黃土高原采煤區(qū)常見水土流失問題及防治措施評價

田燏賢

（長治市上黨區(qū)水利發(fā)展中心,山西 長治 047100）

1 研究區(qū)自然地理概況

1.1 長治市地理條件概況

長治市位于黃土高原東部,包括沖積平原、丘陵區(qū)、土石山區(qū)三種地貌,其中丘陵和土石山區(qū)的溝壑密度分別為1.89 km/km2、溝壑密度2. 23 km/km2,地面坡度陡峻復(fù)雜,是典型的黃土高原地貌。該市植被覆蓋面積共計118 km2,森林被覆率為6.79%,各類植被的分布情況隨區(qū)而異。黃土丘陵階地區(qū)共有各類植被面積27 km2,其中人工植被9 km2,天然植被18 km2。土石山區(qū)共有各類植被89 km2,其中人工植被17 km2,天然植被89 km2。該市水土流失面積共有141 km2,丘陵階地區(qū)流失面積為54 km2,其中耕地的流失面積16 km2,土石山區(qū)流失面積為87 km2,其中耕地的流失面積12 km2。該地區(qū)水土流失的侵蝕形式主要為水力侵蝕,部分區(qū)域產(chǎn)生重力侵蝕[1]。

長治市的水土流失是各種自然因素和人為因素引起的。其中土石山區(qū),由于降雨比較集中,強度大,歷時短,加之耕地土壤抗蝕能力較差,以及不合理的順坡耕作,促進(jìn)了耕地面積的發(fā)展,形成了不少“三跑田”,在荒山荒坡中,土壤含水量低,活土層薄,植被生長緩慢,覆蓋差,形成嚴(yán)重的坡面侵蝕,在丘陵地區(qū),黃土遇水飽和后,極易產(chǎn)生坍塌,形成了大小不一的溝谷,溝谷在水力的沖蝕下逐年擴(kuò)大也是水土流失產(chǎn)生的原因之一。此外不按照自然規(guī)律辦事的人為因素如：陡坡開荒、毀林毀草、筑路、開礦、廢渣棄土處理不當(dāng)都加快了水土流失的形成。

1.2 采煤區(qū)概況

長治市含煤面積為8500 km2,地質(zhì)儲量606 億t,探明儲量274 億t,年生產(chǎn)規(guī)模為14535 t。截止2015 年12 月,全市礦區(qū)總面積為1824.099 km2,采空面積113.6661 km ,治理面積為42.2158 km2。煤礦開采導(dǎo)致地表移動、采空區(qū)地面沉降、頂板塌落等問題,在采空區(qū)附近也出現(xiàn)了不同程度的地面沉降[2]。

煤炭資源開采過程中,頂板垮落直接引發(fā)的地面塌陷是造成地面有規(guī)律的沉降的最主要因素。同時煤層開采后,地表出現(xiàn)塌陷與裂縫,采空對煤層上部的砂巖含水層結(jié)構(gòu)造成破壞,形成導(dǎo)水通道,導(dǎo)致采空區(qū)周圍的砂巖含水層、基巖風(fēng)化帶含水層及松散層地下水水位下降,直至干涸,對含水層的影響程度嚴(yán)重。含水層被疏干或半疏干可能會引發(fā)開采塌陷區(qū)域以外的地面沉降。

2 采煤區(qū)常見水土流失問題

2.1 地表擾動

煤礦建設(shè)期以及開采過程中進(jìn)行的施工開挖、回填、堆土等活動使地表覆蓋結(jié)皮被破壞,加大了地面坡度,破壞了土體結(jié)構(gòu),導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)松散,土壤抗侵蝕能力降低,在水力侵蝕及人為因素的綜合作用下極易造成水土流失,擾動地表土壤流失量與原地貌狀態(tài)下的土壤流失量相比明顯增加,地表擾動后侵蝕模數(shù)也顯著增加[3]。

2.2 植被破壞

采煤區(qū)礦坑開挖,開拓道路等活動對地表植被進(jìn)行清除,使得采礦區(qū)植被覆蓋率大幅下降,而植被可以起到防風(fēng)固沙的作用,其根系還能加強土壤之間的聯(lián)系。植被的減少會導(dǎo)致礦區(qū)土壤抵抗雨水侵蝕的能力降低,礦區(qū)土壤與施工前相比更易流失。

2.3 棄土棄渣

采煤項目建設(shè)期新建工業(yè)場地,新炸藥庫和進(jìn)場道路,會對項目區(qū)進(jìn)行挖方與填方,期間產(chǎn)生廢棄的土石渣,以及礦井生產(chǎn)期間產(chǎn)生的煤矸石,若不進(jìn)行處理隨意堆放,不僅會對土壤造成污染,還會造成堆放區(qū)土地沉降,地表松散,加劇水土流失的危害。

2.4 采空區(qū)土壤流失

煤礦開采會造成大面積的采空區(qū),采空區(qū)的含水層、各含水層之間的隔水層遭到破壞,形成了采動裂隙,導(dǎo)致地下水極易流失,再加上雨水沖刷侵蝕,該地區(qū)的土壤會被雨水帶走,沿著采動裂隙流失。同時采空區(qū)也易出現(xiàn)地面沉降與地表塌陷等問題,進(jìn)一步導(dǎo)致土壤條件惡化,加劇水土流失。

3 防治措施及其評價

通過分析總結(jié)可知,各采煤項目在建設(shè)與運行過程中采取的水土流失防治措施基本都是以工程措施和臨時措施為主,控制大面積、高強度水土流失,為植物措施創(chuàng)造條件；同時以工程措施和植物措施、永久措施和臨時措施相結(jié)合,提高水土保持效果、節(jié)省工程投資、改善生態(tài)環(huán)境。

3.1 工程措施

采煤項目建設(shè)期水土保持主要包括以下幾個防治區(qū),且各工業(yè)場地在建設(shè)過程中基本都會對地面裸露區(qū)進(jìn)行硬化處理,所以場地雨水匯流面積較大,需要實施的主要工程措施為截水溝、排水溝、擋土墻、土地整治。

3.1.1 工業(yè)場地防治區(qū)工程措施

（1）截水溝：為防止坡面雨水對工業(yè)場地的沖刷,在挖方邊坡之上設(shè)置梯形漿砌石截水溝。

（2）排水溝：為使廠區(qū)匯流的雨水及時排出,且避免在排出過程中對土地額沖刷,采煤區(qū)場地多設(shè)排水明溝,與自然排水相結(jié)合,排水明溝沿道路修建,明溝加蓋板,排雨水明溝采用漿硼石矩形結(jié)構(gòu)。

（3）漿砌石擋土墻：在場地邊坡布置擋土墻,采用臺階式豎向布置方式,上、下臺階采用漿砌石擋土墻。用于支承填土或土體,防治填土或土體變形失穩(wěn)。

3.1.2 炸藥庫防治區(qū)工程措施

（1）排水溝：炸藥庫場地內(nèi)排水采用明溝排水方式。

（2）邊坡防護(hù)：在炸藥庫周圍地勢較高的地段,采取漿砌石邊坡防護(hù)工程,防止邊坡土體失穩(wěn)。

3.1.3 場外公路防治區(qū)工程措施

（1）排水溝：在進(jìn)場公路和炸藥庫公路兩側(cè)布設(shè)漿石矩形結(jié)構(gòu)排水溝。

（2）邊坡防護(hù)：在道路邊側(cè)高填地段,采取漿砌石邊坡防護(hù)工程,維持填方土體的穩(wěn)定性。

3.1.4 輸電線路防治區(qū)工程措施

工程施工結(jié)束后,對輸電線路擾動區(qū)域進(jìn)行土地整治,工程內(nèi)容包括坑洼回填、翻耕、耙松等工序,是地表土體結(jié)構(gòu)恢復(fù)到擾動之前的

3.1.5 排矸場防治區(qū)工程措施

排矸場地面硬化,防止雨水淋濾煤矸石以及侵蝕地面,并修建排水溝排放污水。

3.2 植物措施

3.2.1 工業(yè)場地防治區(qū)植物措施

場地綠化：廠區(qū)的植物措施應(yīng)注重綠化美化與環(huán)境保護(hù)密切配合,一般采用喬、灌、草相結(jié)合的方式,喬木包括在廠前區(qū)種植一些觀賞性樹種,如刺柏、雪松、紅葉李等,灌木主要為冬青,草籽多選擇披堿草。

3.2.2 場外公路防治區(qū)植物措施

道路綠化：場外道路防治區(qū)的植物措施主要有在道路兩側(cè)種植行道樹和撒播草籽。

3.2.3 輸電線路防治區(qū)植物措施

植被恢復(fù)：在輸電線路線路架設(shè)過程中,在施工擾動地表選擇撒播草籽恢復(fù)植被,草籽選用白羊草、披堿草等易成活的種類。

3.2.4 廢棄場防治區(qū)植物措施

植被恢復(fù)：廢棄場地施工擾動地表同樣采用撒播草籽恢復(fù)植被。

3.3 臨時設(shè)施

（1）臨時排水溝：為使場地周邊雨水順利排出,建設(shè)期在場地周圍布設(shè)臨時排水溝,雨水經(jīng)臨時排水溝匯集后排入場地內(nèi)沉沙池,雨水經(jīng)沉沙池沉淀后排入自然溝道。臨時排水溝采用漿砌石結(jié)構(gòu),采用人工修筑,斷面為梯形,并采用的灰土抹面,防止下滲。

（2）臨時沉沙池：為了減少泥沙流失對周邊環(huán)境的影響,采煤項目運行期會選擇在工業(yè)場地臨時排水溝出水口處布設(shè)臨時沉沙池,中間設(shè)隔段,隔段預(yù)留排水。沉沙池同樣采用灰土抹面。

（3）工業(yè)場地施工過程中對臨時堆土采用編織袋攔擋和防護(hù)網(wǎng)苫蓋。

3.4 防治措施評價

從表1可以看出,采煤項目區(qū)的水土保持措施都能達(dá)到較高的防治成果,且主要采取的是工程措施,從水土流失治理程度對比來看,工程措施所達(dá)到的治理效果較為顯著,見效快且持久性好。臨時防護(hù)措施也發(fā)揮著重要作用,植物措施是難度較大的防護(hù)方式,但從長遠(yuǎn)與環(huán)境友好角度來看,植物措施是必不可少的,且比工程措施更為重要。

表1 防治措施對比結(jié)果 單位：hm2

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）黃土高原采煤區(qū)常見的水土流失問題主要有地表擾動、植被破壞、棄土棄渣危害以及采空區(qū)的土壤問題。

（2）對于這些問題,一般采用的水土防治措施是臨時措施與工程措施相結(jié)合,并輔以植物措施。

（3）這三種措施中效果最顯著的是工程措施,但與保護(hù)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展理念最為契合的則是植物措施。

4.2 建議

（1）加強排水系統(tǒng)運行期間的現(xiàn)場巡查,及時清理雜物,保證排水順暢,落實管理責(zé)任到人,出現(xiàn)問題及時解決,以保證水土流失防治效果。

（2）加強綠化措施運行期間的現(xiàn)場巡查,及時更換補植場地內(nèi)未成活樹種, 并加大管護(hù)力度,防止人為破壞,確保植物措施正常生長,逐步達(dá)到改善生態(tài)環(huán) 境的目的。

（3）建議建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)一步樹立水土保持意識,強化保護(hù)生態(tài)環(huán)境責(zé)任,進(jìn)一步完善水土保持措施管理養(yǎng)護(hù)制度,落實到具體人員,使水土保持設(shè)施能夠持續(xù)有效的發(fā)揮作用。

（4）相關(guān)部門完善水土流失防止管理制度,完善相關(guān)法律法規(guī),加大宣傳力度,提高建設(shè)單位對水土保持重要性的認(rèn)識,按照自然規(guī)律辦事。