黃土丘陵溝壑區排矸場水土流失防治對策

張永江

(黃河水利委員會晉陜蒙接壤地區水土保持監督局，陜西榆林719000)

在煤炭開采項目中，排矸場的水土流失防治是建設單位重要的工作內容之一。在黃土丘陵溝壑區，基于土地資源、征地費用、基本農田保護等因素，煤炭開采中的排矸場一般都是設置在溝道中。但是，黃土丘陵溝壑區降水集中，汛期溝道中易發生洪水，對排矸場的安全運行造成了一定的威脅。因此，在溝道中建設排矸場，要根據所選位置、排矸工藝等要求，建設系統完整的水土流失防治體系，以確保排矸場的安全運行。

目前，有關煤礦建設中排矸場的水土保持設計要求，散見于煤礦及水土保持的相關規范標準中，尚沒有系統完整的資料可供直接采用。黃土丘陵溝壑區排矸場設計在建設實踐中是兩種設計情況并存:一是在礦井建設設計中考慮建設排矸場。這種設計模式因煤礦設計單位對黃土丘陵溝壑區水土流失防治的經驗不足，排矸場設計往往是水土流失防治措施體系不完善。二是排矸場由水土保持方案編制單位設計。這種設計模式因水土保持設計單位對煤礦排矸工藝了解不多，導致水土流失防治體系與排矸工藝不協調，增加了實施的難度，水土流失防治效果不佳。本文擬對黃土丘陵溝壑區煤礦排矸場的位置選擇、排矸工藝、水土流失防治對策作一系統介紹，以推進該區煤礦建設中排矸場的水土流失防治工作。

1 排矸場位置的選擇

黃土丘陵溝壑區的地貌特征是地形支離破碎、溝壑縱橫，煤礦工業廣場一般選擇在山坡上或溝道階地上。煤礦建設在選擇排矸場時，從煤礦建設要求出發，一般選擇便于礦井建設、便于生產中排矸運輸和防護的地方;從安全角度考慮，要求與生活居住區、工業廣場生產區、風井廠等保持有一定的安全距離，下游沒有居民村莊、鐵路公路、廠礦企業等重要設施;從環境保護角度考慮，要求遠離水源地、基本農田，不損毀成片林地等。根據這些基本原則，在該區溝道中選擇排矸場基本上有兩種方案，一種是將排矸場建在支毛溝溝口，一種是將排矸場建在支毛溝溝掌。當排矸場排矸量較小、溝道比降較緩、溝道較短時，可選擇溝掌排矸場，采用一次性閉庫排矸工藝。當排矸量較大、溝道比降較陡、溝道較長時，則選擇溝口排矸場，采用從溝口分臺階向溝掌推進的排矸工藝。

1.1 溝掌排矸場

選擇支毛溝溝掌作為排矸場，通常礦井工業廣場與排矸場布置在同一條梁峁上，背向分屬兩個小流域。工業廣場布置在分水嶺或背向的緩坡上，排矸場選擇在背向的支毛溝中。運矸道路布設在分水嶺上，地形平緩，距離短，建設難度較小。排矸方向以梁為平臺從溝掌向溝口方向堆排。按照“先攔后棄”原則，在排矸場溝道下游修建兩大件(壩體和豎井)攔矸壩，順溝道修建滲濾排水盲溝接壩體豎井。壩體攔擋穩定堆矸體，豎井和滲濾排水盲溝排出壩中沉淀后的洪水及堆矸體滲漏水。

1.2 溝口排矸場

選擇支毛溝溝口作為排矸場，一般是礦井工業廣場與排矸場在同一條大溝道內，但分屬兩個小流域。工業廣場布設在溝道階地上，排矸場選擇在遠離礦井的另一條支毛溝中。運矸道路通過工業廣場貨運道路、場外道路，進入排矸場運矸道路，距離較長。排矸場運矸道路布設在排矸場的一側，隨著排矸進度一個平臺一段，逐步向溝掌方向推進。按照“先攔后棄”原則，在排矸場溝道下游修建基礎壩，排矸方向以溝口基礎攔矸壩為平臺，劃定一個平臺，堆排一個平臺，閉庫一個平臺，整治一個平臺，逐步分臺階式向溝掌方向堆排。

2 排矸場排矸運行工藝設計

排矸場的排矸工藝除了按照煤炭行業防自燃、環保防滲漏污染等要求外，還要參照水土保持有關規范進行防止滑坡、防沖刷設計，從排矸工藝設計中就注意做到水土保持“預防為主”，使排矸場科學管理、有序運行，各類措施優化配置、按順序逐步實施，為生產運行節省人力物力財力。

2.1 溝掌排矸場排矸工藝

溝掌排矸場排矸量較小、溝道比降較緩、溝道較短、排矸平臺與攔矸壩高差不大，一般采用一次性閉庫排矸工藝。排矸從梁上平臺向溝道中堆排，平臺上形成小坡度反坡，防止平臺降雨徑流流向堆矸體坡面造成沖刷。堆矸體平臺坡沿線要堆砌一定寬度的圍埂，一是防止平臺降雨徑流流向堆矸體坡面形成沖刷，二是為推棄矸石施工機械起到攔擋作用，保障作業安全。堆矸體每推進5 m在堆矸體坡面、平臺覆蓋1 m厚的土層。

當溝掌排矸場排矸平臺與攔矸壩高差超過20 m時，應在10 m處修筑馬道。

2.2 溝口排矸場排矸工藝

溝口排矸場一般排矸量較大，選擇的溝道也較寬、較長。排矸平臺從攔矸基礎壩開始，運矸車從溝道一側修建的排矸道路進入排矸平臺，分臺階分層堆棄、分層覆土、分層碾壓。第一臺階與攔矸壩高差一般不超過15 m，其他臺階每個臺階的高度、寬度視溝道比降的不同而不同。

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排矸從攔矸壩平臺分層堆排，平臺上形成小坡度反坡，防止平臺降雨徑流流向堆矸體坡面造成沖刷。在堆矸體平臺坡沿線也要修筑一定寬度的圍埂。

堆矸體坡長達到一定長度(一般不超過20 m可保持穩定)、平臺達到一定面積時，對一個臺階堆矸體進行閉庫整治，再在另一個臺階修建排矸道路開始向另一個堆矸場排矸。依此逐步向溝掌排矸，直至整個排矸場排滿閉庫整治。

3 排矸場水土流失防治對策

3.1 排矸場攔擋措施

按照水土保持法律法規要求，排矸場必須做到“先攔后棄”［1－2］，即先修建攔矸壩再開始排矸，以防止堆矸體被溝道洪水淘沖流失，造成危害。

3.1.1 溝掌排矸場攔擋措施

選擇溝掌排矸場，適合于排矸量較小的煤礦，可以采用一次性閉庫排矸工藝，因此其攔擋設施也比較簡單。

溝掌排矸場的攔擋設施，一般在排矸場溝道下方修建兩大件(壩體和豎井)碾壓式土質攔矸壩，豎井與順溝道修建的滲濾排水盲溝銜接，利用豎井排出壩中沉淀后的洪水和堆矸體下滲水。

攔矸壩壩高根據排矸量以及排矸場控制小流域面積而定，按照《水土保持治溝骨干工程技術規范(SL 289—2003)》計算所需庫容，根據庫容與排矸量確定壩體高度。

3.1.2 溝口排矸場攔擋措施

在溝口修建排矸場，是根據煤礦的排矸量確定的，所選擇的溝道較大、有一定的寬度，排矸場占用的溝道長度也是隨著排矸量的增加逐步向上游推進的。排矸工藝采用臺階式，逐臺堆排逐臺整治，逐步向上游推進。

溝口排矸場的攔擋設施有三道:第一道為在排矸場溝道下方修建的兩大件擋墻式漿砌石壩，壩體底部埋設臥管，臥管與順溝道修建的滲濾排水盲溝銜接，利用臥管排出堆矸體中的下滲水，壩的一側修建排洪渠，排洪渠與上游攔洪壩和堆矸體截排水溝連接;第二道為在排矸場溝道上方修建兩大件(壩體和溢洪道)碾壓式土質壩，以攔蓄上游洪水，保證堆矸體不受洪水淘沖，溢洪道與排洪渠連接;第三道攔擋設施設在正在排矸的堆矸體上游處，為臨時性的攔擋設施。

3.2 排矸場截排水措施

溝道排矸場截排水措施是排矸場攔擋措施的重要補充。截排水措施蓄、排少量溝坡、堆矸體降雨徑流，能夠保障攔擋措施正常發揮作用，共同保證堆矸體穩定安全。

3.2.1 溝掌排矸場截排水措施

溝掌排矸場為一次性閉庫排矸，截排水措施較簡單:在排矸場下方修建攔矸壩攔蓄排矸場以上的雨水，用于排矸場灑水，超出攔矸壩攔蓄能力的洪水經過沉淀以后利用豎井排出。

在矸石排棄過程中，堆矸體平臺形成反坡，于堆矸體平臺坡沿線堆砌一定寬度的圍埂，攔擋平臺降雨徑流，防止徑流流向堆矸體坡面造成沖刷。堆矸體平臺布設臨時排水溝，將降雨徑流引入運矸道路排水渠或排入下游攔矸壩庫內。

排矸場閉庫后應進行堆矸體整治，整治中應根據堆矸體平臺面積、坡面面積布設排水渠、急流槽，將林草措施未能攔蓄的徑流排向攔矸壩下游。

3.2.2 溝口排矸場截排水措施

溝口排矸場共有三道截排水措施:第一道是修建在排矸場溝道上游的攔洪壩，其作用是攔蓄上游來水;第二道是修建在正在排矸的堆矸體上游的臨時土圍堰，其功能是臨時攔蓄堆矸體與上游攔洪壩之間的降雨徑流。第三道是在堆矸體一側修建的排洪渠，其作用一是將排矸場無法攔截的徑流排至下游，二是攔截坡面降雨徑流。排洪渠按照排矸場臺階分段修筑，從基礎壩開始連接堆矸體臨時土質壩，一個臺階閉庫后依次向第二臺階修筑，直至與上游攔洪壩溢洪道連接。

在矸石排棄過程中，堆矸體平臺形成反坡，于堆矸體平臺坡沿線堆砌一定寬度的圍埂，攔擋平臺降雨徑流，防止徑流流向堆矸體坡面造成沖刷。堆矸體平臺布設臨時排水溝，將降雨徑流引入排水渠。

一個臺階閉庫后應進行堆矸體整治，整治中應根據堆矸體平臺面積、坡面面積布設排水渠、急流槽，將林草措施攔蓄后多余的雨水排至排洪渠［3］。

3.3 排矸場復墾整治

黃土丘陵溝壑區排矸場的復墾整治，不管是溝掌排矸場還是溝口排矸場，主要是針對堆矸體形成的平臺和坡面進行覆土整治，并根據集水面積修筑永久截排水設施。溝掌排矸場排滿閉庫后一次性覆土整治，溝口排矸場一個臺階達到堆棄標高后及時覆土整治，在整治好的平臺上為下一個堆矸體修筑攔擋措施。

3.3.1 平臺整治

先將平臺整為3°～5°的反坡，然后覆土，覆土厚度在50 cm以上，采用魚鱗坑或水平溝整地植樹種草。平臺集雨面積過大時，在內側結合修筑下一個堆矸體擋墻修建橫向排水渠，排水渠連接急流槽或排洪渠［3］。

3.3.2 坡面整治

先將堆矸體削坡至小于安息角后再覆土，如果覆土土質為沙壤土或者坡度過大時，應在坡面布設草方格以穩定坡面覆土，利于種草護坡。若堆矸體坡面過長應設置馬道，并在馬道上修筑橫向排水溝。

［1］李飛，郜風濤，周英，等.中華人民共和國水土保持法釋義［M］.北京:法律出版社，2011:45－46.

［2］GB 50433—2008，開發建設項目水土保持技術規范［S］.

［3］中國水土保持學會水土保持規劃設計專業委員會.生產建設項目水土保持設計指南［M］.北京:中國水利水電出版社，2011:315－324.