新疆干旱荒漠区煤矿开采区域的水土保持措施探讨

吴 煜

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002)

新疆干旱荒漠区煤矿开采区域的水土保持措施探讨

吴 煜

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002)

水土流失；防治措施；煤炭基地；干旱荒漠区；新疆

新疆大型煤炭基地是国家规划确定的第十四个大型煤炭基地，主要包括准东、吐哈、伊犁、库拜4个区，区内干旱少雨、植被稀疏、土地荒漠化严重，是典型的干旱荒漠区。露天矿开采具有扰动面积大、挖方量大、扰动周期长、扰动后侵蚀模数大等特点，在干旱荒漠矿区生产建设中采取洒水降尘、喷洒高矿化度水固结地表、挡土围堰(埂)、碎石或砾石压盖、集雨灌溉等水土保持措施，成效显著。

2014年，国家发改委以发改能源〔2014〕387号文对新疆大型煤炭基地建设规划进行了批复，这对新疆将资源优势转化为经济优势，加快经济社会发展，实现社会长治久安战略具有深远的意义。新疆大型煤炭基地是国家第十四个大型煤炭基地，是我国煤炭生产力西移的重要承接区，分准东、吐哈、伊犁、库拜4个区。“十一五”和“十二五”期间，新疆煤炭资源的开发步伐加速，建设规模不断加大，因煤矿开发建设造成的水土流失问题也日益突出，煤矿开发尤其是因露天煤矿开采而增加的水土流失量，已排在各类建设项目之首，煤矿开发建设引发的水土流失问题已引起社会各界的高度关注[1]。抓住矿区开发建设过程中的各关键环节，因地制宜、有针对性地釆取水土保持措施，是干旱荒漠区煤矿开发预防和减少水土流失的关键所在。本文以哈密大南湖露天煤矿为例，浅谈煤矿开发建设中的水土保持措施布设。

1 项目及项目区概况

1.1 项目简介

哈密大南湖露天煤矿属新疆四大煤炭基地中的吐哈区，井田位于哈密市伊州区西南约84 km处。矿田设计规模10 Mt/a，服务年限141 a，建设投资14.5亿元。矿区目标定位以“西电东送”为主，部分参与“西煤东运”。 2013年9月开工建设，现已建成运行。

1.2 项目区概况

露天矿位于残丘台地区，地表被残积、坡积的岩屑覆盖，通称戈壁。矿田及周边50 km范围内无地表水系。土壤类型有石膏盐盘棕漠土、荒漠风沙土、含盐石质土。属典型的大陆性温带极干旱气候区，多年平均降水量只有35 mm，而蒸发量却达2 800 mm。年均风速高达3.7 m/s。地表裸露无植被覆盖，是典型的荒漠植被区。

1.3 项目区生态功能

根据《全国生态功能区划》，井田位于吐鲁番-哈密盆地荒漠防风固沙三级功能区，主要生态问题是资源开发带来的植被覆盖度进一步降低、土地荒漠化严重和生态系统保持水土功能弱等。根据《新疆生态功能区划》，井田位于天山南坡吐鲁番-哈密盆地戈壁荒漠、绿洲农业生态亚区中的嘎顺-南湖戈壁荒漠化敏感生态功能区，主要生态服务功能是“荒漠化控制、生物多样性维护、矿产资源开发”。 按照新疆自治区“三区”划分公告，矿区属重点监督区，水土流失类型以风蚀为主，土壤侵蚀强度为中度。

2 项目建设特点

(1)扰动面积大。露天矿开采扰动面积大，扰动区域主要集中在采掘场、外排土场及工业场地。本工程总占地面积465 hm2，其中永久占地414 hm2、临时占地51 hm2。永久占地中采掘场占27%、外排土场占51%、工业场地占12%、场外道路占10%；临时占地中场外管线占90%、外包基地占8%、场外输电线路占2%。

(2)挖方量大。挖方量非常大，露天矿挖方主要来自采掘场表土及覆盖层剥离，其次是工业场地建设和各类管线铺设。本项目建设期总挖填方量3 522万m3，其中挖方量占98%、填方量占2%。弃方全部运至外排土场堆放。

(3)扰动后土壤侵蚀模数大。根据《西气东输二线工程水土保持监测报告》(新疆水土保持生态环境监测总站，2010年)监测数据，项目区原地貌土壤侵蚀模数为2 500～4 000 t/(km2·a)，扰动后土壤侵蚀模数为8 500 t/(km2·a)。停止扰动后，水土保持功能需要2～3 a才能恢复到扰动前，而自然恢复期的土壤侵蚀模数仍高达4 000～7 000 t/(km2·a)。

(4)造成的水土流失量大。本项目建设产生的水土流失总量为66 840 t，其中新增水土流失总量为37 495 t。流失重点区域为采掘场、外排土场、工业场地和道路工程区。

(5)扰动周期长。露天矿建设周期长，本项目建设期2年，投产运行后还会有高强度、大面积的扰动，长时间的生产过程会加大水土流失治理难度。

3 项目区水土流失危害

项目区地表主要被戈壁砾幕层覆盖，生境恶劣，地广人稀，在这种情况下，沙质荒漠在砾幕层的保护下侵蚀强度以中度为主。一旦戈壁砾幕层被破坏，沙质荒漠直接裸露在外，会向裸地、沙地转化，受风力作用侵蚀强度会加大，形成强烈或极强烈侵蚀，因此对于戈壁砾幕层的保护是减少荒漠区水土流失的关键。项目区沙地、裸地表面没有植被覆盖和块石保护时，起沙风速下，直径小于1 cm 的石砾都会被风吹起。

4 重点区域的水土保持措施

4.1 采掘场区

(1)洒水降尘。爆破作业时采用水袋爆破技术，将水袋布置在炮孔上，爆破时水袋炸裂，起到预湿效果，爆破降尘率最高达80%。在采掘平台周围布设洒水管路，通过水枪喷水可以有效提高物料湿度，防止装载过程中产生的扬尘。

(2)洒水固化。对达到设计堆高要求的台阶先采用火烧石或黄土覆盖，然后在表面用高矿化度的矿井水进行喷洒，使表面固化，地表结壳，可有效防止风力侵蚀。本项目引用化学固沙法，降低戈壁扰动后的风蚀。化学固沙的原理是将稀释后具有一定胶结性的化学物质喷洒于松散的流沙表面，水分会迅速渗到沙层以下，而那些化学胶结物质则滞留于一定厚度(5～10 mm)的沙层间隙中，将单粒的沙子胶结成一层保护壳，以此来避免气流与松散沙面的直接接触，从而起到防止风蚀的作用。本项目选用疏干水作为防止水土流失的化学药剂，检测结果显示，疏干水属Cl-SO4-Na 型，矿化度高达15.38～16.50 g/L，属高矿化度水(卤水)、极硬水。

(3)挡土围堰。在采掘场年度开采范围外沿设置挡土围堰，防止工程设备随意扰动原地表、增加水土流失。若不得已对原地表造成了扰动，则利用机械设备就地平整，再洒高矿化度水形成盐结晶壳体。

4.2 排土场区

排土场采取的工程措施主要有挡土围埂、坡脚排水沟和排土边坡压盖等，临时措施有洒水降尘等。运行期对采坑内排土场采取洒水等措施进行防护[2]。挡土围埂采用重力式梯形断面结构，高1.5 m，顶宽0.5 m，内外坡比均为1∶1.5。项目区常年多风，风力一般4～5 级，最大可达10 级以上，为减少扬尘造成的风蚀危害，每天洒水两次，每次洒水25 m3，洒水期为风季的6 个月。当排土场排土后，对排土场平台及边坡用火烧石进行分层覆盖、碾压平整，然后喷洒高矿化度水使表面固化，以有效抑制排土工作面扬尘，防止水土流失。

4.3 工业场地区

该区采取的工程措施主要有对可绿化区域进行土地整治，并布置灌溉系统；对明槽边坡、带式输送机基础边坡采用砾石覆盖、护坡网防护。植物措施主要是栽植新疆杨、长枝榆及紫穗槐等乔灌木，并撒播苜蓿草籽。临时措施主要有防尘网苫盖堆土，并在四周压盖砾石；风季对施工区域进行洒水等。

4.4 道路工程区

道路工程区采取的工程措施主要有硬化路面、整治土地，修排水沟及雨洪蓄集设施等，收集的雨水可用于绿化灌溉，不但可有效控制水土流失，还有利于节约水资源；植物措施主要是栽植长枝榆、紫穗槐等乔灌木，防风固沙；临时措施主要有在道路两侧布设限行桩，风季对施工区域进行洒水等。采掘场、排土场各区段内道路，多为临时道路，服务时间较短，一般采用泥结碎石路面，考虑到长时间碾压后也易起尘，所以主要采取洒水措施，效果显著。建设期，在施工道路两侧设置围挡，限制施工作业带范围，防止施工车辆随意增加地表扰动范围，破坏地表戈壁砾幕层。在开工初期就与施工单位签订文明施工责任书，要求施工单位不得随意碾压戈壁地表，对违反者进行高额罚款，同时在所有施工区域设置隔离设施，悬挂标志牌。

另外，砾幕层是数十万年来自然形成的地表土壤保护层，具有抗风蚀和防蒸发作用，在维护荒漠生态环境中具有十分重要的作用。保护好砾幕层、减少人为扰动就是对当地最大的保护。矿区修建线性工程时跨度较大，如果不控制施工扰动范围，会造成砾幕层松动，在风力作用下土壤侵蚀强度升级，水土流失加剧。

矿区开发时尽量减少对地表造成扰动，防止底层流沙出露而形成新的风沙源；施工后及时恢复施工迹地，采取硬化或用砾石压盖的方法恢复砾幕层，保持区域生态系统平衡稳定[3]。

5 结 语

在干旱荒漠区，大规模高强度的煤炭开采易导致生态破坏且难以修复，因此矿区开发必须坚持生态优先、在保护中开发的原则，以煤炭转化规模、生态恢复与重建能力定煤炭生产规模。矿区规划建设应分区、分期实施，控制资源开发与利用过程中造成的生态破坏，科学合理和有效地保护自然资源、矿产资源。

[1] 姜德文.生产建设项目水土流失防治十大新理念[J].中国水土保持，2011(7)：3-6.

[2] 马英武.准东矿区露天煤矿排土场水土流失防治措施分析[J].水土保持应用技术，2013(3)：35-37.

[3] 郭洋楠，杨鹏，杨俊哲，等.荒漠化矿区煤炭开采与生态环境治理探讨[J].陕西煤炭，2014(2)：16-18.

(责任编辑 孙占锋)

S157.2

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吴煜(1968—)，女，新疆乌鲁木齐市人，高级工程师，学士，长期从事环境影响评价及水土保持方案编制工作。

2017-03-10