露天煤礦外排土場水土保持措施設(shè)計(jì)研究以朝陽露天煤礦為例

摘 要：文章以寶清縣朝陽露天煤礦外排土場為例，在分析外排土場棄渣特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)地形地貌等特點(diǎn)，提出外排土場攔擋措施設(shè)計(jì)、排水措施設(shè)計(jì)和植被恢復(fù)措施設(shè)計(jì)。完成外排土場綜合治理的同時(shí)，達(dá)到改善周邊生態(tài)環(huán)境的目的。

關(guān)鍵詞：露天礦;排土場;水土保持措施

中圖分類號：S157.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915023

收稿日期：2020-07-29

作者簡介：李煜（1987-），男，碩士，工程師。研究方向：水土保持與生態(tài)復(fù)墾設(shè)計(jì)。

前言

露天煤礦在基礎(chǔ)建設(shè)期間，需要對采掘區(qū)域進(jìn)行大量的剝離工作，這些剝離的土石方被集中堆存在某一區(qū)域，形成規(guī)模較大的外排土場。外排土場堆置周期長，對其占地范圍內(nèi)及周邊生態(tài)環(huán)境造成一定影響;同時(shí)，在降雨和上游來水等外營力作用下，渣體內(nèi)部凝聚力、粘聚力等物理參數(shù)降低、渣體浸潤曲線抬高，導(dǎo)致渣體失穩(wěn)，將造成嚴(yán)重的水土流失，更有甚者可能誘發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害[1]。一般在實(shí)施過程中，建設(shè)單位對其水土流失防治采取的標(biāo)準(zhǔn)低于主體工程，防治措施也相對滯后，且施工、投資、運(yùn)行管護(hù)情況較一般，安全隱患較大[2]。因此，對露天礦外排土的水土保持措施設(shè)計(jì)可有效防治水土流失，并對其它外排土的水土流失防治工作提供參考[3]。

1?項(xiàng)目及項(xiàng)目區(qū)概況

寶清縣朝陽露天煤礦位于黑龍江省雙鴨山市寶清縣朝陽鄉(xiāng)，地理坐標(biāo)為E132°22′30″～132°39′30″，N46°11′00″～46°24′30″。露天煤礦井田北東至南西走向長約為25km，北西至南東傾向?qū)?km，面積122.5074km2，開采深度為28～90m標(biāo)高。朝陽露天煤礦設(shè)計(jì)規(guī)模11.0Mt·a-1，初設(shè)剝采比12.0m3·t-1，達(dá)產(chǎn)后年剝離量約為4125萬m3，儲(chǔ)量備用系數(shù)1.1，共探明10號煤層資源儲(chǔ)量為87071萬t，可采儲(chǔ)量83664萬t，露天礦設(shè)計(jì)服務(wù)年限為80a。項(xiàng)目區(qū)地勢總體呈西高東低，南高北低，東南及西南為低山丘陵。項(xiàng)目區(qū)屬中緯度溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫3.7℃，多年平均降水量526.20mm，年平均無霜期145d左右，最大凍土深度2.0m左右，多年平均蒸發(fā)量1446.2mm。項(xiàng)目區(qū)主要分布有暗棕壤、白漿土和沼澤土3大土類。項(xiàng)目區(qū)主要為草甸植被和沼澤植被，林草覆蓋率20.7%。

2?外排土場的棄渣特點(diǎn)

寶清露天礦外排土場設(shè)在礦坑的東北部，毗鄰礦坑，基底為第4系，第4系由松散粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂、粘土組成。露天礦外排土場排棄土方多采用重型運(yùn)輸機(jī)械，平臺(tái)經(jīng)反復(fù)碾壓，土壤的密實(shí)度增大，入滲慢，產(chǎn)流量較大[4]。邊坡隨排土量的增加而逐漸形成，多為機(jī)械整平，碾壓次數(shù)少，結(jié)構(gòu)松散，受降雨影響容易產(chǎn)生水土流失。

3?外排土場技術(shù)參數(shù)

3.1?堆置方案

外排土場占地面積為120.44hm2，最終排棄總量4300萬m3，外排土總?cè)萘繛?838萬m3。外排土場堆置采用分層排棄法，每15m布設(shè)1處平臺(tái)，排土臺(tái)階7個(gè)（地表標(biāo)高78～180m）。剝離物采用汽車—推土機(jī)排土工藝，即采用汽車將剝離物運(yùn)至外排土場傾倒，由推土機(jī)輔助推平。汽車排土平盤做成4%的反坡，坡頂處由推土機(jī)推成高度不低于車輪直徑2/5的擋車土堤，汽車排土?xí)r靠近臺(tái)階坡頂線卸載，大部分物料可自行滑落，殘留部分由推土機(jī)推下。外排土場主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3.2?外排土場級別

依據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB51015-2014），棄渣場水土保持防護(hù)工程主要依據(jù)堆渣規(guī)模、渣場所處位置及失事后對工程和環(huán)境的危害程度等進(jìn)行設(shè)計(jì)，將渣場劃分等級，本工程外排土場最終堆渣量4300萬m3>2000萬m3，堆渣高度102m>100m。按堆渣量、堆渣最大高度、棄渣場失事對主體工程或環(huán)境造成的危害程度確定的棄渣場級別不一致時(shí)，按高級別執(zhí)行。確定外排土場級別為1級。

4?外排土場水土保持措施設(shè)計(jì)

4.1?透水石堤

按照水土保持工程防治原則，采取先攔后棄原則。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，當(dāng)?shù)囟竞?，凍深大，剛性砌體易發(fā)生凍脹破壞，透水石堤具有抗凍脹能力好的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)當(dāng)?shù)乜墒┕r(shí)間較短，透水石堤施工難度小，施工簡便。

設(shè)計(jì)透水石堤斷面型式采用梯形，斷面尺寸采用550cm（下寬）×100cm（上寬）×150cm（高），內(nèi)外坡比均為1∶1.5，透水石堤長3573m。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，透水石堤基礎(chǔ)有淤積土，采用15cm砂礫石換填。透水體圍排土場坡底腳外一周，緊鄰坡腳，反濾料一側(cè)回填，另一側(cè)排水溝種草，堤身填筑材料壓實(shí)后相對密度不小于0.60。

4.2?平臺(tái)排水溝

外排土場的剝離土料經(jīng)重型機(jī)械層層碾壓后，密實(shí)度加大，不利于雨水的入滲，加之平臺(tái)及邊坡坡面集水面積較大，當(dāng)出現(xiàn)短歷時(shí)高強(qiáng)度的暴雨時(shí)，由于入滲少產(chǎn)流多，有可能產(chǎn)生集中徑流沖刷平臺(tái)，為及時(shí)排出平臺(tái)產(chǎn)生的徑流，確保外排土場平臺(tái)及邊坡穩(wěn)定安全，在外排土場各平臺(tái)布設(shè)排水溝，采用明溝排水的方式。平臺(tái)排水溝采用UD40預(yù)制矩形槽，斷面尺寸采用40cm（底寬）×40cm（頂寬）×40cm（高），壁厚10cm，底板厚度10cm，矩形槽材質(zhì)為預(yù)制鋼筋混凝土。平臺(tái)排水溝坡降為i=1‰～5‰，土方回填壓實(shí)度應(yīng)大于0.6，設(shè)計(jì)平臺(tái)排水溝總長度7159m。

4.3?邊坡排水溝

排土場邊坡設(shè)置縱向排水溝，將上游斜坡及平臺(tái)匯流引入下游溝道[5]。邊坡排水溝采用UD40預(yù)制矩形槽，斷面尺寸采用40cm（底寬）×40cm（頂寬）×40cm（高），壁厚10cm，底板厚度10cm，矩形槽材質(zhì)為預(yù)制鋼筋混凝土。排水溝坡降為i=0.543，土方回填壓實(shí)度應(yīng)大于0.6，共設(shè)計(jì)6條邊坡排水溝，設(shè)計(jì)排水溝總長度312m。

4.4?植物措施設(shè)計(jì)

在外排土場達(dá)到設(shè)計(jì)高度時(shí)，對外排土場的平臺(tái)、邊坡進(jìn)行削坡開級、覆土、平整后，在平臺(tái)面營造灌草相結(jié)合的恢復(fù)林帶，在邊坡上撒播草種恢復(fù)植被，栽植沙棘10萬株，撒播草籽面積31.68hm2。沙棘冠叢高30cm，株行距為1.0m×1.0m，栽植前平臺(tái)采用穴狀整地，整地規(guī)格為30cm×30cm×30cm。草種可選用早熟禾、芨芨草等，播種量250kg·hm-2。

5?結(jié)語

外排土場的水土保持工程措施主要為透水石堤、預(yù)制混凝土平臺(tái)排水溝和邊坡排水溝及綠化措施。排土場采取水土保持措施以后，不僅可有效減輕水土流失，而且有利于排土場邊坡的穩(wěn)定[5]，有效改善了周邊的生態(tài)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙鴻，寇曉梅，李紅星.攔溝型棄渣場水土保持措施設(shè)計(jì)[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2014，12（05）：202-204，210.

[2]解剛，王向東，劉卉芳，等.公路建設(shè)項(xiàng)目棄渣場排水措施探討[J].中國水土保持，2014（10）：29-32.

[3]馬芳.露天煤礦外排土場水土保持措施與效益分析[J].山西水土保持科技，2016（01）：35-36，39.

[4]賈飚，陳剛，楊耀.草原區(qū)露天煤礦排土場水土保持防治技術(shù)探索——以錫林郭勒盟烏蘭圖嘎鍺煤露天礦為例[J].內(nèi)蒙古水利，2010（02）：25-26.

[5]靳新紅.北京市山區(qū)高速公路棄渣場水土保持設(shè)計(jì)[J].中國水利，2016（12）：37-38.

（責(zé)任編輯?周康）