陜北神木縣郝家溝煤礦建設過程中水土流失預測研究

摘 要：水土流失作為煤礦區頭號生態環境問題已經嚴重影響礦區可持續發展。文章以陜北神木縣郝家溝煤礦為例，運用資料調查、經驗公式等方法科學預測該煤礦建設過程中水土流失強度、數量、危害等。希望為該煤礦及同類煤礦的水土流失防治工作提供指導。

關鍵詞：煤礦；水土流失；預測

前言

煤炭資源作為重要的一次能源在全國能源生產和消費結構中分別占71.7%和67%，可見煤炭資源對于我國國民經濟的發展和社會的進步發揮著舉足輕重的作用[1-3]。但是在煤礦建設過程中會大量破壞地表植被，顯著改變土壤結構，同時產生大量棄土棄渣，這一切都引起和加劇了水土流失這一公認的礦區頭號環境問題[4-5]。如何有效防治水土流失已成為實現煤礦區可持續發展的關鍵之一，而其中一個重要基礎就是如何準確預測水土流失強度、數量、危害等。因此，文章以陜北神木縣郝家溝煤礦為例，對其建設過程中水土流失進行科學預測，為該煤礦水土流失防治提供科學指導，也為同類煤礦水土保持工作提供參考。

1 郝家溝煤礦概況

1.1 建設工程概況

郝家溝煤礦位于陜北神木縣NW318°，距神木縣直距約38km，行政隸屬神木縣孫家岔鎮。該煤礦井田面積2.7783km2，主采3-1煤層，煤炭資源總量為6.25Mt，其中保有資源總量4.76Mt，可采儲量為3.1Mt。郝家溝煤礦設計生產能力0.21Mt/a，礦井服務年限11.2a。

1.2 礦區自然環境概況

郝家溝煤礦位于陜北黃土高原北端，屬典型黃土高原地貌。區內溝谷縱橫，樹枝狀水系發育，水土流失嚴重。該區屬中溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫8.4℃，多年平均降雨量414.2mm，多年平均蒸發量2111.2mm，年均風速2.20m/s。根據神木縣水土保持區劃，郝家溝煤礦隸屬長城沿線風沙草灘強度侵蝕防風固沙區，平均侵蝕模數5256t/km2·a，年侵蝕總量1639.87萬t，侵蝕以風蝕為主。

2 郝家溝煤礦建設過程中水土流失預測

2.1 預測目的與依據

根據郝家溝煤礦建設特點，在分析煤礦建設過程中可能損壞、擾動地表植被面積，棄土棄渣的來源、數量、堆放方式、地點及占地面積的基礎上，結合當地水土流失特征，進行綜合分析論證，采用科學合理的預測方法，對可能造成的水土流失的形式、強度、數量、危害等作出預測評價，為制定水土流失防治措施的總體布局和各單項防治措施設計提供依據。預測的依據主要是《開發建設項目水土保持方案技術規范》、《土方侵蝕分類分級標準》、《陜西省神木縣郝家溝煤礦煤建設實施方案開采設計說明書》等。

2.2 預測內容與方法

根據《開發建設項目水土保持方案技術規范》的規定和該煤礦區水土流失特點，確定預測內容主要包括以下6個方面：

（1）擾動地表面積預測；（2）損壞水土保持設施面積預測；（3）棄土棄渣量預測；（4）新增水土流失量預測；（5）水土流失總量預測；（6）可能造成的水土流失危害預測。

水土流失主要采用資料調查、經驗公式方法，有關預測參數的確定采用該區同類工程類比分析。

2.3 預測結果

依據郝家溝煤礦設計資料，確定預測范圍為各類型區內工程建設及擾動區域，主要包括：工業場地防治區、場外公路防治區、排矸場防治區、炸藥庫防治區及輸電線路防治區。

2.3.1 擾動地表面積預測

通過資料收集和實地踏勘，對預測范圍內各類型區擾動地表面積進行統計匯總，見表1。

由表1可知：郝家溝煤礦建設過程中擾動地表面積共計為8.36hm2。

2.3.2 損壞水土保持設施面積預測

郝家溝煤礦建設過程中損壞的主要是具有水保功能的荒草地，其擾動面積即為損壞水土保持設施面積，為8.36hm2。

2.3.3 棄土棄渣量預測

根據郝家溝煤礦建設可行研究資料，建設過程中主要的土石方來源于井巷開拓、工業場地平整、建筑物地基開挖、場外公路路基挖填和供排水管線敷設等。挖填方量均換算為自然方。經統計，工業場地平整開挖2.75萬m3，回填1.91萬m3，廢棄0.84萬m3；建筑物地基開挖5.92萬m3，回填2.55萬m3，廢棄2.02萬m3；井巷開拓開挖0.2萬m3；場外公路開挖0.78萬m3，回填2.33萬m3；水源及供水管線敷設開挖0.18萬m3，回填0.18萬m3；輸電線路開挖0.1萬m3，回填0.1萬m3；排矸場開挖0.2萬m3，回填0.1萬m3，廢棄0.1萬m3。由此可知，郝家溝煤礦建設過程中棄土棄渣量共計為2.96萬m3。

2.3.4 新增水土流失量預測

對郝家溝煤礦建設過程中5類分區可能新增的水土流失量進行統計匯總。工業場地占地面積2.52hm2，新增水土流失量264.6t；場外公路占地面積4.33hm2，新增水土流失量227.33t；排矸場占地面積0.8hm2，新增水土流失量69.84t；水源及供水管線占地面積0.52hm2，新增水土流失量13.65t；輸電線路占地面積0.19hm2，新增水土流失量4.8t。由此可知，郝家溝煤礦建設過程中可能新增水土流失量共計為580.21t。

2.3.5 水土流失總量預測

在計算5類分區可能新增的水土流失量的基礎上再疊加背景流失量，得到郝家溝煤礦建設過程中水土流失總量。工業場地擾動后侵蝕模數為15800t/km2·a，水土流失總量398.16t；場外公路擾動后侵蝕模數為15800t/km2·a，水土流失總量342.07t；排矸場擾動后侵蝕模數為27160t/km2·a，水土流失總量108.64t；水源及供水管線擾動后侵蝕模數為15800t/km2·a，水土流失總量20.54t；輸電線路擾動后侵蝕模數為15300t/km2·a，水土流失總量7.27t。由此可知，郝家溝煤礦建設過程中水土流失總量為876.68t。

2.3.6 可能造成的水土流失危害預測

水土流失產生的影響及其危害在井田范圍內均存在，主要表現為：（1）工程建設與開采過程將占用或破壞一定數量的荒草地，對原有地表植被、土壤結構會產生一定的影響，降低原地表水土保持功能，加劇地表水土流失，降低植物生產力。（2）煤礦建設區水土流失如得不到及時有效的治理和控制，會引起本礦區鐵路、公路沙害，降低其運營能力和綜合經濟效益。工業場地裸露土地和新開挖邊坡，若不采取必要的防護措施，人為加劇水力侵蝕，導致邊坡失穩，堵塞路基排洪措施，影響礦井正常安全生產。

3 結束語

（1）郝家溝煤礦建設過程中擾動原地表面積為8.36hm2，損壞水土保持設施和具有水土保持功能設施的總面積為8.36hm2。（2）郝家溝煤礦建設過程中棄土棄渣量共計為2.96萬m3；可能新增水土流失量580.21t；水土流失總量為876.68t。（3）工程建設破壞一定數量的荒草地，對原有地表植被、土壤結構會產生一定的影響，降低原地表水土保持功能，加劇地表水土流失，降低植物生產力。若得不到及時有效的治理和控制，會影響礦井正常安全生產，同時會引起本礦區鐵路、公路沙害，降低其運營能力和綜合經濟效益。

參考文獻

[1]宋世杰.煤炭開采對煤礦區生態環境損害分析與防治對策[J].煤炭加工與綜合利用，2007（4）：44-48.

[2]宋世杰.榆神府礦區煤炭開采對生態環境損害的定量化評價[D].西安科技大學，2009.

[3]宋世杰.基于關鍵地礦因子的開采沉陷分層傳遞預計方法研究

[D].西安科技大學，2013.

[4]鄒兵華，李占斌，李鵬，等.石窯店煤礦建設及生產過程中水土流失預測研究[J].水土保持通報，2008，28（5）：28-32.

[5]劉國彬，楊勤科，陳云明，等.水土保持生態修復的若干科學問題[J].水土保持學報，2005，19（6）：126-130.

作者簡介：聶文杰（1981-），男，漢族，工程師，在讀博士，主要從事礦山環境工程教學與科研工作。