露天煤礦水土流失防治措施設計

摘" 要： 新疆西黑山礦區紅沙泉二號露天礦一期工程位于新疆昌吉回族自治州奇臺縣，項目區屬北方風沙區，生態環境敏感脆弱，一旦被破壞則很難自然恢復。項目具有擾動范圍大、地表破壞嚴重、擾動區域裸露時間長、土石方挖填量大、永久棄方量大等特點，水土流失防治難度大。主體工程設計時將水土流失治理度提高到85%，防洪標準確定為最大值5 a一遇，盡量減少征占地面積，加強施工組織管理，建設方案中工程占地、土石方平衡、取棄土場設置均符合相關規定。項目區共分為7個防治分區，結合工程、植物、臨時措施，分區施策、因地制宜設計各區水土流失防治措施，加強對礫幕層的剝離、保護、利用，有效控制項目建設過程中造成的人為水土流失，最大限度地減輕了項目建設對周邊環境的影響。

關鍵詞： 防治措施；水土流失；露天煤礦；西黑山礦區；新疆

中圖分類號： S157" 文獻標識碼： B" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.02.009

引用格式： 翟艷賓，孫犇.露天煤礦水土流失防治措施設計：以新疆西黑山礦區紅沙泉二號露天礦一期工程為例［J］.中國水土保持，2025（2）：30-32.

收稿日期：2024-08-21

第一作者：翟艷賓（1987—），男，內蒙古卓資人，高級工程師，碩士，主要從事生產建設項目水土保持技術服務和水資源相關咨詢服務工作。

E-mail： 373002853@qq.com

煤炭是我國能源安全的“壓艙石”，2023年在我國一次能源消費中占比為56.2%。煤礦露天開采具有建設快、產量大、效率高、成本低等優勢，因此露天煤礦數量及產能逐年提高［1］，2023年其產能就約占煤炭總產能的20%。隨著我國中東部地區煤炭資源日益枯竭，煤炭資源更加依賴西北煤炭大規模的開采。目前我國露天煤礦有400多座，主要集中在內蒙古、山西和新疆境內［2］，因此露天開采的煤炭對我國能源安全的“穩定器”作用將愈發顯著［3-4］。露天煤礦的開采會造成礦區土壤與植被退化，主要表現為原生植被遭受破壞、土壤結構穩定性下降、土壤生物活性降低、土壤水土保持能力減弱［5-8］，最終表現為嚴重的土壤侵蝕。紅沙泉二號露天礦地處新疆西黑山礦區，煤炭資源豐富，是我國重要的能源基地之一，筆者以該礦一期工程為例，探討工程水土保持評價及水土流失防治措施設計，以期為新疆準東地區露天煤礦水土保持措施設計提供技術參考。

1" 項目區概況

新疆西黑山礦區紅沙泉二號露天礦一期工程位于北方風沙區新疆昌吉回族自治州奇臺縣，隸屬新疆準東經濟技術開發區。項目區地貌類型為殘丘狀的剝蝕平原。氣候類型屬中溫帶大陸性半荒漠干旱性氣候，年均氣溫5.5 ℃，年均降水量114 mm，年均水面蒸發量2 231 mm，年均風速2.9 m/s，以東北風為主。土壤類型為灰棕漠土，土層厚1.5～2.0 m。土質為輕砂壤土，顆粒較細，易被風吹起。土壤有機質含量一般，易板結，保水保肥性差。未受人類活動影響的地表自然形成一層厚3～5 cm的礫幕層，質地較密實，有較強的抗風蝕作用。植被類型為溫帶荒漠植被，主要為旱生與超旱生灌木、小半灌木，如麻黃、豬毛菜等耐旱植被，植被覆蓋率為2%。

2" 項目概況

紅沙泉二號煤礦為新建特大型露天煤礦，2023年4月24日，國家發展和改革委員會下發了《國家發展改革委關于新疆西黑山礦區紅沙泉二號露天礦一期工程項目核準的批復》，核準生產能力為1 000萬t/a，2023年6月開工建設，預計2025年5月完工，建設工期為24個月。工程占地741.67 hm2，其中永久占地717.26 hm2、臨時占地24.41 hm2，占地類型為采礦用地及裸巖石礫。土石方挖填總量為4 832.06萬m3，其中挖方量4 760.44萬m3、填方量71.62萬m3，棄方量4 688.82萬m3，區間調配利用土方40.08萬m3，礫幕層富余量33.28萬m3，礫幕層富余量全部堆置于礫幕層堆放場，棄方全部堆置于外排土場。項目區由采掘場、外排土場、工業場地、地面生產系統區、道路工程區、供電工程區和管線工程區組成，并據此劃分為7個水土流失防治分區。

3" 工程水土流失特點

項目區土壤侵蝕以風力侵蝕為主，屬于輕度風蝕區。年降水量小，植被覆蓋率低，生態環境敏感脆弱，一旦被破壞則很難自然恢復。根據有關水土流失區劃分成果，項目區屬天山北坡國家級水土流失重點預防區、天山北坡諸小河流域自治區級水土流失重點治理區。按照《生產建設項目水土流失防治標準》（GB/T 50434—2018）的規定，項目區執行北方風沙區一級防治標準，土壤容許流失量為2 000 t/（km2·a）。工程建設期間擾動地表面積741.67 hm2，開采前要剝離煤層以上的土石，工程最大埋深430 m，擾動范圍裸露時間長，土石方挖填總量大，永久棄方量大，開挖、回填、占壓、碾壓等活動破壞表層土壤結皮，在大風季節易產生水土流失。

4" 工程水土保持評價

4.1" 主體工程選址水土保持評價

工程選址基本符合《中華人民共和國水土保持法》、《生產建設項目水土保持技術標準》（GB 50433—2018）及其他相關的規范性文件的規定。鑒于工程位于天山北坡國家級水土流失重點預防區，項目選址無法避讓，存在項目建設限制性因素，因此主體工程設計時需提高相應的水土流失防治標準，優化施工工藝，使項目建設基本能滿足水土保持相關要求。

1）提高水土流失防治標準。項目區屬極干旱區，水土流失治理度按要求可降低5%～8%，但項目區屬于國家級水土流失重點預防區，按照《生產建設項目水土流失防治標準》（GB/T 50434—2018）的規定，須采用水土流失防治一級標準，因此項目區水土流失治理度確定為85%。對于項目區工業場地內部及地面生產系統區排水溝防洪標準，綜合考慮《煤炭工業礦井設計規范》（GB 50215—2015）中的2 a一遇標準，以及《水土保持工程設計規范》（GB 51018—2014）中的3～5 a一遇標準，選取防洪標準最大值5 a一遇。

2）減少工程征占地。在明確項目功能分區的同時，項目布局盡量緊湊合理，采用多層或聯合建筑，場外道路充分利用已有的道路，以減少永久占地；施工供水、供電、排水等設施采取“永臨結合”方式，盡量利用既有場地或永久征地，

以減少臨時占地，最大限度地減少對地表的擾動和破壞。

3）加強施工組織管理。采用先進的施工方法與工藝，統籌、合理、科學地安排施工工序，避免重復施工和土石方亂堆亂放；合理安排施工時間，避免雨季、大風季施工；加強工程監理和監管，規范工程建設行為，提高建設單位水土保持意識。

4.2" 工程建設方案水土保持評價

4.2.1" 工程占地

工程永久占地符合國家產業政策、煤炭工業建設用地指標及道路建設用地指標等相關要求；工程臨時占地為裸巖石礫地，未占用耕地及基本農田，且工程后期對臨時用地采取全面整地、恢復植被的措施，符合自然資源部關于規范臨時用地管理的相關要求。

4.2.2" 土石方平衡

主體工程設計場地平整以移挖作填為原則，盡量減少土石方的二次搬運。綜合調配利用開挖的土石方，填筑時首先考慮充分利用開挖方，其次考慮縱向調用，避免填筑材料的外借。鑒于項目區地表礫幕層質地較密實，有較強的抗風蝕作用，施工前對其進行剝離保護，工程后期篩分后作為礫石覆蓋材料。

4.2.3" 取棄土場設置

工程所需砂石料全部外購，不設取土（石、料）場。工程共布設2處排土場，其中外排土場1處、內排土場1處。經第三方穩評單位的評定，內、外排土場邊坡穩定安全系數滿足《煤炭工業露天礦設計規范》（GB 50197—2015）的規定，排土場邊坡處于穩定狀態。外排土場選址無不良地質現象，下游1 km內及周邊范圍內無已建公共設施、工業企業、居民點、學校等，也不屬于當地水系的匯流區和行洪區。外排土場邊坡在非正常工況條件下（如降水、地震條件下），邊坡穩定性變差，易造成邊坡失穩、滑坡，經評定外排土場最大滑移距離為92 m。然而，經實地勘察，外排土場距場外重要設施最小距離為150 m，因此外排土場選址符合《生產建設項目水土保持技術標準》（GB 50433—2018）、《水利水電工程水土保持技術規范》（SL 575—2012）中棄渣場規劃的約束性條件。

5" 項目水土流失防治措施設計

在全面貫徹“預防為主、保護優先、全面規劃、綜合治理、因地制宜、突出重點、科學管理、注重效益”水土保持方針的前提下，結合主體工程設計，構建工程、植物、臨時措施相結合的綜合防治措施體系，對不同防治分區可能產生新增水土流失的部位進行對位防控。

5.1" 采掘場區

施工前，剝離地表礫幕層，并集中堆放在外排土場西北角，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對場區灑水降塵。根據地形特點，在場區西側開采邊界增設土質防洪堤，防洪堤斷面尺寸沿用主體工程設計尺寸，即長1 608 m、底寬6 m、頂寬1 m、高1 m，坡比1∶1.5；在防洪堤外側布設排洪渠，并順接至外排土場區的排洪渠；在靠近采掘場內西幫坑底最低處設置1座排水泵站，分別敷設1條正常排水管路和1條暴雨排水管路，將降雨匯水及地下涌水經排水泵抽排至水處理站，統一處理后復用于露天礦生產。

5.2" 外排土場區

施工前，沿外排土場征地紅線布設土石限界圍埂；剝離地表礫幕層，并集中堆放在外排土場西北角，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對場區灑水降塵。在場區西側征地紅線內設置防洪堤，順接至采掘場區防洪堤，同時在防洪堤外側布設排洪渠，在排洪渠出口處布設消力池；在場區北側征地紅線內布設截水溝，并順接至場區排洪渠。基建期排土堆高達不到第一分級臺階，未形成固定排土平臺，只需對已形成的固定邊坡進行土地平整、壓蓋礫石；在運行期形成固定排土平臺后，在平臺外邊緣設置擋土圍埂，并對平臺及坡面進行土地平整、壓蓋礫石。

5.3" 工業場地區

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放，同時采用密目網苫蓋、袋裝土攔擋臨時防護，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區域灑水降塵，沿場內道路布設蓋板排水溝。施工后期，對綠化區進行土壤改良、整地、綠化，對工業場地區非硬化及非綠化區進行土地平整、礫石壓蓋。

5.4" 地面生產系統區

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放，同時采用密目網苫蓋、袋裝土攔擋臨時防護，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區域灑水降塵，沿區內道路布設排水明溝。施工后期，對綠化區進行土壤改良、整地、綠化，對地面生產系統區非硬化及非綠化區進行土地平整、礫石壓蓋。

5.5" 道路工程區

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放，同時采用密目網苫蓋，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區域灑水降塵，沿道路布設混凝土預制排水溝。施工后期，對路基邊坡進行土地平整、礫石壓蓋，對道路兩側綠化區進行土壤改良，并種植行道樹。

5.6" 供電工程區

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放，同時采用密目網苫蓋，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區域灑水降塵。施工后期，對施工跡地進行土地平整、礫石壓蓋。

5.7" 管線工程區

施工前，剝離地表礫幕層并集中堆放在管線工程作業帶一側，同時采用密目網苫蓋，以用于工程后期礫石壓蓋。施工中，對擾動區域灑水降塵。施工結束后及時對施工跡地進行土地平整、礫石壓蓋。

6" 結束語

紅沙泉二號露天礦位于新疆準東地區，項目區屬北方風沙區及國家級水土流失重點預防區，生態環境敏感脆弱。項目具有擾動范圍大、地表破壞嚴重、擾動區域裸露時間長、土石方挖填量大、永久棄方量大等特點，水土流失防治難度大。在項目水土保持評價合理的基礎上，結合項目區水土流失現狀，分區施策，因地制宜布設工程、植物和臨時措施，以有效控制項目建設造成的人為水土流失，最大限度地減輕項目建設對周邊環境的影響。

參考文獻：

［1］ 田會，才慶祥，甄選.中國露天采煤事業的發展展望［J］.煤炭工程，2014，46（10）：11-14.

［2］ 李全生，韓興，趙英，等.露天煤礦植被修復關鍵技術集成與應用研究：以勝利露天礦外排土場為例［J］.環境生態學，2021，3（6）：47-53.

［3］ 楊博宇，白中科.露天煤礦區低碳土地利用途徑研究［J］.中國礦業，2019，28（6）：89-93.

［4］ 李全生.蒙東草原區大型露天煤礦減損開采與生態修復關鍵技術［J］.采礦與安全工程學報，2023，40（5）：905-915.

［5］ TANG Chongjun， LIU Yu，LI Zhongwu，et al.Effectiveness of vegetation cover pattern on regulating soil erosion and runoff generation in red soil environment，southern China［J］. Ecological Indicators，2021，129：107956.

［6］ 謝天，侯鷹，陳衛平，等.城市化對土壤生態環境的影響研究進展［J］.生態學報，2019，39（4）：1154-1164.

［7］ 段鵬，張永超，王金貴，等.青藏高原高寒濕地退化過程中土壤微生物群落功能多樣性特征［J］.草地學報，2020，28（3）：759-767.

［8］ 康惠惠，潘韜，蓋艾鴻，等.生態退化與恢復對三江源區土壤保持功能的影響［J］.水土保持通報，2017，37（3）：7-14.

（責任編輯" 張緒蘭）