矸石场水土流失防治措施布局与设计

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司）

为了贯彻《水土保持法》及有关法律法规精神，解决好煤炭生产过程中矸石堆放与周边环境的关系，防止因矸石堆放引发新的水土流失，保护和改善的生态环境，研究新建矸石场的水土保持措施布局与设计十分必要。本项研究依霍州煤电集团晋北煤业有限公司矿井新建矸石场为例，提出相应的水土流失防治措施布局与设计，可为同类型的煤矿新建矸石场治理水土流失提供参考借鉴。

1 工程基本情况

霍州煤电集团晋北煤业有限公司矿井兼并重组整合项目，位于静乐县东南，距离县城8 km，隶属于娘子神乡管辖。井田地理位置：东经112°00′14″-112°02′06″，北纬38°17′14″-38°19′15″。项目组成主要有主井工业场地、副井工业场地、行政生活区、炸药库、矸石场、场外道路、输电线路、给排水系统等。矿井建设总工期21个月，其中施工准备期1个月，建井工期20个月。项目总投资78 623.1万元，其中土建工程投资16 727.82万元。该工程的水土保持方案，2011年6月取得省水利厅批复，服务期为5 a，其中工程建设期1.8 a，运行期3.2 a（矿井首采区服务年限）。运行期（3.2 a）排放矸石23.49万m3，锅炉炉渣、脱硫渣及除尘灰1.63万m3，共计25.12万m3，堆放于矸石场。

2 工程设计变更情况

在项目建设过程中，由于征占地问题难以解决，批复的水土保持方案涉及到两处变更：一是行政生活区。取消原设计中的单独行政生活区，减少占地面积4.21 hm2，将其调整至主井工业场地东南部，主要包括办公楼、职工宿舍和食堂等，占地面积调整为6.83 hm2，新增占地面积（原设计5.69 hm2）1.14 hm2，占地类型为其他草地。二是矸石场。原矸石场设置在副井工业场地北偏东700 m的荒沟内，沟口以上流域面积29.0 hm2，矸石场占地面积1.6 hm2，堆积库容服务年限为6.28 a。矿方与牛泥村村委会达成土地租赁协议，变更至副井工业场地西北1.6 km处的牛泥村牛泥沟支沟内，沟长约400 m，汇水面积0.15 km2，占地面积2.51 hm2，占地类型为其他草地。

由于涉及到重大变更，建设单位委托有资质的相关公司，编制了新选矸石场设计报告及水土保持方案变更报告书。新建矸石场西侧靠近矿区进场道路，需新建80 m排矸道路与进场道路相接，道路占地宽度7.0 m，路面为压实土路面，矸石场服务期满后，与矸石场一起进行植被恢复。

3 矸石场选址分析与设计标准

3.1 矸石场选址分析

通过查阅相关资料及现场调查：矸石场建设范围内未发现崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害现象，无太大安全隐患；周边无公共设施、工业企业和居民点等重要基础设施，对当居民的生活、生命财产安全购不成威胁；也不在河道管理范围内，不会影响安全行洪。因此，矸石场选址合理可行。

3.2 矸石场设计标准

新建矸石场宜堆高58.71 m，库容70.74万m3。根据《水利水电工程水土保持技术规范》（SL575-2012），弃渣场级别应根据堆渣量、堆渣最大高度，以及弃渣场失事后对主体工程或环境造成的危害程度确定。据此分析确定，该矸石场等级为3级，挡矸墙等级为4级，排洪工程等级为3级；由于沟道两岸均为黄土阶台地，边坡破坏造成的危害程度较轻，斜坡防护工程等级为5级。根据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程水土保持技术规范》，矸石场工程等别为IV等，按30 a一遇洪水标准设计，100 a一遇洪水标准校核。

4 堆矸工艺设计

设计矸石堆放采用分层堆筑方案，从沟口新建的挡矸墙处堆起，从下至上，逐层堆置，分层压实。每堆放矸石高度4.5 m，压实后喷洒石灰乳化液，然后覆0.5 m厚的黄土层，以确保煤矸石不产生自燃。当沟排满后，形成边坡—平台的阶梯形式，边坡比为1∶3（坡角为18.43°），每个台阶高5 m，平台宽3.0 m，满足岩石和碎石类土的自然安息角和边坡坡比要求，关闭或封场时表面坡度一般不超过33%。矸石达到最终堆置高程后，在各级平台和边坡分别覆盖黄土，顶面覆土0.8 m，各级平台和边坡覆土0.5 m，为植被恢复与绿化做好准备，同时也可防止因矸石长期裸露而引发污染和水土流失。

5 矸石场水土流失防治措施布局与设计

5.1 措施布局

由于矸石推放在沟道里，为防止水土流失，在矸石场防治措施上，宜设置挡矸墙、防渗排水系统、岸坡截洪沟、排水沟及覆土平整等工程措施，堆矸坡面、顶面及周边区域绿化等植物措施。

5.2 工程措施设计

5.2.1 挡矸墙

在矸石场下游采用浆砌石重力式挡矸墙进行拦挡。挡矸墙总体高度6.5 m，其中基础埋深1.5 m，地面以上墙高5.0 m，墙顶宽0.5 m，墙顶长36 m。面坡坡比1∶0.5，背坡垂直。面坡墙趾宽0.8 m，背坡墙踵宽0.5 m，墙趾、墙踵台阶高1.0 m。挡矸墙用M10水泥砂浆砌石砌筑。挡矸墙每间隔12 m设伸缩缝一道，缝宽2 cm，缝内填充聚苯板，表层采用沥青砂浆封缝。现状沟底高程1 380.0 m，挡墙地面顶高与第一级马道平台齐平，墙顶高程1 385.0 m。为了排出渗入矸石堆体内的雨水，在挡矸墙上设置排水孔2道，下排排水孔高出地面1.0 m，排水孔间距2 m，梅花形布置，采用直径0.1 m的PVC管道，排水管纵坡为5%，墙后设0.2 m厚的碎石反滤体，用无纺布包裹，无纺布要求达到200 g/m2。

5.2.2 防渗排水系统

（1）基底防渗。矸石堆置前，对底层原土进行开挖，开挖深度0.7 m，铺设二布一膜土工膜防渗，膜上铺设0.2 m厚的砂垫层，上部回填素土人工夯实至原地面。共需铺设土工膜3 900 m2。

（2）前期排水。施工期和运行前期，为防止流域洪水冲击和浸泡矸石产生淋溶，采用沟道排水涵管方式排洪。排水涵管采用承插式φ800 mm预应力钢筋砼管，长度204 m，纵坡7.25%，接口处采用橡胶圈密封。在涵管入口上方垂直于沟道处，砌筑浆砌石导流墙一道，长18 m，顶宽0.6 m，基础埋深1.5 m，地面以上墙高1.5 m，上游迎水面坡比1∶0.3，背水坡比1∶0.2，面坡墙趾和背坡墙踵宽均为0.5 m，墙趾、墙踵台阶高1.0 m，由于导流墙的长度较短，不再设置伸缩缝。涵管出口建筑物由陡坡明渠段及下游护坦组成，明渠段水平长10 m，纵坡7.25%，进口高程1 380.0 m，出口高程1379.37m。明渠段采用矩形断面，用M10水泥砂浆块石砌筑勾缝，底宽0.8 m，底板厚0.5 m；侧墙采用挡土墙形式，进口侧墙高为临界水深加0.5 m的安全超高，取1.5 m，顶宽0.5 m，底宽0.75 m，基础外伸0.5 m，基础厚0.5 m。在明渠段中部底板，增设一道宽深各为0.5 m的齿墙，下游设护坦渐变度5 m。

5.2.3 岸坡截洪沟

随着矸石堆放量增大，沿矸石堆放岸坡结合处需配套截洪沟。岸坡截洪沟为梯形断面，采用M10浆砌石结构。左岸底宽0.8 m，深1.0 m（安全超高0.24 m），边坡为1∶0.5，截洪沟壁厚0.3 m，长度为684 m；右岸底宽0.5 m，深1.0 m（安全超高0.27 m），边坡为1∶0.5，截洪沟壁厚0.3 m，长度为516 m。在挡矸墙两侧的截水沟末端，各设一个消力池，消力池长4.0 m，宽2.0 m，深0.3 m，侧墙顶宽0.8 m，底宽1.2 m，基础厚0.8 m。然后，修筑排水明渠与排水涵管下游明渠相接，断面与涵管下游明渠一致，左右侧总长10 m。

5.2.4 排水沟

挡矸墙墙顶以上，每抬高5 m设一级马道，马道内侧布设横向排水沟。矸石场顶面设两条横向排水沟和一条纵向排水沟，排水沟与岸坡截洪沟相连接。排水沟为矩形断面，采用M10浆砌石结构，宽、深0.3 m，壁厚0.3 m，长度682 m。

5.2.5 覆土平整

在堆矸过程中，在矸石的层间进行覆土。堆矸结束后，对矸石场的坡面、顶面、周边绿化带及挡矸墙下游绿化区域（含排矸道路）进行覆土和土地平整。覆土来源采用库容置换法，矸石场库前堆放矸石，库尾取土，依次上升，减少取土场的面积，最终顶面与取土场形成一个平面。矸石场总计覆土量4.40万m3，平整面积2.80 hm2。其中，矸石场的层间覆土厚度0.5 m，覆土量2.52万m3；坡面覆土厚度0.5 m，覆土量0.29万m3，土地平整0.59 hm2；顶面覆土厚度0.8 m，覆土量1.13万m3，土地平整1.41 hm2；周边5 m宽的绿化带覆土厚度0.5 m，覆土量0.30万m3，土地平整0.60 hm2；挡矸墙下游50 m宽绿化带覆土厚度0.8 m，覆土量0.16万m3，土地平整0.20 hm2。

5.3 植物措施设计

在堆矸结束后，对矸石场的坡面、顶面、周边（5 m）及挡矸墙下游（50 m，含排矸道路），采用灌草结合的方式进行植被恢复，树种选用柠条，草种选用无芒雀麦，共计绿化面积2.8 hm2。柠条穴状整地，规格40 cm×40 cm，株行距1.5 m×1.5 m，3株/穴，4 444穴/hm2，要求苗高≥30 cm，生长健壮，无病虫害；无芒雀麦撒播，用种量60 kg/hm2，要求草籽粒饱满，发芽率90%以上，纯净度95%以上，无病虫害。

6 矸石场水土流失防治建议

在矸石场建设过程中，建设单位主要关注前期拦挡、排水和防渗等工程措施，容易忽略运行期的水土流失防治。建议建设单位同步实施岸坡截洪沟、排水沟、绿化等措施，以形成有效的水土保持防护体系。同时，加强水土保持监测，发现问题及时解决。