柠条塔煤矿水土保持措施体系建设

王建文,马三保,路根奎,孙晓玲,智连著,方 琳,刘琼海,王 娟

(1.陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司,陕西榆林 719300;2.黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站,陕西绥德 718000;3.黄河水利委员会黄河上中游管理局,陕西西安 710021;4.黄河水利委员会晋陕蒙接壤地区水土保持监督局,陕西榆林 719000)

在煤矿建设和煤炭开采过程中,因改变地形地貌、破坏地表植被等造成了严重的区域环境恶化,导致出现了不同形式和不同强度的水土流失。目前,因煤炭开采导致的环境问题已严重影响到我国经济、社会的可持续发展。随着人们生活水平的提高和环境意识的增强,采矿业对生态环境的危害日益受到社会关注,矿山生态环境治理已经成为世界性的重要课题之一。

1 项目区概况

柠条塔煤矿位于黄土丘陵沟壑区与毛乌素沙漠过渡地带,所在区域半固定沙丘广泛分布,地表沟壑纵横、梁峁相间、植被稀疏,生态环境脆弱。矿井工业场地位于考考乌素沟南岸的山坡上,包括工业场地平台、风井平台、弃土弃渣平台,建设中形成了集平台边坡、场地道路边坡及堤岸、路堤、坡脚等的边坡系统。煤矿开采加剧了区域土壤侵蚀和新增了人为水土流失面积,因此必须针对项目区不同的水土流失类型,配置合理的水土保持措施体系,这样才能实现有效治理水土流失、建立生态文明矿区的目标。

2 水土保持措施体系

针对项目区建设中扰动破坏地表并形成新的地貌类型、工程服务功能与防治措施布局统一的特点,根据水土流失防治目标以及项目区系统建设、分区建设的整体性和层次性等进行水土保持措施体系划分。建立矿区水土保持措施体系的主要任务是消除地质隐患、减轻水土流失、恢复区域生态系统、促进植被演替进程、稳定物种群落生态功能、重塑新型地貌景观、有效改善小气候和人居环境。针对项目区工程建设特点、征占地类型、扰动破坏地表面积、不同功能区和立地条件等,将矿区水土保持措施体系分为工业、民用建筑场地防护体系和边(滑)坡防护体系及防洪、排水防护体系 3个类型,分别进行水土保持措施体系布设。

2.1 工业、民用建筑场地防护体系

柠条塔煤矿工业、民用建筑场地包括工业场地、办公楼建筑场地、风井场地、矸石排放平台等区域,因在建设中改变了原有地貌形态,导致土壤层次紊乱、物理性状差。对于人类活动较多的办公建筑场地,采取以美化绿化为主的矿寓生态休闲景观模式;对于人类活动较少的南北风井场地和弃土弃渣场地,采取以水土流失防护为主的废弃场地生境模式。

(1)矿寓生态休闲景观模式。在建筑主体工程施工基本完成后,根据所在功能区的要求和建筑物主体设计、专项设计以及水土保持方案等,考虑到施工后场地内土壤结构复杂、质地疏松,先对施工空闲区域进行场地平整,同时修建配套道路以及围栏、亭、廊、楼、阁、雕塑、假山、喷泉、园林小品等;对场地平整后的区域进行熟化的地表土归还和土壤改良(换土厚度 50 cm),在满足植物生长要求的基础上,开展植被的布局配置和筛选引种,尤其是工业广场中树木、花、草的选择要以乡土品种为主,选择如樟子松、火炬树、山杏、山桃、榆叶梅、砂地柏和黄刺玫等乔灌木,同时考虑到与园林小品搭配,引进了适应当地气候和土壤、抗逆性较强、根系发达、根蘖性强以及具有一定形态、色彩和空间层次的有四季观赏价值的红叶李、红碧桃、白皮松、白蜡、五角枫、云杉、香花槐、丁香等乔木树种,连翘、红王子锦带、红叶小檗、红瑞木、珍珠梅等小灌木树种以及常夏石竹、金叶莸、中华地锦、鸢尾等草种;完善排水渠系、涵管,采用了较为先进的中水处理系统,在林草种植区域配套了喷灌节水系统,在醒目的地方布设警示标志等,建设配套养护体系。

(2)废弃场地生境模式。为防治风井场地和开阔矸石排放平台的水土流失,在防治措施配置方面主要考虑进行土壤改良和栽植适宜当地气候、土壤的乡土乔灌草物种,如小叶杨、紫穗槐、黄刺玫、紫花苜蓿和披碱草等。

2.2 边(滑)坡防护体系

柠条塔矿井工业场地位于考考乌素沟南岸的山坡上,分 3级平台布设:一级平台布置有主斜井、筛分破碎车间和两个落煤筒式储煤仓,二级平台布置有辅助生产区的机修区和主要生产区的主厂房、浓缩车间、汽车装车仓、锅炉房等,三级平台布置有场前区、槽型产品仓、污水处理站、35 k V变电站和器材库等。相邻平台间因自然放坡、人为削坡开级等形成了大面积坡面,加上风井区边坡、排矸场堆矸边坡和道路弃渣边坡,水土流失防治责任范围内的坡面面积近 30 hm2。上述边坡中大多为散体状岩土混合边坡,其中一级平台与河堤之间的边坡坡面面积达 15hm2、高差达 80m,其他边坡坡面面积在 1.0～2.0 hm2之间、高差在 10 m以下。根据实际地形,考虑到坡面系统的完整性进行削坡开级,一般设置每平台之间高差为 4.0～8.0 m,坡度 1.0∶1.5左右,平台宽 1.0～1.5 m,尽管在建设初期考虑到了崩塌、滑塌等不稳定问题,但由于边坡物质组成的结构松散,在重力、风力和水力等外营力作用下,极易造成滑塌和水土流失。为此,对于大型边坡如一级平台与河岸之间的边坡,在表土改良完成后,根据坡面高差和植物防护配置规划,采用植物锚杆抗滑桩固坡,即将直径15～20cm、长度 200 cm的柳树锚桩逐行垂直打入坡面,锚桩桩距 50 cm,行距 200 cm,打桩深度1.4 m。在边坡坡脚与河岸连接处采用常规的浆砌石挡土墙支护,同时加强排水沟建设;对于其他支毛沟沟岸和道路两侧边坡,根据坡面物质组成的破碎和松散程度,在完整性较好、面积较大的坡面采用引排水浆砌石拱架防冲护坡,在面积较小、地形破碎的坡面采用六角空心混凝土骨架防冲护坡,在部分人类活动较少的荒山边坡采用水平沟和鱼鳞坑防冲,在边坡坡脚实施浆砌石挡土墙支挡和排水沟防护。在上述措施的基础上,开展了坡面植被的景观布置和乔灌草物种的筛选引种等工作,具体方法同工业、民用建筑场地防护体系。

在配置坡面水土保持措施体系的基础上,在各平台底部修建浆砌石或A S T M钢管排水系统,完善排水渠系。采用较为先进的中水处理系统,在林草种植区配套喷灌节水系统。在道路两旁比较醒目的地方布设警示标志,建立了较为完善的大型坡面生态休闲景观区和道路两旁防风、美化绿化景观区。

2.3 防洪、排水防护体系

柠条塔煤矿工业场地地势较高,为保证矿区安全生产,需建设配套的防洪、排水系统。建筑物主体施工基本完成后,根据各类场地、道路和地面排水设施布设,从最高处的三级平台到考考乌素沟南岸,进行排水、防洪系统统一规划、逐层布置。依据三级平台场前区自然地势(西北高、东南低)确定产汇流方向;按照《防洪标准》(G B50201—94)的规定确定技术参数,在各类建筑场地和道路两旁设计排洪渠系;将每层工业场地的雨水用浆砌石排水沟由高到低引汇至两层平台相接的道路两旁的排洪渠,并沿进场公路排洪渠逐层排入考考乌素沟沟道;在跨越道路处,根据汇水流量大小布设了排洪涵洞和钢筋混凝土涵管,并使其在进场公路入口两侧的山体坡脚处与考考乌素沟沟槽相接,为此按照《防洪标准》规定的设计能抵御 100年一遇洪水的浆砌石防洪堤。一级平台南岸的大型边坡高差约 80 m、斜坡长度达 150m,汇水量很大,为防止暴雨冲刷,沿坡面从上到下铺设A S T M钢管纵向引流。A S T M排水钢管间距 5～8 m,与平台底部的排水沟相连,逐层引流将雨水排入河道,确保了坡面水土保持措施的防汛安全。

3 结 语

对于晋陕蒙接壤地区集中开发的工矿建设区,防治水土流失是区域生态环境建设和社会和谐发展的关键;对于现代矿山企业,坚持资源开发和环境保护双赢的理念是建设企业文明的必由之路。根据煤矿项目区水土流失特点、不同类型区服务功能和立地条件的差异,建立了现代生态文明矿区的水土保持措施体系,对于推动煤矿生产建设的可持续发展具有重大意义。