西北地區(qū)矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)水土流失防治措施探討

王文杰

【摘?要】本文介紹了西北地區(qū)的毛烏素風(fēng)沙灘地、黃土丘陵溝壑的矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)水土保持措施。各區(qū)域的水土保持措施基本遵循著攔擋工程、截排水工程、臨時(shí)防護(hù)工程、植被恢復(fù)、臨時(shí)防護(hù)的水土流失治理體系，但是不同地貌的矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)還要結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況，合理布設(shè)水土保持措施。

【關(guān)鍵詞】矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng);水土流失;防治措施

引言

西北地區(qū)蘊(yùn)藏著十分豐富的煤炭資源，占我國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)總量的76.46%，是我國(guó)煤炭資源的主要賦存地[1]。煤炭資源的開采利用和加工過程中會(huì)產(chǎn)生一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石—煤矸石，煤矸石包括巷道掘進(jìn)、從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石，其排放量占原煤的10%～25%。西北地區(qū)的煤礦的煤矸石主要采用矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)的方式堆存煤矸石，煤矸石的自然傾角一般在38°～40°，當(dāng)沉積和坡度過大時(shí)，受人工開挖、爆破、雨水淋溶、山洪和地震等影響，煤矸石堆積體易產(chǎn)生泥石流、滑坡、崩塌等嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境及周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)的水土保持防治措施顯得尤為重要。本文主要以西北地區(qū)的毛烏素風(fēng)沙灘地、黃土丘陵溝壑的矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)進(jìn)行水土保持防治措施的設(shè)計(jì)。

一、毛烏素風(fēng)沙灘地矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)的水土保持措施

以陜西榆神礦區(qū)三期規(guī)劃區(qū)小保當(dāng)一號(hào)煤礦為例進(jìn)行說(shuō)明，小保當(dāng)一號(hào)煤礦位于毛烏素沙地東南緣，地貌類型為毛烏素風(fēng)沙灘地。矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)位于工業(yè)場(chǎng)地南側(cè)1.5km處的低洼沙地，總體地勢(shì)為東、南兩側(cè)高，中間低，最大高差約14m，基本無(wú)坡面來(lái)水。

1.工程措施

（1）攔渣設(shè)計(jì)。矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)地勢(shì)為東、南兩側(cè)高，中間低，為最大限度的利用地形優(yōu)勢(shì)，在東、南兩側(cè)地勢(shì)較高處（高程1255.0m～1256.3m）可直接利用原有地形，其他地勢(shì)低于1255.0m的區(qū)域設(shè)置擋渣墻。

（2）擋渣墻。棄渣前先建設(shè)擋渣墻，遵循“先攔后棄”的原則。根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51018-2014），確定攔擋工程等級(jí)為Ⅳ級(jí)。采用理正軟件對(duì)擋渣墻的抗滑、傾覆、地基應(yīng)力及偏心距、墻底截面強(qiáng)度、臺(tái)頂截面強(qiáng)度進(jìn)行穩(wěn)定性分析驗(yàn)算。擋渣墻高不超過2.5m，墻頂寬0.6m。

（3）渣面整治。采用機(jī)械和人工相結(jié)合的方式對(duì)矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)堆渣平面進(jìn)行全面整地。

2.植物措施

對(duì)堆渣平面設(shè)置沙障，沙障采用草方格防護(hù)形式。草方格采用沙柳莖稈形成，草方格內(nèi)部撒播沙打旺與沙蒿混合草籽（混合比例2：1）。草方格具體布設(shè)方法：以沙柳莖稈為切成30～50cm的短節(jié)，將插枝插入土中15～25cm，外露20～30cm然后陪土搗實(shí)，形成規(guī)格為1m×1m的菱形方格網(wǎng)，方格內(nèi)撒播混合草籽，撒播密度為60kg/hm2。草籽均為一級(jí)種籽。

3.臨時(shí)措施

對(duì)擋渣墻施工過程中的形成的裸露坡面進(jìn)行防護(hù)，防止大風(fēng)及暴雨天氣下造成的嚴(yán)重水土流失。采用防塵密目網(wǎng)進(jìn)行覆蓋，防塵密目網(wǎng)四周壓實(shí)固定，防止移動(dòng)。

二、黃土丘陵溝壑矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)的水土保持措施

以子長(zhǎng)縣羊馬河煤礦為例進(jìn)行說(shuō)明，羊馬河煤礦位于陜北黃土高原腹地，屬典型的黃土高原丘陵溝壑地貌。矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)位于工業(yè)場(chǎng)地北側(cè)300m處的荒溝內(nèi)，該溝長(zhǎng)約695m，平均溝深90m，溝道平均比降15.8%，上游匯水面積約0.33km2，溝內(nèi)無(wú)常流水。

1.工程措施

（1）攔渣設(shè)計(jì)

矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)設(shè)計(jì)堆渣39.54萬(wàn)m3，根據(jù)堆高～庫(kù)容曲線，總堆高30m。根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB51018-2014），確定攔擋工程級(jí)別為Ⅳ級(jí)。矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)的攔擋工程采用漿砌石擋渣墻，溝底布設(shè)滲水盲溝。為防止矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)遭受暴雨浸泡，在其左右山坡布設(shè)截水溝攔截坡面來(lái)水，截水溝末端接急流槽，急流槽出口接消力池，水流經(jīng)消力池后流入下游。堆渣坡面徑流通過平臺(tái)內(nèi)側(cè)排水溝引自兩側(cè)截水溝中。

（2）擋渣墻

在堆渣前緣布設(shè)擋渣墻，擋渣墻高5.0m，矸石在擋渣墻后堆放至墻頂高程時(shí)，按照1：2.0向上放坡，此后每隔10m高程設(shè)置寬度為10m的平臺(tái)，最后堆至設(shè)計(jì)堆高高程+1075m，總堆高30m。利用理正軟件對(duì)擋渣墻、堆渣坡面進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算，擋渣墻和堆渣坡面均為穩(wěn)定狀態(tài)，符合規(guī)范要求。

（3）截水溝

在堆渣邊緣設(shè)置截水溝，將坡面來(lái)水引至溝道下游，截水溝長(zhǎng)980m。截水溝按10年一遇最大1h降雨設(shè)計(jì)。截水溝斷面按梯形設(shè)計(jì)，底寬取0.60m，坡比1：0.5，坡降1%，溝深0.60m，按照渠均勻流公式計(jì)算滿足校核流量。截水溝采用M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，砌厚0.3m，下面鋪設(shè)0.10m厚的砂礫墊層。

（4）急流槽

在左右兩岸截水溝出口分別布設(shè)急流槽，出口接消力池，急流槽采用矩形斷面，槽寬0.6m，槽深為0.6m。急流槽采用M7.5漿砌片石結(jié)構(gòu)，厚度為0.3m。

（5）消力池

為防止矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)急流槽出水口水流對(duì)溝道的沖刷，在左右兩岸急流槽末端各修建一座消力池，消力池布設(shè)方向與急流槽水流方向一致。消力池結(jié)構(gòu)尺寸分別為：池寬1.5m，池深1.0m，池長(zhǎng)6.0m，消力池底板厚度0.50m，側(cè)墻頂寬0.50m，采用M7.5漿砌片石結(jié)構(gòu)，C20混凝土護(hù)面，下方鋪設(shè)0.3m厚的砂礫墊層。

（6）滲水盲溝

在矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)溝底布設(shè)滲水盲溝，將渣體滲水排入下游溝道，滲水盲溝采用梯形斷面，底寬1.0m，深0.5m，坡比1：0.5。溝內(nèi)采用碎（礫）石填充，四周用土工布覆蓋。

（7）平臺(tái)排水溝

在各級(jí)堆渣平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置一道排水溝，將坡面來(lái)水經(jīng)急流槽和消力池后排入下游溝道，由于渣面匯流面積較小，一般直接給出斷面尺寸：矩形斷面，溝寬0.4m，溝深0.4m。

（8）渣面整治

采用機(jī)械和人工相結(jié)合的方式對(duì)堆渣平面和坡面進(jìn)行覆土整治。

2.植物措施

對(duì)渣面進(jìn)行綠化，采用灌草結(jié)合。灌木采用紫穗槐，株行距均為2.0m，紫穗槐苗木為一年生實(shí)生苗;草種選用紫花苜蓿，一級(jí)種籽。渣面表層為覆蓋的黃土，下部為煤矸石。

3.臨時(shí)措施

施工前將矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)占地范圍內(nèi)的表土進(jìn)行剝離，剝離厚度為表層腐殖質(zhì)層。根據(jù)實(shí)際情況，表土剝離厚度取10～50cm。表土集中堆放在場(chǎng)內(nèi)平緩處，用于后期綠化覆土。為防止收集后的表土資源滑塌流失，表土堆放前在堆積區(qū)先用編織袋堆砌一個(gè)臨時(shí)擋墻，編織袋可利用剝離表土進(jìn)行充填。表土裸露坡面采用防塵密目網(wǎng)覆蓋。

三、結(jié)論

西北地區(qū)不同地貌類型的矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)水土流失防治措施的治理體系基本一致，工程措施以攔擋工程為主，植物措施以渣面綠化為主，臨時(shí)措施根據(jù)工程實(shí)際以表土剝離、臨時(shí)攔擋防護(hù)為主。但受地區(qū)地形地貌的影響，矸石周轉(zhuǎn)場(chǎng)的水土保持措施布設(shè)必然存在差異，具體的水土保持措施需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臈l件，根據(jù)實(shí)際情況合理布設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳守建，王永等. 西北地區(qū)煤炭資源及開發(fā)潛力[J]. 西北地質(zhì)，2006（39）.

（作者單位：中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司）