)查監(jiān)測點15個。主要監(jiān)測內(nèi)容有水土流失因子監(jiān)測，主要為排矸場地形、地貌、植被擾動面積的變化、棄渣量及堆放面積等；水土流失狀況的監(jiān)測，主要包括水土流失量及程度的變化、對周邊和下游地區(qū)造成的災(zāi)害及其變化趨勢；水土保持措施及效果監(jiān)測，包括水土保持防治措施的數(shù)量和質(zhì)量、林草的生長、攔渣率等，水土流失危害監(jiān)測等。

1.2 監(jiān)測方法及頻次

監(jiān)測方法主要采用遙感監(jiān)測、調(diào)查監(jiān)測[2]、現(xiàn)場巡查、地面定位監(jiān)測、查閱工程建設(shè)資料等。水土流失量采用侵蝕溝斷面法、插釬法、簡易小區(qū)法等測量，水土流失危害和水土保持措施效果監(jiān)測采用普查法、抽樣調(diào)查法、現(xiàn)場巡查法[3]等。

該項目風(fēng)蝕監(jiān)測頻次：11月中旬至次年5月中旬，每月1次，如遇大風(fēng)加測一次。水蝕監(jiān)測頻次：在施工期每年的5月(汛前)、6—9月(汛中)、10月(汛后)各全面監(jiān)測一次。6—9月每月一次，遇暴雨(24 h降雨量大于100 mm)加測一次。擾動地表面積、破壞植被面積及程度、棄渣場排棄數(shù)量和壩址開挖、填高高度、邊坡情況及占地面積等監(jiān)測，施工期前、中、末各1次。

2 排矸場建設(shè)中水保變化情況分析

2.1 防治責(zé)任范圍變化分析

建設(shè)期，建設(shè)單位根據(jù)天云煤礦水保設(shè)計方案中確定的排矸場，在礦井工業(yè)場地東南方向的山溝內(nèi)建設(shè)一處排矸場，用于排放建設(shè)期棄渣和3年運行期的矸石。所選排矸場地呈U型，溝底地形平緩，溝長1435 m，寬220 m，溝道坡降4.3%，初期壩以上匯流面積為23.05 hm2。根據(jù)先攔后棄的原則，建設(shè)單位在溝口處修筑一道攔矸壩，壩體為黃土均質(zhì)碾壓壩。排矸場壩址處未發(fā)現(xiàn)不良工程地質(zhì)問題，排矸場下游 500 m范圍內(nèi)無村莊。原水土保護(hù)方案中排矸場區(qū)防治責(zé)任范圍面積為16.18 hm2，設(shè)計堆高35 m時，最大庫容可達(dá)135.5 m3，實際建設(shè)中，排矸場區(qū)防治責(zé)任范圍面積為15.68 hm2，較水保方案批復(fù)面積減少了0.50 hm2。

2.2 排矸場水保工程措施分析

排矸場區(qū)完成的水土保持工程措施為建設(shè)攔矸壩1座、消力池1座。在攔矸壩壩肩修建陡坡排水溝，使上游匯水通過陡坡排水溝流入下游 ，陡坡排水溝長216 m，排矸溝下游排水溝50 m，均采用M7.5漿砌石砌筑，底寬0.5 m，高0.5 m，邊坡1∶0.5，厚0.4 m。在棄渣形成的分級平臺處設(shè)置平臺排水溝，排水溝采用漿砌石結(jié)構(gòu)，矩形斷面0.4 m×0.4 m，厚0.3 m，平臺排水溝380 m，主排水溝930 m、排水盲道1010 m、陡坡排水溝216 m、覆土7.8 hm2?，F(xiàn)場抽查結(jié)果表明，排水溝、護(hù)坡、攔矸壩工程等外觀質(zhì)量好，混凝土、漿砌石表面平整，無明顯缺陷，可以有效起到保持水土的作用。工程變化情況見表1。

2.3 植物措施分析

采用普查和重點抽查相結(jié)合的方法，以檢查質(zhì)量為重點，對于已經(jīng)完成的內(nèi)容重點核查栽植技術(shù)、林草覆蓋率、林草植被恢復(fù)率、生長度、密度和蓋度、成活率等。水土保持方案設(shè)計在排矸場下游排水明渠兩側(cè)布設(shè)防護(hù)林帶，兩側(cè)寬8 m，植喬木防護(hù)林帶，樹種為斷頭柳111株6.69 hm2,比設(shè)計少36.19 hm2。在未堆矸區(qū)撒播草籽，生產(chǎn)期排矸場平臺種植沙棘。目前，已完成渣場頂部沙棘種植2.39 hm2，撒播種草面積7.26 hm2。因排矸場下游排水明渠兩側(cè)場地原為臨時施工區(qū)，還未能及時開展喬木種植。在綠化質(zhì)量檢查中共檢查10個點，根據(jù)調(diào)查結(jié)果，成活率普遍在95%以上，符合要求，同時草本植物的蓋度達(dá)到0.8以上，符合水土保持要求。

2.4 實際與設(shè)計對比分析

天云煤礦排矸場實際建設(shè)位置、規(guī)模、排渣量與原設(shè)計相比基本一致，現(xiàn)場完成的水土保持措施種類、數(shù)量與水土保持方案設(shè)計一致。實際防治責(zé)任范圍減少0.50 hm2，主要原因為矸場建設(shè)期對周邊溝道邊坡擾動面積減少，清理表土臨時堆放占地面積有所減少。

排矸場在實際施工中，防治責(zé)任范圍和工程措施、植物措施均發(fā)生了變化，具體見表1。經(jīng)過現(xiàn)場踏勘和測量對比，綜合認(rèn)為，本項目排矸場能夠按水土保持方案設(shè)計開展水土保持防治工作，排矸場水土保持工程總體評價合格，其運行與管理符合水土保持要求。

表1 排矸場設(shè)計方案與實際施工方案對比表

3 排矸場穩(wěn)定性分析

天云煤礦排矸場建設(shè)前，建設(shè)單位委托地質(zhì)災(zāi)害評估單位對建設(shè)區(qū)開展了地質(zhì)災(zāi)害危險性評估和安全評價工作，經(jīng)分析論證，項目建設(shè)區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無滑坡、泥石流災(zāi)害，屬一般地災(zāi)防治區(qū)，適宜排矸場建設(shè)，均同意排矸場的選址、建設(shè)規(guī)模、排矸布置等。所以，現(xiàn)僅從水土保持角度，對排矸場穩(wěn)定性進(jìn)行分析評估。

3.1 排矸場等級與危害程度級別

根據(jù)渣場等級劃分，本項目排矸場最大庫容排渣量135.5萬m3，設(shè)計排渣量115.02萬m3，渣體排放最高35 m，屬4級渣場，危害程度級別為較輕級。

3.2 攔矸壩安全性分析

天云煤礦排矸場擋矸壩采用碾壓土壩建設(shè)，壩坡采用漿砌石護(hù)坡，攔矸壩高10 m，壩頂寬4 m，壩長75 m，上游邊坡比1∶2，下游邊坡比1∶1.5。壩體填筑材料為黃土均質(zhì)土料，根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》[2]，要求干密度為1.550 g/cm3，含水率12%。查閱水土保持施工監(jiān)理記錄，攔矸壩填筑黃土干密度為1.865 g/cm3，含水率13%，施工符合規(guī)范要求，施工資料齊全，可信度高，均在安全范圍內(nèi)。

3.3 矸石堆放穩(wěn)定性分析

排矸場渣體排放方式采取分層碾壓臺階式堆放，每高5 m設(shè)4 m寬馬道。矸石壩堆放分為5個臺階，矸石汽車配合振碾壓實，干容重達(dá)到1.860 g/cm3，矸石渣土外坡比為1∶7。經(jīng)查閱資料，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，矸石自然穩(wěn)定坡角為40.0°，本項目排矸場設(shè)計矸石外坡角為8.5°，所以渣體堆放坡面穩(wěn)定。

3.4 排矸場防洪安全

根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，本項目排矸場防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水重現(xiàn)期為100 a，查閱榆林市水文手冊，計算排矸場最大洪峰流量為2.09 m3/s。排矸場南部沿排矸道路修建有漿砌石主排水溝，長1150.0 m，梯形斷面，斷面尺寸為下底寬0.45 cm、上底寬1.70 cm、高0.60 cm，排水溝底平均比降3.2%。經(jīng)核算，該排水溝排洪能力為2.72 m3/s，可滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，排矸場馬道處建設(shè)有漿砌石矩形截水溝，與排矸場主截排水溝相連通。排矸場主截排水溝下游建設(shè)有消力池1座，消力池采用漿砌石結(jié)構(gòu)，消力池長4.0 m，寬2.0 m，消力坎高0.8 m，厚度為0.4 m。

3.5 水土保持防治措施體系完整性分析

建設(shè)單位貫徹先攔后棄的要求，在排矸場建設(shè)攔矸壩，有效地防止了渣體的流失；布置了合理的截排水體系，及時有效地排除了渣場表面和渣體內(nèi)部滲流，保證了矸石渣場的防洪安全；矸石渣體分臺階緩坡堆放，確保了渣體穩(wěn)定；開展了渣場表土清理工作，為后期渣場覆土提供了土源，做到了土方的合理利用；完成的渣場平整覆土和綠化工程，有效地減少了水土流失，形成了比較規(guī)范的渣場運行管護(hù)制度。

綜合評價，認(rèn)為本項目排矸場能夠按水土保持方案設(shè)計開展水土保持防治工作，排矸場水土保持工程總體評價合格。

3.6 穩(wěn)定性分析結(jié)論

通過參考地災(zāi)報告和安全評價對排矸場選址、建設(shè)規(guī)模的結(jié)論，判定渣場等級與危害程度級別，分析綜合渣場排渣方式、攔矸壩建設(shè)、防洪排水體系完整度、水土保持措施開展情況，認(rèn)為本項目排矸場建設(shè)符合相關(guān)要求，為穩(wěn)定排矸場。

4 結(jié) 語

天云煤礦排矸場區(qū)生態(tài)植被脆弱，按照項目建設(shè)開發(fā)要求，對排矸場水保建設(shè)實行了跟蹤監(jiān)測。通過分析監(jiān)測情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對比，可知排矸場建設(shè)雖然在實際建設(shè)中方案有調(diào)整，但均符合水土保持規(guī)范要求，各項措施均達(dá)到了保護(hù)水土的作用，而且排矸場建設(shè)安全可靠，為穩(wěn)定排矸場，可以正常使用，為項目驗收和水保工程投入運行提供了科學(xué)依據(jù)。