改擴建煤礦項目水土流失特點及防治措施研究

史彥林，呂志學，周 寧，張 利，樊 華，林鳳祥，李日新，勇麗波

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 項目區概況

七臺河市東泰礦業有限責任公司華泰煤礦改擴建項目位于七臺河市茄子河區宏偉鎮，地理坐標為東經131°38′27.2″，北緯45°55′1.8″。井田總面積為5.2886 km2，資源儲量898.14萬t，設計可采儲量為539.18萬t。采用斜井開拓。礦井設計生產能力為30萬t/a，服務年限12.8 a。全礦井劃分為5個采區開采，其中3個上山采區，分別為一采區、二采區和五采區；2個下山采區，分別為三采區和四采區。礦井設主井工業場地1處，面積5.40 hm2，風井場地1處，面積0.36 hm2，炸藥庫1處，面積0.23 hm2。工程總占地面積5.99 hm2，工程土石方挖填總量15.45萬m3，其中挖方總量12.72萬m3，填方總量2.73萬m3，余方9.99萬m3。運行期年產生矸石3.0萬m3。工程計劃2021年6月開工建設，2023年6月完工，總工期25個月。工程總投資27 668.09萬元，其中土建投資12 663.00萬元。

項目區屬于低山丘陵地貌，屬于中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為3.5 ℃，年平均降水量為535 mm，年平均蒸發量為1250.4 mm，無霜期130 d，多年平均風速為3.9 m/s，最大凍深為2.5 m。土壤類型以暗棕壤、草甸土為主。項目區植被屬于南部張廣才嶺完達山闊葉紅松林亞區，植被類型為針闊混交林，林草覆蓋度46%。項目區水土保持區劃為東南部山地水源涵養減災區，土壤侵蝕類型為水力侵蝕，屬黑龍江省水土流失重點治理區[1-3]。

2 水土流失預測分析

2.1 水土流失特點

(1)改擴建煤礦原有基礎設施和公用設施比較完善，供電、供排水系統、場外交通等可利用原有設施，工程擾動主要集中在原有工業場地場地平整和建構筑物施工區域，因此，擾動地表面積和強度相對較小，幾乎無損毀原有自然植被；(2)煤礦項目施工時間較長，一般達2～3 a，施工期水土流失持續時間長；(3)煤礦項目由于井下巷道和井底車場等施工，普遍棄土棄渣量大，而且持續整個生產運行期，另外，煤礦開采疏干水的排放間接影響地表植被生長。(4)施工期施工活動頻繁，在降雨徑流作用下，侵蝕強度大，危害嚴重，運行期地表趨于穩定，水土流失以預防為主。

2.2 擾動地表、損毀植被情況

工程施工過程中，工業場地、風井場地、炸藥庫等設施的建設、開挖、填筑以及排放棄土棄渣等不同程度的擾動原地表結構，損毀地表自然植被及土體結構，根據主要設計資料和現場實測，擾動地表、損毀植被面積5.99 hm2，詳見表1。

表1 工程建設擾動地表、損毀植被情況 hm2

2.3 可能產生的土壤流失量預測

可能產生的土壤流失量可采用類比法、經驗公式法、加速侵蝕系數等方法預測，本項目有鄰近區域實際監測的土壤侵蝕數據，因此，采用類比法預測可能產生的土壤流失量，如式(1)。

(1)

式中：W為土壤流失量，t；Fi為某時段某單元的預測面積，km2；Mik為某時段某單元的土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；Tik為某時段某單元的預測時間，a；i為預測單元，i=1、2、3……n；k為預測時段。i取值1、2、3分別指施工準備期、施工期和自然恢復期。

(1)預測時段。水土流失預測時段分為施工期(含施工準備期)和自然恢復期。施工期為2021年6月—2023年6月，各預測單元的施工期預測時段，根據施工時間，依據最大不利因素原則確定，不足12個月但是達到一個雨季長度的按1 a計，不足一個雨季長度的按雨季長度的比例計算，施工期總預測時段為3 a。自然恢復期工程建設已經完成，人為活動對地表擾動較小，建設區域內水土流失強度將大大降低，水土流失因素以自然因素為主。自然恢復期內項目區大部分地表被建構物和硬化措施占壓使用，裸露的土地采取工程措施與植物措施相結合的方式進行綜合防治。在植物措施尚未完全發揮其水土保持功能之前，受降雨濺蝕和徑流沖刷影響，仍會有輕度的水土流失發生。但隨著植物生長，覆蓋度增加，水土流失將會逐漸得到控制?？紤]到水土保持植物措施的滯后性，根據項目區降水、土壤、植物措施類型等自然條件的特點，結合實地調查，預計項目實施后2 a植物措施可以充分發揮防治水土流失的功能，故確定該項工程自然恢復期為2 a[4]。

(2)參數取值。土壤侵蝕模數背景值根據黑龍江省土壤侵蝕模數等值線圖獲取，擾動后的土壤侵蝕模數采用類比工程實測數據，詳見表2。

表2 預測參數匯總 t·km-2·a-1

(3)預測結果。工程建設過程中可能產生的土壤流失總量為1648 t，其中，施工期預測土壤流失量為1491.0 t；自然恢復期預測土壤流失量為158 t，詳見表3和表4。

表3 施工期水土流失預測

表4 自然恢復期水土流失預測表

3 水土流失防治措施

根據工程布局和水土流失特點，水土流失劃分為主井工業場地防治區、風井場地防治區和炸藥庫防治區，并根據項目組成將主井工業場地防治區劃分為建筑物防治區、專用及硬化場地防治區、道路防治區、綠化工程防治區。主井工業場地防治區采用表土剝離回覆、截排水工程、綠化美化、臨時排水及沉沙、臨時攔擋、臨時苫蓋措施防護，風井場地防治區采用表土剝離回覆、截排水工程、綠化美化、臨時攔擋、臨時苫蓋措施防護，炸藥庫防治區采取表土剝離、土地整治、截排水工程等進行防治。

3.1 表土資源全部剝離保護

工程占用耕地面積0.31 hm2，占用工礦倉儲用地5.68 hm2，根據實際調查，占用工礦倉儲用地區域有綠化土地，存在少量表土。為了保護珍貴的表土資源，保證后期綠化覆土來源，應將占地范圍內表土全部剝離利用，耕地剝離厚度50 cm，綠化土地剝離厚度30 cm。剝離的表土施工期采用臨時攔擋和臨時苫蓋措施，后期全部用于綠化。

3.2 雨水資源集蓄利用

工業場地硬化后，地表徑流增加，在地面建筑物周邊、道路兩側布置截排水溝，并在排水溝末端設計雨水收集池，將收集的雨水用于地面灑水和綠化區灌溉用水，保證工業場地用水的同時，節約了水資源。

3.3 煤矸石全部綜合利用

工程建設期井下矸石9.99萬m3，運行期每年產生矸石3.00萬m3，建設期矸石用于工業場地場地平整、道路填筑等，運行期矸石用于矸石電廠發電、井下采空區回填、制造水泥原料、制磚原料等，矸石應全部綜合利用，減少矸石堆放占地及產生水土流失，污染周邊環境。

3.4 注重臨時防護措施布設

煤礦建設周期長，施工期地表長時間裸露，易產生地表徑流，沖刷產生流失，因此，應布設臨時排水溝和沉沙池。另外，表土和部分開挖回填土需臨時堆放在工業場地內，應及時采取生態袋臨時攔擋、密目網苫蓋、表面撒播種草的方式防護，防止流失。

3.5 強化綠化美化，重視礦區環境

為美化礦區環境，防止風力水力侵蝕，保護生態環境，在工業場地周邊、辦公區、道路兩側、空閑地進行綠化美化，東北黑土區綠化系數一級標準應達到25%，二級標準達到22%，三級標準區達到19%。

4 結 語

改擴建煤礦項目雖然擾動地表面積小，但是具有施工工期長、棄土棄渣量大、水土流失分布集中等特點，水土保持應因地制宜采取工程措施、植物措施和臨時措施相結合的防治措施體系，重點圍繞表土資源保護利用、雨水資源集蓄利用和煤矸石綜合利用等問題，采取截排水、攔擋等措施，注重施工期臨時防護措施布設，強化綠化美化，重視礦區生產生活環境，打造綠色礦山。