煤层气液化项目水土保持弃渣场设计

白东升，陈路然，范金星

（山西省煤炭地质资源环境调查院，山西 太原 030006）

1 项目区概况

沁水县浩坤煤层气有限公司煤层气液化项目位于沁水县端氏镇境内，距沁水县城45km。项目设计规模为日产液化天然气50万Nm3，项目建设工期为22个月。原料气由中石油中央处理站接入，经处理后装车运输送至终端用户。工程占地面积19.85hm2，土石方挖填总量14.33万m3，其中弃方5.15万m3，弃于弃渣场。本项目包括厂区工程、场外道路、输气管线、输电线路、弃渣场。通过查看项目所在地地形图，结合现场踏勘，确定本项目弃渣场选在厂区西部600m处一冲沟里。下文对弃渣场及其水土保持措施（挡墙、截水沟、排水沟、护坦、覆土、绿化）进行规划设计。

2 弃渣场库容计算

根据1∶5000地形图，首先量出不同高程对应的占地面积，然后计算出各层间库容及累积库容，并绘制高程—面积—库容关系，见图1。

图1 高程—面积—库容关系图

根据图1可以看出，弃渣场堆高至670m高程时，可堆放弃渣6.05万m3。该项目在建设期产生的弃土、弃石量5.15万m3，最终堆高668.7m，能满足方案服务期排放弃渣要求。

3 设计标准

根据弃渣场高程—面积—库容曲线，确定该弃渣场库容为5.15万m3，堆高为20.7m，工程等级为Ⅴ等，防洪采用20年一遇设计，50年一遇校核标准。

4 工程措施

4.1 措施布设

弃渣场工程措施包括拦挡工程、排水工程、边坡防护工程、土地平整。

拦挡工程：在弃渣场沟口高程为648m位置布设重力式浆砌石挡墙，长10m，地面以上高2m，地下埋深0.8m。

排水工程：在弃渣场周边修建截水沟，马道内侧布设横向排水沟。截水沟与马道横向排水沟连通，来水通过挡墙下游两侧的消力池消能后，将水排至下游自然沟道。

边坡防护工程：弃渣按坡度1∶3进行堆放，弃渣每堆高5m设3m宽马道。

覆土工程：弃渣坡面、顶部覆土厚度为0.3m，坡面、马道平台、顶面覆土后采取植被恢复措施。

4.2 覆土来源

坡面和顶面覆土均来自弃渣场内。采用库容置换方式，库前堆放弃渣，可在库尾取土覆土，依次进行，覆土后采取植被恢复措施。

4.3 水文计算

根据水文经验公式计算洪峰流量，挡墙以上汇流面积0.42km2，其中左侧截水沟相应的汇流面积为0.25km2；右侧截水沟相应的汇流面积为0.17km2。经计算，50年一遇1h暴雨量为74.97mm，20年一遇1h暴雨量为62.42mm。

工程防洪标准采用20年一遇设计，50年一遇校核。根据《开发建设项目水土保持技术规范》，弃渣场洪水流量计算公式为：

式中：Q——最大洪峰流量，m3/s；

i——设计频率的平均1h降雨强度，mm/h；

k——径流系数，取0.4；

F——汇水面积，km2。

经计算，挡墙上游左侧Q2%=2.08m3/s，Q5%=1.74m3/s；挡墙上游右侧Q2%=1.42m3/s，Q5%=1.18m3/s。

4.4 建筑物设计

4.4.1 挡墙

在弃渣场下游的冲沟出口处采用浆砌石挡墙进行拦挡，墙高2m，长10m，墙顶高程650m，墙顶宽1m，基础底宽3.15m，上游坡比1∶0.5，下游墙面垂直于地面，墙趾及墙踵宽均为0.5m，用M7.5水泥砂浆砌石砌筑，M10水泥砂浆勾缝。

为了排除弃渣场内的部分渗水，在挡渣墙上每隔2m设10cm×10cm的排水孔，呈梅花型布置，并在排水孔进口处设反滤体粗砂与碎石，厚度均为20cm。

4.4.2 截水沟

在弃渣场上游两侧布置截水沟，防洪标准采用20年一遇设计，50年一遇校核。采用浆砌石矩形断面型式，壁厚0.4m。

按照明渠均匀流公式，经计算，弃渣场顶面上游左侧截水沟采用底宽1m、深1.2m的浆砌石矩形结构可以满足校核洪水，考虑0.2m的超高，截水沟深1.4m，确定该结构尺寸为底宽1m，深1.4m，浆砌石壁厚0.4m，长302.8m；弃渣坡面左侧截水沟采用底宽0.6m，深0.5m的浆砌石矩形结构可以满足校核洪水，考虑0.2m的超高，截水沟深0.7m，确定该结构尺寸为底宽0.6m，深0.7m，浆砌石壁厚0.4m，长75.2m。

弃渣场顶面上游右侧截水沟采用底宽0.9m、深1m的浆砌石矩形结构可以满足校核洪水，考虑0.2m的超高，截水沟深1.2m，确定该结构尺寸为底宽0.9m，深1.2m，浆砌石壁厚0.4m，长204.8m；弃渣坡面右侧截水沟采用底宽0.5m、深0.5m的浆砌石矩形结构可以满足校核洪水，考虑0.2m的超高，截水沟深0.7m，确定该结构尺寸为底宽0.5m，深0.7m，浆砌石壁厚0.4m，长75.2m。

4.4.3 横向排水沟

在弃渣场的马道上布设横向排水沟，采用浆砌石矩形断面型式，深、底宽均为0.4m，侧墙和底板厚均为0.4m，共布设86m。

4.4.4 护坦

在弃渣场下游截水沟末端各修筑1座干砌石护坦，干砌石护坦长10m，宽5m，干砌石厚度0.5m，碎石垫层厚度0.2m。

4.4.5 挡水土埂

当弃渣堆至坝顶标高后，平整顶面，并在距边坡2m处设挡水土埂。挡水土埂长74m，高为0.3m，顶宽0.3m，两侧边坡1∶1，挡水土埂在整地过程中一并实施，不单列投资。

4.4.6 土地平整

在弃渣场达标最后设计标高668.7m后，对弃渣场顶部及坡面进行整治和覆土，顶面、坡面覆土厚度为0.3m，覆土后进行植被恢复。

4.4.7 堆放形式

弃渣从挡墙开始向上游分层堆放，分层碾压。首先用推土机将弃渣推平，然后通过推土机往返对弃渣进行分层压实并适当洒水抑尘。当弃渣堆放超过挡墙墙顶高程后，采用弃渣碾压筑坝，设3m宽的马道，分层加高，斜面坡度采用1∶3，弃渣分层厚度5m，每隔5m高留3m宽的平台，平台内侧设马道排水沟，与两侧截水沟相接。

5 植物措施

在弃渣场坡面、马道、顶面进行植物护坡，选择种植沙棘和披碱草，沙棘穴播，每公顷1万穴，每穴3株，株行距1m×1m，考虑2%的损耗，沙棘0.6m高，生长健壮，无病虫害；披碱草撒播，穴尺寸40cm×40cm，每公顷播种40kg，草种纯净，发芽率90%以上，无病虫害。

6 结语

弃渣场的设计是水土保持工作中主体工程的关键环节，对其科学合理设计，能有效保证主体工程及水保工程的开展进度。弃渣场建成后，可达到减少厂区水土流失、改善生态环境的效果。