金阳煤矿水土流失预测研究

罗世臣

(贵州兴源煤矿科技有限责任公司 贵州贵阳 550002)

1 金阳煤矿简介

1.1 交通位置

金阳煤矿隶属桐梓县娄山关镇东山村所辖。矿区位于桐梓县城北东,矿区有公路相通,距川黔公路1km(运距),距桐梓县3km,交通较为方便。矿区地理坐标为:东经106°50′09″——106°50′58″;北纬28°09′46″——28°10′40″。

1.2 项目简介

矿井设计生产能力15万t／a,矿区东西长约1.7km,南北宽约0.45km,面积0.8122km2,准采标高+1122—+844m,矿井保有资源储量369万t,可采储量230.6万t。项目建设区由生产及辅助生产区、办公生活区、排矸场地和附属系统区4部分组成,占地面积4.62hm2。斜井开拓,采用走向长壁后退式开采,全部垮落法管理顶板。

1.3 气候

表1 项目区各分区水土流失因子调查表

表2 项目区水土流失现状表(面积)

项目区属亚热带湿润季风气候区,冬无严寒,夏无酷署。根据桐梓县气象局近30年气象资料,分述如下:①气温:多年平均气温14.6℃,最高温度37.5℃(7月),最底温度-6.9℃(1月),≥10℃有效积温4600℃,无霜期257天～285天;②降雨量:多年平均降雨量1038.8mm,年最大降雨量1841.3mm,年最小降雨量995.6mm,降雨多集中在5-10月,10年、20年一遇最大一小时降雨量分别为66.78mm,78.12mm。年平均相对湿度为81%。年平均蒸发量960.30mm;③日照:年平均日照时数1091.6小时,月平均日照时数最长为189.8小时,月平均日照时数最短为27.3小时;④积雪、积冰:日最大积雪深度12cm,电线积冰直径最大为10mm;⑤风:常年主导风向以s风为主,年平均风速2.0m/s,历年最大风速18m/s;⑥灾害性天气:主要有春旱、冰雹、夏旱、倒春寒、霜冻、夏季暴雨等。

表3 项目区水土流失现状表(侵蚀量)

表4 侵蚀模数取值表

2 水土流失现状调查

2.1 建设前期已经扰动的地表面积

我单位再次安排工作人员进入现场,经过踏勘及与业主沟通了解到,生产及辅助生产区及附属系统区已基本动工完毕,办公生活区已完成了场平,排矸场建筑垃圾也拆除了大部分。建设前期,项目已经扰动地表面积4.62hm2,损坏水土保持设施面积4.62hm2,对办公生活区进行了表土剥离工作。

2.2 土地利用现状及土壤侵蚀强度调查

此次踏勘工作,主要对项目的建设现状进行调查。通过对项目建设区水土流失现状进行实地调查及对各地块的水土流失强度进行判断分析,项目建设区面积为4.62hm2,年均水土流失总量116.88t,平均土壤侵蚀模数为2530t/(km2.a),其中,微度流失面积0.05hm2,占项目区面积的1.08%;轻度流失面积2.85hm2,占项目区面积的61.69%;中度流失面积1.72hm2,占项目区面积的37.23%。项目区容许土壤侵蚀模数500t/(km2.a),各分区水土流失因子调查、水土流失面积和侵蚀量详见表1、2、3。

2.3 水土流失危害及弃渣量调查

经过现场踏勘及调查,项目建设前期的矸石均用于工业场地回填,剩余弃渣运至排矸场。

3 工业场地建设对水土流失的影响因素分析

3.1 建设期

矿井建设外部条件好,提出的施工组织有利于保持水土、保护生态环境。如施工期间金阳煤矿充分利用了原有公路进行运输,土石方调配上尽量减少场地开挖,充分利用掘井矸石回填,不新建砂石料场,建设工期短等,对有效减少弃土弃渣量、避免或减少了高挖深填区域,对减少工程建设造成的水土流失具有积极作用。

但针对本项目,本方案认为主体设计的施工组织方面还存在以下欠缺:首先是缺乏表土剥离及留存的措施,建设单位应根据本方案的要求及规划,尽快开展此项工作。其次工程已违反了三同时原则,对于因土体开挖,造成的水土流失,建设单位应尽快采取拦挡措施。

3.2 生产运行期

由于地面大规模的建设活动结束,对地面的扰动显著减小,地面植被逐渐恢复,水土流失程度趋于稳定,但再塑地貌的活动由地上转入地下,掘井和筛选矸石的排放,如不采取有效措施,仍然会造成水土流失;同时,采空区可能引起的一定范围的地表塌陷,影响植被正常生长,从而加重侵蚀危害。

4 生产建设过程中的水土流失预测

4.1 预测内容

水土流失预测主要是预测项目建设过程中的人为水土流失,具体内容如下:(1)扰动地表面积;(2)损坏水土保持设施面积和数量;(3)弃土、弃石、弃渣量、排弃矸石量;(4)可能造成的水土流失面积和流失量;(5)水土流失危害。

4.2 预测方法

根据测算、分析,项目工程地表开挖与回填,其土层结构、粒径级配和松散系数不一,渣体的凝聚力、粘结度、内摩擦角等都会发生很大变化,抗风化和抗蚀能力明显下降,结合项目区原地表侵蚀背景值和类比工程确定侵蚀模数取值,施工期间地表侵蚀强度一般较原来增大,侵蚀模数也相应增大。

对生产区及辅助生产区和办公生活区及其它场地等区域扰动的地表可能造成的水土流失量采用侵蚀模数法进行预测。预测公式如下:

式中:W－土壤流失量,t;△W－新增土壤流失量,t;Fji－某时段某单元的预测面积,km2;

Mji－某时段某单元的土壤侵蚀模数,t/km2.a;△Mji－某时段某单元的新增土壤侵蚀模数,t/km2.a,只记正值,负值按0计;Tji－某时段某单元的预测时间,a;i－预测单元,i=1、2、3、……、n;j－预测时段,j=1、2、3,指施工准备期、施工期和自然恢复期。

表5 土壤流失量预测计算表

4.3 参数选取

由于各预测单元的土壤、植被、坡度等相近,预测参数采用统一值。

4.3.1 扰动后侵蚀现状

通过现场调查,以地形图作为工作底图勾绘、量算,参照《土壤侵蚀分类分级标准》的土壤侵蚀强度分级标准和面蚀分级等指标,确定各预测单元的原地表侵蚀模数。

4.3.2 扰动后侵蚀模数

地表侵蚀模数的来源,主要根据各建设区的水土流失背景、施工强度、工艺、自然地理状况等因素综合对比,划分和确定不同地段的水土流失强度,确定项目区的原地表水土流失强度及其数量。侵蚀模数取值详见表4。

4.3.3 自然恢复期侵蚀模数

依据对开发建设项目实施的水土保持林在生长期间的水土流失情况调查,结合项目区实施植物措施地点的立地条件等以及经验分析,确定恢复期各年的侵蚀模数和流失量,并预测出在自然恢复期内未采取治理措施时可能造成的水土流失量。侵蚀模数取值详见表4。

4.4 预测结果

4.4.1 施工期水土流失预测

工程施工期侵蚀面积为4.62hm2,施工期原地表水土流失量为93.04t,施工期水土流失量为190.60t,新增水土流失量为97.56t,详见表5。

4.4.2 自然恢复期水土流失预测

据预测,本项目自然恢复期水土流失面积为1.69hm2,自然恢复期原地表水土流失量为39.60t。若未对工程水土流失进行治理,则在自然恢复期水土流失量为68.17t,新增水土流失量为32.50t,详见表5。

4.4.3 水土流失总量及新增水土流失总量

通过对项目建设区水土流失的预测,本项目建设将扰动面积4.62m2(其中施工期扰动地表面积3.72hm2,生产运行期扰动地表面积0.90hm2),损坏水土保持设施面积4.62hm2,施工期水土流失量为190.60t,新增水土流失量为97.56t;自然恢复期水土流失量为68.17t,新增水土流失量为32.50t。本项目工程可能造成的水土流失总量为258.75t,新增水土流失总量为130.07t。

5 防治措施布置的指导意见

根据预测,从水土流失可能发生的时间来看,项目建设可能造成的水土流失主要集中在施工期和生产运行期,如不及时采取有效的防护措施,将会造成十分严重的水土流失及其危害,自然恢复期虽有一定的水土流失产生,但项目区水热条件、立地条件都较好,随着植被的自然恢复,水土流失将逐步减少。因此,施工期是水土流失防治的重点时期,要加强对开挖、倾倒形成的裸露表土的防护;生产运行期主要是对排矸场进行防护。

从水土流失可能发生的区域来看,施工期则主要集中工业场地和排矸场地等,而生产运行期则主要集中在排矸场地,因此,不能忽视排矸场地的水土保持工作。

[1]李文银等.工矿区水土保持.北京:科学出版社,1996.

[2]王礼先.水土保持工程学.北京:中国林业出版社,2000.

[3]赵永军.开发建设项目水土保持方案编制技术.北京:中国大地出版社,2007.