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1排矸場水土保持設計

1.1工程措施設計

1.1.1庫容計算、庫容曲線首先在實測1：1000地形圖上量出不同高程對應的占地面積，然后計算出各層間庫容及累積庫容，并繪制高程-頂面積-庫容關系圖，見圖2。礦井建設期棄渣0.23萬m3，運行期2.9年矸石排放量為5.02萬m3，層間覆土量為0.52萬m3，所需土方取自排矸場內，與庫容相互置換，故層間覆土不計庫容；坡面覆土量為0.25萬m3，頂面覆土量為0.56萬m3。坡面和頂面覆土取自排矸場尾部取土場。以上總計6.06萬m3。排矸場庫容要求為6.06萬m3。通過庫容計算及庫容曲線分析，排矸場底相對高程為0m，頂面高程為22.0m時能夠達到要求，堆放高度為22m。當堆放至該高度（22.0m）時對排矸場進行封場，同時進行治理。

1.1.2工程等別和標準根據庫容和堆放高度確定排矸場為Ⅴ等工程，防洪標準20年一遇洪水標準設計，50年一遇洪水標準校核。

1.1.3措施布設工程措施包括攔擋工程、排水工程、邊坡防護工程、土地平整等。攔擋工程：在排矸場溝口布設擋矸墻，長度22m。邊坡防護工程：當堆矸至擋矸墻墻頂高程后，先設5m寬平臺后進行削坡開級，各平臺之間坡比為1：3，坡面采用植物護坡。截排水工程：實地踏勘，由于排矸場匯水面積較小，排水工程在矸石堆放的過程中建設。隨矸石堆放形成永久平臺和邊坡后，在平臺上修建橫向排水溝，在坡面上修建縱向排水溝，在棄渣和排矸場山體相交處修建截洪溝。橫縱向排水溝和截洪溝相互連接。截洪溝下游經過消力池消能后自然排放至自然沖溝。截洪溝長度為285m，橫縱向排水溝長度為222m。土地平整：擋矸墻永久邊坡形成后先覆土50cm厚再進行護坡。排矸場頂部覆土80cm進行土地平整。

1.1.4水文計算根據水文經驗公式進行洪峰流量的計算。擋矸墻上游匯流面積為0.17km2。設計暴雨量計算公式：

1.1.5建筑物設計

1）擋矸墻墻體設計。在排矸場下游的沖溝出口處采用漿砌石重力式擋矸墻進行攔擋，墻高3.50m（地上部分2.0m，地面埋深部分1.5m），墻頂相對高程為2.0m，墻頂寬為1.2m，面坡坡比1：0.4，墻背坡比1:0.2，墻趾0.5m，墻踵高均0.8m，用M7.5水泥砂漿砌石砌筑，M10水泥砂漿勾縫。每隔10m設置沉降縫與伸縮縫一道，沉降縫與伸縮縫合并設置，縫寬3cm，縫內用瀝青木板填充，填深0.2m。墻體結構設計見圖3。為了排出排矸場內的部分滲水，在擋矸墻上設置三道10cm×10cm的排水孔，排水孔呈梅花狀布置，并在上游壩面上設置反濾體粗砂與碎石，均為20cm。

2）矸石的堆置。根據排矸場的地形條件，采用從下至上分層壓實、逐層堆置的辦法，削坡升級，坡度采用1：3，每隔5m高留一5m寬的平臺（馬道），逐層覆土壓實，至最終堆矸頂面相對高程22.0m為止。在坡面矸石面上鋪一層0.5m厚的壤土，采用植物護坡。

3）截洪溝。截洪溝為梯形斷面。截洪溝以均勻流的形式排水，按照明渠均勻流公式進行試算。截洪溝斷面尺寸試算見表2。根據上述公式試算，當底寬0.7m，高度為0.6m時，截洪溝可以通過50年一遇的洪峰流量2.16m3/s。出于安全排洪考慮，頂面和岸坡截洪溝采取相同設計斷面，另外再考慮超高0.1m。

由此確定截洪溝為梯形斷面，底寬0.7m，渠深0.6m，坡比1:0.75，壁厚為0.3m，碎石墊層厚0.10m，長度為285m。4）橫縱向排水溝。在形成的平臺（馬道）和永久坡面上設置橫縱向排水溝，采用矩形斷面，深、底寬均為0.4m，側墻和底板厚均為0.3m，修建長度222m。5）擋水土埂。在渣頂邊緣2m處設置一個擋水土埂，長度為102m，高0.5m，頂寬0.5m，兩側邊坡1：1。6）覆土、土地平整。運行期堆放矸石時，每層堆放厚度3m，用推土機推平、碾壓后覆0.5m厚土；形成永久坡面后，坡面覆0.5m厚土。當矸石堆至最終設計高度，覆土厚度80cm。在排矸場達到最后設計標高后，對排矸場頂部進行整治。

1.2植物措施設計

1）措施布設。排矸場植物措施包括在坡面種植紫花苜蓿，護坡面積0.79hm2；當矸石堆置到最終高程時采用紫穗槐與無芒雀麥混交的方式對頂部進行植被恢復，恢復面積0.71hm2。

2）綠化措施技術指標。排矸場綠化技術指標見表3。

1.3臨時防護措施設計

在排矸場擋矸墻、排水工程等工程施工過程中，為避免開挖土方產生水土流失，采取臨時苫蓋措施。對臨時堆土（堆料）采用防護網苫蓋，面積3000m2。

2結論

力拓煤礦排矸場通過攔擋工程、排水工程、邊坡防護工程、土地平整、植物護坡、封場頂面植被恢復及臨時堆土（渣）苫蓋、植物防護措施等工程的實施，可有效防治礦井生產運行過程中矸石及灰渣堆放而產生的水土流失；防止矸石堆放后的滑坡、坍塌；確保排矸場下游安全。同時，植物措施的實施，可有效地改善局部生態環境，工程建設有良好的生態效益、經濟效益和社會效益。62陳剛：霍州力拓煤礦排矸場水土保持防護設計

作者：陳剛單位：山西省水利水電勘測設計研究院