天云煤矿排矸场水保方案变更与稳定性分析

孙 飞,白志东

(1.陕西省榆林市横山区水利水电工作队，陕西 榆林 719112；2．陕西省榆林市横山区定惠渠管理处， 陕西 榆林 719112)

横山区天云煤矿位于魏家楼乡施阳台村南部。煤矿范围南北宽约8.50 km，东西长约20.0 km，井田总体规划面积89.51 km2，获得探矿权面积35.74 km2，地质储量7.56亿t，属侏罗纪煤层。工程主要包括矿井工业场地、排矸场等工程。矿井工业场地属于滩地类型，场地较为平坦开阔。排矸场位于矿井东南方向约550 m处的山沟内，地表受风蚀和水蚀相互作用，其水土流失区裁量平均侵蚀模数为4300 t/(km2·a)。工程在建设中，由于建设地点、规模和建设相关内容发生一定变化，造成排矸水保建设内容也出现相应调整。为了确保项目长效发挥作用，顺利验收，需对排矸场变更的水土保持措施及其稳定性进行分析评价。

1 数据监测

1.1 监测点布设

为了实时掌握排矸场建设及其水土流失、水土保持情况，根据项目建设情况，成立了项目监测小组，制定了监测工作路线。依据《水土保持监测技术规程》(SL 277—2002)[1]中监测点布设原则和选址要求，在实地踏勘的基础上，针对排矸场的建设特点、施工布置、水土流失类型、植被状况、水土保持措施布局等，共布设固定监测点7个，调查监测点15个。主要监测内容有水土流失因子监测，主要为排矸场地形、地貌、植被扰动面积的变化、弃渣量及堆放面积等；水土流失状况的监测，主要包括水土流失量及程度的变化、对周边和下游地区造成的灾害及其变化趋势；水土保持措施及效果监测，包括水土保持防治措施的数量和质量、林草的生长、拦渣率等，水土流失危害监测等。

1.2 监测方法及频次

监测方法主要采用遥感监测、调查监测[2]、现场巡查、地面定位监测、查阅工程建设资料等。水土流失量采用侵蚀沟断面法、插钎法、简易小区法等测量，水土流失危害和水土保持措施效果监测采用普查法、抽样调查法、现场巡查法[3]等。

该项目风蚀监测频次：11月中旬至次年5月中旬，每月1次，如遇大风加测一次。水蚀监测频次：在施工期每年的5月(汛前)、6—9月(汛中)、10月(汛后)各全面监测一次。6—9月每月一次，遇暴雨(24 h降雨量大于100 mm)加测一次。扰动地表面积、破坏植被面积及程度、弃渣场排弃数量和坝址开挖、填高高度、边坡情况及占地面积等监测，施工期前、中、末各1次。

2 排矸场建设中水保变化情况分析

2.1 防治责任范围变化分析

建设期，建设单位根据天云煤矿水保设计方案中确定的排矸场，在矿井工业场地东南方向的山沟内建设一处排矸场，用于排放建设期弃渣和3年运行期的矸石。所选排矸场地呈U型，沟底地形平缓，沟长1435 m，宽220 m，沟道坡降4.3%，初期坝以上汇流面积为23.05 hm2。根据先拦后弃的原则，建设单位在沟口处修筑一道拦矸坝，坝体为黄土均质碾压坝。排矸场坝址处未发现不良工程地质问题，排矸场下游 500 m范围内无村庄。原水土保护方案中排矸场区防治责任范围面积为16.18 hm2，设计堆高35 m时，最大库容可达135.5 m3，实际建设中，排矸场区防治责任范围面积为15.68 hm2，较水保方案批复面积减少了0.50 hm2。

2.2 排矸场水保工程措施分析

排矸场区完成的水土保持工程措施为建设拦矸坝1座、消力池1座。在拦矸坝坝肩修建陡坡排水沟，使上游汇水通过陡坡排水沟流入下游 ，陡坡排水沟长216 m，排矸沟下游排水沟50 m，均采用M7.5浆砌石砌筑，底宽0.5 m，高0.5 m，边坡1∶0.5，厚0.4 m。在弃渣形成的分级平台处设置平台排水沟，排水沟采用浆砌石结构，矩形断面0.4 m×0.4 m，厚0.3 m，平台排水沟380 m，主排水沟930 m、排水盲道1010 m、陡坡排水沟216 m、覆土7.8 hm2。现场抽查结果表明，排水沟、护坡、拦矸坝工程等外观质量好，混凝土、浆砌石表面平整，无明显缺陷，可以有效起到保持水土的作用。工程变化情况见表1。

2.3 植物措施分析

采用普查和重点抽查相结合的方法，以检查质量为重点，对于已经完成的内容重点核查栽植技术、林草覆盖率、林草植被恢复率、生长度、密度和盖度、成活率等。水土保持方案设计在排矸场下游排水明渠两侧布设防护林带，两侧宽8 m，植乔木防护林带，树种为断头柳111株6.69 hm2,比设计少36.19 hm2。在未堆矸区撒播草籽，生产期排矸场平台种植沙棘。目前，已完成渣场顶部沙棘种植2.39 hm2，撒播种草面积7.26 hm2。因排矸场下游排水明渠两侧场地原为临时施工区，还未能及时开展乔木种植。在绿化质量检查中共检查10个点，根据调查结果，成活率普遍在95%以上，符合要求，同时草本植物的盖度达到0.8以上，符合水土保持要求。

2.4 实际与设计对比分析

天云煤矿排矸场实际建设位置、规模、排渣量与原设计相比基本一致，现场完成的水土保持措施种类、数量与水土保持方案设计一致。实际防治责任范围减少0.50 hm2，主要原因为矸场建设期对周边沟道边坡扰动面积减少，清理表土临时堆放占地面积有所减少。

排矸场在实际施工中，防治责任范围和工程措施、植物措施均发生了变化，具体见表1。经过现场踏勘和测量对比，综合认为，本项目排矸场能够按水土保持方案设计开展水土保持防治工作，排矸场水土保持工程总体评价合格，其运行与管理符合水土保持要求。

表1 排矸场设计方案与实际施工方案对比表

3 排矸场稳定性分析

天云煤矿排矸场建设前，建设单位委托地质灾害评估单位对建设区开展了地质灾害危险性评估和安全评价工作，经分析论证，项目建设区地质结构稳定，无滑坡、泥石流灾害，属一般地灾防治区，适宜排矸场建设，均同意排矸场的选址、建设规模、排矸布置等。所以，现仅从水土保持角度，对排矸场稳定性进行分析评估。

3.1 排矸场等级与危害程度级别

根据渣场等级划分，本项目排矸场最大库容排渣量135.5万m3，设计排渣量115.02万m3，渣体排放最高35 m，属4级渣场，危害程度级别为较轻级。

3.2 拦矸坝安全性分析

天云煤矿排矸场挡矸坝采用碾压土坝建设，坝坡采用浆砌石护坡，拦矸坝高10 m，坝顶宽4 m，坝长75 m，上游边坡比1∶2，下游边坡比1∶1.5。坝体填筑材料为黄土均质土料，根据《堤防工程设计规范》[2]，要求干密度为1.550 g/cm3，含水率12%。查阅水土保持施工监理记录，拦矸坝填筑黄土干密度为1.865 g/cm3，含水率13%，施工符合规范要求，施工资料齐全，可信度高，均在安全范围内。

3.3 矸石堆放稳定性分析

排矸场渣体排放方式采取分层碾压台阶式堆放，每高5 m设4 m宽马道。矸石坝堆放分为5个台阶，矸石汽车配合振碾压实，干容重达到1.860 g/cm3，矸石渣土外坡比为1∶7。经查阅资料，结合现场调查，矸石自然稳定坡角为40.0°，本项目排矸场设计矸石外坡角为8.5°，所以渣体堆放坡面稳定。

3.4 排矸场防洪安全

根据防洪标准，本项目排矸场防洪标准洪水重现期为100 a，查阅榆林市水文手册，计算排矸场最大洪峰流量为2.09 m3/s。排矸场南部沿排矸道路修建有浆砌石主排水沟，长1150.0 m，梯形断面，断面尺寸为下底宽0.45 cm、上底宽1.70 cm、高0.60 cm，排水沟底平均比降3.2%。经核算，该排水沟排洪能力为2.72 m3/s，可满足防洪标准要求。同时，排矸场马道处建设有浆砌石矩形截水沟，与排矸场主截排水沟相连通。排矸场主截排水沟下游建设有消力池1座，消力池采用浆砌石结构，消力池长4.0 m，宽2.0 m，消力坎高0.8 m，厚度为0.4 m。

3.5 水土保持防治措施体系完整性分析

建设单位贯彻先拦后弃的要求，在排矸场建设拦矸坝，有效地防止了渣体的流失；布置了合理的截排水体系，及时有效地排除了渣场表面和渣体内部渗流，保证了矸石渣场的防洪安全；矸石渣体分台阶缓坡堆放，确保了渣体稳定；开展了渣场表土清理工作，为后期渣场覆土提供了土源，做到了土方的合理利用；完成的渣场平整覆土和绿化工程，有效地减少了水土流失，形成了比较规范的渣场运行管护制度。

综合评价，认为本项目排矸场能够按水土保持方案设计开展水土保持防治工作，排矸场水土保持工程总体评价合格。

3.6 稳定性分析结论

通过参考地灾报告和安全评价对排矸场选址、建设规模的结论，判定渣场等级与危害程度级别，分析综合渣场排渣方式、拦矸坝建设、防洪排水体系完整度、水土保持措施开展情况，认为本项目排矸场建设符合相关要求，为稳定排矸场。

4 结 语

天云煤矿排矸场区生态植被脆弱，按照项目建设开发要求，对排矸场水保建设实行了跟踪监测。通过分析监测情况、监测数据，并对比，可知排矸场建设虽然在实际建设中方案有调整，但均符合水土保持规范要求，各项措施均达到了保护水土的作用，而且排矸场建设安全可靠，为稳定排矸场，可以正常使用，为项目验收和水保工程投入运行提供了科学依据。