整合煤礦水土流失防治措施體系構(gòu)建探析
——以山西汾西正城煤業(yè)有限責(zé)任公司為例

郭圣浩

(山西省水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)中心，山西 太原 030002)

2016—2017年，山西省牢固樹(shù)立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，堅(jiān)定推行供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和去產(chǎn)能政策。兩年間全省共整合關(guān)閉煤礦52座，退出煤炭產(chǎn)能4 590萬(wàn)t，2018年預(yù)計(jì)將退出煤炭過(guò)剩產(chǎn)能2 300萬(wàn)t。了解整合關(guān)閉煤礦特性，對(duì)主體工程進(jìn)行科學(xué)合理的水土保持評(píng)價(jià)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)水土流失范圍與水土流失量，進(jìn)而構(gòu)建符合項(xiàng)目特性的水土流失防治措施體系，是當(dāng)前水利水保工作需要研究與解決的問(wèn)題。

1 項(xiàng)目概況

山西汾西正城煤業(yè)有限責(zé)任公司位于孝義市兌鎮(zhèn)鎮(zhèn)偏店村、下令狐村一帶，東距孝義市城區(qū)約13 km，地理坐標(biāo)在111°38′42″～111°40′08″E、37°05′05″～37°06′40″N之間，由紅花溝、南尾溝兩座煤礦整合而成，礦井生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a，主要由工業(yè)場(chǎng)地、場(chǎng)外道路(包括進(jìn)場(chǎng)道路和排矸場(chǎng)道路)、排矸場(chǎng)、取土場(chǎng)和輸電線路等組成。

1.1 征占地

項(xiàng)目總占地面積16.07 hm2(永久占地面積14.52 hm2、臨時(shí)占地面積1.55 hm2)，其中：工業(yè)場(chǎng)地占地9.93 hm2，場(chǎng)外道路占地1.37 hm2(包括進(jìn)場(chǎng)道路占地1.02 hm2、排矸場(chǎng)道路占地0.35 hm2)，排矸場(chǎng)占地3.20 hm2，取土場(chǎng)占地0.50 hm2，輸電線路占地1.07 hm2。

1.2 土石方平衡

項(xiàng)目主體工程總挖方量24.04萬(wàn)m3，總填方量10.28 萬(wàn)m3、總棄方量13.76萬(wàn)m3。剝離表土0.17萬(wàn)m3，這些表土將全部用于后期綠化及植被恢復(fù)，其他多余土石方13.76萬(wàn)m3均堆放于排矸場(chǎng)內(nèi)。

1.3 項(xiàng)目整合及銜接情況

原有煤礦的相關(guān)情況：①均無(wú)水土保持設(shè)計(jì)。②沒(méi)有廢棄矸石遺存情況。③井田范圍內(nèi)，歷史采空區(qū)面積19.21 hm2，全部為2號(hào)煤層采空區(qū)(其中紅花溝9.72 hm2、南尾溝9.49 hm2)。④南尾溝雖為過(guò)渡礦井，但井筒長(zhǎng)久失修已經(jīng)報(bào)廢，已無(wú)利用價(jià)值；井筒主立井、回風(fēng)立井和行人下料井將在礦井投產(chǎn)后關(guān)閉，回風(fēng)立井現(xiàn)已關(guān)閉。⑤南尾溝礦井所有廢棄場(chǎng)地均被重組后利用。⑥紅花溝礦整合后由孝義市人民政府組織實(shí)施關(guān)閉。現(xiàn)所有地面部分均被孝義華康集團(tuán)利用，將不計(jì)列其廢棄場(chǎng)地。

主體設(shè)計(jì)：①將南尾溝礦工業(yè)場(chǎng)地改造為整合后礦井的工業(yè)場(chǎng)地。②改擴(kuò)建南尾溝礦進(jìn)場(chǎng)道路為整合后礦井進(jìn)場(chǎng)道路。③改建南尾溝煤業(yè)輸電線路為整合后礦井雙回路輸電線路中的一條，同時(shí)再新建一條。④沿用南尾溝煤業(yè)有限公司輸水管線為整合后礦井輸水管線。⑤新建主斜井、副斜井和回風(fēng)立井。⑥新建排矸場(chǎng)和排矸場(chǎng)道路。建設(shè)期所需炸藥將由當(dāng)?shù)毓膊块T(mén)解決，運(yùn)行期所需炸藥將由地下爆破材料庫(kù)解決。

2 項(xiàng)目區(qū)自然條件

項(xiàng)目區(qū)位于呂梁山東翼，地貌類(lèi)型以黃土丘陵階地為主，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。多年平均氣溫10.1 ℃，大于10 ℃的積溫3 664 ℃。年均降水量474 mm、蒸發(fā)量1 919.1 mm。年均無(wú)霜期為165 d，最大凍土深度72 cm。年均風(fēng)速2.1 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)，次主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)。土壤類(lèi)型主要為褐土性土，植被多為暖溫帶落葉闊葉林，林草覆蓋率為9.07%。項(xiàng)目區(qū)屬西北黃土高原區(qū)，水土流失類(lèi)型以水力侵蝕為主，土壤侵蝕模數(shù)為2 473 t/(km2·a)，容許土壤流失量為1 000 t/(km2·a)。

3 主體工程水土保持分析評(píng)價(jià)

3.1 建設(shè)期水土流失因素分析

整合項(xiàng)目在工程建設(shè)期的水土流失主要來(lái)自于改擴(kuò)建進(jìn)場(chǎng)道路、修建輸電線路、新建排矸場(chǎng)道路、井巷工程及工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)新建建構(gòu)筑物工程5個(gè)方面。改擴(kuò)建進(jìn)場(chǎng)道路、修建輸電線路和新建排矸場(chǎng)道路工程中的路基開(kāi)挖作業(yè)使原生地貌遭到破壞，地表土壤結(jié)構(gòu)及植被將被徹底破壞，同時(shí)產(chǎn)生大量的土石挖方、填方，如不合理堆放，并有效防護(hù)將極易引發(fā)水土流失。工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)新建建構(gòu)筑物工程對(duì)周邊的影響范圍也相對(duì)較大，主要是基礎(chǔ)開(kāi)挖及回填對(duì)地表的擾動(dòng)，以及施工中臨時(shí)占地對(duì)地表的擾動(dòng)，如不采取措施，也極易產(chǎn)生水土流失。

3.2 生產(chǎn)期水土流失因素分析

項(xiàng)目在生產(chǎn)運(yùn)行期由于所產(chǎn)矸石全部堆放于排矸場(chǎng)內(nèi)，故影響水土流失的主要環(huán)節(jié)是排矸場(chǎng)堆放矸石和垃圾、排矸運(yùn)輸過(guò)程，取土場(chǎng)取土作業(yè)，以及采空沉陷影響區(qū)。采空沉陷影響區(qū)在地應(yīng)力作用下形成地表裂縫、地面沉降塌陷，導(dǎo)致下墊面變化，影響地表植物的正常生長(zhǎng)，破壞了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)對(duì)淺層地下水也造成一定程度的破壞，如果不進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)和及時(shí)有效的防護(hù)，將增大水土流失的發(fā)生頻率。

3.3 項(xiàng)目組成水土保持評(píng)價(jià)分析

從占地類(lèi)型分析，項(xiàng)目占地大部分為原有占地，只有少量新增的其他草地和灌木林地。項(xiàng)目工業(yè)場(chǎng)地緊密結(jié)合周邊地形地貌，地面布置集中緊湊，功能分區(qū)合理明確；其他設(shè)施圍繞礦井場(chǎng)地集中布置，壓煤面積?。桓鬈?chē)間聯(lián)絡(luò)方便，水、電、路、通信等公共設(shè)施和場(chǎng)區(qū)設(shè)施工程量小、投資少。經(jīng)分析后認(rèn)為主體工程在占地類(lèi)型、面積和占地性質(zhì)上具有可行性，有利于水土保持工作的開(kāi)展。

排矸場(chǎng)選址符合《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》(GB 50433—2008)和《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50215—2005)中有關(guān)排矸場(chǎng)設(shè)置的相關(guān)規(guī)定。

項(xiàng)目將在工業(yè)場(chǎng)地布設(shè)綠化措施，增加場(chǎng)內(nèi)綠化面積，改善周邊環(huán)境；但因場(chǎng)區(qū)綠化系數(shù)未能達(dá)到水土保持規(guī)范要求，故應(yīng)增加場(chǎng)區(qū)內(nèi)植物措施的布設(shè)。

項(xiàng)目將改擴(kuò)建進(jìn)場(chǎng)道路和新建排矸場(chǎng)道路，工程將對(duì)周邊原有地貌、植被造成一定程度的破壞，應(yīng)布設(shè)水土保持措施，避免因工程建設(shè)而產(chǎn)生新的水土流失。

項(xiàng)目將改擴(kuò)建一條輸電線路和新建一條輸電線路，工程開(kāi)挖回填土方及臨時(shí)占地工程將對(duì)周邊原有地貌、植被造成一定程度的破壞，應(yīng)布設(shè)水土保持措施，避免因工程建設(shè)而產(chǎn)生新的水土流失。

項(xiàng)目在建設(shè)期的挖填方主要來(lái)自于工業(yè)場(chǎng)地平整、新建建構(gòu)筑物及井巷工程、改建進(jìn)場(chǎng)道路、新建排矸場(chǎng)道路工程、新建輸電線路工程及新增占地的表土剝離工程。多余土方13.76萬(wàn)m3均廢棄于排矸場(chǎng)內(nèi)。項(xiàng)目充分利用了工程建設(shè)挖方，減少了廢棄土石方量，避免了因堆放土石方而占用原生土地面積，減少了水土流失量。

4 水土流失預(yù)測(cè)

該項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍包括項(xiàng)目建設(shè)區(qū)和直接影響區(qū)，總面積為166.14 hm2，其中項(xiàng)目建設(shè)區(qū)面積為16.07 hm2、直接影響區(qū)面積為150.07 hm2。將水土流失防治范圍劃分為6個(gè)區(qū)，即工業(yè)場(chǎng)地防治區(qū)、場(chǎng)外道路防治區(qū)、排矸場(chǎng)防治區(qū)、取土場(chǎng)防治區(qū)、輸電線路防治區(qū)和采空沉陷影響防治區(qū)。

水土流失預(yù)測(cè)的目的在于根據(jù)該項(xiàng)目建設(shè)及生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)，在分析建設(shè)生產(chǎn)過(guò)程中可能損壞、擾動(dòng)地表植被面積，棄土棄渣的來(lái)源、數(shù)量、堆放方式、堆放地點(diǎn)及占地面積的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)厮亮魇卣鳎M(jìn)行綜合分析論證，采用合理的預(yù)測(cè)方法對(duì)可能造成的水土流失形式、強(qiáng)度、數(shù)量、危害等做出預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，為制定水土流失防治措施的總體布局和各單項(xiàng)防治措施設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

預(yù)測(cè)結(jié)果為：工程建設(shè)造成水土流失總量9 898 t，其中原地貌水土流失量4 777 t，新增水土流失量5 121 t。

5 布設(shè)水土流失防治措施體系

在對(duì)主體工程已有水土保持功能措施進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充完善了各防治區(qū)水土保持措施，使新增措施與主體工程設(shè)計(jì)的水保措施共同構(gòu)成完善的防護(hù)體系。水土流失防治措施體系見(jiàn)圖1。

5.1 工業(yè)場(chǎng)地防治區(qū)

(1)主體已有措施：①場(chǎng)內(nèi)綠化工程，面積1.77 hm2；②場(chǎng)內(nèi)排水溝，長(zhǎng)1 096 m；③漿砌片石擋墻，圬工體積7 524 m3；④場(chǎng)內(nèi)布設(shè)有兩條排洪涵管，總長(zhǎng)1 040 m。

(2)水保新增措施：①場(chǎng)內(nèi)綠化工程，面積0.24 hm2；②臨時(shí)苫蓋，907.5 m2。

5.2 場(chǎng)外道路防治區(qū)(進(jìn)場(chǎng)道路)

水保新增措施：①剝離表土0.1萬(wàn)m3；②道路一側(cè)修筑排水溝，長(zhǎng)850 m；③道路一側(cè)布設(shè)植被措施，長(zhǎng)850 m；④部分路段采取布設(shè)護(hù)腳墻防風(fēng)化和植草護(hù)坡的方法，長(zhǎng)800 m；⑤表土臨時(shí)苫蓋1 400 m2。

圖1 水土流失防治措施體系

5.3 場(chǎng)外道路防治區(qū)(排矸場(chǎng)道路)

水保新增措施：①剝離表土0.07萬(wàn)m3；②道路一側(cè)修筑排水溝，長(zhǎng)580 m；③道路一側(cè)布設(shè)植物措施，長(zhǎng)580 m；④部分路段采取布設(shè)護(hù)腳墻防風(fēng)化和植草護(hù)坡的方法，長(zhǎng)500 m；⑤表土臨時(shí)苫蓋1 400 m2。

5.4 排矸場(chǎng)防治區(qū)

水保新增措施：①排矸場(chǎng)下游溝道布設(shè)漿砌石擋矸墻1座，長(zhǎng)50 m；②排矸場(chǎng)兩側(cè)山坡布設(shè)截、排水溝，長(zhǎng)415 m；③排矸場(chǎng)馬道排水溝，長(zhǎng)390 m；④消力池，2座；⑤排水涵管，長(zhǎng)360 m；⑥對(duì)矸石堆進(jìn)行綠化，所需覆土量3.88萬(wàn)m3；⑦渣體坡面栽植灌木進(jìn)行植被恢復(fù)，栽植面積0.79 hm2，共需紫穗槐3 672株；⑧棄渣完成在渣體頂面采用喬、灌結(jié)合的方式進(jìn)行植被恢復(fù)，喬木選擇刺槐，灌木選擇沙棘，共計(jì)恢復(fù)植被面積2.41 hm2。

5.5 取土場(chǎng)防治區(qū)

水保新增措施：①設(shè)計(jì)整地方式為全面整地，機(jī)械施工，植被恢復(fù)面積0.5 hm2；②臨時(shí)截排水溝長(zhǎng)220 m。

5.6 輸電線路防治區(qū)

(1)主體已有措施：土地平整共計(jì)1.05 hm2。

(2)水保新增措施：植被恢復(fù)撒播披堿草，共計(jì)1.05 hm2。

5.7 采空沉陷影響防治區(qū)

水保新增措施：綜合治理106.56 hm2。

6 思考與建議

整合關(guān)閉煤礦既有別于其他行業(yè)的行業(yè)建設(shè)、生產(chǎn)特性，又有因“整合關(guān)閉”而帶來(lái)的歷史采空區(qū)、廢棄場(chǎng)地、整合后重新利用場(chǎng)地、變動(dòng)防治責(zé)任范圍等一系列問(wèn)題。在建立水土流失防治措施體系時(shí)，一定要具體問(wèn)題具體分析，在充分了解項(xiàng)目組成、施工組織、主體工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，工程措施、植物措施、臨時(shí)措施并舉，最大限度地避免人為水土流失。

值得注意的是：要對(duì)采空沉陷區(qū)水土流失進(jìn)行預(yù)測(cè)和防治，特別是要確定歷史采空區(qū)的防治責(zé)任范圍；對(duì)各個(gè)整合煤礦的人為擾動(dòng)場(chǎng)地進(jìn)行逐一辨別，理清所有利用場(chǎng)地和廢棄場(chǎng)地的水土流失狀況，再結(jié)合主體工程設(shè)計(jì)中具有水土保持功能的措施，布設(shè)完整的水土流失防治措施體系；整合關(guān)閉煤礦的施工組織設(shè)計(jì)，以預(yù)防為主，綜合治理為輔，注重施工過(guò)程中的臨時(shí)防治措施和表土剝離利用措施，在有條件的地區(qū)盡量布設(shè)臨時(shí)措施避免永久占地，在可能進(jìn)行植被恢復(fù)的地區(qū)若有條件時(shí)應(yīng)進(jìn)行表土剝離。