露天煤矿排土场平台_堆状地面_土壤重构方法

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1、第26卷第1期煤　　炭　　学　　报Vol.26No.12001年2月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYFeb.2001　　文章编号:0253-9993(2001)01-0018-04露天煤矿排土场平台“堆状地面”土壤重构方法1,212魏忠义,胡振琪,白中科(11中国矿业大学北京校区,北京　100083;21山西农业大学林学院,山西太谷　030801)摘　要:露天煤矿新建排土场是一个人工巨型松散堆积体,往往存在严重的水土流失、表层土壤的压实以及排土场本身的稳定等问题.排土场平台“堆状地面”土壤重构方法避免了表层土壤压实,并最大限

2、度地增加了水分入渗和分散了地表径流,是解决上述问题的有效途径.阐述了排土场平台堆状地面土壤重构方法的概念,并以安太堡大型露天煤矿排土场为例,通过水文分析计算进一步研究了堆状地面的侵蚀控制机理,据此提出了优化的堆状地面排土方式.关键词:露天煤矿;堆状地面;土壤重构;侵蚀控制中图分类号:TD82418文献标识码:A　　露天采煤剧烈扰动地表,直接破坏地表景观,从而导致更为严重的水土流失、土地破坏、植被破坏、河床淤积、洪水泛滥、沙漠化等一系列环境问题,影响到土壤、植被、地质、地貌、水文甚至区域气候等各个方面.安太堡露天煤矿位于山西省平鲁县境内,地处黄

3、土高原,桑干河流域上游,丘陵地貌,寒温带季风大陆性气候,年均温612℃,年均降水量450mm,时间分布很不均匀,其中65%降水量集中在6～9月份,年均蒸发量2160mm,冬春季节多风沙,地带性植被属干旱草原类型,地带性土壤为栗钙土和黄绵土,土壤有机质含量低、结构差、抗蚀能力弱,水土流失极为严重,是桑干河流域土壤侵蚀最为严重的2地区,侵蚀模数高达10120t/(km·a).安太堡露天煤矿是一个典型的现代化露采矿山,是晋、陕、蒙接壤区第一个投产的世界级大型露天煤矿,剥采比为516∶1,设计年产原煤1500万t,规划开采时间为[1]99a.其工程开

4、发和设计与美国西部的露天矿类似,采用单头挖掘机-卡车运输的采排工艺.1　露天矿排土场堆状地面土壤重构方法　　安太堡露天煤矿排土场是经过剥离、运输、堆垫而形成的.外排土场采用堆山式排土,在原地貌基础上堆起,下面垫有黄土、红土及岩石等.出于减少占地面积的考虑,设计高程较国内同类型排土场要高.内排土场是在采空区堆置而逐渐回填采坑,基底石质,地形平缓.排土场平台与边坡相间分布,平台宽数十米至百余米,台阶高20～40m,台阶坡面角为30～42°.排土场为岩土混排,原来的土体和上覆岩层经过剧烈的扰动混合后以松散堆积状态堆置在内外排土场,形成人工巨型松散堆

5、积地貌景观.由于排土场堆置时间迅速,排弃岩土的自然固结时间短、稳定性差,原有土壤的理化特性及其相关的地质、地貌及水文3条件等均发生了根本变化.平台表层土壤严重压实,干密度达115～119g/cm,渗透系数为013～3[1]014mm/min;相比之下,平台之间的边坡土体松散,干密度仅为019～112g/cm.　　按土地法规定,排土场大部分区段的最终利用方向是农耕地.黄土区土源丰富,在达到设计标高前,排土场表层土壤重构以往通常采取厚层覆土方式并用重型机械碾压.这不仅造成了平台表层土壤的严重压实,不利于植被恢复;而且坚硬的平台表面不利于水分入渗,

6、暴雨时很容易形成地表集中的暴雨径流.集中的径流不仅冲蚀了排土场松散的边坡,引起边坡面切沟、崩塌、滑坡,而且还可能沿着排土场内部的大收稿日期:2000-08-01基金项目:国家自然科学基金资助项目(49701010)第1期魏忠义等:露天煤矿排土场平台“堆状地面”土壤重构方法19孔隙、不稳定沉陷产生的裂缝以及水流侵蚀形成的盲沟陷穴深入到排土场深层甚至基底,成为排土场稳定的隐患.侵蚀控制是排土场初期复垦的最关键任务.以往尽管采取填穴、填缝、围堰、覆盖、打坝、设置排水渠道等水土保持工程措施,但由于排土场初期的不稳定性,常规水土保持措施很难发挥有效作用

7、,侵蚀控制效果不是很理想.因此,必须针对具体情况,在进行系统的调查、研究和分析的基础上,提出一种适合当地情况的解决办法.　　露天煤矿排土场堆状地面土壤重构方法是一项创新性的排土场侵蚀控制和土壤重构技术,它是针对上述问题,并基于对安太堡露天煤矿排土场土地复垦具体情况的科学分析和长期的研究与实践而提出的.它是在顶层平台上将一车车覆盖土壤按一定排列方式疏松堆积而不碾压,利用松散黄土吸纳大量雨水,最大限度地增加水分入渗,将其储存于土体内,并借助堆与堆之间形成的众多凹坑的容纳来分散暴雨径流,从而保证在暴雨条件下不会形成大量集中的径流,可防止大面积水流的

8、汇集和钻缝,同时也为快速恢复植被创造了条件.另外,堆状地面还兼具提供填缝填穴土源和在一定程度上自动弥补沉陷裂缝及陷穴的作用,其效果在安太堡露天煤矿排土场复垦实践中得