新疆干旱荒漠區煤礦開采區域的水土保持措施探討

吳 煜

(新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

新疆干旱荒漠區煤礦開采區域的水土保持措施探討

吳 煜

(新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

水土流失；防治措施；煤炭基地；干旱荒漠區；新疆

新疆大型煤炭基地是國家規劃確定的第十四個大型煤炭基地，主要包括準東、吐哈、伊犁、庫拜4個區，區內干旱少雨、植被稀疏、土地荒漠化嚴重，是典型的干旱荒漠區。露天礦開采具有擾動面積大、挖方量大、擾動周期長、擾動后侵蝕模數大等特點，在干旱荒漠礦區生產建設中采取灑水降塵、噴灑高礦化度水固結地表、擋土圍堰(埂)、碎石或礫石壓蓋、集雨灌溉等水土保持措施，成效顯著。

2014年，國家發改委以發改能源〔2014〕387號文對新疆大型煤炭基地建設規劃進行了批復，這對新疆將資源優勢轉化為經濟優勢，加快經濟社會發展，實現社會長治久安戰略具有深遠的意義。新疆大型煤炭基地是國家第十四個大型煤炭基地，是我國煤炭生產力西移的重要承接區，分準東、吐哈、伊犁、庫拜4個區。“十一五”和“十二五”期間，新疆煤炭資源的開發步伐加速，建設規模不斷加大，因煤礦開發建設造成的水土流失問題也日益突出，煤礦開發尤其是因露天煤礦開采而增加的水土流失量，已排在各類建設項目之首，煤礦開發建設引發的水土流失問題已引起社會各界的高度關注[1]。抓住礦區開發建設過程中的各關鍵環節，因地制宜、有針對性地釆取水土保持措施，是干旱荒漠區煤礦開發預防和減少水土流失的關鍵所在。本文以哈密大南湖露天煤礦為例，淺談煤礦開發建設中的水土保持措施布設。

1 項目及項目區概況

1.1 項目簡介

哈密大南湖露天煤礦屬新疆四大煤炭基地中的吐哈區，井田位于哈密市伊州區西南約84 km處。礦田設計規模10 Mt/a，服務年限141 a，建設投資14.5億元。礦區目標定位以“西電東送”為主，部分參與“西煤東運”。 2013年9月開工建設，現已建成運行。

1.2 項目區概況

露天礦位于殘丘臺地區，地表被殘積、坡積的巖屑覆蓋，通稱戈壁。礦田及周邊50 km范圍內無地表水系。土壤類型有石膏鹽盤棕漠土、荒漠風沙土、含鹽石質土。屬典型的大陸性溫帶極干旱氣候區，多年平均降水量只有35 mm，而蒸發量卻達2 800 mm。年均風速高達3.7 m/s。地表裸露無植被覆蓋，是典型的荒漠植被區。

1.3 項目區生態功能

根據《全國生態功能區劃》，井田位于吐魯番-哈密盆地荒漠防風固沙三級功能區，主要生態問題是資源開發帶來的植被覆蓋度進一步降低、土地荒漠化嚴重和生態系統保持水土功能弱等。根據《新疆生態功能區劃》，井田位于天山南坡吐魯番-哈密盆地戈壁荒漠、綠洲農業生態亞區中的嘎順-南湖戈壁荒漠化敏感生態功能區，主要生態服務功能是“荒漠化控制、生物多樣性維護、礦產資源開發”。 按照新疆自治區“三區”劃分公告，礦區屬重點監督區，水土流失類型以風蝕為主，土壤侵蝕強度為中度。

2 項目建設特點

(1)擾動面積大。露天礦開采擾動面積大，擾動區域主要集中在采掘場、外排土場及工業場地。本工程總占地面積465 hm2，其中永久占地414 hm2、臨時占地51 hm2。永久占地中采掘場占27%、外排土場占51%、工業場地占12%、場外道路占10%；臨時占地中場外管線占90%、外包基地占8%、場外輸電線路占2%。

(2)挖方量大。挖方量非常大，露天礦挖方主要來自采掘場表土及覆蓋層剝離，其次是工業場地建設和各類管線鋪設。本項目建設期總挖填方量3 522萬m3，其中挖方量占98%、填方量占2%。棄方全部運至外排土場堆放。

(3)擾動后土壤侵蝕模數大。根據《西氣東輸二線工程水土保持監測報告》(新疆水土保持生態環境監測總站，2010年)監測數據，項目區原地貌土壤侵蝕模數為2 500～4 000 t/(km2·a)，擾動后土壤侵蝕模數為8 500 t/(km2·a)。停止擾動后，水土保持功能需要2～3 a才能恢復到擾動前，而自然恢復期的土壤侵蝕模數仍高達4 000～7 000 t/(km2·a)。

(4)造成的水土流失量大。本項目建設產生的水土流失總量為66 840 t，其中新增水土流失總量為37 495 t。流失重點區域為采掘場、外排土場、工業場地和道路工程區。

(5)擾動周期長。露天礦建設周期長，本項目建設期2年，投產運行后還會有高強度、大面積的擾動，長時間的生產過程會加大水土流失治理難度。

3 項目區水土流失危害

項目區地表主要被戈壁礫幕層覆蓋，生境惡劣，地廣人稀，在這種情況下，沙質荒漠在礫幕層的保護下侵蝕強度以中度為主。一旦戈壁礫幕層被破壞，沙質荒漠直接裸露在外，會向裸地、沙地轉化，受風力作用侵蝕強度會加大，形成強烈或極強烈侵蝕，因此對于戈壁礫幕層的保護是減少荒漠區水土流失的關鍵。項目區沙地、裸地表面沒有植被覆蓋和塊石保護時，起沙風速下，直徑小于1 cm 的石礫都會被風吹起。

4 重點區域的水土保持措施

4.1 采掘場區

(1)灑水降塵。爆破作業時采用水袋爆破技術，將水袋布置在炮孔上，爆破時水袋炸裂，起到預濕效果，爆破降塵率最高達80%。在采掘平臺周圍布設灑水管路，通過水槍噴水可以有效提高物料濕度，防止裝載過程中產生的揚塵。

(2)灑水固化。對達到設計堆高要求的臺階先采用火燒石或黃土覆蓋，然后在表面用高礦化度的礦井水進行噴灑，使表面固化，地表結殼，可有效防止風力侵蝕。本項目引用化學固沙法，降低戈壁擾動后的風蝕。化學固沙的原理是將稀釋后具有一定膠結性的化學物質噴灑于松散的流沙表面，水分會迅速滲到沙層以下，而那些化學膠結物質則滯留于一定厚度(5～10 mm)的沙層間隙中，將單粒的沙子膠結成一層保護殼，以此來避免氣流與松散沙面的直接接觸，從而起到防止風蝕的作用。本項目選用疏干水作為防止水土流失的化學藥劑，檢測結果顯示，疏干水屬Cl-SO4-Na 型，礦化度高達15.38～16.50 g/L，屬高礦化度水(鹵水)、極硬水。

(3)擋土圍堰。在采掘場年度開采范圍外沿設置擋土圍堰，防止工程設備隨意擾動原地表、增加水土流失。若不得已對原地表造成了擾動，則利用機械設備就地平整，再灑高礦化度水形成鹽結晶殼體。

4.2 排土場區

排土場采取的工程措施主要有擋土圍埂、坡腳排水溝和排土邊坡壓蓋等，臨時措施有灑水降塵等。運行期對采坑內排土場采取灑水等措施進行防護[2]。擋土圍埂采用重力式梯形斷面結構，高1.5 m，頂寬0.5 m，內外坡比均為1∶1.5。項目區常年多風，風力一般4～5 級，最大可達10 級以上，為減少揚塵造成的風蝕危害，每天灑水兩次，每次灑水25 m3，灑水期為風季的6 個月。當排土場排土后，對排土場平臺及邊坡用火燒石進行分層覆蓋、碾壓平整，然后噴灑高礦化度水使表面固化，以有效抑制排土工作面揚塵，防止水土流失。

4.3 工業場地區

該區采取的工程措施主要有對可綠化區域進行土地整治，并布置灌溉系統；對明槽邊坡、帶式輸送機基礎邊坡采用礫石覆蓋、護坡網防護。植物措施主要是栽植新疆楊、長枝榆及紫穗槐等喬灌木，并撒播苜蓿草籽。臨時措施主要有防塵網苫蓋堆土，并在四周壓蓋礫石；風季對施工區域進行灑水等。

4.4 道路工程區

道路工程區采取的工程措施主要有硬化路面、整治土地，修排水溝及雨洪蓄集設施等，收集的雨水可用于綠化灌溉，不但可有效控制水土流失，還有利于節約水資源；植物措施主要是栽植長枝榆、紫穗槐等喬灌木，防風固沙；臨時措施主要有在道路兩側布設限行樁，風季對施工區域進行灑水等。采掘場、排土場各區段內道路，多為臨時道路，服務時間較短，一般采用泥結碎石路面，考慮到長時間碾壓后也易起塵，所以主要采取灑水措施，效果顯著。建設期，在施工道路兩側設置圍擋，限制施工作業帶范圍，防止施工車輛隨意增加地表擾動范圍，破壞地表戈壁礫幕層。在開工初期就與施工單位簽訂文明施工責任書，要求施工單位不得隨意碾壓戈壁地表，對違反者進行高額罰款，同時在所有施工區域設置隔離設施，懸掛標志牌。

另外，礫幕層是數十萬年來自然形成的地表土壤保護層，具有抗風蝕和防蒸發作用，在維護荒漠生態環境中具有十分重要的作用。保護好礫幕層、減少人為擾動就是對當地最大的保護。礦區修建線性工程時跨度較大，如果不控制施工擾動范圍，會造成礫幕層松動，在風力作用下土壤侵蝕強度升級，水土流失加劇。

礦區開發時盡量減少對地表造成擾動，防止底層流沙出露而形成新的風沙源；施工后及時恢復施工跡地，采取硬化或用礫石壓蓋的方法恢復礫幕層，保持區域生態系統平衡穩定[3]。

5 結 語

在干旱荒漠區，大規模高強度的煤炭開采易導致生態破壞且難以修復，因此礦區開發必須堅持生態優先、在保護中開發的原則，以煤炭轉化規模、生態恢復與重建能力定煤炭生產規模。礦區規劃建設應分區、分期實施，控制資源開發與利用過程中造成的生態破壞，科學合理和有效地保護自然資源、礦產資源。

[1] 姜德文.生產建設項目水土流失防治十大新理念[J].中國水土保持，2011(7)：3-6.

[2] 馬英武.準東礦區露天煤礦排土場水土流失防治措施分析[J].水土保持應用技術，2013(3)：35-37.

[3] 郭洋楠，楊鵬，楊俊哲，等.荒漠化礦區煤炭開采與生態環境治理探討[J].陜西煤炭，2014(2)：16-18.

(責任編輯 孫占鋒)

S157.2

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1000-0941(2017)06-0033-03

吳煜(1968—)，女，新疆烏魯木齊市人，高級工程師，學士，長期從事環境影響評價及水土保持方案編制工作。

2017-03-10