整合煤矿水土流失防治措施体系构建探析——以山西汾西正城煤业有限责任公司为例

郭圣浩

(山西省水土保持生态环境建设中心，山西 太原 030002)

2016—2017年，山西省牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚定推行供给侧结构性改革和去产能政策。两年间全省共整合关闭煤矿52座，退出煤炭产能4 590万t，2018年预计将退出煤炭过剩产能2 300万t。了解整合关闭煤矿特性，对主体工程进行科学合理的水土保持评价，准确预测水土流失范围与水土流失量，进而构建符合项目特性的水土流失防治措施体系，是当前水利水保工作需要研究与解决的问题。

1 项目概况

山西汾西正城煤业有限责任公司位于孝义市兑镇镇偏店村、下令狐村一带，东距孝义市城区约13 km，地理坐标在111°38′42″～111°40′08″E、37°05′05″～37°06′40″N之间，由红花沟、南尾沟两座煤矿整合而成，矿井生产能力90万t/a，主要由工业场地、场外道路(包括进场道路和排矸场道路)、排矸场、取土场和输电线路等组成。

1.1 征占地

项目总占地面积16.07 hm2(永久占地面积14.52 hm2、临时占地面积1.55 hm2)，其中：工业场地占地9.93 hm2，场外道路占地1.37 hm2(包括进场道路占地1.02 hm2、排矸场道路占地0.35 hm2)，排矸场占地3.20 hm2，取土场占地0.50 hm2，输电线路占地1.07 hm2。

1.2 土石方平衡

项目主体工程总挖方量24.04万m3，总填方量10.28 万m3、总弃方量13.76万m3。剥离表土0.17万m3，这些表土将全部用于后期绿化及植被恢复，其他多余土石方13.76万m3均堆放于排矸场内。

1.3 项目整合及衔接情况

原有煤矿的相关情况：①均无水土保持设计。②没有废弃矸石遗存情况。③井田范围内，历史采空区面积19.21 hm2，全部为2号煤层采空区(其中红花沟9.72 hm2、南尾沟9.49 hm2)。④南尾沟虽为过渡矿井，但井筒长久失修已经报废，已无利用价值；井筒主立井、回风立井和行人下料井将在矿井投产后关闭，回风立井现已关闭。⑤南尾沟矿井所有废弃场地均被重组后利用。⑥红花沟矿整合后由孝义市人民政府组织实施关闭。现所有地面部分均被孝义华康集团利用，将不计列其废弃场地。

主体设计：①将南尾沟矿工业场地改造为整合后矿井的工业场地。②改扩建南尾沟矿进场道路为整合后矿井进场道路。③改建南尾沟煤业输电线路为整合后矿井双回路输电线路中的一条，同时再新建一条。④沿用南尾沟煤业有限公司输水管线为整合后矿井输水管线。⑤新建主斜井、副斜井和回风立井。⑥新建排矸场和排矸场道路。建设期所需炸药将由当地公安部门解决，运行期所需炸药将由地下爆破材料库解决。

2 项目区自然条件

项目区位于吕梁山东翼，地貌类型以黄土丘陵阶地为主，属暖温带大陆性季风气候区。多年平均气温10.1 ℃，大于10 ℃的积温3 664 ℃。年均降水量474 mm、蒸发量1 919.1 mm。年均无霜期为165 d，最大冻土深度72 cm。年均风速2.1 m/s，主导风向为西风，次主导风向为西北风。土壤类型主要为褐土性土，植被多为暖温带落叶阔叶林，林草覆盖率为9.07%。项目区属西北黄土高原区，水土流失类型以水力侵蚀为主，土壤侵蚀模数为2 473 t/(km2·a)，容许土壤流失量为1 000 t/(km2·a)。

3 主体工程水土保持分析评价

3.1 建设期水土流失因素分析

整合项目在工程建设期的水土流失主要来自于改扩建进场道路、修建输电线路、新建排矸场道路、井巷工程及工业场地内新建建构筑物工程5个方面。改扩建进场道路、修建输电线路和新建排矸场道路工程中的路基开挖作业使原生地貌遭到破坏，地表土壤结构及植被将被彻底破坏，同时产生大量的土石挖方、填方，如不合理堆放，并有效防护将极易引发水土流失。工业场地内新建建构筑物工程对周边的影响范围也相对较大，主要是基础开挖及回填对地表的扰动，以及施工中临时占地对地表的扰动，如不采取措施，也极易产生水土流失。

3.2 生产期水土流失因素分析

项目在生产运行期由于所产矸石全部堆放于排矸场内，故影响水土流失的主要环节是排矸场堆放矸石和垃圾、排矸运输过程，取土场取土作业，以及采空沉陷影响区。采空沉陷影响区在地应力作用下形成地表裂缝、地面沉降塌陷，导致下垫面变化，影响地表植物的正常生长，破坏了农业生产环境，同时对浅层地下水也造成一定程度的破坏，如果不进行科学的预测和及时有效的防护，将增大水土流失的发生频率。

3.3 项目组成水土保持评价分析

从占地类型分析，项目占地大部分为原有占地，只有少量新增的其他草地和灌木林地。项目工业场地紧密结合周边地形地貌，地面布置集中紧凑，功能分区合理明确；其他设施围绕矿井场地集中布置，压煤面积小；各车间联络方便，水、电、路、通信等公共设施和场区设施工程量小、投资少。经分析后认为主体工程在占地类型、面积和占地性质上具有可行性，有利于水土保持工作的开展。

排矸场选址符合《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)和《煤炭工业矿井设计规范》(GB 50215—2005)中有关排矸场设置的相关规定。

项目将在工业场地布设绿化措施，增加场内绿化面积，改善周边环境；但因场区绿化系数未能达到水土保持规范要求，故应增加场区内植物措施的布设。

项目将改扩建进场道路和新建排矸场道路，工程将对周边原有地貌、植被造成一定程度的破坏，应布设水土保持措施，避免因工程建设而产生新的水土流失。

项目将改扩建一条输电线路和新建一条输电线路，工程开挖回填土方及临时占地工程将对周边原有地貌、植被造成一定程度的破坏，应布设水土保持措施，避免因工程建设而产生新的水土流失。

项目在建设期的挖填方主要来自于工业场地平整、新建建构筑物及井巷工程、改建进场道路、新建排矸场道路工程、新建输电线路工程及新增占地的表土剥离工程。多余土方13.76万m3均废弃于排矸场内。项目充分利用了工程建设挖方，减少了废弃土石方量，避免了因堆放土石方而占用原生土地面积，减少了水土流失量。

4 水土流失预测

该项目水土流失防治责任范围包括项目建设区和直接影响区，总面积为166.14 hm2，其中项目建设区面积为16.07 hm2、直接影响区面积为150.07 hm2。将水土流失防治范围划分为6个区，即工业场地防治区、场外道路防治区、排矸场防治区、取土场防治区、输电线路防治区和采空沉陷影响防治区。

水土流失预测的目的在于根据该项目建设及生产运行特点，在分析建设生产过程中可能损坏、扰动地表植被面积，弃土弃渣的来源、数量、堆放方式、堆放地点及占地面积的基础上，结合当地水土流失特征，进行综合分析论证，采用合理的预测方法对可能造成的水土流失形式、强度、数量、危害等做出预测评价，为制定水土流失防治措施的总体布局和各单项防治措施设计提供依据。

预测结果为：工程建设造成水土流失总量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 布设水土流失防治措施体系

在对主体工程已有水土保持功能措施进行分析和评价的基础上，补充完善了各防治区水土保持措施，使新增措施与主体工程设计的水保措施共同构成完善的防护体系。水土流失防治措施体系见图1。

5.1 工业场地防治区

(1)主体已有措施：①场内绿化工程，面积1.77 hm2；②场内排水沟，长1 096 m；③浆砌片石挡墙，圬工体积7 524 m3；④场内布设有两条排洪涵管，总长1 040 m。

(2)水保新增措施：①场内绿化工程，面积0.24 hm2；②临时苫盖，907.5 m2。

5.2 场外道路防治区(进场道路)

水保新增措施：①剥离表土0.1万m3；②道路一侧修筑排水沟，长850 m；③道路一侧布设植被措施，长850 m；④部分路段采取布设护脚墙防风化和植草护坡的方法，长800 m；⑤表土临时苫盖1 400 m2。

图1 水土流失防治措施体系

5.3 场外道路防治区(排矸场道路)

水保新增措施：①剥离表土0.07万m3；②道路一侧修筑排水沟，长580 m；③道路一侧布设植物措施，长580 m；④部分路段采取布设护脚墙防风化和植草护坡的方法，长500 m；⑤表土临时苫盖1 400 m2。

5.4 排矸场防治区

水保新增措施：①排矸场下游沟道布设浆砌石挡矸墙1座，长50 m；②排矸场两侧山坡布设截、排水沟，长415 m；③排矸场马道排水沟，长390 m；④消力池，2座；⑤排水涵管，长360 m；⑥对矸石堆进行绿化，所需覆土量3.88万m3；⑦渣体坡面栽植灌木进行植被恢复，栽植面积0.79 hm2，共需紫穗槐3 672株；⑧弃渣完成在渣体顶面采用乔、灌结合的方式进行植被恢复，乔木选择刺槐，灌木选择沙棘，共计恢复植被面积2.41 hm2。

5.5 取土场防治区

水保新增措施：①设计整地方式为全面整地，机械施工，植被恢复面积0.5 hm2；②临时截排水沟长220 m。

5.6 输电线路防治区

(1)主体已有措施：土地平整共计1.05 hm2。

(2)水保新增措施：植被恢复撒播披碱草，共计1.05 hm2。

5.7 采空沉陷影响防治区

水保新增措施：综合治理106.56 hm2。

6 思考与建议

整合关闭煤矿既有别于其他行业的行业建设、生产特性，又有因“整合关闭”而带来的历史采空区、废弃场地、整合后重新利用场地、变动防治责任范围等一系列问题。在建立水土流失防治措施体系时，一定要具体问题具体分析，在充分了解项目组成、施工组织、主体工程设计的基础上，工程措施、植物措施、临时措施并举，最大限度地避免人为水土流失。

值得注意的是：要对采空沉陷区水土流失进行预测和防治，特别是要确定历史采空区的防治责任范围；对各个整合煤矿的人为扰动场地进行逐一辨别，理清所有利用场地和废弃场地的水土流失状况，再结合主体工程设计中具有水土保持功能的措施，布设完整的水土流失防治措施体系；整合关闭煤矿的施工组织设计，以预防为主，综合治理为辅，注重施工过程中的临时防治措施和表土剥离利用措施，在有条件的地区尽量布设临时措施避免永久占地，在可能进行植被恢复的地区若有条件时应进行表土剥离。