煤矿重组整合建设项目的水土流失预测研究

□ 薛海平

由于历史原因，我国煤矿开采形成了多、小、散、乱的特点，中小煤矿回收率比较低，资源环境损失较为严重。推进煤矿企业兼并重组整合是实现我国煤炭工业可持续发展的重要举措。根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件晋煤重组办发[2009]61号《关于晋中市介休市煤矿企业兼并重组整合方案的批复》批准，以地方骨干企业山西义棠煤业有限责任公司主体企业，兼并重组整合原山西青云煤业有限公司（单独保留矿井）。重组后的矿井名称为山西介休义棠青云煤业有限公司。整合后矿井生产能力90万t/a，井田面积6.3593km²，批准开采2~11号煤层，矿井服务年限16.95年，其中2、5号煤层设计资源储量为1 300.2万t，设计可采储量999.6万t。由于在煤矿整合建设中对于环境问题的重视程度不够，导致煤矿整合建设过程中水土流失现象严重的矛盾较为突出，不仅对煤矿的安全运行产生了较大的影响，而且对矿区周边的环境危害也是比较严重的，为了加强对水土流失的了解和控制，必然要对水土流失状况实施有效的预测和防治。

一、预测范围和预测时段

煤矿区水土流失是一种典型的人为加速侵蚀，开采活动扰动地表、破坏植被、改变原地貌、土壤结构和地面物质组成，造成土地肥力退化，进而导致土地生产力降低，给该区植被恢复带来一定难度，产生大量新增水土流失，造成一定程度的危害。水土流失又会使植被失去赖以生存的物质基础，尤其是进入生产阶段后，采煤沉陷区的逐年扩大，若不重视治理，会使水土流失加剧，并由此带来一系列的负面影响，这种水土流失是不可逆的，单纯地依靠自然修复能力是不够的，主要还是通过人为的辅助措施来治理。

本方案水土流失预测的范围如下：主副井工业场地、风井场地、临时办公区场地、爆破材料库、新建排矸场、场外道路、输电线路、供水管线、拟采采空沉陷影响区。

本工程水土流失预测分为建设期(含施工准备期)、自然恢复期、运行期三个时段。建设期在确定预测时间时根据工程施工跨汛期作适当调整。预测时段按最不利的情况考虑，超过雨季长度的按一年计算，不超过雨季长度的按占比例计算。根据项目区的实际情况，自然恢复期按3年考虑。生产运行期主要考虑方案服务期内排矸场堆渣、井田采空沉陷影响区的水土流失。预测时段确定为2.65年。

二、预测内容和预测方法

水土流失的预测内容和方法见表1。

三、水土流失预测成果

（一）扰动地貌面积

根据项目工程设计报告与实地调查，结合工程现状建设情况，对项目建设开挖扰动地貌、占压土地、破坏林草植被的种类、数量、程度和面积进行测算和统计，本项目建设期扰动地貌面积为31.2hm2，运行期为0.71hm2。

（二）弃土弃渣量

1．建设期

工程建设期，动用土石方量113.54万m3，其中挖方61.85万m3，回填51.69万m3，弃方10.16万m3(弃方中，矸渣和建筑垃圾4.93万m3弃于排矸场，有5.23万m3的土方分别用于排矸场和废弃场地覆土)。

2．运行期

矿井投产后，矸石排放量为4.5万t/a，约2.5万m3/a（容重1.8t/m3）。锅炉炉渣约为0.06万t/a，约0.075 m3/a（容重0.8t/m3），生活垃圾约为80.69t/a。煤矸石和锅炉炉渣全部运往排矸场堆放，生活垃圾由当地环卫部门统一处理。

（三）损坏水土保持设施面积

水土保持设施是指凡具有水土保持功能的一切事物的总称，如原地貌、自然植被等都有水土保持功能，均应视为水土保持设施。经统计，本项目建设期损坏的水土保持设施面积31.2hm2，运行期损坏的水土保持设施面积为0.7hm2。

（四）新增土壤流失量

本工程施工期所造成的水土流失量主要由两部分组成，一是由于项目建设扰动、破坏土地及植被造成原地貌水土保持功能降低甚至丧失，导致土壤侵蚀加剧而增加的水土流失量；二是因为项目建设造成的临时堆土松散堆放而增加的水土流失量；运行期主要是矸石堆弃、采空区沉陷重塑地貌产生新增水土流失。

表1 水土流失预测内容和方法

根据工程建设特点、施工工艺、施工时序、扰动、破坏地貌类型及面积等，分析工程建设不同区域的水土流失特点，预测新增土壤流失量。

新增土壤流失量为工程施工扰动后产生的侵蚀量与原地貌侵蚀量的差值，计算公式为：

式中：

ΔW——新增水土流失量，t；

W1——原地貌水土流失量，t；

W2——扰动地貌水土流失量，t；

Fi——第i个地貌单元的预测面积，km2；

Mi——第i个地貌单元原地貌的土壤侵蚀模数，t/km2.a；

Ni——第i个地貌单元扰动后地貌的土壤侵蚀模数，t/km2.a；

Ti——第i个地貌单元的预测时间，a。

各区域原地貌土壤侵蚀模数，是依据土壤侵蚀遥感监测解析资料的基础上，结合其地形地貌、土地利用现状、土壤植被情况后，进行综合分析确定的。施工期扰动后侵蚀模数是根据工程特点、占地地形地貌、开挖破坏程度等，通过对山西省已建项目侵蚀类型区分布、自然条件及工程施工情况调查和综合分析确定的。自然恢复期土壤侵蚀模数：在此期间水土流失逐步恢复到扰动前较为稳定的地貌状态，土壤侵蚀模数逐年减低，最后一年接近或达到原地貌土壤侵蚀模数。运行期土壤侵蚀模数：参考已有研究成果，在未采取水土保持措施的情况下，新建排矸场侵蚀模数确定为10 000t/km2.a；拟开采沉陷影响区侵蚀模数确定为8 000t/km2.a。各时段的新增土壤流失量汇总详见表2。

表2 新增土壤流失量汇总表

（五）可能造成的水土流失危害

本工程在开挖、压占等建设活动时，除破坏大量的自然植被、产生一定程度的水土流失外，也将造成一定程度的危害，具体表现在以下几个方面：

1．土地资源的破坏

由于开挖、占压，破坏原有植被，改变了原地貌、土壤结构和地面物质组成，造成土地肥力的严重退化，从而导致土地生产力降低。同时，施工扰动了原土层，使裸地面积增加，为溅蚀、面蚀、细沟侵蚀等创造了条件，造成水土流失。

2．水资源的破坏

施工中临时堆土如得不到及时有效的防护治理，在降雨和人为因素的作用下，泥沙直接流入场地临近的河道中，增加其含沙量。

在实际开采过程中还会出现当地村庄水井被疏干，影响当地工农业生产及居民生活用水，导致区域内土地生产力下降和生态环境恶化。

3．周边环境的影响

矸石堆弃增加了新的水土流失源，如果防治措施处理不当，将产生严重的水土流失，对周边生态环境造成威胁。同时在风力的作用下，产生大量粉尘，使周围村庄空气质量明显下降，影响居民的生活质量。

表3 建设期不同区域土壤流失量汇总表

4．造成地面沉陷

由于矿井不断进行地下开采，致使地下形成采空区，随着时间的推移，采空区地貌在某些外力作用的影响或条件激发下，产生地面沉陷、地裂缝、滑坡等自然灾害，在加剧土壤流失的同时，也造成了雨水的大量渗漏。

四、综合分析

（一）新增水土流失特点

1．时空分布一致，侵蚀强度变化不同

施工期主要集中在工业场地、场外道路、排矸场等建设区域，呈点、片、线状，新增侵蚀活跃，施工结束后，侵蚀活动随之减弱，呈现先强后弱的特点。

2．新增侵蚀的行业特点鲜明

与同类煤矿建设相同，本项目建设的新增侵蚀主要集中体现在：施工扰动形成的加速侵蚀；建设期临时堆土的堆积物侵蚀；运行期排矸场堆矸形成的堆积物侵蚀，地貌沉陷造成地貌破碎引起水土流失。

3．排矸场水土流失影响时间长

随着施工的结束，施工侵蚀活动随之减弱，危害有限，易于控制；排矸场的水土流失时间较长，若不加强控制，会造成水土流失危害，且危害较大。

4．采空沉陷影响区水土流失危害大

地貌沉陷、裂缝破坏原地貌，降水大量渗漏，地貌植被枯死，保水固土能力下降，水土流失增强。

（二）水土流失重点时段与重点区域

1．重点时段

生产运行期由于产生水土流失的面积大，时间长，新增土壤流失量最大；建设期（含施工准备期）新增土壤流失量虽然小，但主要是人为扰动产生，容易采取措施控制，因此把建设期作为水土流失防治的重点时段。

2．重点区域

建设期重点防治区域的确定主要根据各功能区单位面积、单位时间新增水土流失量的大小决定。详见表3。

由上表可知，新建排矸场新增水土流失增量最大，主要原因在于排矸场扰动后土壤侵蚀模数较大；其次为场外道路，原因在于扰动后土壤侵蚀模数较大。因此，确定新建排矸场和场外道路为重点防治区域。

（三）应采取的防治措施

依据前面分析，水土流失防治布置应采取工程措施、植物措施和临时防护相结合的措施，以工程措施为先导，发挥其速效性和控制性，在重点地段布设工程措施的同时，加强“线”和“面”上的林草建设，充分发挥植物措施的后效性，同时加强临时防护和管理措施。

本工程主副井工业场地和风井场地以临时性挡护、遮盖和排水等措施为主进行防治；场外道路以排水措施和植物措施为主；排矸场以拦挡、排水和植物措施防护措施为主。

（四）防治措施实施进度

水土保持措施进度的安排应结合主体工程，坚持“三同时”原则，实现水土流失的根本治理。施工中对于挖、填土方较多区域，应实施挡护、遮盖、排水等临时性防护措施；施工扰动的场地及时进行清理平整，实施硬化、绿化措施；绿化工程结合所选树草种的植物学特性、适宜栽植季节等因素，及时进行栽植；生产运行期间，采取分层碾压堆矸工艺，达到设计标高进行平整、覆土、绿化。

排矸场应先修筑拦挡工程后排渣，在施工期可先行安排截水沟等工程建设；临时防护措施要提前布设，绿化工程结合所选造林树种的植物学特性、适宜栽植季节等因素及时进行栽植。

（五）对监测、监理的指导性意见

为及时发现并有效控制项目建设区水土流失现象的发生，应在项目区内设置监测点对水土流失进行适时监测，对重点流失区域重点监测，以确保各项水保设施发挥效益，将水土流失量降到最低限度。

在施工期监测重点地段为施工临时堆土区域，特别是6～9月降雨季节，应加强监测工业场地区，主要监测水土流失量的变化、绿化效果等。根据水土流失量的预测结果，应对建设期排矸场、工业场地、风井场地重点监测，其余防治区域进行一般监测。运行期主要监测排矸场的坡面防护情况、采空沉陷影响区的沉陷情况及排水设施的完好性。另外，同步进行监理，以保证工程质量和进度。

综上所述，根据《中华人民共和国水土保持法》和“三同时”制度的有关要求，建设过程中应按主体工程和水土保持方案设计及时布设水土保持措施，增加植被覆盖度。当主体工程土建施工结束后，所布设的各项水土保持措施将逐步发挥防护效益，逐步消除项目建设带来的不利影响，保护和改善区域生态环境。