黄土高原采煤区常见水土流失问题及防治措施评价

田燏贤

（长治市上党区水利发展中心,山西 长治 047100）

1 研究区自然地理概况

1.1 长治市地理条件概况

长治市位于黄土高原东部,包括冲积平原、丘陵区、土石山区三种地貌,其中丘陵和土石山区的沟壑密度分别为1.89 km/km2、沟壑密度2. 23 km/km2,地面坡度陡峻复杂,是典型的黄土高原地貌。该市植被覆盖面积共计118 km2,森林被覆率为6.79%,各类植被的分布情况随区而异。黄土丘陵阶地区共有各类植被面积27 km2,其中人工植被9 km2,天然植被18 km2。土石山区共有各类植被89 km2,其中人工植被17 km2,天然植被89 km2。该市水土流失面积共有141 km2,丘陵阶地区流失面积为54 km2,其中耕地的流失面积16 km2,土石山区流失面积为87 km2,其中耕地的流失面积12 km2。该地区水土流失的侵蚀形式主要为水力侵蚀,部分区域产生重力侵蚀[1]。

长治市的水土流失是各种自然因素和人为因素引起的。其中土石山区,由于降雨比较集中,强度大,历时短,加之耕地土壤抗蚀能力较差,以及不合理的顺坡耕作,促进了耕地面积的发展,形成了不少“三跑田”,在荒山荒坡中,土壤含水量低,活土层薄,植被生长缓慢,覆盖差,形成严重的坡面侵蚀,在丘陵地区,黄土遇水饱和后,极易产生坍塌,形成了大小不一的沟谷,沟谷在水力的冲蚀下逐年扩大也是水土流失产生的原因之一。此外不按照自然规律办事的人为因素如：陡坡开荒、毁林毁草、筑路、开矿、废渣弃土处理不当都加快了水土流失的形成。

1.2 采煤区概况

长治市含煤面积为8500 km2,地质储量606 亿t,探明储量274 亿t,年生产规模为14535 t。截止2015 年12 月,全市矿区总面积为1824.099 km2,采空面积113.6661 km ,治理面积为42.2158 km2。煤矿开采导致地表移动、采空区地面沉降、顶板塌落等问题,在采空区附近也出现了不同程度的地面沉降[2]。

煤炭资源开采过程中,顶板垮落直接引发的地面塌陷是造成地面有规律的沉降的最主要因素。同时煤层开采后,地表出现塌陷与裂缝,采空对煤层上部的砂岩含水层结构造成破坏,形成导水通道,导致采空区周围的砂岩含水层、基岩风化带含水层及松散层地下水水位下降,直至干涸,对含水层的影响程度严重。含水层被疏干或半疏干可能会引发开采塌陷区域以外的地面沉降。

2 采煤区常见水土流失问题

2.1 地表扰动

煤矿建设期以及开采过程中进行的施工开挖、回填、堆土等活动使地表覆盖结皮被破坏,加大了地面坡度,破坏了土体结构,导致土体结构松散,土壤抗侵蚀能力降低,在水力侵蚀及人为因素的综合作用下极易造成水土流失,扰动地表土壤流失量与原地貌状态下的土壤流失量相比明显增加,地表扰动后侵蚀模数也显著增加[3]。

2.2 植被破坏

采煤区矿坑开挖,开拓道路等活动对地表植被进行清除,使得采矿区植被覆盖率大幅下降,而植被可以起到防风固沙的作用,其根系还能加强土壤之间的联系。植被的减少会导致矿区土壤抵抗雨水侵蚀的能力降低,矿区土壤与施工前相比更易流失。

2.3 弃土弃渣

采煤项目建设期新建工业场地,新炸药库和进场道路,会对项目区进行挖方与填方,期间产生废弃的土石渣,以及矿井生产期间产生的煤矸石,若不进行处理随意堆放,不仅会对土壤造成污染,还会造成堆放区土地沉降,地表松散,加剧水土流失的危害。

2.4 采空区土壤流失

煤矿开采会造成大面积的采空区,采空区的含水层、各含水层之间的隔水层遭到破坏,形成了采动裂隙,导致地下水极易流失,再加上雨水冲刷侵蚀,该地区的土壤会被雨水带走,沿着采动裂隙流失。同时采空区也易出现地面沉降与地表塌陷等问题,进一步导致土壤条件恶化,加剧水土流失。

3 防治措施及其评价

通过分析总结可知,各采煤项目在建设与运行过程中采取的水土流失防治措施基本都是以工程措施和临时措施为主,控制大面积、高强度水土流失,为植物措施创造条件；同时以工程措施和植物措施、永久措施和临时措施相结合,提高水土保持效果、节省工程投资、改善生态环境。

3.1 工程措施

采煤项目建设期水土保持主要包括以下几个防治区,且各工业场地在建设过程中基本都会对地面裸露区进行硬化处理,所以场地雨水汇流面积较大,需要实施的主要工程措施为截水沟、排水沟、挡土墙、土地整治。

3.1.1 工业场地防治区工程措施

（1）截水沟：为防止坡面雨水对工业场地的冲刷,在挖方边坡之上设置梯形浆砌石截水沟。

（2）排水沟：为使厂区汇流的雨水及时排出,且避免在排出过程中对土地额冲刷,采煤区场地多设排水明沟,与自然排水相结合,排水明沟沿道路修建,明沟加盖板,排雨水明沟采用浆硼石矩形结构。

（3）浆砌石挡土墙：在场地边坡布置挡土墙,采用台阶式竖向布置方式,上、下台阶采用浆砌石挡土墙。用于支承填土或土体,防治填土或土体变形失稳。

3.1.2 炸药库防治区工程措施

（1）排水沟：炸药库场地内排水采用明沟排水方式。

（2）边坡防护：在炸药库周围地势较高的地段,采取浆砌石边坡防护工程,防止边坡土体失稳。

3.1.3 场外公路防治区工程措施

（1）排水沟：在进场公路和炸药库公路两侧布设浆石矩形结构排水沟。

（2）边坡防护：在道路边侧高填地段,采取浆砌石边坡防护工程,维持填方土体的稳定性。

3.1.4 输电线路防治区工程措施

工程施工结束后,对输电线路扰动区域进行土地整治,工程内容包括坑洼回填、翻耕、耙松等工序,是地表土体结构恢复到扰动之前的

3.1.5 排矸场防治区工程措施

排矸场地面硬化,防止雨水淋滤煤矸石以及侵蚀地面,并修建排水沟排放污水。

3.2 植物措施

3.2.1 工业场地防治区植物措施

场地绿化：厂区的植物措施应注重绿化美化与环境保护密切配合,一般采用乔、灌、草相结合的方式,乔木包括在厂前区种植一些观赏性树种,如刺柏、雪松、红叶李等,灌木主要为冬青,草籽多选择披碱草。

3.2.2 场外公路防治区植物措施

道路绿化：场外道路防治区的植物措施主要有在道路两侧种植行道树和撒播草籽。

3.2.3 输电线路防治区植物措施

植被恢复：在输电线路线路架设过程中,在施工扰动地表选择撒播草籽恢复植被,草籽选用白羊草、披碱草等易成活的种类。

3.2.4 废弃场防治区植物措施

植被恢复：废弃场地施工扰动地表同样采用撒播草籽恢复植被。

3.3 临时设施

（1）临时排水沟：为使场地周边雨水顺利排出,建设期在场地周围布设临时排水沟,雨水经临时排水沟汇集后排入场地内沉沙池,雨水经沉沙池沉淀后排入自然沟道。临时排水沟采用浆砌石结构,采用人工修筑,断面为梯形,并采用的灰土抹面,防止下渗。

（2）临时沉沙池：为了减少泥沙流失对周边环境的影响,采煤项目运行期会选择在工业场地临时排水沟出水口处布设临时沉沙池,中间设隔段,隔段预留排水。沉沙池同样采用灰土抹面。

（3）工业场地施工过程中对临时堆土采用编织袋拦挡和防护网苫盖。

3.4 防治措施评价

从表1可以看出,采煤项目区的水土保持措施都能达到较高的防治成果,且主要采取的是工程措施,从水土流失治理程度对比来看,工程措施所达到的治理效果较为显著,见效快且持久性好。临时防护措施也发挥着重要作用,植物措施是难度较大的防护方式,但从长远与环境友好角度来看,植物措施是必不可少的,且比工程措施更为重要。

表1 防治措施对比结果 单位：hm2

4 结论与建议

4.1 结论

（1）黄土高原采煤区常见的水土流失问题主要有地表扰动、植被破坏、弃土弃渣危害以及采空区的土壤问题。

（2）对于这些问题,一般采用的水土防治措施是临时措施与工程措施相结合,并辅以植物措施。

（3）这三种措施中效果最显著的是工程措施,但与保护环境与可持续发展理念最为契合的则是植物措施。

4.2 建议

（1）加强排水系统运行期间的现场巡查,及时清理杂物,保证排水顺畅,落实管理责任到人,出现问题及时解决,以保证水土流失防治效果。

（2）加强绿化措施运行期间的现场巡查,及时更换补植场地内未成活树种, 并加大管护力度,防止人为破坏,确保植物措施正常生长,逐步达到改善生态环 境的目的。

（3）建议建设单位应当一步树立水土保持意识,强化保护生态环境责任,进一步完善水土保持措施管理养护制度,落实到具体人员,使水土保持设施能够持续有效的发挥作用。

（4）相关部门完善水土流失防止管理制度,完善相关法律法规,加大宣传力度,提高建设单位对水土保持重要性的认识,按照自然规律办事。