露天煤礦外排土場水土保持措施設計研究以朝陽露天煤礦為例

摘 要：文章以寶清縣朝陽露天煤礦外排土場為例，在分析外排土場棄渣特點、技術參數的基礎上，結合項目區地形地貌等特點，提出外排土場攔擋措施設計、排水措施設計和植被恢復措施設計。完成外排土場綜合治理的同時，達到改善周邊生態環境的目的。

關鍵詞：露天礦;排土場;水土保持措施

中圖分類號：S157.2

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915023

收稿日期：2020-07-29

作者簡介：李煜（1987-），男，碩士，工程師。研究方向：水土保持與生態復墾設計。

前言

露天煤礦在基礎建設期間，需要對采掘區域進行大量的剝離工作，這些剝離的土石方被集中堆存在某一區域，形成規模較大的外排土場。外排土場堆置周期長，對其占地范圍內及周邊生態環境造成一定影響;同時，在降雨和上游來水等外營力作用下，渣體內部凝聚力、粘聚力等物理參數降低、渣體浸潤曲線抬高，導致渣體失穩，將造成嚴重的水土流失，更有甚者可能誘發滑坡、泥石流等地質災害[1]。一般在實施過程中，建設單位對其水土流失防治采取的標準低于主體工程，防治措施也相對滯后，且施工、投資、運行管護情況較一般，安全隱患較大[2]。因此，對露天礦外排土的水土保持措施設計可有效防治水土流失，并對其它外排土的水土流失防治工作提供參考[3]。

1?項目及項目區概況

寶清縣朝陽露天煤礦位于黑龍江省雙鴨山市寶清縣朝陽鄉，地理坐標為E132°22′30″～132°39′30″，N46°11′00″～46°24′30″。露天煤礦井田北東至南西走向長約為25km，北西至南東傾向寬6km，面積122.5074km2，開采深度為28～90m標高。朝陽露天煤礦設計規模11.0Mt·a-1，初設剝采比12.0m3·t-1，達產后年剝離量約為4125萬m3，儲量備用系數1.1，共探明10號煤層資源儲量為87071萬t，可采儲量83664萬t，露天礦設計服務年限為80a。項目區地勢總體呈西高東低，南高北低，東南及西南為低山丘陵。項目區屬中緯度溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫3.7℃，多年平均降水量526.20mm，年平均無霜期145d左右，最大凍土深度2.0m左右，多年平均蒸發量1446.2mm。項目區主要分布有暗棕壤、白漿土和沼澤土3大土類。項目區主要為草甸植被和沼澤植被，林草覆蓋率20.7%。

2?外排土場的棄渣特點

寶清露天礦外排土場設在礦坑的東北部，毗鄰礦坑，基底為第4系，第4系由松散粗砂、中砂、細砂、粉砂、粘土組成。露天礦外排土場排棄土方多采用重型運輸機械，平臺經反復碾壓，土壤的密實度增大，入滲慢，產流量較大[4]。邊坡隨排土量的增加而逐漸形成，多為機械整平，碾壓次數少，結構松散，受降雨影響容易產生水土流失。

3?外排土場技術參數

3.1?堆置方案

外排土場占地面積為120.44hm2，最終排棄總量4300萬m3，外排土總容量為4838萬m3。外排土場堆置采用分層排棄法，每15m布設1處平臺，排土臺階7個（地表標高78～180m）。剝離物采用汽車—推土機排土工藝，即采用汽車將剝離物運至外排土場傾倒，由推土機輔助推平。汽車排土平盤做成4%的反坡，坡頂處由推土機推成高度不低于車輪直徑2/5的擋車土堤，汽車排土時靠近臺階坡頂線卸載，大部分物料可自行滑落，殘留部分由推土機推下。外排土場主要技術參數見表1。

3.2?外排土場級別

依據《水土保持工程設計規范》（GB51015-2014），棄渣場水土保持防護工程主要依據堆渣規模、渣場所處位置及失事后對工程和環境的危害程度等進行設計，將渣場劃分等級，本工程外排土場最終堆渣量4300萬m3>2000萬m3，堆渣高度102m>100m。按堆渣量、堆渣最大高度、棄渣場失事對主體工程或環境造成的危害程度確定的棄渣場級別不一致時，按高級別執行。確定外排土場級別為1級。

4?外排土場水土保持措施設計

4.1?透水石堤

按照水土保持工程防治原則，采取先攔后棄原則。根據現場調查，當地冬季寒冷，凍深大，剛性砌體易發生凍脹破壞，透水石堤具有抗凍脹能力好的優點。同時當地可施工時間較短，透水石堤施工難度小，施工簡便。

設計透水石堤斷面型式采用梯形，斷面尺寸采用550cm（下寬）×100cm（上寬）×150cm（高），內外坡比均為1∶1.5，透水石堤長3573m。根據現場調查，透水石堤基礎有淤積土，采用15cm砂礫石換填。透水體圍排土場坡底腳外一周，緊鄰坡腳，反濾料一側回填，另一側排水溝種草，堤身填筑材料壓實后相對密度不小于0.60。

4.2?平臺排水溝

外排土場的剝離土料經重型機械層層碾壓后，密實度加大，不利于雨水的入滲，加之平臺及邊坡坡面集水面積較大，當出現短歷時高強度的暴雨時，由于入滲少產流多，有可能產生集中徑流沖刷平臺，為及時排出平臺產生的徑流，確保外排土場平臺及邊坡穩定安全，在外排土場各平臺布設排水溝，采用明溝排水的方式。平臺排水溝采用UD40預制矩形槽，斷面尺寸采用40cm（底寬）×40cm（頂寬）×40cm（高），壁厚10cm，底板厚度10cm，矩形槽材質為預制鋼筋混凝土。平臺排水溝坡降為i=1‰～5‰，土方回填壓實度應大于0.6，設計平臺排水溝總長度7159m。

4.3?邊坡排水溝

排土場邊坡設置縱向排水溝，將上游斜坡及平臺匯流引入下游溝道[5]。邊坡排水溝采用UD40預制矩形槽，斷面尺寸采用40cm（底寬）×40cm（頂寬）×40cm（高），壁厚10cm，底板厚度10cm，矩形槽材質為預制鋼筋混凝土。排水溝坡降為i=0.543，土方回填壓實度應大于0.6，共設計6條邊坡排水溝，設計排水溝總長度312m。

4.4?植物措施設計

在外排土場達到設計高度時，對外排土場的平臺、邊坡進行削坡開級、覆土、平整后，在平臺面營造灌草相結合的恢復林帶，在邊坡上撒播草種恢復植被，栽植沙棘10萬株，撒播草籽面積31.68hm2。沙棘冠叢高30cm，株行距為1.0m×1.0m，栽植前平臺采用穴狀整地，整地規格為30cm×30cm×30cm。草種可選用早熟禾、芨芨草等，播種量250kg·hm-2。

5?結語

外排土場的水土保持工程措施主要為透水石堤、預制混凝土平臺排水溝和邊坡排水溝及綠化措施。排土場采取水土保持措施以后，不僅可有效減輕水土流失，而且有利于排土場邊坡的穩定[5]，有效改善了周邊的生態環境。

參考文獻

[1] 趙鴻，寇曉梅，李紅星.攔溝型棄渣場水土保持措施設計[J].水利與建筑工程學報，2014，12（05）：202-204，210.

[2]解剛，王向東，劉卉芳，等.公路建設項目棄渣場排水措施探討[J].中國水土保持，2014（10）：29-32.

[3]馬芳.露天煤礦外排土場水土保持措施與效益分析[J].山西水土保持科技，2016（01）：35-36，39.

[4]賈飚，陳剛，楊耀.草原區露天煤礦排土場水土保持防治技術探索——以錫林郭勒盟烏蘭圖嘎鍺煤露天礦為例[J].內蒙古水利，2010（02）：25-26.

[5]靳新紅.北京市山區高速公路棄渣場水土保持設計[J].中國水利，2016（12）：37-38.

（責任編輯?周康）