黃土高原采煤區常見水土流失問題及防治措施評價

田燏賢

（長治市上黨區水利發展中心,山西 長治 047100）

1 研究區自然地理概況

1.1 長治市地理條件概況

長治市位于黃土高原東部,包括沖積平原、丘陵區、土石山區三種地貌,其中丘陵和土石山區的溝壑密度分別為1.89 km/km2、溝壑密度2. 23 km/km2,地面坡度陡峻復雜,是典型的黃土高原地貌。該市植被覆蓋面積共計118 km2,森林被覆率為6.79%,各類植被的分布情況隨區而異。黃土丘陵階地區共有各類植被面積27 km2,其中人工植被9 km2,天然植被18 km2。土石山區共有各類植被89 km2,其中人工植被17 km2,天然植被89 km2。該市水土流失面積共有141 km2,丘陵階地區流失面積為54 km2,其中耕地的流失面積16 km2,土石山區流失面積為87 km2,其中耕地的流失面積12 km2。該地區水土流失的侵蝕形式主要為水力侵蝕,部分區域產生重力侵蝕[1]。

長治市的水土流失是各種自然因素和人為因素引起的。其中土石山區,由于降雨比較集中,強度大,歷時短,加之耕地土壤抗蝕能力較差,以及不合理的順坡耕作,促進了耕地面積的發展,形成了不少“三跑田”,在荒山荒坡中,土壤含水量低,活土層薄,植被生長緩慢,覆蓋差,形成嚴重的坡面侵蝕,在丘陵地區,黃土遇水飽和后,極易產生坍塌,形成了大小不一的溝谷,溝谷在水力的沖蝕下逐年擴大也是水土流失產生的原因之一。此外不按照自然規律辦事的人為因素如：陡坡開荒、毀林毀草、筑路、開礦、廢渣棄土處理不當都加快了水土流失的形成。

1.2 采煤區概況

長治市含煤面積為8500 km2,地質儲量606 億t,探明儲量274 億t,年生產規模為14535 t。截止2015 年12 月,全市礦區總面積為1824.099 km2,采空面積113.6661 km ,治理面積為42.2158 km2。煤礦開采導致地表移動、采空區地面沉降、頂板塌落等問題,在采空區附近也出現了不同程度的地面沉降[2]。

煤炭資源開采過程中,頂板垮落直接引發的地面塌陷是造成地面有規律的沉降的最主要因素。同時煤層開采后,地表出現塌陷與裂縫,采空對煤層上部的砂巖含水層結構造成破壞,形成導水通道,導致采空區周圍的砂巖含水層、基巖風化帶含水層及松散層地下水水位下降,直至干涸,對含水層的影響程度嚴重。含水層被疏干或半疏干可能會引發開采塌陷區域以外的地面沉降。

2 采煤區常見水土流失問題

2.1 地表擾動

煤礦建設期以及開采過程中進行的施工開挖、回填、堆土等活動使地表覆蓋結皮被破壞,加大了地面坡度,破壞了土體結構,導致土體結構松散,土壤抗侵蝕能力降低,在水力侵蝕及人為因素的綜合作用下極易造成水土流失,擾動地表土壤流失量與原地貌狀態下的土壤流失量相比明顯增加,地表擾動后侵蝕模數也顯著增加[3]。

2.2 植被破壞

采煤區礦坑開挖,開拓道路等活動對地表植被進行清除,使得采礦區植被覆蓋率大幅下降,而植被可以起到防風固沙的作用,其根系還能加強土壤之間的聯系。植被的減少會導致礦區土壤抵抗雨水侵蝕的能力降低,礦區土壤與施工前相比更易流失。

2.3 棄土棄渣

采煤項目建設期新建工業場地,新炸藥庫和進場道路,會對項目區進行挖方與填方,期間產生廢棄的土石渣,以及礦井生產期間產生的煤矸石,若不進行處理隨意堆放,不僅會對土壤造成污染,還會造成堆放區土地沉降,地表松散,加劇水土流失的危害。

2.4 采空區土壤流失

煤礦開采會造成大面積的采空區,采空區的含水層、各含水層之間的隔水層遭到破壞,形成了采動裂隙,導致地下水極易流失,再加上雨水沖刷侵蝕,該地區的土壤會被雨水帶走,沿著采動裂隙流失。同時采空區也易出現地面沉降與地表塌陷等問題,進一步導致土壤條件惡化,加劇水土流失。

3 防治措施及其評價

通過分析總結可知,各采煤項目在建設與運行過程中采取的水土流失防治措施基本都是以工程措施和臨時措施為主,控制大面積、高強度水土流失,為植物措施創造條件；同時以工程措施和植物措施、永久措施和臨時措施相結合,提高水土保持效果、節省工程投資、改善生態環境。

3.1 工程措施

采煤項目建設期水土保持主要包括以下幾個防治區,且各工業場地在建設過程中基本都會對地面裸露區進行硬化處理,所以場地雨水匯流面積較大,需要實施的主要工程措施為截水溝、排水溝、擋土墻、土地整治。

3.1.1 工業場地防治區工程措施

（1）截水溝：為防止坡面雨水對工業場地的沖刷,在挖方邊坡之上設置梯形漿砌石截水溝。

（2）排水溝：為使廠區匯流的雨水及時排出,且避免在排出過程中對土地額沖刷,采煤區場地多設排水明溝,與自然排水相結合,排水明溝沿道路修建,明溝加蓋板,排雨水明溝采用漿硼石矩形結構。

（3）漿砌石擋土墻：在場地邊坡布置擋土墻,采用臺階式豎向布置方式,上、下臺階采用漿砌石擋土墻。用于支承填土或土體,防治填土或土體變形失穩。

3.1.2 炸藥庫防治區工程措施

（1）排水溝：炸藥庫場地內排水采用明溝排水方式。

（2）邊坡防護：在炸藥庫周圍地勢較高的地段,采取漿砌石邊坡防護工程,防止邊坡土體失穩。

3.1.3 場外公路防治區工程措施

（1）排水溝：在進場公路和炸藥庫公路兩側布設漿石矩形結構排水溝。

（2）邊坡防護：在道路邊側高填地段,采取漿砌石邊坡防護工程,維持填方土體的穩定性。

3.1.4 輸電線路防治區工程措施

工程施工結束后,對輸電線路擾動區域進行土地整治,工程內容包括坑洼回填、翻耕、耙松等工序,是地表土體結構恢復到擾動之前的

3.1.5 排矸場防治區工程措施

排矸場地面硬化,防止雨水淋濾煤矸石以及侵蝕地面,并修建排水溝排放污水。

3.2 植物措施

3.2.1 工業場地防治區植物措施

場地綠化：廠區的植物措施應注重綠化美化與環境保護密切配合,一般采用喬、灌、草相結合的方式,喬木包括在廠前區種植一些觀賞性樹種,如刺柏、雪松、紅葉李等,灌木主要為冬青,草籽多選擇披堿草。

3.2.2 場外公路防治區植物措施

道路綠化：場外道路防治區的植物措施主要有在道路兩側種植行道樹和撒播草籽。

3.2.3 輸電線路防治區植物措施

植被恢復：在輸電線路線路架設過程中,在施工擾動地表選擇撒播草籽恢復植被,草籽選用白羊草、披堿草等易成活的種類。

3.2.4 廢棄場防治區植物措施

植被恢復：廢棄場地施工擾動地表同樣采用撒播草籽恢復植被。

3.3 臨時設施

（1）臨時排水溝：為使場地周邊雨水順利排出,建設期在場地周圍布設臨時排水溝,雨水經臨時排水溝匯集后排入場地內沉沙池,雨水經沉沙池沉淀后排入自然溝道。臨時排水溝采用漿砌石結構,采用人工修筑,斷面為梯形,并采用的灰土抹面,防止下滲。

（2）臨時沉沙池：為了減少泥沙流失對周邊環境的影響,采煤項目運行期會選擇在工業場地臨時排水溝出水口處布設臨時沉沙池,中間設隔段,隔段預留排水。沉沙池同樣采用灰土抹面。

（3）工業場地施工過程中對臨時堆土采用編織袋攔擋和防護網苫蓋。

3.4 防治措施評價

從表1可以看出,采煤項目區的水土保持措施都能達到較高的防治成果,且主要采取的是工程措施,從水土流失治理程度對比來看,工程措施所達到的治理效果較為顯著,見效快且持久性好。臨時防護措施也發揮著重要作用,植物措施是難度較大的防護方式,但從長遠與環境友好角度來看,植物措施是必不可少的,且比工程措施更為重要。

表1 防治措施對比結果 單位：hm2

4 結論與建議

4.1 結論

（1）黃土高原采煤區常見的水土流失問題主要有地表擾動、植被破壞、棄土棄渣危害以及采空區的土壤問題。

（2）對于這些問題,一般采用的水土防治措施是臨時措施與工程措施相結合,并輔以植物措施。

（3）這三種措施中效果最顯著的是工程措施,但與保護環境與可持續發展理念最為契合的則是植物措施。

4.2 建議

（1）加強排水系統運行期間的現場巡查,及時清理雜物,保證排水順暢,落實管理責任到人,出現問題及時解決,以保證水土流失防治效果。

（2）加強綠化措施運行期間的現場巡查,及時更換補植場地內未成活樹種, 并加大管護力度,防止人為破壞,確保植物措施正常生長,逐步達到改善生態環 境的目的。

（3）建議建設單位應當一步樹立水土保持意識,強化保護生態環境責任,進一步完善水土保持措施管理養護制度,落實到具體人員,使水土保持設施能夠持續有效的發揮作用。

（4）相關部門完善水土流失防止管理制度,完善相關法律法規,加大宣傳力度,提高建設單位對水土保持重要性的認識,按照自然規律辦事。