古冶采煤塌陷區(qū)綜合治理方案

趙恩輝

摘 要：在古冶區(qū)在開灤范各莊礦東北側(cè)有一采煤塌陷坑，為減少采煤塌陷坑的危害，解決古冶區(qū)水資源緊張的現(xiàn)狀，擬對(duì)此塌陷區(qū)進(jìn)行綜合治理，將規(guī)劃范圍內(nèi)水面連通，建立南范平原水庫，集蓄沙河雨洪水和河道徑流資源，為古冶區(qū)工業(yè)企業(yè)關(guān)停自備井提供替代水源。

關(guān)鍵詞：采煤塌陷區(qū)；水庫建設(shè)；防滲；關(guān)停自備井

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.概況

古冶區(qū)隸屬于河北省唐山市，是唐山市煤炭的主要產(chǎn)區(qū)，區(qū)內(nèi)煤礦較多，有開灤集團(tuán)所屬的趙各莊礦、廣信公司、林西礦、范各莊礦、呂家坨礦五大煤礦及其他小型煤礦；同時(shí)又是唐山市三大地下水嚴(yán)重超采區(qū)之一，屬嚴(yán)重缺水地區(qū)。古冶區(qū)無外調(diào)水源，地表水資源開發(fā)利用程度很低，全區(qū)基本沒有地表水資源供水工程，地下水是古冶區(qū)工業(yè)及生活用水的主要水源。

由于古冶區(qū)地下水長期處于嚴(yán)重超采狀態(tài)，由此引發(fā)了諸多如地面沉降、地面裂縫、水環(huán)境污染等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害及生態(tài)環(huán)境破壞問題，水資源問題已成為制約古冶區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要瓶頸。古冶區(qū)針對(duì)區(qū)內(nèi)水資源先天不足及地下水長期嚴(yán)重超采的嚴(yán)峻形勢，制定了自備井關(guān)停整治方案，并確定了企業(yè)關(guān)閉自備井后的生產(chǎn)替代水源：煤礦礦井水、污水處理廠中水、沙河及石榴河河道徑流等。

在開灤范各莊礦東北側(cè)有一采煤塌陷坑，即范礦北大坑，目前主要存蓄范各莊礦的礦井疏干水。通過實(shí)地勘察，該采煤塌陷坑緊鄰沙河左岸，塌陷區(qū)由東西兩側(cè)3個(gè)大坑及周圍魚池組成，現(xiàn)狀水面面積1250畝。塌陷區(qū)形成于1966年5月，沙河?xùn)|南5、7、8、9、12煤層，除正處于沙河之上的2298高水位異常區(qū)未采外，其余區(qū)域均已回采完畢，回采時(shí)間為1965年～1983年，各采空區(qū)為自然垮落。

2.綜合治理方案

采煤塌陷區(qū)不僅造成了當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)及農(nóng)業(yè)用地的緊張，突出了人地矛盾，還可能引發(fā)相應(yīng)的生態(tài)問題，如環(huán)境污染、水土流失、土壤鹽堿化等，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2.1 治理方案

為緩解水資源短缺的現(xiàn)狀，擬對(duì)此塌陷區(qū)進(jìn)行綜合治理，將規(guī)劃范圍內(nèi)水面連通，建立南范平原水庫，可集蓄沙河雨洪水和河道徑流資源；并設(shè)置凈水廠、液壓壩、引水及退水涵洞等附屬設(shè)施。水庫建成后水面面積可達(dá)1900多畝，通過對(duì)其進(jìn)行蓄水改造，大大提高了土地資源利用率，緩解了環(huán)境壓力，并可為古冶區(qū)工業(yè)企業(yè)關(guān)停自備井提供替代水源。

2.2 必要性和可行性

①南范水庫建設(shè)是貫徹落實(shí)當(dāng)前古冶區(qū)自備井關(guān)停整治方案，解決古冶區(qū)工業(yè)用水替代水源、緩解水資源短缺的一種有效途徑；是全面提高古冶區(qū)水資源和水環(huán)境的承載能力，完善水資源保障體系保證供水安全的迫切需要。

②沙河流域至今尚沒有大規(guī)模的水資源開發(fā)利用工程，由于河道徑流豐枯差異懸殊，直接從河道取水利用比較困難。而南范平原水庫庫址區(qū)位于采煤塌陷坑，且緊鄰沙河，具有改造為平原水庫得天獨(dú)厚的優(yōu)越條件；水庫建設(shè)范圍內(nèi)已有國土資源行政主管部門的用地批復(fù)文件，不涉及征占地條件約束及拆遷補(bǔ)償問題；工程量和投資相對(duì)較小。水庫選址合理，建庫條件優(yōu)越。

③南范水庫建成后，通過充分?jǐn)r蓄沙河雨洪水和河道徑流資源，蓄豐補(bǔ)枯，同時(shí)范各莊礦增產(chǎn)后富余水量仍引入到南范水庫，一般年份供水能力可達(dá)700萬m3。水庫蓄水可作為榮義煉焦和南部工業(yè)區(qū)部分企業(yè)的生產(chǎn)替代水源，及國義特鋼的補(bǔ)充水源。

④南范水庫系向相關(guān)工業(yè)企業(yè)直接供水，其供水效益將會(huì)十分顯著，而且還能產(chǎn)生明顯的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

因此，南范水庫工程建設(shè)是非常必要的，也是可行的。

2.3 建設(shè)內(nèi)容

南范平原水庫庫址區(qū)位于開灤范各莊礦東北側(cè)采煤塌陷坑即范礦北大坑，目前主要存蓄范各莊礦的礦井疏干水，水庫建成后水面面積可達(dá)1900多畝。南范平原水庫建設(shè)內(nèi)容主要包括：

根據(jù)塌陷區(qū)地形、開灤已征地范圍線等條件，在塌陷坑原址四周布置水庫大堤，并使水庫大堤外坡肩盡量靠近開灤已征地范圍線；大堤為碾壓式均質(zhì)土壩，采用庫區(qū)土料筑壩；大堤堤頂為瀝青路面，兩側(cè)設(shè)綠化帶；在背水坡坡腳外2m處設(shè)置6m寬漿砌石排水溝，防止水庫蓄水后引起周圍地下水位升高等一系列生態(tài)問題。

在庫址區(qū)進(jìn)行擴(kuò)挖，至設(shè)計(jì)庫底高程，并對(duì)庫底及迎水坡進(jìn)行防滲處理。

在沙河范各莊公路橋上游側(cè)約800m處修建一座液壓壩，以雍高水位，增加庫容；在沙河凹岸設(shè)置入庫涵洞，引沙河水入庫，并設(shè)置進(jìn)水閘以調(diào)節(jié)水量；為防止平原水庫大堤失事對(duì)周圍城鎮(zhèn)、居民點(diǎn)及工礦企業(yè)造成巨大損失，在水庫西北側(cè)設(shè)置泄水涵洞，并設(shè)置退水閘。

考慮受水對(duì)象的位置，在水庫大堤西側(cè)合適位置設(shè)置凈水廠，為企業(yè)供水提供便利，保證企業(yè)用水水質(zhì)要求。

2.4 水庫設(shè)計(jì)

（1）水庫大堤

水庫大堤填筑土料采取合理選擇土料、就地取土、經(jīng)濟(jì)合理、方便施工的原則。工程項(xiàng)目區(qū)土質(zhì)表層大多為沙土，采用庫區(qū)土料筑壩，復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲處理。填筑指標(biāo)以相對(duì)密度為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，參照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》及《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL203-1997），本工程相對(duì)密度不應(yīng)低于0.80。大堤全長5392m，就每個(gè)壩段而言，壩軸線盡量采用直線，轉(zhuǎn)彎處中心線轉(zhuǎn)彎半徑為100m，與直線段相切連接。

為了保證在技術(shù)可行的前提下，使容積最大化，庫底高程確定時(shí)盡量考慮加大下挖深度；根據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示，在高程18m～22m處有一個(gè)厚約1.4m～4m的連續(xù)黏土層，僅南側(cè)局部為無黏土層，本工程考慮利用此連續(xù)防滲層，庫底開挖時(shí)盡量不破壞黏土層結(jié)構(gòu)；為節(jié)約用地、保證水質(zhì)、減少水庫水量蒸發(fā)、降低工程建設(shè)投資，?。?）型水庫水深不宜小于5m，本項(xiàng)目水庫水深7m，符合規(guī)范要求。根據(jù)以上原因分析，最終確定水庫庫底高程為20.0m。

水庫大堤堤頂寬8m，其中瀝青路面寬6m，兩側(cè)各設(shè)1m寬的綠化帶。大堤背水側(cè)為1∶3的草皮護(hù)坡，坡腳外側(cè)2m處設(shè)置6m寬排水溝。大堤迎水側(cè)使用復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲處理，邊坡為1∶3，高程27.5m以下為0.4m厚的干砌石護(hù)坡，設(shè)0.1m厚的碎石墊層，27.5m以上為連鎖式生態(tài)護(hù)坡，并填0.4m厚的種植土。

考慮堤頂?shù)孛鎻搅鞯募信欧艈栴}，在外坡肩處設(shè)置小集水溝，長度與大堤相同，沿大堤外側(cè)布置，在背水坡每隔100m設(shè)置一處集水井，由排水暗管排入排水溝內(nèi)，并在排水溝設(shè)置5m長的漿砌石護(hù)砌，以保護(hù)排水溝不被水流沖刷破壞。

（2）庫區(qū)防滲

古冶區(qū)作為唐山市地下水漏斗區(qū)之一，地下水埋深一般在地表30m左右，而南范采煤塌陷區(qū)水位埋深較淺，究其原因，一是因?yàn)槠渑R近沙河，可由沙河徑流補(bǔ)充；二是范各莊礦常年向此地排放疏干水。而在水庫建成后切斷了疏干水補(bǔ)充地下水的渠道，地下水僅靠沙河徑流補(bǔ)充，枯水期水位將處于較低水平。根據(jù)本段沙河河底高程（約24.0m）、庫底滲漏區(qū)與沙河的距離（約1000m），考慮一定的水力坡降及水庫死水位（20.5m），經(jīng)復(fù)核土工膜采用1m的壓蓋厚度合理可行。為保證土工膜穩(wěn)定，防止土工膜拱起或撕裂，土工膜壓蓋厚度取為1m。另外，為防止運(yùn)行期土工膜不被破壞，水庫周圍地下水位不應(yīng)高出水庫內(nèi)水位1m。

庫區(qū)防滲時(shí)考慮利用現(xiàn)有的黏土層天然防滲體，僅對(duì)局部無黏土層進(jìn)行防滲處理，使之與周圍黏土層形成一個(gè)整體，達(dá)到良好的防滲效果。為此，將庫址區(qū)劃分為兩個(gè)大區(qū)，即Ⅰ區(qū)（黏性土層區(qū)）、Ⅱ區(qū)（非黏性土層區(qū)）。對(duì)庫區(qū)防滲進(jìn)行分區(qū)處理，并以庫區(qū)中部為橫軸，每100m劃分一個(gè)橫斷作為縱軸，對(duì)每個(gè)橫斷面進(jìn)行詳細(xì)的防滲處理。防滲仍采用復(fù)合土工膜，并使其深入黏性土層1m，并在末端設(shè)置固定措施，以保證土工膜不被過大的壓力差拽出。

另外，為保證防滲層的連續(xù)性，圍壩坡腳處及無黏性土層（滲漏區(qū)）邊緣處必須與現(xiàn)有黏土層可靠連接。當(dāng)黏性土層低于設(shè)計(jì)庫底高程時(shí)，需再向下開挖至黏性土層，再進(jìn)行防滲處理。

結(jié)論

通過對(duì)南范采煤塌陷區(qū)的綜合治理，既解決了對(duì)采煤塌陷區(qū)的合理利用、環(huán)境治理及綜合開發(fā)等問題，又為周邊工礦企業(yè)提供了用水水源，為古冶區(qū)關(guān)停自備井整治提供了實(shí)施保障，具有一定的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，在經(jīng)濟(jì)上是切實(shí)可行的；水庫建設(shè)方案及主要施工方法在技術(shù)也是可行的，建議抓緊前期的準(zhǔn)備工作，使工程盡快上馬，發(fā)揮出應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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