矸石場(chǎng)水土流失防治措施布局與設(shè)計(jì)

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

為了貫徹《水土保持法》及有關(guān)法律法規(guī)精神，解決好煤炭生產(chǎn)過程中矸石堆放與周邊環(huán)境的關(guān)系，防止因矸石堆放引發(fā)新的水土流失，保護(hù)和改善的生態(tài)環(huán)境，研究新建矸石場(chǎng)的水土保持措施布局與設(shè)計(jì)十分必要。本項(xiàng)研究依霍州煤電集團(tuán)晉北煤業(yè)有限公司礦井新建矸石場(chǎng)為例，提出相應(yīng)的水土流失防治措施布局與設(shè)計(jì)，可為同類型的煤礦新建矸石場(chǎng)治理水土流失提供參考借鑒。

1 工程基本情況

霍州煤電集團(tuán)晉北煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項(xiàng)目，位于靜樂縣東南，距離縣城8 km，隸屬于娘子神鄉(xiāng)管轄。井田地理位置：東經(jīng)112°00′14″-112°02′06″，北緯38°17′14″-38°19′15″。項(xiàng)目組成主要有主井工業(yè)場(chǎng)地、副井工業(yè)場(chǎng)地、行政生活區(qū)、炸藥庫、矸石場(chǎng)、場(chǎng)外道路、輸電線路、給排水系統(tǒng)等。礦井建設(shè)總工期21個(gè)月，其中施工準(zhǔn)備期1個(gè)月，建井工期20個(gè)月。項(xiàng)目總投資78 623.1萬元，其中土建工程投資16 727.82萬元。該工程的水土保持方案，2011年6月取得省水利廳批復(fù)，服務(wù)期為5 a，其中工程建設(shè)期1.8 a，運(yùn)行期3.2 a（礦井首采區(qū)服務(wù)年限）。運(yùn)行期（3.2 a）排放矸石23.49萬m3，鍋爐爐渣、脫硫渣及除塵灰1.63萬m3，共計(jì)25.12萬m3，堆放于矸石場(chǎng)。

2 工程設(shè)計(jì)變更情況

在項(xiàng)目建設(shè)過程中，由于征占地問題難以解決，批復(fù)的水土保持方案涉及到兩處變更：一是行政生活區(qū)。取消原設(shè)計(jì)中的單獨(dú)行政生活區(qū)，減少占地面積4.21 hm2，將其調(diào)整至主井工業(yè)場(chǎng)地東南部，主要包括辦公樓、職工宿舍和食堂等，占地面積調(diào)整為6.83 hm2，新增占地面積（原設(shè)計(jì)5.69 hm2）1.14 hm2，占地類型為其他草地。二是矸石場(chǎng)。原矸石場(chǎng)設(shè)置在副井工業(yè)場(chǎng)地北偏東700 m的荒溝內(nèi)，溝口以上流域面積29.0 hm2，矸石場(chǎng)占地面積1.6 hm2，堆積庫容服務(wù)年限為6.28 a。礦方與牛泥村村委會(huì)達(dá)成土地租賃協(xié)議，變更至副井工業(yè)場(chǎng)地西北1.6 km處的牛泥村牛泥溝支溝內(nèi)，溝長約400 m，匯水面積0.15 km2，占地面積2.51 hm2，占地類型為其他草地。

由于涉及到重大變更，建設(shè)單位委托有資質(zhì)的相關(guān)公司，編制了新選矸石場(chǎng)設(shè)計(jì)報(bào)告及水土保持方案變更報(bào)告書。新建矸石場(chǎng)西側(cè)靠近礦區(qū)進(jìn)場(chǎng)道路，需新建80 m排矸道路與進(jìn)場(chǎng)道路相接，道路占地寬度7.0 m，路面為壓實(shí)土路面，矸石場(chǎng)服務(wù)期滿后，與矸石場(chǎng)一起進(jìn)行植被恢復(fù)。

3 矸石場(chǎng)選址分析與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 矸石場(chǎng)選址分析

通過查閱相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查：矸石場(chǎng)建設(shè)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，無太大安全隱患；周邊無公共設(shè)施、工業(yè)企業(yè)和居民點(diǎn)等重要基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)當(dāng)居民的生活、生命財(cái)產(chǎn)安全購不成威脅；也不在河道管理范圍內(nèi)，不會(huì)影響安全行洪。因此，矸石場(chǎng)選址合理可行。

3.2 矸石場(chǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

新建矸石場(chǎng)宜堆高58.71 m，庫容70.74萬m3。根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》（SL575-2012），棄渣場(chǎng)級(jí)別應(yīng)根據(jù)堆渣量、堆渣最大高度，以及棄渣場(chǎng)失事后對(duì)主體工程或環(huán)境造成的危害程度確定。據(jù)此分析確定，該矸石場(chǎng)等級(jí)為3級(jí)，擋矸墻等級(jí)為4級(jí)，排洪工程等級(jí)為3級(jí)；由于溝道兩岸均為黃土階臺(tái)地，邊坡破壞造成的危害程度較輕，斜坡防護(hù)工程等級(jí)為5級(jí)。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）和《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》，矸石場(chǎng)工程等別為IV等，按30 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，100 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。

4 堆矸工藝設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)矸石堆放采用分層堆筑方案，從溝口新建的擋矸墻處堆起，從下至上，逐層堆置，分層壓實(shí)。每堆放矸石高度4.5 m，壓實(shí)后噴灑石灰乳化液，然后覆0.5 m厚的黃土層，以確保煤矸石不產(chǎn)生自燃。當(dāng)溝排滿后，形成邊坡—平臺(tái)的階梯形式，邊坡比為1∶3（坡角為18.43°），每個(gè)臺(tái)階高5 m，平臺(tái)寬3.0 m，滿足巖石和碎石類土的自然安息角和邊坡坡比要求，關(guān)閉或封場(chǎng)時(shí)表面坡度一般不超過33%。矸石達(dá)到最終堆置高程后，在各級(jí)平臺(tái)和邊坡分別覆蓋黃土，頂面覆土0.8 m，各級(jí)平臺(tái)和邊坡覆土0.5 m，為植被恢復(fù)與綠化做好準(zhǔn)備，同時(shí)也可防止因矸石長期裸露而引發(fā)污染和水土流失。

5 矸石場(chǎng)水土流失防治措施布局與設(shè)計(jì)

5.1 措施布局

由于矸石推放在溝道里，為防止水土流失，在矸石場(chǎng)防治措施上，宜設(shè)置擋矸墻、防滲排水系統(tǒng)、岸坡截洪溝、排水溝及覆土平整等工程措施，堆矸坡面、頂面及周邊區(qū)域綠化等植物措施。

5.2 工程措施設(shè)計(jì)

5.2.1 擋矸墻

在矸石場(chǎng)下游采用漿砌石重力式擋矸墻進(jìn)行攔擋。擋矸墻總體高度6.5 m，其中基礎(chǔ)埋深1.5 m，地面以上墻高5.0 m，墻頂寬0.5 m，墻頂長36 m。面坡坡比1∶0.5，背坡垂直。面坡墻趾寬0.8 m，背坡墻踵寬0.5 m，墻趾、墻踵臺(tái)階高1.0 m。擋矸墻用M10水泥砂漿砌石砌筑。擋矸墻每間隔12 m設(shè)伸縮縫一道，縫寬2 cm，縫內(nèi)填充聚苯板，表層采用瀝青砂漿封縫。現(xiàn)狀溝底高程1 380.0 m，擋墻地面頂高與第一級(jí)馬道平臺(tái)齊平，墻頂高程1 385.0 m。為了排出滲入矸石堆體內(nèi)的雨水，在擋矸墻上設(shè)置排水孔2道，下排排水孔高出地面1.0 m，排水孔間距2 m，梅花形布置，采用直徑0.1 m的PVC管道，排水管縱坡為5%，墻后設(shè)0.2 m厚的碎石反濾體，用無紡布包裹，無紡布要求達(dá)到200 g/m2。

5.2.2 防滲排水系統(tǒng)

（1）基底防滲。矸石堆置前，對(duì)底層原土進(jìn)行開挖，開挖深度0.7 m，鋪設(shè)二布一膜土工膜防滲，膜上鋪設(shè)0.2 m厚的砂墊層，上部回填素土人工夯實(shí)至原地面。共需鋪設(shè)土工膜3 900 m2。

（2）前期排水。施工期和運(yùn)行前期，為防止流域洪水沖擊和浸泡矸石產(chǎn)生淋溶，采用溝道排水涵管方式排洪。排水涵管采用承插式φ800 mm預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管，長度204 m，縱坡7.25%，接口處采用橡膠圈密封。在涵管入口上方垂直于溝道處，砌筑漿砌石導(dǎo)流墻一道，長18 m，頂寬0.6 m，基礎(chǔ)埋深1.5 m，地面以上墻高1.5 m，上游迎水面坡比1∶0.3，背水坡比1∶0.2，面坡墻趾和背坡墻踵寬均為0.5 m，墻趾、墻踵臺(tái)階高1.0 m，由于導(dǎo)流墻的長度較短，不再設(shè)置伸縮縫。涵管出口建筑物由陡坡明渠段及下游護(hù)坦組成，明渠段水平長10 m，縱坡7.25%，進(jìn)口高程1 380.0 m，出口高程1379.37m。明渠段采用矩形斷面，用M10水泥砂漿塊石砌筑勾縫，底寬0.8 m，底板厚0.5 m；側(cè)墻采用擋土墻形式，進(jìn)口側(cè)墻高為臨界水深加0.5 m的安全超高，取1.5 m，頂寬0.5 m，底寬0.75 m，基礎(chǔ)外伸0.5 m，基礎(chǔ)厚0.5 m。在明渠段中部底板，增設(shè)一道寬深各為0.5 m的齒墻，下游設(shè)護(hù)坦?jié)u變度5 m。

5.2.3 岸坡截洪溝

隨著矸石堆放量增大，沿矸石堆放岸坡結(jié)合處需配套截洪溝。岸坡截洪溝為梯形斷面，采用M10漿砌石結(jié)構(gòu)。左岸底寬0.8 m，深1.0 m（安全超高0.24 m），邊坡為1∶0.5，截洪溝壁厚0.3 m，長度為684 m；右岸底寬0.5 m，深1.0 m（安全超高0.27 m），邊坡為1∶0.5，截洪溝壁厚0.3 m，長度為516 m。在擋矸墻兩側(cè)的截水溝末端，各設(shè)一個(gè)消力池，消力池長4.0 m，寬2.0 m，深0.3 m，側(cè)墻頂寬0.8 m，底寬1.2 m，基礎(chǔ)厚0.8 m。然后，修筑排水明渠與排水涵管下游明渠相接，斷面與涵管下游明渠一致，左右側(cè)總長10 m。

5.2.4 排水溝

擋矸墻墻頂以上，每抬高5 m設(shè)一級(jí)馬道，馬道內(nèi)側(cè)布設(shè)橫向排水溝。矸石場(chǎng)頂面設(shè)兩條橫向排水溝和一條縱向排水溝，排水溝與岸坡截洪溝相連接。排水溝為矩形斷面，采用M10漿砌石結(jié)構(gòu)，寬、深0.3 m，壁厚0.3 m，長度682 m。

5.2.5 覆土平整

在堆矸過程中，在矸石的層間進(jìn)行覆土。堆矸結(jié)束后，對(duì)矸石場(chǎng)的坡面、頂面、周邊綠化帶及擋矸墻下游綠化區(qū)域（含排矸道路）進(jìn)行覆土和土地平整。覆土來源采用庫容置換法，矸石場(chǎng)庫前堆放矸石，庫尾取土，依次上升，減少取土場(chǎng)的面積，最終頂面與取土場(chǎng)形成一個(gè)平面。矸石場(chǎng)總計(jì)覆土量4.40萬m3，平整面積2.80 hm2。其中，矸石場(chǎng)的層間覆土厚度0.5 m，覆土量2.52萬m3；坡面覆土厚度0.5 m，覆土量0.29萬m3，土地平整0.59 hm2；頂面覆土厚度0.8 m，覆土量1.13萬m3，土地平整1.41 hm2；周邊5 m寬的綠化帶覆土厚度0.5 m，覆土量0.30萬m3，土地平整0.60 hm2；擋矸墻下游50 m寬綠化帶覆土厚度0.8 m，覆土量0.16萬m3，土地平整0.20 hm2。

5.3 植物措施設(shè)計(jì)

在堆矸結(jié)束后，對(duì)矸石場(chǎng)的坡面、頂面、周邊（5 m）及擋矸墻下游（50 m，含排矸道路），采用灌草結(jié)合的方式進(jìn)行植被恢復(fù)，樹種選用檸條，草種選用無芒雀麥，共計(jì)綠化面積2.8 hm2。檸條穴狀整地，規(guī)格40 cm×40 cm，株行距1.5 m×1.5 m，3株/穴，4 444穴/hm2，要求苗高≥30 cm，生長健壯，無病蟲害；無芒雀麥撒播，用種量60 kg/hm2，要求草籽粒飽滿，發(fā)芽率90%以上，純凈度95%以上，無病蟲害。

6 矸石場(chǎng)水土流失防治建議

在矸石場(chǎng)建設(shè)過程中，建設(shè)單位主要關(guān)注前期攔擋、排水和防滲等工程措施，容易忽略運(yùn)行期的水土流失防治。建議建設(shè)單位同步實(shí)施岸坡截洪溝、排水溝、綠化等措施，以形成有效的水土保持防護(hù)體系。同時(shí)，加強(qiáng)水土保持監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。