海州礦排土場(chǎng)工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)研究

　　 摘要：從露天開(kāi)采形成排土場(chǎng)的水土流失角度出發(fā)，提出了排土場(chǎng)工程復(fù)墾技術(shù)。其中排土場(chǎng)邊坡水土流失控制技術(shù)主要有邊坡整形設(shè)計(jì)、排土場(chǎng)斜坡整治技術(shù)、排水系統(tǒng)配置技術(shù)和排土場(chǎng)固土護(hù)坡技術(shù)；排土場(chǎng)平臺(tái)徑流分散措施主要有最終平臺(tái)的整治和下部臺(tái)階平臺(tái)的整治；排土場(chǎng)邊坡徑流分散措施主要是對(duì)于坡度>35°的臺(tái)階邊坡，可適當(dāng)進(jìn)行緩坡措施，在邊坡水平溝整地基礎(chǔ)上建立以檸條、沙棘等耐旱固土灌木為主的等高植物籬；排土場(chǎng)工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)主要有平盤整治工程、客土回填工程和水土保持生物工程。
　　關(guān)鍵詞：工程復(fù)墾排土場(chǎng)海州礦
　　中圖分類號(hào)：S152.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2011)06(b)-0000-00
　　
　　我國(guó)是以煤炭為主要能源的國(guó)家，在能源結(jié)構(gòu)中煤炭占70% 以上，煤炭年產(chǎn)量居世界第一。從煤炭資源分布情況看，主要分布在干旱、半干旱地區(qū)，煤炭開(kāi)采加劇了這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，礦區(qū)由于沒(méi)有土地復(fù)墾及再利用規(guī)劃，產(chǎn)生了大量的礦區(qū)廢棄地，排土場(chǎng)就是其中一種廢棄地類型。排土場(chǎng)是露天礦區(qū)水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域，有效控制排土場(chǎng)水土流失并加快復(fù)墾進(jìn)程是半干旱地區(qū)大型排土場(chǎng)土地復(fù)墾和植被恢復(fù)的基礎(chǔ)。為此對(duì)海州礦排土場(chǎng)工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　
　　1 研究區(qū)概況
　　阜新礦區(qū)海州礦露天排土場(chǎng)，位于阜新市東南的太平區(qū)境內(nèi)，距阜新市中心15-20km。氣候?qū)侔敫珊蛋霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，多風(fēng)沙，主導(dǎo)風(fēng)向是夏季為偏南風(fēng)、冬季為西北風(fēng)。四季分明，雨熱同季。年平均降雨量為550mm，且多集中在7、8、9月，占全年降水量的 78%，蒸發(fā)量大于降水量，年平均蒸發(fā)量1700mm。年平均溫度為9.5℃，歷年日最高氣溫40.5℃，日最低氣溫-26.4℃，無(wú)霜期150d，終霜期在4月下旬，初霜期在10月初，最大凍土深度1.39m。平均日照時(shí)間為2800h，光能總輻射量130千卡/平方厘米。排土場(chǎng)占地約12km2。項(xiàng)目區(qū)排土場(chǎng)呈階梯狀，分為十多個(gè)大盤面，每個(gè)盤面矸石林立、溝壑縱橫，陡坎坡平均坡度45o，盤面海拔平均高度為+270m，相對(duì)高差為3-60m，最高處接近+325m，最低處不低于+240米。項(xiàng)目區(qū)的大部分盤面已停止排矸13年以上，總體上來(lái)講，項(xiàng)目區(qū)盤面地表矸石有風(fēng)化，但仍?shī)A雜著碎石和少量大塊矸石，部分盤面近幾年來(lái)由于當(dāng)?shù)鼐用駸o(wú)序的挖掘撿采排土場(chǎng)內(nèi)的棄煤而形成了大量不均勻的坑、溝等地貌狀況，水土流失十分嚴(yán)重。
　　
　　2 排土場(chǎng)邊坡水土流失控制技術(shù)
　　2.1邊坡整形設(shè)計(jì)
　　排土場(chǎng)邊坡的S形設(shè)計(jì)：在這種坡面上沿坡場(chǎng)方向的任一點(diǎn)，隨著離坡首的距離增加，其集水面積雖然增大，但沿此坡面的徑流流速卻保持在一個(gè)恒定的、較低的數(shù)值，從而控制了徑流對(duì)坡面的沖刷力，即有效的控制了水土流失。
　　排土場(chǎng)邊坡的拋物線設(shè)計(jì)：仿自然山坡的形狀，設(shè)排土場(chǎng)臺(tái)階坡面水平寬度為L(zhǎng)，高度為 h，可用指數(shù)形式表示坡的斷面方程為：
　　根據(jù)地貌學(xué)原理，當(dāng)?shù)貧ぬ幱陂L(zhǎng)期穩(wěn)定時(shí)，侵蝕作用將不斷進(jìn)行，最終形成的S形，其凹形部分占較大比例，假設(shè)凹形占全部時(shí)，該坡面可表示為：
　　因此從地貌學(xué)原理分析，該式較合理，建議排土場(chǎng)抗侵蝕坡面設(shè)計(jì)采用該式拋物線形式。
　　排土場(chǎng)邊坡的直線形設(shè)計(jì)：由于場(chǎng)地及施工條件等因素的限制，當(dāng)難于將坡面設(shè)計(jì)成 S 形坡面或拋物線形坡面，至少應(yīng)選擇邊坡直線形方案，要盡可能地避免凸形邊坡。如果排土場(chǎng)較高，斜坡較長(zhǎng)，為了有效的控制徑流速度，可在坡面中間橫向建立幾個(gè)排土臺(tái)階，使這個(gè)集水區(qū)的地表徑流沿坡面分為幾段，分別進(jìn)行截流疏導(dǎo)，從而防止土壤侵蝕，也有利于保水保肥。
　　此外，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)排土場(chǎng)排棄高度達(dá)到一定水平時(shí)，某些地段排土場(chǎng)平盤會(huì)出現(xiàn)多條寬度、長(zhǎng)度不
　　等的裂縫，同時(shí)下部基底也會(huì)出現(xiàn)多條裂縫和隆起，表明排土場(chǎng)有明顯的下沉和水平移動(dòng)傾向。當(dāng)?shù)乇硭ㄟ^(guò)排土平盤眾多裂縫、山坡粉土層眾多裂縫滲入時(shí)，會(huì)導(dǎo)致排土場(chǎng)穩(wěn)定性下降。應(yīng)采取必要的疏干排水措施。首先，推平、壓實(shí)排土平盤和基底山坡裂縫，并設(shè)計(jì)一定坡度，以利于排水；其次，修筑排水系統(tǒng)，把地表水排泄至排土場(chǎng)外指定地點(diǎn)；第三，對(duì)于到界排土平盤，排表水土加強(qiáng)綠化，既環(huán)保又有利于排水。
　　2.2 排土場(chǎng)斜坡整治技術(shù)
　　坡頂/NQTGA8x8/f7hCHoMFNwdQ==修筑擋水埂，以阻止平臺(tái)徑流直接匯入邊坡，杜絕切溝和沖溝情況的發(fā)生。
　　在巖石與礫巖等堅(jiān)硬巖石混排易出現(xiàn)滑坡的坡面打錨桿，以防止出現(xiàn)整個(gè)坡面整體下滑。
　　坡腳堆砌大石塊或構(gòu)建人工擋墻，并按高低一定間隔沿長(zhǎng)度方向預(yù)留瀉水孔。以達(dá)到攔截坡面下移泥沙，保護(hù)坡腳排水系統(tǒng)。斜坡整治斷面設(shè)計(jì)如圖1所示。
　　2.3 排水系統(tǒng)配置技術(shù)
　　在平盤上布設(shè)兩級(jí)渠道，距坡腳1.5m處沿坡腳線布設(shè)排水渠。在平臺(tái)的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，再設(shè)一條垂直臺(tái)階的主排水渠，主排水渠與坡腳排水渠相連。平盤上的洪水由主排水渠經(jīng)設(shè)置在斜坡上的排水渠排入下一平盤，在面積較大的平盤內(nèi)設(shè)置排水渠網(wǎng)，地面徑流先歸渠網(wǎng)，然后進(jìn)入主排水渠排出。
　　排水溝尺寸：梯形斷面，渠道底寬b=0.2m ，渠道內(nèi)水深h=0.25m，安全超高取0.15m。由于排土場(chǎng)上部平臺(tái)集雨面積較小，故陡坡的斷面也采用排水溝的斷面。
　　2.4 排土場(chǎng)固土護(hù)坡技術(shù)
　　2.4.1 反坡水平階整地
　　阜新礦區(qū)排土場(chǎng)邊坡平均坡度約33°，較陡，巖土松散，穩(wěn)定性差，水分缺乏，植物生長(zhǎng)困難，所以排土場(chǎng)邊坡水土保持應(yīng)生物措施為主，輔以小型坡面工程整地措施，利用植被的防護(hù)固持作用和工程措施的攔蓄作用，防治坡面水土流失。將排土場(chǎng)巖土混合邊坡或土質(zhì)邊坡做成內(nèi)低外高的反坡式臺(tái)階，利用反坡形成的空間攔蓄坡面徑流。每節(jié)長(zhǎng)3m，中間留一寬0.3m的橫檔，防止水流亂流，這樣也有利用臺(tái)階內(nèi)植物的生長(zhǎng)。其斷面設(shè)計(jì)如圖2。
　　 2.4.2 坡面綠化
　　在對(duì)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性控制基礎(chǔ)上，按喬灌草結(jié)合的原則，以坡面長(zhǎng)期穩(wěn)定、與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)及減輕維護(hù)管理工作量為宗旨，利用植被固坡技術(shù)進(jìn)行坡面綠化。在排土場(chǎng)斜坡面水平階內(nèi)混交種植根系固土固氮能力較強(qiáng)的沙棘、胡枝子、等多年生喬灌木，階間坡面沿等高線人工撒播沙打旺、草木樨、紫花苜蓿牧草。
　　
　　3 排土場(chǎng)徑流分散技術(shù)
　　排土場(chǎng)大面積匯集的暴雨徑流很容易匯集沖刷坡面和道路，導(dǎo)致劇烈的水土流失，并可造成大量徑流灌縫，影響排土場(chǎng)穩(wěn)定，誘發(fā)滑坡。在半干旱地區(qū)，水是排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的限制性因子，排水不利于排土場(chǎng)植被的建立和恢復(fù)。采用徑流分散措施可將排土場(chǎng)整個(gè)匯流面積分割成許多小區(qū)域，將地表積水限定或攔擋在這些小區(qū)域內(nèi)，則不會(huì)出現(xiàn)大流量、高流速、長(zhǎng)流程的侵蝕性徑流，黃土的孔隙度大，土層有足夠大的儲(chǔ)水容量，小區(qū)域內(nèi)的地表積水最終會(huì)入滲貯存于小區(qū)域表層土體內(nèi)。
　　3.1排土場(chǎng)平臺(tái)徑流分散措施
　　3.1.1 最終平臺(tái)的整治
　　首先，在平臺(tái)邊緣與邊坡交界處，設(shè)置平臺(tái)周邊擋水圍堰/墻。擋水圍堰高1.5m，頂寬2.0～3.0m，內(nèi)邊坡1:1.1～1:1.2，外邊坡1:0.7～1:1.0，斷面如圖3。為了防止特大暴雨時(shí)由于徑流匯集而沖刷邊坡，在平臺(tái)周邊擋水圍堰內(nèi)營(yíng)造8～12排大坑防護(hù)林，防護(hù)林株行距為2×3m，采用挖掘機(jī)1m3的挖鏟進(jìn)行穴狀整地，體積為1m3的植樹(shù)穴在有效攔蓄地表徑流的同時(shí)可為樹(shù)木生長(zhǎng)提供必需的水分。
　　 其次，根據(jù)施工作業(yè)要求、工程管護(hù)要求，結(jié)合林草地防火隔離帶設(shè)置要求，利用道路（兼防火隔離帶）將平臺(tái)劃分成一定面積的一級(jí)方格小區(qū)。主干道道路寬8.0m（12.0m），輔道寬5.0m（8.0m）。
　　
　　最后，在一級(jí)方格內(nèi)將平臺(tái)整治成水平小區(qū)，使之地面小平大不平，其間修筑隔離堤，小區(qū)內(nèi)坡度控制在1°~3°以下（最好整平成1°以內(nèi)），地塊內(nèi)采取深松、覆蓋和植被措施。
　　3.1.2 下部臺(tái)階平臺(tái)的整治
　　由于各排土場(chǎng)、各臺(tái)階的治理程度、土地利用方式與耕作方式等不同，排土場(chǎng)下部平臺(tái)的整治形式采取以下兩種方式：
　　水平式平臺(tái):平臺(tái)整治成水平，該形式適宜于種植旱作物（圖4）。平臺(tái)外側(cè)周邊修筑擋水圍堰，平臺(tái)內(nèi)部同最終平臺(tái)的整治，形成若干水平小區(qū)，小區(qū)間修筑隔離堤。
　　反坡式平臺(tái):平臺(tái)稍向內(nèi)側(cè)傾斜，適宜于較窄的平盤（圖5），既能增加田面蓄水量，又使暴雨時(shí)過(guò)多的徑流有平臺(tái)內(nèi)側(cè)安全排出。
　　 3.2 排土場(chǎng)邊坡徑流分散措施
　　對(duì)于坡度>35°的臺(tái)階邊坡，可適當(dāng)進(jìn)行緩坡措施，在邊坡水平溝整地基礎(chǔ)上建立以檸條、沙棘等耐旱固土灌木為主的等高植物籬。坡面不再設(shè)置分散徑流小區(qū)，邊坡徑流直接匯入其下方的平臺(tái)分散小區(qū)內(nèi)，為平臺(tái)的種植提供更好的水分支持。坡腳水分條件好，栽植速生喬木。排土場(chǎng)道路表層堅(jiān)硬，密度在1.8g/cm3以上，穩(wěn)滲率在0.1～0.2mm/min左右，道路切溝在露天煤礦排土場(chǎng)陡坡路段發(fā)生頻率很高，因此，排土場(chǎng)道路路面采用卵石或石塊鋪設(shè)，在道路兩側(cè)設(shè)置集流溝。
　　
　　4 排土場(chǎng)工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)
　　4.1平盤整治工程
　　將排土場(chǎng)各個(gè)平盤分割，整治成小區(qū)水平，使整治場(chǎng)地的地面“小平大不平”。為了防止排土場(chǎng)表面受到水的侵蝕，平整的復(fù)墾場(chǎng)地坡度要求為：用作農(nóng)業(yè)種植不宜超過(guò)1～2°，坡度在3～5°時(shí)應(yīng)有保護(hù)措施；用作牧場(chǎng)或草場(chǎng)為2～4°；用于林地適宜的坡度為10°以下，橫向坡度不應(yīng)超過(guò)4°。
　　4.2 客土回填工程
　　排土場(chǎng)經(jīng)過(guò)土地平整，為土地資源再利用奠定了基礎(chǔ)，要達(dá)到可利用狀態(tài)，應(yīng)對(duì)整治后的場(chǎng)地進(jìn)行客土回填覆蓋，其覆土厚度的確定，應(yīng)在明確復(fù)墾利用類型的前提下，采用費(fèi)用效益分析方法，按最大效益確定最佳覆土厚度。
　　4.3 水土保持生物工程
　　沿排土場(chǎng)平盤邊坡下緣修竹排水渠，平盤外緣修筑擋水墻，防止水沖邊坡。邊坡建立生物防護(hù)體系并與邊坡的魚(yú)鱗坑、水平溝等工程相結(jié)合，密植灌草；在排水溝兩側(cè)與擋水墻內(nèi)側(cè)配置喬灌型結(jié)構(gòu)，嚴(yán)防水沖邊坡（圖6）。 　
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　排土場(chǎng)邊坡水土流失控制技術(shù)主要有邊坡整形設(shè)計(jì)、排土場(chǎng)斜坡整治技術(shù)、排水系統(tǒng)配置技術(shù)和排土場(chǎng)固土護(hù)坡技術(shù)。
　　排土場(chǎng)平臺(tái)徑流分散措施主要有最終平臺(tái)的整治和下部臺(tái)階平臺(tái)的整治；排土場(chǎng)邊坡徑流分散措施主要是對(duì)于坡度>35°的臺(tái)階邊坡，可適當(dāng)進(jìn)行緩坡措施，在邊坡水平溝整地基礎(chǔ)上建立以檸條、沙棘等耐旱固土灌木為主的等高植物籬。
　　排土場(chǎng)工程復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)主要有平盤整治工程、客土回填工程和水土保持生物工程。