府谷縣恒益煤礦建設水土流失預測及對策

張繼斌

（陜西省府谷縣水土保持監督站，陜西 府谷 719499）

1 概況

府谷縣恒益煤礦位于府谷縣西北約68 km處的老高川鄉境內，是一家以煤炭生產和經營為主的股份制企業。依據陜西省國土資源廳《關于劃定府谷縣恒益煤礦（整合區）礦區范圍的批復》，是由原府谷縣三道溝鄉炭窯渠煤礦和東風聯辦煤礦經搬遷、置換整合而成。新劃定井田范圍呈不規則形狀，面積約10.63 km2，礦井保有資源儲量總量為41.72 Mt，設計生產規模0.90 Mt/a，服務年限21.7 a。本井田采用三平硐開拓方式，采用長壁綜采機械化采煤工藝。為了為項目建設及水土保持提供科學依據，需對項目區水保現狀和水土流失以及項目建設可能產生的水土流失量進行預測。

2 項目區水土流失及水保現狀

2.1 水保現狀及土流失防治分區

府谷縣恒益煤礦地處黃土高原北部，毛烏素沙漠南緣，地勢東北高西南低，區內土壤為黃土和風沙土，植被類型為森林草原植被，平均覆蓋率約32.8%。項目區屬國家級水土流失重點監督區和重點治理區，同時也是陜西省水土流失重點治理區和重點監督區，區域容許土壤流失量為1000 t/km2·a。

2.2 項目區水土流失現狀

府谷縣恒益煤礦屬型的中溫帶半干旱大陸性氣候，多年平均降雨量434.1 mm，平均蒸發量1712 mm，平均風速2.3 m/s，起沙風速5.0 m/s，主導風向為西北風.依據2004年《窟野河流域遙感調查圖》，通過綜合分析，確定礦區周邊土壤侵蝕類型有風力和水力侵蝕，以水力侵蝕為主，水蝕強度屬極強度侵蝕區，侵蝕面積占總面積的70.1%，平均侵蝕模數為15000 t/km2·a；風蝕強度屬中度侵蝕區，侵蝕面積占總面積的29.9%，平均侵蝕模數為 3500 t/km2·a。

3 水土流失預測

3.1 預測范圍、時段及內容

根據府谷縣恒益煤礦建設總體布局和生產運行期造成的水土流失特點，確定本工程水土流失預測范圍包括：工業場區、地面炸藥庫、排矸場、場外道路、供水管線和輸電通訊線路區共六個預測單元。預測總面積為17.35 hm2。項目可能產生的水土流失量按建設期（包括施工準備期）和自然恢復期兩個時段進行預測。依據《開發建設項目水土保持技術規范》和該項目區水土流失特點分析，項目建設期和生產期的水土流失預測內容包括：建設期擾動破壞原地貌、占壓原地表面積預測，生產期開采沉陷區擾動、破壞原地貌、占壓土地面積預測；棄土、棄石、棄渣量預測；損壞水土保持設施面積和數量預測；可能造成水土流失量預測。

3.2 預測方法

本工程主要采取引用試驗資料法、經驗公式法和資料調查法相結合的方法進行預測。

3.2.1 擾動、損壞原地貌、土地和植被面積的預測

根據府谷縣恒益煤礦工程設計資料，以主體工程的征用、占用地資料為準，按照前述擾動、損壞原地貌土地和植被面積的預測方法，結合現場調查結果,計算出工程建設擾動原地貌、破壞土地及植被面積為17.35 hm2，擾動破壞的土地類型大部分為天然草地和少部分灌草地。工程建設擾動原地貌、破壞土地及植被面積見表1。

表1 工程建設擾動原地貌、破壞土地及植被面積表單位：hm2

生產期矸石排放造成的擾動面積根據矸石排放量、排放工藝及排矸場地形進行預測；沉陷區擾動地表面積的預測采用概率積分法對首采盤區進行預測，預測井田范圍內地表移動、變形的程度及范圍。利用充分采動條件下的地表移動與變形最大值公式計算，經計算，方案服務期內煤層開采后地表沉陷面積為111.62 hm2。

3.2.2 棄土、棄渣量預測

依據主體工程設計文件，統計分析建設期和生產期的棄土棄渣量。建設期的棄渣主要來自井筒掘進矸石、工業場區建設及場外道路建設；生產期的棄渣主要來自井下開采產生的掘進矸石以及地面洗選矸石，根據各項工程開挖量、回填量與棄渣量的關系，推算出各時段、各區的棄土、棄渣總量，結合現場踏勘中確定的對不同區域棄土棄渣量的調配方案，按照調配方案確定可能產生的棄渣總量。[棄方]=[挖方]+[區間調入]+[外借]－[填方]－[區間調出]。經調查測算本次整合工程建設動用土（石）方總量 55.58萬 m3，其中：挖方 27.65萬 m3，填方27.93萬 m3，新建工程土石方挖填均得到了平衡，無棄方。由于煤礦生產運行期建設活動是在井下煤層中進行，產生的少量渣石利用井下廢巷道就近封閉處理，因此項目在生產運行期井下不外排固體廢棄物，只是在地面篩分系統年產生煤矸石80 t左右，在排矸場集中回填。

3.2.3 可能造成的水土流失面積預測

依據主體工程設計圖件，結合現場調查測算損壞水土保持設施的類型和數量。通過對工程施工準備期、施工期水土流失影響因素分析，確定建設期各施工區在建設過程中引發水土流失總面積17.35 hm2；自然恢復期，除井巷道掘進外，地面其它建設工程全部完工，工業場區大部分地段被廠房和各種設施覆蓋或硬化，不產生水土流失；只有植物措施恢復區由于植被尚未完全恢復而仍有一定的水土流失，其植被恢復面積為6.26 hm2。

3.2.4 土壤侵蝕模數的確定

據現場調查，工程建設區地貌類型屬典型的黃土丘陵區，占地類型大部分為荒草地，少量為荒地，因此，可以確定出項目區各防治分區侵蝕模數背景值：荒坡地風蝕模數取3500 t/km2·a，水蝕模數取 15000 t/km2·a；荒草地風蝕模數取 3000 t/km2·a，水蝕模數取12000 t/km2·a。新建工業廣場擾動水蝕模數取原地貌的2.0倍；場外道路、排矸場、供水工程、供電線路等擾動后水蝕模數取原地貌的3.0倍。在自然恢復期植被逐漸恢復，擾動后的侵蝕模數逐步減小，因此，各防治分區植被恢復系數參照窟野河小流域綜合治理成果驗收資料第一年、第二年和第三年分別按擾動后值依次減少20%、60%、90%的比例來估算。

3.3 預測結果

3.3.1 施工期（包括施工準備期）新增水土流失量預測

根據前述確定的土壤侵蝕模數及預測年限，計算出工程建設期原地貌侵蝕量為0.27萬t，擾動地貌侵蝕量為0.67萬t，新增侵蝕量為0.40萬t。

3.3.2 自然恢復期新增水土流失量預測

進入自然恢復期，只有工業場區的綠化區、排矸場、道路邊坡和供水管線的恢復區產生水土流失，其他區域為建（構）筑物、道路及廣場、排水溝等均不產生水土流失。根據前述確定的該期侵蝕模數及自然恢復年限，計算出自然恢復期原地貌侵蝕量為0.70萬t；擾動地貌侵蝕量為0.84萬t，新增侵蝕量為 0.14萬 t。

3.3.3 工程建設可能造成的新增水土流失總量預測結果

根據上述新增水土流失預測估算，煤礦整合工程在建設過程中可能造成的土壤流失總量為1.50萬t（其中風蝕量為0.38萬t，水蝕量為1.12萬t），新增侵蝕量0.54萬t（其中風蝕量為0.15萬t，水蝕量為0.39萬t）。不同預測時段新增流失量見表2。

表2 工程建設新增土壤流失量預測結果總表 單位：t

4 防治措施及意見

根據水土流失預測結果和水土流失防治分區結果，結合主體工程已有水土保持功能的工程布局，采取工程防護措施、植物防護措施與臨時防護措施相結合的綜合防護措施體系，有效制止工程建設期新增水土流失。

4.1 工程防護措施

為了防止工業場區受秦家溝上游支溝洪水影響造成井下透水，根據《小流域暴雨洪峰流量計算辦法》，結合當地流域特征得：百年一遇的洪峰流量9.05 m3/s，三百年一遇的洪峰流量10.6 m3/s。規劃在場區北側沿場地北側設計了一條長750 m、寬4 m、高2 m的涵洞，其最大排洪量為16 m3/s，可輸導季節性洪水對礦井工業場地的威脅；另外在工業場地周圍坡角設置排水明溝和排水暗管等排水工程，雨水引至場外低洼處排放。對場區開挖山體采用漿砌石格加植草皮護坡；在開挖邊坡距坡頂2 m處設置山坡截洪溝，沿場地周圍坡角設排水溝將地表徑流引至場區下游主溝道。新增場區場區綠化用地的土地平整措施：土地整治面積4.63 hm2。

4.2 植物防護措施

在土地平整后，需對施工區進行植被綠化，以防風固土。具體為在工業場區周邊營造防風林帶，在道路兩側栽植道路防護林帶及綠籬，在辦公區空地設置花壇，園林綠化費用按照50萬元/hm2進行計算，采用圓柏、旱柳、黃刺梅、沙柳等喬、灌木，新增植物措施面積6.78 hm2，栽植各類樹木13000株，園林綠化面積1.80 hm2。排矸場設計最大壩高24 m，對達到設計壩高的排矸場平臺、頂部和邊坡將逐步進行平整后恢復植被面積為1.40 hm2。撒播紫花苜蓿210 kg/hm2，在管溝沿線土地平整后進行人工種草恢復植被，撒播量紫花苜蓿150 kg/hm2。在輸電線路恢復區人工種植紫花苜蓿恢復植被，撒播量紫花苜蓿150 kg/hm2。

4.3 臨時防護措施

在項目建設中，對場區建筑物施工區需采取定期灑水降塵措施，防治工程建設期的風蝕。礦區道路、排矸道路和至炸藥庫道路工程，供水管線剝離表土堆放區外側設置草袋裝土臨時擋墻總長度為6000 m，則草袋裝土臨時擋墻工程量892.00 m3。建礦區道路、炸藥庫道路和排矸道路長1900 m，將廠外道路區開挖土方集中堆放于沿路基一側，采用草袋擋墻臨時防護，然后分層回填碾壓。

5 結語

根據府谷縣恒益煤礦建設特點，在分析評價主體工程建設過程中可能擾動地表面積，棄土棄渣來源、數量、堆放形式、地點以及占地面積的基礎上，結合項目區水土流失特征和影響范圍，采取合理、準確的預測方法，預測礦區建設、生產過程中可能造成的水土流失量為1.50萬t，新增侵蝕量0.54萬t。新增水土流失量最大的區域是排矸場區和生產場區。針對水土流失預測結果，劃分了水土流失防治分區，提出了各防治分區的防治目標及措施布局,并從工程措施、植物措施和臨時防護措施三方面提出相關對策，以最大限度地減少項目建設造成的水土流失。