煤礦重組整合建設項目的水土流失預測研究

□ 薛海平

由于歷史原因，我國煤礦開采形成了多、小、散、亂的特點，中小煤礦回收率比較低，資源環境損失較為嚴重。推進煤礦企業兼并重組整合是實現我國煤炭工業可持續發展的重要舉措。根據山西省煤礦企業兼并重組整合工作領導組辦公室文件晉煤重組辦發[2009]61號《關于晉中市介休市煤礦企業兼并重組整合方案的批復》批準，以地方骨干企業山西義棠煤業有限責任公司主體企業，兼并重組整合原山西青云煤業有限公司（單獨保留礦井）。重組后的礦井名稱為山西介休義棠青云煤業有限公司。整合后礦井生產能力90萬t/a，井田面積6.3593km2，批準開采2~11號煤層，礦井服務年限16.95年，其中2、5號煤層設計資源儲量為1 300.2萬t，設計可采儲量999.6萬t。由于在煤礦整合建設中對于環境問題的重視程度不夠，導致煤礦整合建設過程中水土流失現象嚴重的矛盾較為突出，不僅對煤礦的安全運行產生了較大的影響，而且對礦區周邊的環境危害也是比較嚴重的，為了加強對水土流失的了解和控制，必然要對水土流失狀況實施有效的預測和防治。

一、預測范圍和預測時段

煤礦區水土流失是一種典型的人為加速侵蝕，開采活動擾動地表、破壞植被、改變原地貌、土壤結構和地面物質組成，造成土地肥力退化，進而導致土地生產力降低，給該區植被恢復帶來一定難度，產生大量新增水土流失，造成一定程度的危害。水土流失又會使植被失去賴以生存的物質基礎，尤其是進入生產階段后，采煤沉陷區的逐年擴大，若不重視治理，會使水土流失加劇，并由此帶來一系列的負面影響，這種水土流失是不可逆的，單純地依靠自然修復能力是不夠的，主要還是通過人為的輔助措施來治理。

本方案水土流失預測的范圍如下：主副井工業場地、風井場地、臨時辦公區場地、爆破材料庫、新建排矸場、場外道路、輸電線路、供水管線、擬采采空沉陷影響區。

本工程水土流失預測分為建設期(含施工準備期)、自然恢復期、運行期三個時段。建設期在確定預測時間時根據工程施工跨汛期作適當調整。預測時段按最不利的情況考慮，超過雨季長度的按一年計算，不超過雨季長度的按占比例計算。根據項目區的實際情況，自然恢復期按3年考慮。生產運行期主要考慮方案服務期內排矸場堆渣、井田采空沉陷影響區的水土流失。預測時段確定為2.65年。

二、預測內容和預測方法

水土流失的預測內容和方法見表1。

三、水土流失預測成果

（一）擾動地貌面積

根據項目工程設計報告與實地調查，結合工程現狀建設情況，對項目建設開挖擾動地貌、占壓土地、破壞林草植被的種類、數量、程度和面積進行測算和統計，本項目建設期擾動地貌面積為31.2hm2，運行期為0.71hm2。

（二）棄土棄渣量

1．建設期

工程建設期，動用土石方量113.54萬m3，其中挖方61.85萬m3，回填51.69萬m3，棄方10.16萬m3(棄方中，矸渣和建筑垃圾4.93萬m3棄于排矸場，有5.23萬m3的土方分別用于排矸場和廢棄場地覆土)。

2．運行期

礦井投產后，矸石排放量為4.5萬t/a，約2.5萬m3/a（容重1.8t/m3）。鍋爐爐渣約為0.06萬t/a，約0.075 m3/a（容重0.8t/m3），生活垃圾約為80.69t/a。煤矸石和鍋爐爐渣全部運往排矸場堆放，生活垃圾由當地環衛部門統一處理。

（三）損壞水土保持設施面積

水土保持設施是指凡具有水土保持功能的一切事物的總稱，如原地貌、自然植被等都有水土保持功能，均應視為水土保持設施。經統計，本項目建設期損壞的水土保持設施面積31.2hm2，運行期損壞的水土保持設施面積為0.7hm2。

（四）新增土壤流失量

本工程施工期所造成的水土流失量主要由兩部分組成，一是由于項目建設擾動、破壞土地及植被造成原地貌水土保持功能降低甚至喪失，導致土壤侵蝕加劇而增加的水土流失量；二是因為項目建設造成的臨時堆土松散堆放而增加的水土流失量；運行期主要是矸石堆棄、采空區沉陷重塑地貌產生新增水土流失。

表1 水土流失預測內容和方法

根據工程建設特點、施工工藝、施工時序、擾動、破壞地貌類型及面積等，分析工程建設不同區域的水土流失特點，預測新增土壤流失量。

新增土壤流失量為工程施工擾動后產生的侵蝕量與原地貌侵蝕量的差值，計算公式為：

式中：

ΔW——新增水土流失量，t；

W1——原地貌水土流失量，t；

W2——擾動地貌水土流失量，t；

Fi——第i個地貌單元的預測面積，km2；

Mi——第i個地貌單元原地貌的土壤侵蝕模數，t/km2.a；

Ni——第i個地貌單元擾動后地貌的土壤侵蝕模數，t/km2.a；

Ti——第i個地貌單元的預測時間，a。

各區域原地貌土壤侵蝕模數，是依據土壤侵蝕遙感監測解析資料的基礎上，結合其地形地貌、土地利用現狀、土壤植被情況后，進行綜合分析確定的。施工期擾動后侵蝕模數是根據工程特點、占地地形地貌、開挖破壞程度等，通過對山西省已建項目侵蝕類型區分布、自然條件及工程施工情況調查和綜合分析確定的。自然恢復期土壤侵蝕模數：在此期間水土流失逐步恢復到擾動前較為穩定的地貌狀態，土壤侵蝕模數逐年減低，最后一年接近或達到原地貌土壤侵蝕模數。運行期土壤侵蝕模數：參考已有研究成果，在未采取水土保持措施的情況下，新建排矸場侵蝕模數確定為10 000t/km2.a；擬開采沉陷影響區侵蝕模數確定為8 000t/km2.a。各時段的新增土壤流失量匯總詳見表2。

表2 新增土壤流失量匯總表

（五）可能造成的水土流失危害

本工程在開挖、壓占等建設活動時，除破壞大量的自然植被、產生一定程度的水土流失外，也將造成一定程度的危害，具體表現在以下幾個方面：

1．土地資源的破壞

由于開挖、占壓，破壞原有植被，改變了原地貌、土壤結構和地面物質組成，造成土地肥力的嚴重退化，從而導致土地生產力降低。同時，施工擾動了原土層，使裸地面積增加，為濺蝕、面蝕、細溝侵蝕等創造了條件，造成水土流失。

2．水資源的破壞

施工中臨時堆土如得不到及時有效的防護治理，在降雨和人為因素的作用下，泥沙直接流入場地臨近的河道中，增加其含沙量。

在實際開采過程中還會出現當地村莊水井被疏干，影響當地工農業生產及居民生活用水，導致區域內土地生產力下降和生態環境惡化。

3．周邊環境的影響

矸石堆棄增加了新的水土流失源，如果防治措施處理不當，將產生嚴重的水土流失，對周邊生態環境造成威脅。同時在風力的作用下，產生大量粉塵，使周圍村莊空氣質量明顯下降，影響居民的生活質量。

表3 建設期不同區域土壤流失量匯總表

4．造成地面沉陷

由于礦井不斷進行地下開采，致使地下形成采空區，隨著時間的推移，采空區地貌在某些外力作用的影響或條件激發下，產生地面沉陷、地裂縫、滑坡等自然災害，在加劇土壤流失的同時，也造成了雨水的大量滲漏。

四、綜合分析

（一）新增水土流失特點

1．時空分布一致，侵蝕強度變化不同

施工期主要集中在工業場地、場外道路、排矸場等建設區域，呈點、片、線狀，新增侵蝕活躍，施工結束后，侵蝕活動隨之減弱，呈現先強后弱的特點。

2．新增侵蝕的行業特點鮮明

與同類煤礦建設相同，本項目建設的新增侵蝕主要集中體現在：施工擾動形成的加速侵蝕；建設期臨時堆土的堆積物侵蝕；運行期排矸場堆矸形成的堆積物侵蝕，地貌沉陷造成地貌破碎引起水土流失。

3．排矸場水土流失影響時間長

隨著施工的結束，施工侵蝕活動隨之減弱，危害有限，易于控制；排矸場的水土流失時間較長，若不加強控制，會造成水土流失危害，且危害較大。

4．采空沉陷影響區水土流失危害大

地貌沉陷、裂縫破壞原地貌，降水大量滲漏，地貌植被枯死，保水固土能力下降，水土流失增強。

（二）水土流失重點時段與重點區域

1．重點時段

生產運行期由于產生水土流失的面積大，時間長，新增土壤流失量最大；建設期（含施工準備期）新增土壤流失量雖然小，但主要是人為擾動產生，容易采取措施控制，因此把建設期作為水土流失防治的重點時段。

2．重點區域

建設期重點防治區域的確定主要根據各功能區單位面積、單位時間新增水土流失量的大小決定。詳見表3。

由上表可知，新建排矸場新增水土流失增量最大，主要原因在于排矸場擾動后土壤侵蝕模數較大；其次為場外道路，原因在于擾動后土壤侵蝕模數較大。因此，確定新建排矸場和場外道路為重點防治區域。

（三）應采取的防治措施

依據前面分析，水土流失防治布置應采取工程措施、植物措施和臨時防護相結合的措施，以工程措施為先導，發揮其速效性和控制性，在重點地段布設工程措施的同時，加強“線”和“面”上的林草建設，充分發揮植物措施的后效性，同時加強臨時防護和管理措施。

本工程主副井工業場地和風井場地以臨時性擋護、遮蓋和排水等措施為主進行防治；場外道路以排水措施和植物措施為主；排矸場以攔擋、排水和植物措施防護措施為主。

（四）防治措施實施進度

水土保持措施進度的安排應結合主體工程，堅持“三同時”原則，實現水土流失的根本治理。施工中對于挖、填土方較多區域，應實施擋護、遮蓋、排水等臨時性防護措施；施工擾動的場地及時進行清理平整，實施硬化、綠化措施；綠化工程結合所選樹草種的植物學特性、適宜栽植季節等因素，及時進行栽植；生產運行期間，采取分層碾壓堆矸工藝，達到設計標高進行平整、覆土、綠化。

排矸場應先修筑攔擋工程后排渣，在施工期可先行安排截水溝等工程建設；臨時防護措施要提前布設，綠化工程結合所選造林樹種的植物學特性、適宜栽植季節等因素及時進行栽植。

（五）對監測、監理的指導性意見

為及時發現并有效控制項目建設區水土流失現象的發生，應在項目區內設置監測點對水土流失進行適時監測，對重點流失區域重點監測，以確保各項水保設施發揮效益，將水土流失量降到最低限度。

在施工期監測重點地段為施工臨時堆土區域，特別是6～9月降雨季節，應加強監測工業場地區，主要監測水土流失量的變化、綠化效果等。根據水土流失量的預測結果，應對建設期排矸場、工業場地、風井場地重點監測，其余防治區域進行一般監測。運行期主要監測排矸場的坡面防護情況、采空沉陷影響區的沉陷情況及排水設施的完好性。另外，同步進行監理，以保證工程質量和進度。

綜上所述，根據《中華人民共和國水土保持法》和“三同時”制度的有關要求，建設過程中應按主體工程和水土保持方案設計及時布設水土保持措施，增加植被覆蓋度。當主體工程土建施工結束后，所布設的各項水土保持措施將逐步發揮防護效益，逐步消除項目建設帶來的不利影響，保護和改善區域生態環境。