天云煤礦排矸場水保方案變更與穩定性分析

孫 飛,白志東

(1.陜西省榆林市橫山區水利水電工作隊，陜西 榆林 719112；2．陜西省榆林市橫山區定惠渠管理處， 陜西 榆林 719112)

橫山區天云煤礦位于魏家樓鄉施陽臺村南部。煤礦范圍南北寬約8.50 km，東西長約20.0 km，井田總體規劃面積89.51 km2，獲得探礦權面積35.74 km2，地質儲量7.56億t，屬侏羅紀煤層。工程主要包括礦井工業場地、排矸場等工程。礦井工業場地屬于灘地類型，場地較為平坦開闊。排矸場位于礦井東南方向約550 m處的山溝內，地表受風蝕和水蝕相互作用，其水土流失區裁量平均侵蝕模數為4300 t/(km2·a)。工程在建設中，由于建設地點、規模和建設相關內容發生一定變化，造成排矸水保建設內容也出現相應調整。為了確保項目長效發揮作用，順利驗收，需對排矸場變更的水土保持措施及其穩定性進行分析評價。

1 數據監測

1.1 監測點布設

為了實時掌握排矸場建設及其水土流失、水土保持情況，根據項目建設情況，成立了項目監測小組，制定了監測工作路線。依據《水土保持監測技術規程》(SL 277—2002)[1]中監測點布設原則和選址要求，在實地踏勘的基礎上，針對排矸場的建設特點、施工布置、水土流失類型、植被狀況、水土保持措施布局等，共布設固定監測點7個，調查監測點15個。主要監測內容有水土流失因子監測，主要為排矸場地形、地貌、植被擾動面積的變化、棄渣量及堆放面積等；水土流失狀況的監測，主要包括水土流失量及程度的變化、對周邊和下游地區造成的災害及其變化趨勢；水土保持措施及效果監測，包括水土保持防治措施的數量和質量、林草的生長、攔渣率等，水土流失危害監測等。

1.2 監測方法及頻次

監測方法主要采用遙感監測、調查監測[2]、現場巡查、地面定位監測、查閱工程建設資料等。水土流失量采用侵蝕溝斷面法、插釬法、簡易小區法等測量，水土流失危害和水土保持措施效果監測采用普查法、抽樣調查法、現場巡查法[3]等。

該項目風蝕監測頻次：11月中旬至次年5月中旬，每月1次，如遇大風加測一次。水蝕監測頻次：在施工期每年的5月(汛前)、6—9月(汛中)、10月(汛后)各全面監測一次。6—9月每月一次，遇暴雨(24 h降雨量大于100 mm)加測一次。擾動地表面積、破壞植被面積及程度、棄渣場排棄數量和壩址開挖、填高高度、邊坡情況及占地面積等監測，施工期前、中、末各1次。

2 排矸場建設中水保變化情況分析

2.1 防治責任范圍變化分析

建設期，建設單位根據天云煤礦水保設計方案中確定的排矸場，在礦井工業場地東南方向的山溝內建設一處排矸場，用于排放建設期棄渣和3年運行期的矸石。所選排矸場地呈U型，溝底地形平緩，溝長1435 m，寬220 m，溝道坡降4.3%，初期壩以上匯流面積為23.05 hm2。根據先攔后棄的原則，建設單位在溝口處修筑一道攔矸壩，壩體為黃土均質碾壓壩。排矸場壩址處未發現不良工程地質問題，排矸場下游 500 m范圍內無村莊。原水土保護方案中排矸場區防治責任范圍面積為16.18 hm2，設計堆高35 m時，最大庫容可達135.5 m3，實際建設中，排矸場區防治責任范圍面積為15.68 hm2，較水保方案批復面積減少了0.50 hm2。

2.2 排矸場水保工程措施分析

排矸場區完成的水土保持工程措施為建設攔矸壩1座、消力池1座。在攔矸壩壩肩修建陡坡排水溝，使上游匯水通過陡坡排水溝流入下游 ，陡坡排水溝長216 m，排矸溝下游排水溝50 m，均采用M7.5漿砌石砌筑，底寬0.5 m，高0.5 m，邊坡1∶0.5，厚0.4 m。在棄渣形成的分級平臺處設置平臺排水溝，排水溝采用漿砌石結構，矩形斷面0.4 m×0.4 m，厚0.3 m，平臺排水溝380 m，主排水溝930 m、排水盲道1010 m、陡坡排水溝216 m、覆土7.8 hm2?，F場抽查結果表明，排水溝、護坡、攔矸壩工程等外觀質量好，混凝土、漿砌石表面平整，無明顯缺陷，可以有效起到保持水土的作用。工程變化情況見表1。

2.3 植物措施分析

采用普查和重點抽查相結合的方法，以檢查質量為重點，對于已經完成的內容重點核查栽植技術、林草覆蓋率、林草植被恢復率、生長度、密度和蓋度、成活率等。水土保持方案設計在排矸場下游排水明渠兩側布設防護林帶，兩側寬8 m，植喬木防護林帶，樹種為斷頭柳111株6.69 hm2,比設計少36.19 hm2。在未堆矸區撒播草籽，生產期排矸場平臺種植沙棘。目前，已完成渣場頂部沙棘種植2.39 hm2，撒播種草面積7.26 hm2。因排矸場下游排水明渠兩側場地原為臨時施工區，還未能及時開展喬木種植。在綠化質量檢查中共檢查10個點，根據調查結果，成活率普遍在95%以上，符合要求，同時草本植物的蓋度達到0.8以上，符合水土保持要求。

2.4 實際與設計對比分析

天云煤礦排矸場實際建設位置、規模、排渣量與原設計相比基本一致，現場完成的水土保持措施種類、數量與水土保持方案設計一致。實際防治責任范圍減少0.50 hm2，主要原因為矸場建設期對周邊溝道邊坡擾動面積減少，清理表土臨時堆放占地面積有所減少。

排矸場在實際施工中，防治責任范圍和工程措施、植物措施均發生了變化，具體見表1。經過現場踏勘和測量對比，綜合認為，本項目排矸場能夠按水土保持方案設計開展水土保持防治工作，排矸場水土保持工程總體評價合格，其運行與管理符合水土保持要求。

表1 排矸場設計方案與實際施工方案對比表

3 排矸場穩定性分析

天云煤礦排矸場建設前，建設單位委托地質災害評估單位對建設區開展了地質災害危險性評估和安全評價工作，經分析論證，項目建設區地質結構穩定，無滑坡、泥石流災害，屬一般地災防治區，適宜排矸場建設，均同意排矸場的選址、建設規模、排矸布置等。所以，現僅從水土保持角度，對排矸場穩定性進行分析評估。

3.1 排矸場等級與危害程度級別

根據渣場等級劃分，本項目排矸場最大庫容排渣量135.5萬m3，設計排渣量115.02萬m3，渣體排放最高35 m，屬4級渣場，危害程度級別為較輕級。

3.2 攔矸壩安全性分析

天云煤礦排矸場擋矸壩采用碾壓土壩建設，壩坡采用漿砌石護坡，攔矸壩高10 m，壩頂寬4 m，壩長75 m，上游邊坡比1∶2，下游邊坡比1∶1.5。壩體填筑材料為黃土均質土料，根據《堤防工程設計規范》[2]，要求干密度為1.550 g/cm3，含水率12%。查閱水土保持施工監理記錄，攔矸壩填筑黃土干密度為1.865 g/cm3，含水率13%，施工符合規范要求，施工資料齊全，可信度高，均在安全范圍內。

3.3 矸石堆放穩定性分析

排矸場渣體排放方式采取分層碾壓臺階式堆放，每高5 m設4 m寬馬道。矸石壩堆放分為5個臺階，矸石汽車配合振碾壓實，干容重達到1.860 g/cm3，矸石渣土外坡比為1∶7。經查閱資料，結合現場調查，矸石自然穩定坡角為40.0°，本項目排矸場設計矸石外坡角為8.5°，所以渣體堆放坡面穩定。

3.4 排矸場防洪安全

根據防洪標準，本項目排矸場防洪標準洪水重現期為100 a，查閱榆林市水文手冊，計算排矸場最大洪峰流量為2.09 m3/s。排矸場南部沿排矸道路修建有漿砌石主排水溝，長1150.0 m，梯形斷面，斷面尺寸為下底寬0.45 cm、上底寬1.70 cm、高0.60 cm，排水溝底平均比降3.2%。經核算，該排水溝排洪能力為2.72 m3/s，可滿足防洪標準要求。同時，排矸場馬道處建設有漿砌石矩形截水溝，與排矸場主截排水溝相連通。排矸場主截排水溝下游建設有消力池1座，消力池采用漿砌石結構，消力池長4.0 m，寬2.0 m，消力坎高0.8 m，厚度為0.4 m。

3.5 水土保持防治措施體系完整性分析

建設單位貫徹先攔后棄的要求，在排矸場建設攔矸壩，有效地防止了渣體的流失；布置了合理的截排水體系，及時有效地排除了渣場表面和渣體內部滲流，保證了矸石渣場的防洪安全；矸石渣體分臺階緩坡堆放，確保了渣體穩定；開展了渣場表土清理工作，為后期渣場覆土提供了土源，做到了土方的合理利用；完成的渣場平整覆土和綠化工程，有效地減少了水土流失，形成了比較規范的渣場運行管護制度。

綜合評價，認為本項目排矸場能夠按水土保持方案設計開展水土保持防治工作，排矸場水土保持工程總體評價合格。

3.6 穩定性分析結論

通過參考地災報告和安全評價對排矸場選址、建設規模的結論，判定渣場等級與危害程度級別，分析綜合渣場排渣方式、攔矸壩建設、防洪排水體系完整度、水土保持措施開展情況，認為本項目排矸場建設符合相關要求，為穩定排矸場。

4 結 語

天云煤礦排矸場區生態植被脆弱，按照項目建設開發要求，對排矸場水保建設實行了跟蹤監測。通過分析監測情況、監測數據，并對比，可知排矸場建設雖然在實際建設中方案有調整，但均符合水土保持規范要求，各項措施均達到了保護水土的作用，而且排矸場建設安全可靠，為穩定排矸場，可以正常使用，為項目驗收和水保工程投入運行提供了科學依據。