整合煤礦水土流失防治措施體系構建探析
——以山西汾西正城煤業有限責任公司為例

郭圣浩

(山西省水土保持生態環境建設中心，山西 太原 030002)

2016—2017年，山西省牢固樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節約資源和保護環境的基本國策，堅定推行供給側結構性改革和去產能政策。兩年間全省共整合關閉煤礦52座，退出煤炭產能4 590萬t，2018年預計將退出煤炭過剩產能2 300萬t。了解整合關閉煤礦特性，對主體工程進行科學合理的水土保持評價，準確預測水土流失范圍與水土流失量，進而構建符合項目特性的水土流失防治措施體系，是當前水利水保工作需要研究與解決的問題。

1 項目概況

山西汾西正城煤業有限責任公司位于孝義市兌鎮鎮偏店村、下令狐村一帶，東距孝義市城區約13 km，地理坐標在111°38′42″～111°40′08″E、37°05′05″～37°06′40″N之間，由紅花溝、南尾溝兩座煤礦整合而成，礦井生產能力90萬t/a，主要由工業場地、場外道路(包括進場道路和排矸場道路)、排矸場、取土場和輸電線路等組成。

1.1 征占地

項目總占地面積16.07 hm2(永久占地面積14.52 hm2、臨時占地面積1.55 hm2)，其中：工業場地占地9.93 hm2，場外道路占地1.37 hm2(包括進場道路占地1.02 hm2、排矸場道路占地0.35 hm2)，排矸場占地3.20 hm2，取土場占地0.50 hm2，輸電線路占地1.07 hm2。

1.2 土石方平衡

項目主體工程總挖方量24.04萬m3，總填方量10.28 萬m3、總棄方量13.76萬m3。剝離表土0.17萬m3，這些表土將全部用于后期綠化及植被恢復，其他多余土石方13.76萬m3均堆放于排矸場內。

1.3 項目整合及銜接情況

原有煤礦的相關情況：①均無水土保持設計。②沒有廢棄矸石遺存情況。③井田范圍內，歷史采空區面積19.21 hm2，全部為2號煤層采空區(其中紅花溝9.72 hm2、南尾溝9.49 hm2)。④南尾溝雖為過渡礦井，但井筒長久失修已經報廢，已無利用價值；井筒主立井、回風立井和行人下料井將在礦井投產后關閉，回風立井現已關閉。⑤南尾溝礦井所有廢棄場地均被重組后利用。⑥紅花溝礦整合后由孝義市人民政府組織實施關閉。現所有地面部分均被孝義華康集團利用，將不計列其廢棄場地。

主體設計：①將南尾溝礦工業場地改造為整合后礦井的工業場地。②改擴建南尾溝礦進場道路為整合后礦井進場道路。③改建南尾溝煤業輸電線路為整合后礦井雙回路輸電線路中的一條，同時再新建一條。④沿用南尾溝煤業有限公司輸水管線為整合后礦井輸水管線。⑤新建主斜井、副斜井和回風立井。⑥新建排矸場和排矸場道路。建設期所需炸藥將由當地公安部門解決，運行期所需炸藥將由地下爆破材料庫解決。

2 項目區自然條件

項目區位于呂梁山東翼，地貌類型以黃土丘陵階地為主，屬暖溫帶大陸性季風氣候區。多年平均氣溫10.1 ℃，大于10 ℃的積溫3 664 ℃。年均降水量474 mm、蒸發量1 919.1 mm。年均無霜期為165 d，最大凍土深度72 cm。年均風速2.1 m/s，主導風向為西風，次主導風向為西北風。土壤類型主要為褐土性土，植被多為暖溫帶落葉闊葉林，林草覆蓋率為9.07%。項目區屬西北黃土高原區，水土流失類型以水力侵蝕為主，土壤侵蝕模數為2 473 t/(km2·a)，容許土壤流失量為1 000 t/(km2·a)。

3 主體工程水土保持分析評價

3.1 建設期水土流失因素分析

整合項目在工程建設期的水土流失主要來自于改擴建進場道路、修建輸電線路、新建排矸場道路、井巷工程及工業場地內新建建構筑物工程5個方面。改擴建進場道路、修建輸電線路和新建排矸場道路工程中的路基開挖作業使原生地貌遭到破壞，地表土壤結構及植被將被徹底破壞，同時產生大量的土石挖方、填方，如不合理堆放，并有效防護將極易引發水土流失。工業場地內新建建構筑物工程對周邊的影響范圍也相對較大，主要是基礎開挖及回填對地表的擾動，以及施工中臨時占地對地表的擾動，如不采取措施，也極易產生水土流失。

3.2 生產期水土流失因素分析

項目在生產運行期由于所產矸石全部堆放于排矸場內，故影響水土流失的主要環節是排矸場堆放矸石和垃圾、排矸運輸過程，取土場取土作業，以及采空沉陷影響區。采空沉陷影響區在地應力作用下形成地表裂縫、地面沉降塌陷，導致下墊面變化，影響地表植物的正常生長，破壞了農業生產環境，同時對淺層地下水也造成一定程度的破壞，如果不進行科學的預測和及時有效的防護，將增大水土流失的發生頻率。

3.3 項目組成水土保持評價分析

從占地類型分析，項目占地大部分為原有占地，只有少量新增的其他草地和灌木林地。項目工業場地緊密結合周邊地形地貌，地面布置集中緊湊，功能分區合理明確；其他設施圍繞礦井場地集中布置，壓煤面積小；各車間聯絡方便，水、電、路、通信等公共設施和場區設施工程量小、投資少。經分析后認為主體工程在占地類型、面積和占地性質上具有可行性，有利于水土保持工作的開展。

排矸場選址符合《開發建設項目水土保持技術規范》(GB 50433—2008)和《煤炭工業礦井設計規范》(GB 50215—2005)中有關排矸場設置的相關規定。

項目將在工業場地布設綠化措施，增加場內綠化面積，改善周邊環境；但因場區綠化系數未能達到水土保持規范要求，故應增加場區內植物措施的布設。

項目將改擴建進場道路和新建排矸場道路，工程將對周邊原有地貌、植被造成一定程度的破壞，應布設水土保持措施，避免因工程建設而產生新的水土流失。

項目將改擴建一條輸電線路和新建一條輸電線路，工程開挖回填土方及臨時占地工程將對周邊原有地貌、植被造成一定程度的破壞，應布設水土保持措施，避免因工程建設而產生新的水土流失。

項目在建設期的挖填方主要來自于工業場地平整、新建建構筑物及井巷工程、改建進場道路、新建排矸場道路工程、新建輸電線路工程及新增占地的表土剝離工程。多余土方13.76萬m3均廢棄于排矸場內。項目充分利用了工程建設挖方，減少了廢棄土石方量，避免了因堆放土石方而占用原生土地面積，減少了水土流失量。

4 水土流失預測

該項目水土流失防治責任范圍包括項目建設區和直接影響區，總面積為166.14 hm2，其中項目建設區面積為16.07 hm2、直接影響區面積為150.07 hm2。將水土流失防治范圍劃分為6個區，即工業場地防治區、場外道路防治區、排矸場防治區、取土場防治區、輸電線路防治區和采空沉陷影響防治區。

水土流失預測的目的在于根據該項目建設及生產運行特點，在分析建設生產過程中可能損壞、擾動地表植被面積，棄土棄渣的來源、數量、堆放方式、堆放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，采用合理的預測方法對可能造成的水土流失形式、強度、數量、危害等做出預測評價，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。

預測結果為：工程建設造成水土流失總量9 898 t，其中原地貌水土流失量4 777 t，新增水土流失量5 121 t。

5 布設水土流失防治措施體系

在對主體工程已有水土保持功能措施進行分析和評價的基礎上，補充完善了各防治區水土保持措施，使新增措施與主體工程設計的水保措施共同構成完善的防護體系。水土流失防治措施體系見圖1。

5.1 工業場地防治區

(1)主體已有措施：①場內綠化工程，面積1.77 hm2；②場內排水溝，長1 096 m；③漿砌片石擋墻，圬工體積7 524 m3；④場內布設有兩條排洪涵管，總長1 040 m。

(2)水保新增措施：①場內綠化工程，面積0.24 hm2；②臨時苫蓋，907.5 m2。

5.2 場外道路防治區(進場道路)

水保新增措施：①剝離表土0.1萬m3；②道路一側修筑排水溝，長850 m；③道路一側布設植被措施，長850 m；④部分路段采取布設護腳墻防風化和植草護坡的方法，長800 m；⑤表土臨時苫蓋1 400 m2。

圖1 水土流失防治措施體系

5.3 場外道路防治區(排矸場道路)

水保新增措施：①剝離表土0.07萬m3；②道路一側修筑排水溝，長580 m；③道路一側布設植物措施，長580 m；④部分路段采取布設護腳墻防風化和植草護坡的方法，長500 m；⑤表土臨時苫蓋1 400 m2。

5.4 排矸場防治區

水保新增措施：①排矸場下游溝道布設漿砌石擋矸墻1座，長50 m；②排矸場兩側山坡布設截、排水溝，長415 m；③排矸場馬道排水溝，長390 m；④消力池，2座；⑤排水涵管，長360 m；⑥對矸石堆進行綠化，所需覆土量3.88萬m3；⑦渣體坡面栽植灌木進行植被恢復，栽植面積0.79 hm2，共需紫穗槐3 672株；⑧棄渣完成在渣體頂面采用喬、灌結合的方式進行植被恢復，喬木選擇刺槐，灌木選擇沙棘，共計恢復植被面積2.41 hm2。

5.5 取土場防治區

水保新增措施：①設計整地方式為全面整地，機械施工，植被恢復面積0.5 hm2；②臨時截排水溝長220 m。

5.6 輸電線路防治區

(1)主體已有措施：土地平整共計1.05 hm2。

(2)水保新增措施：植被恢復撒播披堿草，共計1.05 hm2。

5.7 采空沉陷影響防治區

水保新增措施：綜合治理106.56 hm2。

6 思考與建議

整合關閉煤礦既有別于其他行業的行業建設、生產特性，又有因“整合關閉”而帶來的歷史采空區、廢棄場地、整合后重新利用場地、變動防治責任范圍等一系列問題。在建立水土流失防治措施體系時，一定要具體問題具體分析，在充分了解項目組成、施工組織、主體工程設計的基礎上，工程措施、植物措施、臨時措施并舉，最大限度地避免人為水土流失。

值得注意的是：要對采空沉陷區水土流失進行預測和防治，特別是要確定歷史采空區的防治責任范圍；對各個整合煤礦的人為擾動場地進行逐一辨別，理清所有利用場地和廢棄場地的水土流失狀況，再結合主體工程設計中具有水土保持功能的措施，布設完整的水土流失防治措施體系；整合關閉煤礦的施工組織設計，以預防為主，綜合治理為輔，注重施工過程中的臨時防治措施和表土剝離利用措施，在有條件的地區盡量布設臨時措施避免永久占地，在可能進行植被恢復的地區若有條件時應進行表土剝離。