陜北神木縣郝家溝煤礦建設(shè)過程中水土流失預(yù)測研究

摘 要：水土流失作為煤礦區(qū)頭號生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)嚴重影響礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。文章以陜北神木縣郝家溝煤礦為例，運用資料調(diào)查、經(jīng)驗公式等方法科學(xué)預(yù)測該煤礦建設(shè)過程中水土流失強度、數(shù)量、危害等。希望為該煤礦及同類煤礦的水土流失防治工作提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：煤礦；水土流失；預(yù)測

前言

煤炭資源作為重要的一次能源在全國能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中分別占71.7%和67%，可見煤炭資源對于我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步發(fā)揮著舉足輕重的作用[1-3]。但是在煤礦建設(shè)過程中會大量破壞地表植被，顯著改變土壤結(jié)構(gòu)，同時產(chǎn)生大量棄土棄渣，這一切都引起和加劇了水土流失這一公認的礦區(qū)頭號環(huán)境問題[4-5]。如何有效防治水土流失已成為實現(xiàn)煤礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一，而其中一個重要基礎(chǔ)就是如何準確預(yù)測水土流失強度、數(shù)量、危害等。因此，文章以陜北神木縣郝家溝煤礦為例，對其建設(shè)過程中水土流失進行科學(xué)預(yù)測，為該煤礦水土流失防治提供科學(xué)指導(dǎo)，也為同類煤礦水土保持工作提供參考。

1 郝家溝煤礦概況

1.1 建設(shè)工程概況

郝家溝煤礦位于陜北神木縣NW318°，距神木縣直距約38km，行政隸屬神木縣孫家岔鎮(zhèn)。該煤礦井田面積2.7783km2，主采3-1煤層，煤炭資源總量為6.25Mt，其中保有資源總量4.76Mt，可采儲量為3.1Mt。郝家溝煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力0.21Mt/a，礦井服務(wù)年限11.2a。

1.2 礦區(qū)自然環(huán)境概況

郝家溝煤礦位于陜北黃土高原北端，屬典型黃土高原地貌。區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，樹枝狀水系發(fā)育，水土流失嚴重。該區(qū)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫8.4℃，多年平均降雨量414.2mm，多年平均蒸發(fā)量2111.2mm，年均風(fēng)速2.20m/s。根據(jù)神木縣水土保持區(qū)劃，郝家溝煤礦隸屬長城沿線風(fēng)沙草灘強度侵蝕防風(fēng)固沙區(qū)，平均侵蝕模數(shù)5256t/km2·a，年侵蝕總量1639.87萬t，侵蝕以風(fēng)蝕為主。

2 郝家溝煤礦建設(shè)過程中水土流失預(yù)測

2.1 預(yù)測目的與依據(jù)

根據(jù)郝家溝煤礦建設(shè)特點，在分析煤礦建設(shè)過程中可能損壞、擾動地表植被面積，棄土棄渣的來源、數(shù)量、堆放方式、地點及占地面積的基礎(chǔ)上，結(jié)合當?shù)厮亮魇卣?，進行綜合分析論證，采用科學(xué)合理的預(yù)測方法，對可能造成的水土流失的形式、強度、數(shù)量、危害等作出預(yù)測評價，為制定水土流失防治措施的總體布局和各單項防治措施設(shè)計提供依據(jù)。預(yù)測的依據(jù)主要是《開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》、《土方侵蝕分類分級標準》、《陜西省神木縣郝家溝煤礦煤建設(shè)實施方案開采設(shè)計說明書》等。

2.2 預(yù)測內(nèi)容與方法

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定和該煤礦區(qū)水土流失特點，確定預(yù)測內(nèi)容主要包括以下6個方面：

（1）擾動地表面積預(yù)測；（2）損壞水土保持設(shè)施面積預(yù)測；（3）棄土棄渣量預(yù)測；（4）新增水土流失量預(yù)測；（5）水土流失總量預(yù)測；（6）可能造成的水土流失危害預(yù)測。

水土流失主要采用資料調(diào)查、經(jīng)驗公式方法，有關(guān)預(yù)測參數(shù)的確定采用該區(qū)同類工程類比分析。

2.3 預(yù)測結(jié)果

依據(jù)郝家溝煤礦設(shè)計資料，確定預(yù)測范圍為各類型區(qū)內(nèi)工程建設(shè)及擾動區(qū)域，主要包括：工業(yè)場地防治區(qū)、場外公路防治區(qū)、排矸場防治區(qū)、炸藥庫防治區(qū)及輸電線路防治區(qū)。

2.3.1 擾動地表面積預(yù)測

通過資料收集和實地踏勘，對預(yù)測范圍內(nèi)各類型區(qū)擾動地表面積進行統(tǒng)計匯總，見表1。

由表1可知：郝家溝煤礦建設(shè)過程中擾動地表面積共計為8.36hm2。

2.3.2 損壞水土保持設(shè)施面積預(yù)測

郝家溝煤礦建設(shè)過程中損壞的主要是具有水保功能的荒草地，其擾動面積即為損壞水土保持設(shè)施面積，為8.36hm2。

2.3.3 棄土棄渣量預(yù)測

根據(jù)郝家溝煤礦建設(shè)可行研究資料，建設(shè)過程中主要的土石方來源于井巷開拓、工業(yè)場地平整、建筑物地基開挖、場外公路路基挖填和供排水管線敷設(shè)等。挖填方量均換算為自然方。經(jīng)統(tǒng)計，工業(yè)場地平整開挖2.75萬m3，回填1.91萬m3，廢棄0.84萬m3；建筑物地基開挖5.92萬m3，回填2.55萬m3，廢棄2.02萬m3；井巷開拓開挖0.2萬m3；場外公路開挖0.78萬m3，回填2.33萬m3；水源及供水管線敷設(shè)開挖0.18萬m3，回填0.18萬m3；輸電線路開挖0.1萬m3，回填0.1萬m3；排矸場開挖0.2萬m3，回填0.1萬m3，廢棄0.1萬m3。由此可知，郝家溝煤礦建設(shè)過程中棄土棄渣量共計為2.96萬m3。

2.3.4 新增水土流失量預(yù)測

對郝家溝煤礦建設(shè)過程中5類分區(qū)可能新增的水土流失量進行統(tǒng)計匯總。工業(yè)場地占地面積2.52hm2，新增水土流失量264.6t；場外公路占地面積4.33hm2，新增水土流失量227.33t；排矸場占地面積0.8hm2，新增水土流失量69.84t；水源及供水管線占地面積0.52hm2，新增水土流失量13.65t；輸電線路占地面積0.19hm2，新增水土流失量4.8t。由此可知，郝家溝煤礦建設(shè)過程中可能新增水土流失量共計為580.21t。

2.3.5 水土流失總量預(yù)測

在計算5類分區(qū)可能新增的水土流失量的基礎(chǔ)上再疊加背景流失量，得到郝家溝煤礦建設(shè)過程中水土流失總量。工業(yè)場地擾動后侵蝕模數(shù)為15800t/km2·a，水土流失總量398.16t；場外公路擾動后侵蝕模數(shù)為15800t/km2·a，水土流失總量342.07t；排矸場擾動后侵蝕模數(shù)為27160t/km2·a，水土流失總量108.64t；水源及供水管線擾動后侵蝕模數(shù)為15800t/km2·a，水土流失總量20.54t；輸電線路擾動后侵蝕模數(shù)為15300t/km2·a，水土流失總量7.27t。由此可知，郝家溝煤礦建設(shè)過程中水土流失總量為876.68t。

2.3.6 可能造成的水土流失危害預(yù)測

水土流失產(chǎn)生的影響及其危害在井田范圍內(nèi)均存在，主要表現(xiàn)為：（1）工程建設(shè)與開采過程將占用或破壞一定數(shù)量的荒草地，對原有地表植被、土壤結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的影響，降低原地表水土保持功能，加劇地表水土流失，降低植物生產(chǎn)力。（2）煤礦建設(shè)區(qū)水土流失如得不到及時有效的治理和控制，會引起本礦區(qū)鐵路、公路沙害，降低其運營能力和綜合經(jīng)濟效益。工業(yè)場地裸露土地和新開挖邊坡，若不采取必要的防護措施，人為加劇水力侵蝕，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，堵塞路基排洪措施，影響礦井正常安全生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

（1）郝家溝煤礦建設(shè)過程中擾動原地表面積為8.36hm2，損壞水土保持設(shè)施和具有水土保持功能設(shè)施的總面積為8.36hm2。（2）郝家溝煤礦建設(shè)過程中棄土棄渣量共計為2.96萬m3；可能新增水土流失量580.21t；水土流失總量為876.68t。（3）工程建設(shè)破壞一定數(shù)量的荒草地，對原有地表植被、土壤結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的影響，降低原地表水土保持功能，加劇地表水土流失，降低植物生產(chǎn)力。若得不到及時有效的治理和控制，會影響礦井正常安全生產(chǎn)，同時會引起本礦區(qū)鐵路、公路沙害，降低其運營能力和綜合經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]宋世杰.煤炭開采對煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境損害分析與防治對策[J].煤炭加工與綜合利用，2007（4）：44-48.

[2]宋世杰.榆神府礦區(qū)煤炭開采對生態(tài)環(huán)境損害的定量化評價[D].西安科技大學(xué)，2009.

[3]宋世杰.基于關(guān)鍵地礦因子的開采沉陷分層傳遞預(yù)計方法研究

[D].西安科技大學(xué)，2013.

[4]鄒兵華，李占斌，李鵬，等.石窯店煤礦建設(shè)及生產(chǎn)過程中水土流失預(yù)測研究[J].水土保持通報，2008，28（5）：28-32.

[5]劉國彬，楊勤科，陳云明，等.水土保持生態(tài)修復(fù)的若干科學(xué)問題[J].水土保持學(xué)報，2005，19（6）：126-130.

作者簡介：聶文杰（1981-），男，漢族，工程師，在讀博士，主要從事礦山環(huán)境工程教學(xué)與科研工作。