黄土丘陵沟壑区排矸场水土流失防治对策

2012-01-26张永江

中国水土保持 2012年9期

张永江

(黄河水利委员会晋陕蒙接壤地区水土保持监督局，陕西榆林719000)

在煤炭开采项目中，排矸场的水土流失防治是建设单位重要的工作内容之一。在黄土丘陵沟壑区，基于土地资源、征地费用、基本农田保护等因素，煤炭开采中的排矸场一般都是设置在沟道中。但是，黄土丘陵沟壑区降水集中，汛期沟道中易发生洪水，对排矸场的安全运行造成了一定的威胁。因此，在沟道中建设排矸场，要根据所选位置、排矸工艺等要求，建设系统完整的水土流失防治体系，以确保排矸场的安全运行。

目前，有关煤矿建设中排矸场的水土保持设计要求，散见于煤矿及水土保持的相关规范标准中，尚没有系统完整的资料可供直接采用。黄土丘陵沟壑区排矸场设计在建设实践中是两种设计情况并存:一是在矿井建设设计中考虑建设排矸场。这种设计模式因煤矿设计单位对黄土丘陵沟壑区水土流失防治的经验不足，排矸场设计往往是水土流失防治措施体系不完善。二是排矸场由水土保持方案编制单位设计。这种设计模式因水土保持设计单位对煤矿排矸工艺了解不多，导致水土流失防治体系与排矸工艺不协调，增加了实施的难度，水土流失防治效果不佳。本文拟对黄土丘陵沟壑区煤矿排矸场的位置选择、排矸工艺、水土流失防治对策作一系统介绍，以推进该区煤矿建设中排矸场的水土流失防治工作。

1 排矸场位置的选择

黄土丘陵沟壑区的地貌特征是地形支离破碎、沟壑纵横，煤矿工业广场一般选择在山坡上或沟道阶地上。煤矿建设在选择排矸场时，从煤矿建设要求出发，一般选择便于矿井建设、便于生产中排矸运输和防护的地方;从安全角度考虑，要求与生活居住区、工业广场生产区、风井厂等保持有一定的安全距离，下游没有居民村庄、铁路公路、厂矿企业等重要设施;从环境保护角度考虑，要求远离水源地、基本农田，不损毁成片林地等。根据这些基本原则，在该区沟道中选择排矸场基本上有两种方案，一种是将排矸场建在支毛沟沟口，一种是将排矸场建在支毛沟沟掌。当排矸场排矸量较小、沟道比降较缓、沟道较短时，可选择沟掌排矸场，采用一次性闭库排矸工艺。当排矸量较大、沟道比降较陡、沟道较长时，则选择沟口排矸场，采用从沟口分台阶向沟掌推进的排矸工艺。

1.1 沟掌排矸场

选择支毛沟沟掌作为排矸场，通常矿井工业广场与排矸场布置在同一条梁峁上，背向分属两个小流域。工业广场布置在分水岭或背向的缓坡上，排矸场选择在背向的支毛沟中。运矸道路布设在分水岭上，地形平缓，距离短，建设难度较小。排矸方向以梁为平台从沟掌向沟口方向堆排。按照“先拦后弃”原则，在排矸场沟道下游修建两大件(坝体和竖井)拦矸坝，顺沟道修建渗滤排水盲沟接坝体竖井。坝体拦挡稳定堆矸体，竖井和渗滤排水盲沟排出坝中沉淀后的洪水及堆矸体渗漏水。

1.2 沟口排矸场

选择支毛沟沟口作为排矸场，一般是矿井工业广场与排矸场在同一条大沟道内，但分属两个小流域。工业广场布设在沟道阶地上，排矸场选择在远离矿井的另一条支毛沟中。运矸道路通过工业广场货运道路、场外道路，进入排矸场运矸道路，距离较长。排矸场运矸道路布设在排矸场的一侧，随着排矸进度一个平台一段，逐步向沟掌方向推进。按照“先拦后弃”原则，在排矸场沟道下游修建基础坝，排矸方向以沟口基础拦矸坝为平台，划定一个平台，堆排一个平台，闭库一个平台，整治一个平台，逐步分台阶式向沟掌方向堆排。

2 排矸场排矸运行工艺设计

排矸场的排矸工艺除了按照煤炭行业防自燃、环保防渗漏污染等要求外，还要参照水土保持有关规范进行防止滑坡、防冲刷设计，从排矸工艺设计中就注意做到水土保持“预防为主”，使排矸场科学管理、有序运行，各类措施优化配置、按顺序逐步实施，为生产运行节省人力物力财力。

2.1 沟掌排矸场排矸工艺

沟掌排矸场排矸量较小、沟道比降较缓、沟道较短、排矸平台与拦矸坝高差不大，一般采用一次性闭库排矸工艺。排矸从梁上平台向沟道中堆排，平台上形成小坡度反坡，防止平台降雨径流流向堆矸体坡面造成冲刷。堆矸体平台坡沿线要堆砌一定宽度的围埂，一是防止平台降雨径流流向堆矸体坡面形成冲刷，二是为推弃矸石施工机械起到拦挡作用，保障作业安全。堆矸体每推进5 m在堆矸体坡面、平台覆盖1 m厚的土层。

当沟掌排矸场排矸平台与拦矸坝高差超过20 m时，应在10 m处修筑马道。

2.2 沟口排矸场排矸工艺

沟口排矸场一般排矸量较大，选择的沟道也较宽、较长。排矸平台从拦矸基础坝开始，运矸车从沟道一侧修建的排矸道路进入排矸平台，分台阶分层堆弃、分层覆土、分层碾压。第一台阶与拦矸坝高差一般不超过15 m，其他台阶每个台阶的高度、宽度视沟道比降的不同而不同。

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排矸从拦矸坝平台分层堆排，平台上形成小坡度反坡，防止平台降雨径流流向堆矸体坡面造成冲刷。在堆矸体平台坡沿线也要修筑一定宽度的围埂。

堆矸体坡长达到一定长度(一般不超过20 m可保持稳定)、平台达到一定面积时，对一个台阶堆矸体进行闭库整治，再在另一个台阶修建排矸道路开始向另一个堆矸场排矸。依此逐步向沟掌排矸，直至整个排矸场排满闭库整治。

3 排矸场水土流失防治对策

3.1 排矸场拦挡措施

按照水土保持法律法规要求，排矸场必须做到“先拦后弃”［1－2］，即先修建拦矸坝再开始排矸，以防止堆矸体被沟道洪水淘冲流失，造成危害。

3.1.1 沟掌排矸场拦挡措施

选择沟掌排矸场，适合于排矸量较小的煤矿，可以采用一次性闭库排矸工艺，因此其拦挡设施也比较简单。

沟掌排矸场的拦挡设施，一般在排矸场沟道下方修建两大件(坝体和竖井)碾压式土质拦矸坝，竖井与顺沟道修建的渗滤排水盲沟衔接，利用竖井排出坝中沉淀后的洪水和堆矸体下渗水。

拦矸坝坝高根据排矸量以及排矸场控制小流域面积而定，按照《水土保持治沟骨干工程技术规范(SL 289—2003)》计算所需库容，根据库容与排矸量确定坝体高度。

3.1.2 沟口排矸场拦挡措施

在沟口修建排矸场，是根据煤矿的排矸量确定的，所选择的沟道较大、有一定的宽度，排矸场占用的沟道长度也是随着排矸量的增加逐步向上游推进的。排矸工艺采用台阶式，逐台堆排逐台整治，逐步向上游推进。

沟口排矸场的拦挡设施有三道:第一道为在排矸场沟道下方修建的两大件挡墙式浆砌石坝，坝体底部埋设卧管，卧管与顺沟道修建的渗滤排水盲沟衔接，利用卧管排出堆矸体中的下渗水，坝的一侧修建排洪渠，排洪渠与上游拦洪坝和堆矸体截排水沟连接;第二道为在排矸场沟道上方修建两大件(坝体和溢洪道)碾压式土质坝，以拦蓄上游洪水，保证堆矸体不受洪水淘冲，溢洪道与排洪渠连接;第三道拦挡设施设在正在排矸的堆矸体上游处，为临时性的拦挡设施。

3.2 排矸场截排水措施

沟道排矸场截排水措施是排矸场拦挡措施的重要补充。截排水措施蓄、排少量沟坡、堆矸体降雨径流，能够保障拦挡措施正常发挥作用，共同保证堆矸体稳定安全。

3.2.1 沟掌排矸场截排水措施

沟掌排矸场为一次性闭库排矸，截排水措施较简单:在排矸场下方修建拦矸坝拦蓄排矸场以上的雨水，用于排矸场洒水，超出拦矸坝拦蓄能力的洪水经过沉淀以后利用竖井排出。

在矸石排弃过程中，堆矸体平台形成反坡，于堆矸体平台坡沿线堆砌一定宽度的围埂，拦挡平台降雨径流，防止径流流向堆矸体坡面造成冲刷。堆矸体平台布设临时排水沟，将降雨径流引入运矸道路排水渠或排入下游拦矸坝库内。

排矸场闭库后应进行堆矸体整治，整治中应根据堆矸体平台面积、坡面面积布设排水渠、急流槽，将林草措施未能拦蓄的径流排向拦矸坝下游。

3.2.2 沟口排矸场截排水措施

沟口排矸场共有三道截排水措施:第一道是修建在排矸场沟道上游的拦洪坝，其作用是拦蓄上游来水;第二道是修建在正在排矸的堆矸体上游的临时土围堰，其功能是临时拦蓄堆矸体与上游拦洪坝之间的降雨径流。第三道是在堆矸体一侧修建的排洪渠，其作用一是将排矸场无法拦截的径流排至下游，二是拦截坡面降雨径流。排洪渠按照排矸场台阶分段修筑，从基础坝开始连接堆矸体临时土质坝，一个台阶闭库后依次向第二台阶修筑，直至与上游拦洪坝溢洪道连接。

在矸石排弃过程中，堆矸体平台形成反坡，于堆矸体平台坡沿线堆砌一定宽度的围埂，拦挡平台降雨径流，防止径流流向堆矸体坡面造成冲刷。堆矸体平台布设临时排水沟，将降雨径流引入排水渠。

一个台阶闭库后应进行堆矸体整治，整治中应根据堆矸体平台面积、坡面面积布设排水渠、急流槽，将林草措施拦蓄后多余的雨水排至排洪渠［3］。