西北地区矸石周转场水土流失防治措施探讨获奖科研报告

西北地区矸石周转场水土流失防治措施探讨获奖科研报告【摘

要】本文介紹了西北地区的毛乌素风沙滩地、黄土丘陵沟壑的矸石周转场水土保持措施。各区域的水土保持措施基本遵循着拦挡工程、截排水工程、临时防护工程、植被恢复、临时防护的水土流失治理体系，但是不同地貌的矸石周转场还要结合当地具体情况，合理布设水土保持措施。

【关键词】矸石周转场;水土流失;防治措施

引言

西北地区蕴藏着十分丰富的煤炭资源，占我国煤炭资源预测总量的76.46%，是我国煤炭资源的主要赋存地[1]。煤炭资源的开采利用和加工过程中会产生一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石—煤矸石，煤矸石包括巷道掘进、从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石，其排放量占原煤的10%～25%。西北地区的煤矿的煤矸石主要采用矸石周转场的方式堆存煤矸石，煤矸石的自然倾角一般在38°～40°，当沉积和坡度过大时，受人工开挖、爆破、雨水淋溶、山洪和地震等影响，煤矸石堆积体易产生泥石流、滑坡、崩塌等严重地质灾害，严重威胁生态环境及周边居民的生命财产安全。因此矸石周转场的水土保持防治措施显得尤为重要。本文主要以西北地区的毛乌素风沙滩地、黄土丘陵沟壑的矸石周转场进行水土保持防治措施的设计。

一、毛乌素风沙滩地矸石周转场的水土保持措施

以陕西榆神矿区三期规划区小保当一号煤矿为例进行说明，小保当一号煤矿位于毛乌素沙地东南缘，地貌类型为毛乌素风沙滩地。矸石周转场位于工业场地南侧1.5km处的低洼沙地，总体地势为东、南两侧高，中间低，最大高差约14m，基本无坡面来水。

1.工程措施

（1）拦渣设计。矸石周转场地势为东、南两侧高，中间低，为最大限度的利用地形优势，在东、南两侧地势较高处（高程1255.0m～1256.3m）可直接利用原有地形，其他地势低于1255.0m的区域设置挡渣墙。

（2）挡渣墙。弃渣前先建设挡渣墙，遵循“先拦后弃”的原则。根据《水土保持工程设计规范》（GB51018-2014），确定拦挡工程等级为Ⅳ级。采用理正软件对挡渣墙的抗滑、倾覆、地基应力及偏心距、墙底截面强度、台顶截面强度进行稳定性分析验算。挡渣墙高不超过2.5m，墙顶宽0.6m。

（3）渣面整治。采用机械和人工相结合的方式对矸石周转场堆渣平面进行全面整地。

2.植物措施

对堆渣平面设置沙障，沙障采用草方格防护形式。草方格采用沙柳茎秆形成，草方格内部撒播沙打旺与沙蒿混合草籽（混合比例2：1）。草方格具体布设方法：以沙柳茎秆为切成30～50cm的短节，将插枝插入土中15～25cm，外露20～30cm然后陪土捣实，形成规格为1m×1m的菱形方格网，方格内撒播混合草籽，撒播密度为60kg/hm2。草籽均为一级种籽。

3.临时措施

对挡渣墙施工过程中的形成的裸露坡面进行防护，防止大风及暴雨天气下造成的严重水土流失。采用防尘密目网进行覆盖，防尘密目网四周压实固定，防止移动。

二、黄土丘陵沟壑矸石周转场的水土保持措施

以子长县羊马河煤矿为例进行说明，羊马河煤矿位于陕北黄土高原腹地，属典型的黄土高原丘陵沟壑地貌。矸石周转场位于工业场地北侧300m处的荒沟内，该沟长约695m，平均沟深90m，沟道平均比降15.8%，上游汇水面积约0.33km2，沟内无常流水。

1.工程措施

（1）拦渣设计

矸石周转场设计堆渣39.54万m3，根据堆高～库容曲线，总堆高30m。根据《水土保持工程设计规范》（GB51018-2014），确定拦挡工程级别为Ⅳ级。矸石周转场的拦挡工程采用浆砌石挡渣墙，沟底布设渗水盲沟。为防止矸石周转场遭受暴雨浸泡，在其左右山坡布设截水沟拦截坡面来水，截水沟末端接急流槽，急流槽出口接消力池，水流经消力池后流入下游。堆渣坡面径流通过平台内侧排水沟引自两侧截水沟中。

（2）挡渣墙

在堆渣前缘布设挡渣墙，挡渣墙高5.0m，矸石在挡渣墙后堆放至墙顶高程时，按照1：2.0向上放坡，此后每隔10m高程设置宽度为10m的平台，最后堆至设计堆高高程+1075m，总堆高30m。利用理正软件对挡渣墙、堆渣坡面进行稳定分析计算，挡渣墙和堆渣坡面均为稳定状态，符合规范要求。

（3）截水沟

在堆渣边缘设置截水沟，将坡面来水引至沟道下游，截水沟长980m。截水沟按10年一遇最大1h降雨设计。截水沟断面按梯形设计，底宽取0.60m，坡比1：0.5，坡降1%，沟深0.60m，按照渠均匀流公式计算满足校核流量。截水沟采用M7.5浆砌石结构，砌厚0.3m，下面铺设0.10m厚的砂砾垫层。

（4）急流槽

在左右两岸截水沟出口分别布设急流槽，出口接消力池，急流槽采用矩形断面，槽宽0.6m，槽深为0.6m。急流槽采用M7.5浆砌片石结构，厚度为0.3m。

（5）消力池

为防止矸石周转场急流槽出水口水流对沟道的冲刷，在左右两岸急流槽末端各修建一座消力池，消力池布设方向与急流槽水流方向一致。消力池结构尺寸分别为：池宽1.5m，池深1.0m，池长6.0m，消力池底板厚度0.50m，侧墙顶宽0.50m，采用M7.5浆砌片石结构，C20混凝土护面，下方铺设0.3m厚的砂砾垫层。

（6）渗水盲沟

在矸石周转场沟底布设渗水盲沟，将渣体渗水排入下游沟道，渗水盲沟采用梯形断面，底宽1.0m，深0.5m，坡比1：0.5。沟内采用碎（砾）石填充，四周用土工布覆盖。

（7）平台排水沟

在各级堆渣平台内侧设置一道排水沟，将坡面来水经急流槽和消力池后排入下游沟道，由于渣面汇流面积较小，一般直接给出断面尺寸：矩形断面，沟宽0.4m，沟深0.4m。

（8）渣面整治

采用机械和人工相结合的方式对堆渣平面和坡面进行覆土整治。

2.植物措施

对渣面进行绿化，采用灌草结合。灌木采用紫穗槐，株行距均为2.0m，紫穗槐苗木为一年生实生苗;草种选用紫花苜蓿，一级种籽。渣面表层为覆盖的黄土，下部为煤矸石。

3.临时措施

施工前将矸石周转场占地范围内的表土进行剥离，剥离厚度为表层腐殖质层。根据实际情况，表土剥离厚度取10～50cm。表土集中堆放在场内平缓处，用于后期绿化覆土。为防止收集后的表土资源滑塌流失，表土堆放前在堆积区先用编织袋堆砌一个临时挡墙，编织袋可利用剥离表土进行充填。表土裸露坡面采用防尘密目网覆盖。

三、结论

西北地区不同地