合阳安阳煤矿水土流失预测及措施评价

2017-08-01赵小虎

陕西水利 2017年3期

关键词：水保周转填方

赵小虎

（陕西省合阳县水土保持工作站，陕西渭南715399）

合阳安阳煤矿水土流失预测及措施评价

赵小虎

（陕西省合阳县水土保持工作站，陕西渭南715399）

通过分析合阳县安阳煤矿开发情况和所在地水土流失与保持现状，对项目建设造成的水土流失进行了预测，并对项目开发建设采取的水保措施进行了分析评价，以确定其开发建设尽力减小水土破坏，可供情况相近地区进行参考。

煤矿；水土流失；预测；水保；方案；评估

1 概况

安阳煤矿位于渭南市合阳县东，井田面积79.2 km2，地质资源储量378.89 Mt，设计可采储量194.14 Mt，矿井设计生产能力2.40 Mt/a。矿井采用斜立井综合开拓方式，采用综采采煤方法。首采区为一采区，面积6.97 km2，服务年限13.1年。工程建设涉及工业场地、场外道路、输电及通讯线路、施工营地和矸石周转场。

2 项目区水土流失及水土保持现状

2.1 水土流失现状

合阳县是黄河中游水土流失重点县之一，项目区沟壑纵横，地面坡度5°～25°，区内土壤侵蚀以水力侵蚀为主。通过现场调查，确定项目区土壤侵蚀以中度侵蚀为主，平均土壤侵蚀模数2680 t/km2·a，土壤容许流失量1000 t/km2·a。

2.2 水土保持现状

当地政府根据水土流失特点，积极开展生态环境建设，再造山川秀美的新合阳，大力推行封禁治理，退耕还林(草)，小流域综合治理，实施生态修复。经过近年来的奋战，治理水土流失面积65.02 km2，植树造林10440亩，有效地遏制了水土流失，改善了当地生态环境。

3 水土流失预测

3.1 损坏水土保持设施面积

经统计，本项目建设损坏水土保持设施为旱地和灌木林地，总面积为40.79 hm2。

3.2 弃渣量预测

本项目挖填方总量为238.38万m3，挖方140.83万m3，填方97.55万m3，调入0.93万m3，调出0.93万m3，弃方43.28万m3，其中：23.30万m3用于附近招丈公路路基填方，其余19.98万m3排于矸石周转场。

截至2016年2月，本项目共产生弃方38.40万m3，其中：23.30万m3弃方已用于场地附近招丈公路路基填方，15.10万m3弃方已堆至矸石周转场；尚未产生的弃方4.88万m3，计划全部排至矸石周转场内。本项目生产期产矸量为20.5万m3/a，其中：掘进矸石5.0万m3/a，选煤矸石15.5万m3/a。掘进矸石在投产后前2年排至矸石周转场，后期（井下形成采空区后）掘进矸石不出井，全部回填井下废弃巷道。选煤矸石首先用于本项目井下灭火材料，剩余部分优先综合利用，外运不畅时排于矸石周转场。锅炉灰渣用于水泥厂原料，生活垃圾由当地环卫部门统一处置。

3.3 水土流失量调查、预测

3.3.1 调查、预测单元

本项目2015年9月进入施工准备期，计划2017年9月完工。结合项目实际情况，对已完成和已动工的工程单元进行水土流失调查，对未动工和未完成的工程单元进行水土流失预测。调查、预测的单元为工业场地、场外道路、输电及通讯线路、施工营地和矸石周转场五个单元。

3.3.2 调查、预测范围和时段

本项目总占地面积为43.17 hm2，其中：水土流失调查面积为28.06 hm2，水土流失预测面积15.11 hm2，详见表1。

根据项目实际情况，调查、预测时段分为施工期（含施工准备期）和自然恢复期。

3.3.3 调查、预测方法

根据《开发建设项目水土保持技术规范》（GB50433-2008）推荐的水土流失量预测模式进行预测，其计算公式如下：

表1 水土流失调查及预测单元划分

新增水土流失量可按下式计算：

式中：W为水土流失量，t；△W为新增水土流失量，t；i为预测单元，1，2，3，……，n；k为预测时段，1，2，3，指施工准备期、施工期和自然恢复期；Fi为第i个预测单元的面积，km2；Mik为扰动后不同预测单元不同时段的土壤侵蚀模数，t/km2·a；△Mik为不同单元各时段新增土壤侵蚀模数，t/km2·a；Mi0为扰动前不同预测单元土壤侵蚀模数，t/km2·a；Tik为预测时段，a。

经计算，确定本项目平均土壤侵蚀模数2680 t/km2·a，项目区扰动后水蚀模数为8400 t/km2·a。

3.3.4 调查、预测结果

本项目水土流失总量为10983 t，背景流失量3783 t，新增水土流失量6706 t，预测水土流失总量为2659 t，背景流失量1039 t，新增水土流失量1621 t。各调查、预测单元中，工业场地水土流失量最多，达7809 t；其次为矸石周转场，水土流失量为1552 t；次之为场外道路，水土流失量为1002 t；其余各区水土流失量较少，不超过500 t。两个调查、预测时段中，施工期水土流失量为7543 t，自然恢复期水土流失量为3440 t。

4 主体工程水土保持分析与评价

针对项目建设产生的水土流失，建设方提出了一些水保措施，现对其水保效果进行分析评价。

4.1 推荐方案的水土保持分析评价

本项目工业场地位于井田中部麦里沟新村附近，场地内集中布置主、副、回风井筒，主体设计结合工业场地地形条件，考虑与外部公路的联系以及生产工艺的要求，竖向布置采用台阶式的布置形式，共设4级台阶；土方工程以挖作填，并利用井巷掘进矸石，最大限度的利用土石方量。场外道路充分依托现有公路，节省了新增占地；输电及通讯线路就近接入，主要用铁塔和砼杆架设，工程量较；施工营地邻近工业场地，施工方便；矸石周转场位于场地北侧1.30km的荒沟，矸石运距较短，经济可行。总体而言，本项目整体布局较为紧

凑，符合水保要求。

4.2 工程占地分析评价

项目占地总面积为43.17 hm2，其中：永久占地40.91 hm2，临时占地2.26 hm2；占地类型为旱地、灌木林地和农村宅基地，没占用基本农田、水浇地等高生产力土地，符合水保要求。

本项目工业场地围墙内占地面积为24.26 hm2，扣除风井场地、消防站、矿山救护队、单身宿舍、防火灌浆场地、瓦斯抽采场地和瓦斯发电场地用地面积后面积为18.00 hm2，未超过《煤炭工程项目建设用地指标》21.6 hm2的要求（场地自然地形平均坡度大于15%，用地调整系数为1.20）。矸石周转场服务年限未超过《煤矸石综合利用管理办法》3年的堆放要求。

4.3 土石方平衡分析评价

本项目挖填方总量为238.38万m3，挖方140.83万m3，填方97.55万m3，调入0.93万m3，调出0.93万m3，弃方43.28万m3，弃方优先用于招丈公路路基填方，剩余部分排至矸石周转场内。本方案认为建设过程中以挖作填，同时弃方能够用于周边项目用土，减少了弃方，符合水保要求。

本项目生产期产矸量为20.5万m3/a，其中：掘进矸石5.0万m3/a，选煤矸石15.5万m3/a。掘进矸石在投产后前2年排至矸石周转场，后期（井下形成采空区后）掘进矸石不出井，全部回填井下废弃巷道。选煤矸石首先用于本项目井下灭火材料，剩余部分优先综合利用，外运不畅时排于矸石周转场。锅炉灰渣用于水泥厂原料，生活垃圾由当地环卫部门统一处置。本方案认为生产期弃渣的处置方式符合规范要求。

4.4 主体设计中具有水土保持功能工程的分析评价

4.4.1 截水沟

主体设计提出在场地挖方边坡上方设置截水沟，将坡面排水通过场地内排水沟排至改造后的麦里沟河道和梨家沟河道内。截水沟采用梯形断面，M7.5浆砌石结构，沟底宽0.5 m，沟深0.5 m，内坡比1∶1，沟长1531m。

排水能力分析：工业场地坡面最大汇水面积0.20 km2。根据当地水文手册，重现期为10 a的降雨强度为38.00 mm/h，重现期为20a的降雨强度为44.02 mm/h，流量按照Qp=0.278× k×i×F进行计算。式中：Qp为重现期为N的设计流量，m3/s；k为径流系数，取0.3；i为设计频率的平均1h降雨强度，mm/h；F为流域面积，km2。

经计算，设计坡面流量为0.63 m3/s，校核坡面流量为0.73 m3/s。主体设计提出的截水沟排水能力满足要求，可以有效防止工业场地上游坡面来水对场地边坡的冲刷，符合水保要求。

4.4.2 排水沟

主体设计提出在开挖边坡下方、边坡平台内侧及道路一侧设置排水沟，将场地内雨水排至改造后的麦里沟河道和梨家沟河道内。开挖边坡下方排水沟采用矩形断面，M7.5浆砌石结构，沟宽0.4 m，沟深0.5 m，沟长574 m，边坡平台内侧排水沟采用矩形断面，M7.5浆砌石结构，沟宽0.4 m，沟深0.4 m，沟长1812 m，道路一侧盖板排水沟采用矩形断面，M7.5浆砌石结构，钢筋混凝土盖板，沟宽0.4 m，沟深0.5 m，沟长2702 m。边坡平台内侧排水沟的汇水面积为护坡坡面，面积较小，排水能力满足要求。经计算，排水沟设计流量0.19 m3/s，校核流量0.22 m3/s。排水能力满足排水要求。

4.4.3 钢筋混凝土方格护坡

主体设计提出对工业场地内台阶连接处、四周挖填方边坡布设钢筋混凝土方格护坡，总面积43451 m2，其中：场地内台阶连接处6045 m2，挖方边坡36394 m2，填方边坡1012 m2。钢筋混凝土方格护坡采用C25混凝土框格，边坡坡率1∶1.5，内框边长2.50 m，外框边长2.90 m，框格宽0.20 m。方格相邻边相互垂直，与水平线成45°，对框格内进行绿化。边坡每隔8 m高程设置宽度为1.5 m的平台以增加稳定性。骨架每5个整方格型格构设伸缩缝一道，缝宽2 cm，缝内用沥青麻筋填塞，水泥砂浆抹面。分析评价：主设提出的钢筋混凝土方格护坡减少了裸露坡面，减少了水土流失，起到了保持水土的作用，并将工程措施和植物措施相结合，体现了生态优先的水保原则，符合水保要求。

4.4.4 绿化措施

主体设计提出在场地内空地进行绿化，绿化面积6.06 hm2，能够起到绿化、美化的效果，可有效改善生态环境，符合水保要求：主体设计对工业场地布设了较为完善的排水系统，坡面来水和场地内水流优先存放于雨水收集池，能够减少雨水外排，有效的防治水土流失，符合水保要求。场地内台阶连接处、四周挖填方边坡采用了钢筋混凝土方格护坡形式，并将工程措施和植物措施相结合，体现了生态优先的水保原则，符合水保要求。此外，对场地内的空地布设了绿化措施，减少了水土流失又提高了视觉效果，符合水保要求。