露天煤矿水土保持

振兴露天煤矿水土保持方案设计 郑连臣，周岩，闫洪坤，杨新民 辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新（ 123000） E-mail：zlc0476@126.com

摘要：针对煤矿建设项目的特点，对可能产生的水土流失进行了预测，将水土流失防治区 划分为生产区、辅助生产区、运输道路区、供排水工程区和供电线路区五个防治分区并分别 进行水土保持设计，同时对其他临时防护措施也进行了分析。 关键词：水土流失；水土保持；方案设计 中图分类号：S157.2 文献标识码：A

水土流失是在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源与土地生产力的损失与与破 坏，包括土地表层侵蚀及水的损失 [1]。随着露天煤矿的建设与生产，大量土、石渣废弃物的 排弃，人为扰动地面、构筑各类人工平台、边坡等都将对区域草地植被及土壤产生损坏和扰 动，造成水土资源的损坏和土地生产力的下降，同时在降雨和大风的作用下，都将诱发、加 剧了新的水土流失，加速了原地貌的水土流失。在过去的几十年中，由于重采轻治，开山采 矿对生态环境造成巨大破坏，矿区及周边地区人民群众的正常生产生活受到影响，身体健康 受到危害，甚至危及群众的生命财产安全 [2]。因此，必须开展水土保持设计工作，建立健全 水土保持措施体系，采取有效的水土保持治理措施，使水土流失减少到最低限度，保持生态 环境的良性循环 [3]。

1 振兴露天煤矿概况 1.1 矿区自然概况 振兴煤矿位于内蒙古自治区伊金霍洛旗境内，地处黄土高原生态脆弱区，属中温带半干 旱大陆性季风气候，是内蒙古自治区水土流失重点治理区和重点监督区。由于人为活动的长 期影响，天然林木现已基本绝迹，植物种类比较贫乏，土地沙化严重，风积砂广布，具有高 原侵蚀性丘陵地貌特征。区内水系不发育，沟谷较深，无常年地表径流，雨季在暴雨过后可 形成短暂的洪流。冬春季节多刮西北风，夏秋季节多刮东南风，最大风力 8级，最大风速达 24m/s。

1.2 煤矿工程概况 新划定的振兴煤矿由原来的通达煤矿、新光煤矿和一部分扩区整合而成，矿区面积

3.7371km2，境界内总资源储量为 447万吨。此次设计露天开采 Ⅳ—2号煤层，服务年限为 5.68a。项目工程露天部分均为新建，主要由生产区（采掘场、排土场、地面防排水等）、辅 助生产区（工业场地、行政福利区、截水沟等）、场外运输道路（运煤道路、矿区道路、排 土场道路等）、供热工程、供排水工程和供电通信设施几部分组成。根据项目实施安排计划， 矿建工程已于 2007年 6开工。 2 水土流失预测

露天煤矿属生产类开发项目，水土流失预测时段划分为建设期（包括植被恢复期）和生 产运行期，共 7年，预测单元及时段具体划分见表 1。根据《开发建设项目水土保持方案技 术规范》，结合露天煤矿工程布局、施工工艺及施工组织等特点及其工程所在区域的微地形、

- 1 - 地貌等下垫面状况，采用资料调查法和类比实测法对建设期、生产运行期扰动原地貌、损坏 植被弃土石渣量和排土场、采掘场等水土流失面积及水土流失量进行了预测。预测结果为： 本工程建设期和生产期扰动原地貌、土地及植被面积分别为 28.5hm2和 80.9hm2（见表 2）， 土壤侵蚀总量为 22374.85，造成新增水土流失总量为 9362.25t。

表 1 水土流失预测单元及预测时段表 预测单元建设期运行期（3年） 施工期（1年）植被恢复期（3年） 风蚀水蚀风蚀水蚀风蚀水蚀 生外排土场 1 1 3 3 产采掘场 1 1 3 3 3 3 区地面防排水 1 1 3 3 辅助生产区 1 1 运输道路 1 1 供排水工程 1 1 3 3 供电线路 1 1 3 3 表 2 新增水土流失面积统计表 预测单元面积（hm2）地类 建设期生产期 生外排土场 28.50 草地 产采掘场（首采区） 22.72 46.8 草地 区地面防排水 2.46 2.46草地 辅助生产区 1.2 1.2 草地 运输道路 0.50 0.50草地 给排水工程 1.04 1.04草地 供电线路 0.40 0.40 合计 28.5 80.9

3 水土保持方案设计 根据对矿区的土地适宜性评价，确定了土地的利用方向为林业和牧业，故该水土保持方 案设计的防护措施以工程措施和植物措施为主。按照《开发建设项目水土保持方案技术规范》 的规定，确定了防治责任范围（包括项目建设区和直接影响区）为 106.41 hm2。为了更好、 更具针对性地对矿区建设生产所带来的新增水土流失进行防治，根据主体工程总平面布置， 工程建设生产特点和新增水土流失类型、范围等，并结合文献 [3]，本方案将该项目的水土 流失防治区划分为生产区、辅助生产区、运输道路区、供排水工程区和供电线路区五个防治 分区并分别进行设计，其中，外排土场、采掘场、运输道路是水土流失防治的重点。水土流 失防治分区及防治责任范围见表 3。

表 3 水土流失防治分区 防治分区防治责任范围（hm2）备注 生产区 辅助生产区 运输道路区 供排水工程区 102.01 1.731.421.91 重点治理区 重点治理区 重点治理区

- 2 - 供电线路区 0.46 合计 106.41

3.1生产区防治区方案设计 3.1.1外排土场防治区方案设计 通过对主体工程分析，排土场边坡是相对稳定的，但在大雨情况下，易使排土场工作帮 坡形成许多冲刷沟，引起水土流失。故外排土场水土保持方案的设计只在主体工程设计的基 础上进一步采取拦挡措施，以减少水土流失量。

（1）周边挡土围埂和防护林设计 经过实地调查，依据《水土保持综合防治技术规范》估算的径流总量，并结合相邻矿区 水土流失治理的成功经验，设计围埂的总高度为 1.5m，围埂顶宽结合机械施工取 1.0m，内 外坡比分别为 1：1和 1：1.5，挡土围埂总长度 3250m。为了防止坡面泥沙淤积，围埂与边 坡预留 2.0m宽的蓄水空间，且每隔 10m布设一横挡，防止水流集中。然后设计挡土围埂防 护林：在围埂顶部及内外侧边坡点播柠条，并在围埂周边种植油松、柠条，使内侧形成 10m 宽，5行柠条为一带的防护林带，外侧形成 10m宽，5行油松为一带的防护林带。

（2）平台设计 外排土场形成最终平台高度为 40m，由阶梯平台和最终平台组成，每个台阶高度为 20m。 由于排土场平台的物料多由泥岩及大小不等的石砾所组成，土壤结构比较紧密，渗水和蓄水 的能力都很低，产汇流量较大，为了防止集中径流极有可能发生冲沟。因此，设计采取网格 式分块拦蓄和植物的措施。

鉴于矿区风力强劲，排土场平台又高于附近地面，表土肥力低，结构不良、保水保墒能 力差等特点，不利于植物生长，故本设计首先对平台进行覆土，平均覆土厚度取为 0.50m， 然后在排土场达到设计排放标高后，将最终平台分割成 100m×50m规格的畦田，阶梯平台 由于平台宽度在 25.0m左右，将阶梯平台分隔成 100m×25m的地块。围埂高度设计为 0.50m， 顶宽 0.50m，内外坡比均为 1：1。为了防止汇水冲刷边坡，设计阶梯平台平整时做成反坡， 外高内低。最后在覆土的平台上面营造灌草带状防护带，最终形成 2m宽为一带的沙棘防护 林带，4m宽为一带的草带。

（3）边坡综合防护措施 排土场边坡坡面较长，岩土疏松、稳定性差，含水量低，植物生长困难，极易发生土壤 侵蚀，故排土场边坡也应首先在边坡采取覆土措施，平均覆土 0.50m，然后在其上营造灌木 防护林，面积为 10hm2（内边坡面积 4hm2，外边坡面积 6hm2），树种选择柠条或沙棘。 3.1.2采掘场防治区方案设计 （1）采掘场周边网围栏设计 采掘场是低于周边原地貌的巨大采坑，侵蚀主要发生在采掘场的帮坡和工作平台上。由 于土壤侵蚀以内部搬移和沉积为主，因此采掘坑的水土流失较小。为了防止人为活动对采掘 坑外围天然草地的损坏，增加采掘坑外围植被覆盖度，减少风力侵蚀对周边环境的污染，设 计采取网围栏围封禁牧，即用水泥柱和 5道钢丝网片 (或刺丝 )将采掘坑外围进行围封，长度

6.5 km，并每隔 8m设 1根水泥桩，水泥桩高 2.0m，埋深 0.45m，每 48m设置中间柱一根。 （2）内排土场设计 按照主体工程设计的排弃计划，在方案服务期内，采掘场内排土场从 2007年开始，到 - 3 - 方案服务期末的 2014年可形成最终平台。由于边坡仍处于排弃状态，因此，方案只对内排 土场平台进行措施设计。平台设计与外排土场相同，最终形成 2m宽为一带的沙棘防护林带， 4m宽为一带的草带，造林种草面积 13hm2。

（3）采掘场周边防护林设计 采掘场周边长度 5600m，面积 11.2hm2，被设计成周边防护林带，树种选择油松、柠条。 最终内侧形成 10m宽，5行柠条为一带的防护林带，外侧形成 10m宽，5行油松为一带的 防护林带。

3.2辅助生产区防治区方案设计 3.2.1工业场地 工业场地内道路总长 335m，设计采取两林夹一路形式，在道路两侧各营造 2行乔木 防护林，内侧栽植针叶树云杉，外侧栽植阔叶树国槐。工业场地行政福利区布设缀花草坪， 平均每 30m2草坪点缀一丛花灌木。花灌木选择沙地柏、玫瑰、珍珠梅、榆叶梅，草坪选择 早熟禾，草坪种植面积为 0.1hm2。其他区域的绿化以种植披碱草为主，其间点缀常绿针叶 树，绿化面积 0.28hm2。

3.2.2截水沟 为防止自然地势坡面水流入工业场地，对工业场地构成威胁，主体工程在围墙外侧设 置了截水沟，用以截排及疏导围墙外坡面径流。截水沟采用矩形断面，设计防御标准为二十 年一遇24小时最大暴雨量，设计最大流量为 0.55m3/s，断面底宽为 50cm，沟深80cm，截水 沟纵坡为 1％。截水沟采用浆砌片石加固防护，厚度 30cm，浆砌片石下铺设厚度为 10cm的砂