露天煤礦水土流失防治措施設(shè)計

摘" 要： 新疆西黑山礦區(qū)紅沙泉二號露天礦一期工程位于新疆昌吉回族自治州奇臺縣，項目區(qū)屬北方風(fēng)沙區(qū)，生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，一旦被破壞則很難自然恢復(fù)。項目具有擾動范圍大、地表破壞嚴(yán)重、擾動區(qū)域裸露時間長、土石方挖填量大、永久棄方量大等特點，水土流失防治難度大。主體工程設(shè)計時將水土流失治理度提高到85%，防洪標(biāo)準(zhǔn)確定為最大值5 a一遇，盡量減少征占地面積，加強施工組織管理，建設(shè)方案中工程占地、土石方平衡、取棄土場設(shè)置均符合相關(guān)規(guī)定。項目區(qū)共分為7個防治分區(qū)，結(jié)合工程、植物、臨時措施，分區(qū)施策、因地制宜設(shè)計各區(qū)水土流失防治措施，加強對礫幕層的剝離、保護、利用，有效控制項目建設(shè)過程中造成的人為水土流失，最大限度地減輕了項目建設(shè)對周邊環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞： 防治措施；水土流失；露天煤礦；西黑山礦區(qū)；新疆

中圖分類號： S157" 文獻標(biāo)識碼： B" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.02.009

引用格式： 翟艷賓，孫犇.露天煤礦水土流失防治措施設(shè)計：以新疆西黑山礦區(qū)紅沙泉二號露天礦一期工程為例［J］.中國水土保持，2025（2）：30-32.

收稿日期：2024-08-21

第一作者：翟艷賓（1987—），男，內(nèi)蒙古卓資人，高級工程師，碩士，主要從事生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持技術(shù)服務(wù)和水資源相關(guān)咨詢服務(wù)工作。

E-mail： 373002853@qq.com

煤炭是我國能源安全的“壓艙石”，2023年在我國一次能源消費中占比為56.2%。煤礦露天開采具有建設(shè)快、產(chǎn)量大、效率高、成本低等優(yōu)勢，因此露天煤礦數(shù)量及產(chǎn)能逐年提高［1］，2023年其產(chǎn)能就約占煤炭總產(chǎn)能的20%。隨著我國中東部地區(qū)煤炭資源日益枯竭，煤炭資源更加依賴西北煤炭大規(guī)模的開采。目前我國露天煤礦有400多座，主要集中在內(nèi)蒙古、山西和新疆境內(nèi)［2］，因此露天開采的煤炭對我國能源安全的“穩(wěn)定器”作用將愈發(fā)顯著［3-4］。露天煤礦的開采會造成礦區(qū)土壤與植被退化，主要表現(xiàn)為原生植被遭受破壞、土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降、土壤生物活性降低、土壤水土保持能力減弱［5-8］，最終表現(xiàn)為嚴(yán)重的土壤侵蝕。紅沙泉二號露天礦地處新疆西黑山礦區(qū)，煤炭資源豐富，是我國重要的能源基地之一，筆者以該礦一期工程為例，探討工程水土保持評價及水土流失防治措施設(shè)計，以期為新疆準(zhǔn)東地區(qū)露天煤礦水土保持措施設(shè)計提供技術(shù)參考。

1" 項目區(qū)概況

新疆西黑山礦區(qū)紅沙泉二號露天礦一期工程位于北方風(fēng)沙區(qū)新疆昌吉回族自治州奇臺縣，隸屬新疆準(zhǔn)東經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)。項目區(qū)地貌類型為殘丘狀的剝蝕平原。氣候類型屬中溫帶大陸性半荒漠干旱性氣候，年均氣溫5.5 ℃，年均降水量114 mm，年均水面蒸發(fā)量2 231 mm，年均風(fēng)速2.9 m/s，以東北風(fēng)為主。土壤類型為灰棕漠土，土層厚1.5～2.0 m。土質(zhì)為輕砂壤土，顆粒較細，易被風(fēng)吹起。土壤有機質(zhì)含量一般，易板結(jié)，保水保肥性差。未受人類活動影響的地表自然形成一層厚3～5 cm的礫幕層，質(zhì)地較密實，有較強的抗風(fēng)蝕作用。植被類型為溫帶荒漠植被，主要為旱生與超旱生灌木、小半灌木，如麻黃、豬毛菜等耐旱植被，植被覆蓋率為2%。

2" 項目概況

紅沙泉二號煤礦為新建特大型露天煤礦，2023年4月24日，國家發(fā)展和改革委員會下發(fā)了《國家發(fā)展改革委關(guān)于新疆西黑山礦區(qū)紅沙泉二號露天礦一期工程項目核準(zhǔn)的批復(fù)》，核準(zhǔn)生產(chǎn)能力為1 000萬t/a，2023年6月開工建設(shè)，預(yù)計2025年5月完工，建設(shè)工期為24個月。工程占地741.67 hm2，其中永久占地717.26 hm2、臨時占地24.41 hm2，占地類型為采礦用地及裸巖石礫。土石方挖填總量為4 832.06萬m3，其中挖方量4 760.44萬m3、填方量71.62萬m3，棄方量4 688.82萬m3，區(qū)間調(diào)配利用土方40.08萬m3，礫幕層富余量33.28萬m3，礫幕層富余量全部堆置于礫幕層堆放場，棄方全部堆置于外排土場。項目區(qū)由采掘場、外排土場、工業(yè)場地、地面生產(chǎn)系統(tǒng)區(qū)、道路工程區(qū)、供電工程區(qū)和管線工程區(qū)組成，并據(jù)此劃分為7個水土流失防治分區(qū)。

3" 工程水土流失特點

項目區(qū)土壤侵蝕以風(fēng)力侵蝕為主，屬于輕度風(fēng)蝕區(qū)。年降水量小，植被覆蓋率低，生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，一旦被破壞則很難自然恢復(fù)。根據(jù)有關(guān)水土流失區(qū)劃分成果，項目區(qū)屬天山北坡國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)、天山北坡諸小河流域自治區(qū)級水土流失重點治理區(qū)。按照《生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50434—2018）的規(guī)定，項目區(qū)執(zhí)行北方風(fēng)沙區(qū)一級防治標(biāo)準(zhǔn)，土壤容許流失量為2 000 t/（km2·a）。工程建設(shè)期間擾動地表面積741.67 hm2，開采前要剝離煤層以上的土石，工程最大埋深430 m，擾動范圍裸露時間長，土石方挖填總量大，永久棄方量大，開挖、回填、占壓、碾壓等活動破壞表層土壤結(jié)皮，在大風(fēng)季節(jié)易產(chǎn)生水土流失。

4" 工程水土保持評價

4.1" 主體工程選址水土保持評價

工程選址基本符合《中華人民共和國水土保持法》、《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50433—2018）及其他相關(guān)的規(guī)范性文件的規(guī)定。鑒于工程位于天山北坡國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)，項目選址無法避讓，存在項目建設(shè)限制性因素，因此主體工程設(shè)計時需提高相應(yīng)的水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化施工工藝，使項目建設(shè)基本能滿足水土保持相關(guān)要求。

1）提高水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)。項目區(qū)屬極干旱區(qū)，水土流失治理度按要求可降低5%～8%，但項目區(qū)屬于國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)，按照《生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50434—2018）的規(guī)定，須采用水土流失防治一級標(biāo)準(zhǔn)，因此項目區(qū)水土流失治理度確定為85%。對于項目區(qū)工業(yè)場地內(nèi)部及地面生產(chǎn)系統(tǒng)區(qū)排水溝防洪標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》（GB 50215—2015）中的2 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，以及《水土保持工程設(shè)計規(guī)范》（GB 51018—2014）中的3～5 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，選取防洪標(biāo)準(zhǔn)最大值5 a一遇。

2）減少工程征占地。在明確項目功能分區(qū)的同時，項目布局盡量緊湊合理，采用多層或聯(lián)合建筑，場外道路充分利用已有的道路，以減少永久占地；施工供水、供電、排水等設(shè)施采取“永臨結(jié)合”方式，盡量利用既有場地或永久征地，

以減少臨時占地，最大限度地減少對地表的擾動和破壞。

3）加強施工組織管理。采用先進的施工方法與工藝，統(tǒng)籌、合理、科學(xué)地安排施工工序，避免重復(fù)施工和土石方亂堆亂放；合理安排施工時間，避免雨季、大風(fēng)季施工；加強工程監(jiān)理和監(jiān)管，規(guī)范工程建設(shè)行為，提高建設(shè)單位水土保持意識。

4.2" 工程建設(shè)方案水土保持評價

4.2.1" 工程占地

工程永久占地符合國家產(chǎn)業(yè)政策、煤炭工業(yè)建設(shè)用地指標(biāo)及道路建設(shè)用地指標(biāo)等相關(guān)要求；工程臨時占地為裸巖石礫地，未占用耕地及基本農(nóng)田，且工程后期對臨時用地采取全面整地、恢復(fù)植被的措施，符合自然資源部關(guān)于規(guī)范臨時用地管理的相關(guān)要求。

4.2.2" 土石方平衡

主體工程設(shè)計場地平整以移挖作填為原則，盡量減少土石方的二次搬運。綜合調(diào)配利用開挖的土石方，填筑時首先考慮充分利用開挖方，其次考慮縱向調(diào)用，避免填筑材料的外借。鑒于項目區(qū)地表礫幕層質(zhì)地較密實，有較強的抗風(fēng)蝕作用，施工前對其進行剝離保護，工程后期篩分后作為礫石覆蓋材料。

4.2.3" 取棄土場設(shè)置

工程所需砂石料全部外購，不設(shè)取土（石、料）場。工程共布設(shè)2處排土場，其中外排土場1處、內(nèi)排土場1處。經(jīng)第三方穩(wěn)評單位的評定，內(nèi)、外排土場邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足《煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計規(guī)范》（GB 50197—2015）的規(guī)定，排土場邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。外排土場選址無不良地質(zhì)現(xiàn)象，下游1 km內(nèi)及周邊范圍內(nèi)無已建公共設(shè)施、工業(yè)企業(yè)、居民點、學(xué)校等，也不屬于當(dāng)?shù)厮档膮R流區(qū)和行洪區(qū)。外排土場邊坡在非正常工況條件下（如降水、地震條件下），邊坡穩(wěn)定性變差，易造成邊坡失穩(wěn)、滑坡，經(jīng)評定外排土場最大滑移距離為92 m。然而，經(jīng)實地勘察，外排土場距場外重要設(shè)施最小距離為150 m，因此外排土場選址符合《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50433—2018）、《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》（SL 575—2012）中棄渣場規(guī)劃的約束性條件。

5" 項目水土流失防治措施設(shè)計

在全面貫徹“預(yù)防為主、保護優(yōu)先、全面規(guī)劃、綜合治理、因地制宜、突出重點、科學(xué)管理、注重效益”水土保持方針的前提下，結(jié)合主體工程設(shè)計，構(gòu)建工程、植物、臨時措施相結(jié)合的綜合防治措施體系，對不同防治分區(qū)可能產(chǎn)生新增水土流失的部位進行對位防控。

5.1" 采掘場區(qū)

施工前，剝離地表礫幕層，并集中堆放在外排土場西北角，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對場區(qū)灑水降塵。根據(jù)地形特點，在場區(qū)西側(cè)開采邊界增設(shè)土質(zhì)防洪堤，防洪堤斷面尺寸沿用主體工程設(shè)計尺寸，即長1 608 m、底寬6 m、頂寬1 m、高1 m，坡比1∶1.5；在防洪堤外側(cè)布設(shè)排洪渠，并順接至外排土場區(qū)的排洪渠；在靠近采掘場內(nèi)西幫坑底最低處設(shè)置1座排水泵站，分別敷設(shè)1條正常排水管路和1條暴雨排水管路，將降雨匯水及地下涌水經(jīng)排水泵抽排至水處理站，統(tǒng)一處理后復(fù)用于露天礦生產(chǎn)。

5.2" 外排土場區(qū)

施工前，沿外排土場征地紅線布設(shè)土石限界圍??；剝離地表礫幕層，并集中堆放在外排土場西北角，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對場區(qū)灑水降塵。在場區(qū)西側(cè)征地紅線內(nèi)設(shè)置防洪堤，順接至采掘場區(qū)防洪堤，同時在防洪堤外側(cè)布設(shè)排洪渠，在排洪渠出口處布設(shè)消力池；在場區(qū)北側(cè)征地紅線內(nèi)布設(shè)截水溝，并順接至場區(qū)排洪渠。基建期排土堆高達不到第一分級臺階，未形成固定排土平臺，只需對已形成的固定邊坡進行土地平整、壓蓋礫石；在運行期形成固定排土平臺后，在平臺外邊緣設(shè)置擋土圍埂，并對平臺及坡面進行土地平整、壓蓋礫石。

5.3" 工業(yè)場地區(qū)

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放，同時采用密目網(wǎng)苫蓋、袋裝土攔擋臨時防護，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區(qū)域灑水降塵，沿場內(nèi)道路布設(shè)蓋板排水溝。施工后期，對綠化區(qū)進行土壤改良、整地、綠化，對工業(yè)場地區(qū)非硬化及非綠化區(qū)進行土地平整、礫石壓蓋。

5.4" 地面生產(chǎn)系統(tǒng)區(qū)

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放，同時采用密目網(wǎng)苫蓋、袋裝土攔擋臨時防護，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區(qū)域灑水降塵，沿區(qū)內(nèi)道路布設(shè)排水明溝。施工后期，對綠化區(qū)進行土壤改良、整地、綠化，對地面生產(chǎn)系統(tǒng)區(qū)非硬化及非綠化區(qū)進行土地平整、礫石壓蓋。

5.5" 道路工程區(qū)

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放，同時采用密目網(wǎng)苫蓋，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區(qū)域灑水降塵，沿道路布設(shè)混凝土預(yù)制排水溝。施工后期，對路基邊坡進行土地平整、礫石壓蓋，對道路兩側(cè)綠化區(qū)進行土壤改良，并種植行道樹。

5.6" 供電工程區(qū)

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放，同時采用密目網(wǎng)苫蓋，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區(qū)域灑水降塵。施工后期，對施工跡地進行土地平整、礫石壓蓋。

5.7" 管線工程區(qū)

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放在管線工程作業(yè)帶一側(cè)，同時采用密目網(wǎng)苫蓋，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區(qū)域灑水降塵。施工結(jié)束后及時對施工跡地進行土地平整、礫石壓蓋。

6" 結(jié)束語

紅沙泉二號露天礦位于新疆準(zhǔn)東地區(qū)，項目區(qū)屬北方風(fēng)沙區(qū)及國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)，生態(tài)環(huán)境敏感脆弱。項目具有擾動范圍大、地表破壞嚴(yán)重、擾動區(qū)域裸露時間長、土石方挖填量大、永久棄方量大等特點，水土流失防治難度大。在項目水土保持評價合理的基礎(chǔ)上，結(jié)合項目區(qū)水土流失現(xiàn)狀，分區(qū)施策，因地制宜布設(shè)工程、植物和臨時措施，以有效控制項目建設(shè)造成的人為水土流失，最大限度地減輕項目建設(shè)對周邊環(huán)境的影響。

參考文獻：

［1］ 田會，才慶祥，甄選.中國露天采煤事業(yè)的發(fā)展展望［J］.煤炭工程，2014，46（10）：11-14.

［2］ 李全生，韓興，趙英，等.露天煤礦植被修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)集成與應(yīng)用研究：以勝利露天礦外排土場為例［J］.環(huán)境生態(tài)學(xué)，2021，3（6）：47-53.

［3］ 楊博宇，白中科.露天煤礦區(qū)低碳土地利用途徑研究［J］.中國礦業(yè)，2019，28（6）：89-93.

［4］ 李全生.蒙東草原區(qū)大型露天煤礦減損開采與生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)［J］.采礦與安全工程學(xué)報，2023，40（5）：905-915.

［5］ TANG Chongjun， LIU Yu，LI Zhongwu，et al.Effectiveness of vegetation cover pattern on regulating soil erosion and runoff generation in red soil environment，southern China［J］. Ecological Indicators，2021，129：107956.

［6］ 謝天，侯鷹，陳衛(wèi)平，等.城市化對土壤生態(tài)環(huán)境的影響研究進展［J］.生態(tài)學(xué)報，2019，39（4）：1154-1164.

［7］ 段鵬，張永超，王金貴，等.青藏高原高寒濕地退化過程中土壤微生物群落功能多樣性特征［J］.草地學(xué)報，2020，28（3）：759-767.

［8］ 康惠惠，潘韜，蓋艾鴻，等.生態(tài)退化與恢復(fù)對三江源區(qū)土壤保持功能的影響［J］.水土保持通報，2017，37（3）：7-14.

（責(zé)任編輯" 張緒蘭）