黃土丘陵溝壑區煤礦水土保持理念和技術應用

譚廷軍，李 虎，張永江，劉瓊海

(1.內蒙古智能煤炭有限責任公司，內蒙古 準格爾 017100；2.黃河水利委員會 晉陜蒙接壤地區水土保持監督局，陜西 榆林 719000)

內蒙古智能煤炭有限責任公司麻地梁煤礦位于鄂爾多斯市準格爾旗境內，土壤侵蝕分區屬于黃土丘陵溝壑區第一副區[1](以下簡稱“黃丘區”)，礦區地形復雜破碎，植被稀疏，水土流失嚴重。工業廣場選址在山坡梁峁下部，通過削坡填溝、修建重力斜坡式擋墻構筑了廣場平臺。依據所處地形和盡量減少土方量的水土保持技術理念，麻地梁煤礦縱向布置了兩個平臺，一個平臺為礦井工業廠區，另一個平臺為行政辦公區。工業廣場設計和構建過程中，在滿足煤礦生產和行政辦公等功能的前提下，其土建工程設計融入了水土保持理念。

1 工業廣場人工再塑地貌過程中的水土保持理念和技術

在構建工業廣場平臺時，根據原地形和工業廣場地需求進行空間矢量化設計，在滿足工業廣場設施布設面積需求的基礎上，細化土石方空間調配，最大限度地減少土方開挖和搬運。在水土保持理念的支持下，不但未增加工業廣場建設成本，還極大地優化了施工時序，減少了施工時間和成本。

1.1 合理設計縱向布置

因工業廣場設置在山坡上，故在構筑礦井工業廠區所需的場地時，必須搬山填溝改造地形。一階式大平臺工業廣場視覺上更加大氣、宏偉，但是需要開挖、搬運、回填的土石方量巨大，對自然環境擾動劇烈、施工時間長、施工所需場地大，會引起嚴重的水土流失。設計成臺階式場地，既可滿足工業廣場主體建筑物分布，又能避免進行大開挖，減少動遷土方量，減少施工時間、縮小施工作業面，進而減少人為水土流失。麻地梁煤礦最終采取水土保持理念，放棄了一階式大平臺工業廣場，設計構建了礦井工業廠區和行政辦公區兩階平臺。

1.2 合理剝離保護表土資源

在土方開挖時，對表土進行剝離、保護、回覆是水土保持技術規范要求的重要內容。自然穩定的表土層是土壤資源富集層，植被脫落形成的有機質、腐殖質、微生物和植物種子資源等大部分賦存在表土層中[2]。依據水土保持法規，動遷土方時要進行表土剝離保護、回覆利用。表土剝離的厚度、范圍、堆放保護措施在水土保持方案中均有具體設計，現場施工過程中還需要水土保持監理工程師根據土壤結構進行指導。

1.3 合理設計土方時空平衡

工業廣場進行人工地貌重塑，開挖回填土方量巨大，施工時間長，需要設計合理的土方時空平衡藍圖。按照工業廣場面積需求、微地形結構、橫向布置、縱向布置等要求設計橫縱開挖、土方回填、運輸路線等施工方案，最大限度減少土方開挖量和施工時間，進而有效減輕水土流失。

1.4 設計臨時防護措施

在黃丘區進行大規模人工地貌再塑需要較長的施工時間，很難避開雨季，必須設計臨時截排水、攔擋措施等，以保護施工場地。

1.5 微地形整治

在施工后期，需要將再塑地貌的開挖上塹邊坡削坡至穩定坡度，并在邊坡上部布設截水、降水蓄滲等措施，坡面整治要符合下一步護坡工程措施、植物措施施工對下墊面的要求。對堆墊邊坡土體較大、穩定性差需要修筑擋墻的，整平坡面并以擋墻邊坡施工要求整地，對無擋墻要求的堆墊邊坡整治至穩定坡度即可。

2 主體功能區建設過程中的水土保持理念和技術

2.1 行政辦公區水土保持措施

行政辦公區等人為活動頻繁區域，不適宜采用密集型水土保持植物措施，人行步道使用透水鋪裝，兩側點綴觀賞樹種和簇狀花草，并采用景觀下沉式樹坑。透水鋪裝可以滲透雨水，簇狀花草可以增加植被覆蓋，景觀下沉式樹坑可以蓄集雨水，使辦公區域環境與自然環境通透銜接，避免全部硬化帶來的環境隔絕感、因混凝土使用過多導致環境溫度升高等不利因素。

2.2 生態停車場植被構建

隨著汽車作為代步工具的極大普及，行政辦公區附近必須建設停車場以滿足職工出行需求。黃丘區工業廣場來之不易，主體功能需求量大，無法再滿足建設一個停車場的面積需求，而擠占綠化用地又會減少煤礦綠色面積。為此，麻地梁煤礦設計了生態停車場，地面用透水空心磚鋪裝并種植針葉草，車位之間用小型景觀喬木隔離，停車場周邊用灌木籬笆和景觀喬木圍擋，構建了一處花團錦簇的生態停車區。

2.3 人工水面與雨水蓄集利用

在干旱半干旱地區從事生產建設活動，需開展雨水蓄集利用[3]。麻地梁煤礦地處準格爾旗黃土丘陵溝壑區，屬干旱半干旱氣候區，在編報的水土保持方案中設計了雨水蓄集利用措施。為了在遠離城市的礦區營造宜居環境，麻地梁煤礦在面積有限的行政辦公區構建了一處景觀休閑區，并在景觀休閑區修建了一座景觀水池。在設計水池時，綜合考慮了行政辦公區匯水面積、下沉式整地等措施對雨水的影響，使水池在雨季具有蓄水滯洪庫容，確保水池在雨季可以收集行政辦公區地面徑流，蓄集利用雨水，遇到暴雨時，能夠起到削減辦公區洪水流量的作用。

2.4 人工堆墊臺階與邊坡防護措施

為了滿足工業廣場建設需求，通過開挖山坡、堆墊沖溝等措施，麻地梁煤礦工業廣場共構建了兩階平臺，第一階平臺的西南兩側均為堆墊邊坡。煤礦工業廣場平臺需要一定強度的承載力，因此護坡措施必須兼顧穩定強度與環境和諧。麻地梁煤礦利用混凝土、漿砌石、拱形骨架護坡等工程措施對邊坡進行固定，在拱形骨架中種植沙棘、紫穗槐、檸條等深根固土耐旱灌木，用水土保持工程措施和灌木深層根系對邊坡進行物理、植物雙重固定。工程、植物綜合護坡，既滿足了工業廣場邊坡穩定安全的需要，又利用植被改善了生態環境，對營造美麗和諧的工作和居住環境大有裨益。

2.5 人工步道與排洪渠共建

麻地梁煤礦修建在黃丘區的山坡地帶，山坡洪水嚴重影響其安全運行，洪水攜帶的泥沙也會影響工業廣場的環境美觀，建設攔截和排導洪水設施是工業廣場建設的必要任務[4]。工業廣場排洪工程勢必要跨越護坡擋墻工程，而兩個平臺間也需要人行步道，麻地梁煤礦將兩項需求進行疊加，在兩平臺間設計構建了洪水和行人步道結合的通道。在遠離人居的護坡擋墻處，排洪水渠設計為臺階式明渠，雨季暫時禁止通行，非雨季作為人行步道，滿足了工業廣場的通行需要和排水泄洪需求，同時還節約了場地。在人員通行需求大的護坡擋墻處，修建急流槽暗渠，上覆蓋板作為臺階式步道，同樣節約了場地。

3 山地公園與工業廣場山坡上部匯水面整治

黃丘區煤礦工業廣場處在水土流失嚴重的山坡下，對上游匯水面的整治關乎整個工業廣場的安全運行和人居環境質量。麻地梁煤礦在對礦區上游坡面進行水土保持生態治理時，按照山地公園的功能需求進行了水土保持措施規劃設計，從山頂到坡底，針對不同的地形采取了不同的治理措施，做到了水土保持措施景觀設計、山水園林路居統一規劃、滲蓄攔截導排綜合治理。在治理上游荒坡水土流失時，將園、林、路按照城市園林的標準統一進行設計、建設、管理，最大限度地蓄集雨水，防止水蝕。

3.1 陡坡大坡面修建窯洞進行護坡整治

黃丘區侵蝕形成的坡面坡度大，土壤瘠薄，植被恢復措施實施難度大。麻地梁煤礦結合礦區功能需求，采取了北方箍窯式擋墻護坡措施，將原本應當修建重力式擋墻的陡坡，上部松散表土剝離堆放，下部修建為窯洞，在窯洞頂部回覆表土并種草，院落修建為臺階式平臺種植花草。將原本千篇一律的陡坡擋墻打造為具有地域特色的農家小院，可以當作接待和辦公用房、庫房等。其余陡坡利用魚鱗坑、反坡梯田、水平溝、水平階等進行密集整地，對礫石多、巖石外露的陡坡修筑工程護坡或客土植樹，形成喬灌密集植物護坡。

3.2 緩坡面植物措施加降水蓄滲措施

緩坡梁峁坡地面積較大、坡度較緩、土質較好，可以進行高標準整地，引進景觀類林草品種，建設蓄集雨水和灌溉設施。坡面采用喬灌草混交方式植樹種草，結合降雨蓄滲整地措施，固定土壤、攔蓄降雨徑流。種植喬灌木時采用大坑蓄滲整地措施，種草采用擋水埂、水平溝等整地措施，打造緩坡休閑園林。

3.3 峁邊線擋水埂與灌木固土防治溯源侵蝕

峁邊線利用圍埂圍堰、植物籬等進行多重防護。峁邊線俗稱地畔或崖畔，如果下方陡坡坡度很大，圍埂圍堰也要隨之提高標準，這樣既能有效防治陡坡塌陷、溝頭侵蝕，還可以作為安全圍墻，起到安全防護的作用。圍埂圍堰上種植耐干旱的灌木、藤本類植物，工程措施與植物措施結合，防止峁邊線滑塌侵蝕。

3.4 小沖溝修筑燕窩

在水蝕作用下，黃丘區的山坡上分布有長短、深淺不等的沖溝，這些沖溝如不治理，將會持續下切造成水土流失。分布在緩坡上的小沖溝可通過大魚鱗坑、反坡梯田、水平溝、水平階等密集整地后植樹，形成植物措施和降雨蓄滲整地措施結合的固土攔蓄截綜合防治體系。分布在緩坡下部、已經切割出跌水的沖溝，修筑燕窩切斷溝頭延伸，再修建圍埂圍堰，最后灌草結合進行植被防護。麻地梁煤礦將水土保持燕窩工程區修筑為小型休閑活動場所，搭建小亭臺供職工休息。修筑燕窩時加寬燕窩埂體，以兼作跨越溝渠的道路。

4 麻地梁煤礦水土流失防治體系建設管理經驗

在水土流失防治體系構建過程中，麻地梁煤礦既按照水土保持小流域綜合治理的原則進行規劃、設計、建設，又根據礦區自然地形和礦區工業廣場建設特點，遵照水土流失規律對山水園林路居進行統一規劃，并按照礦區建設標準實施水土保持工程，將水土流失防治體系納入礦區整體建設管理體系中。

4.1 注重生態文明建設和綠色礦區建設

在決策過程中，麻地梁煤礦注重貫徹落實生態文明思想，落實黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要強調的“一礦一策”生態建設目標，把水土保持理念貫穿在礦區設計、建設和管理運行的各個環節，著力打造綠色礦山、智慧礦山。

4.2 注重在礦區宣傳水土保持理念

水土保持設施作為礦區的生態屏障，是保護煤礦生態環境、保障礦區公共安全的重要措施，在礦區規劃建設中是不可或缺的基礎設施、公共安全設施[5]。只有將礦區水土保持設施納入基礎設施、公共安全設施中進行規劃、建設、保護，才能保證礦區水土保持在實踐中得到貫徹落實。

在日常管護中，要注重宣傳水土保持理念，使員工在生產建設活動中自覺按照水土保持科學管理體系開展工作，生產活動按照水土保持科學規劃統一實施，為保障礦區水土流失防治體系全面實施、安全運行打好人文基礎。

4.3 注重水土保持設施運行維護

水土保持人工植被有生態恢復期，需要管理養護，直至與自然生態環境完全融合；工程措施受氣候條件、降雨徑流、地質穩定性等因素影響，需要定期養護加固、清理疏浚，才能保證其正常發揮水土保持功能。麻地梁煤礦將水土保持設施管護納入礦區安全管理之中，汛前安排集中養護，汛期值班監控，汛后巡查清理，為水保措施安全穩定運行提供保障。

煤炭是主要的化石能源之一，在現階段和未來較長時間內，都將是主要的能源品種之一。而煤炭儲量位居全國前三的晉、陜、內蒙古黃土溝壑丘陵區，也是黃河泥沙的主要來源區之一。隨著黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略的深入實施，可持續發展、綠色發展成為主旋律。黃丘區煤礦建設要結合經濟發展和生態環境保護，走綠色、可持續的高質量發展之路。