干旱荒漠區井工煤礦水土流失特點分析

王新濤，李 麗

（新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049）

控制生態系統退化和推動生態恢復，是我國生態文明建設的重要內容[1]。干旱荒漠區煤礦開采導致土地裂縫、地表沉陷、水土流失和荒漠化等問題的發生，對地表植被和土地資源造成嚴重破壞，進一步加劇了土地資源的退化，并降低了土地潛力。此外，大量堆積的煤矸石容易引發滑坡、塌方等災害，對生態環境造成了無法逆轉的破壞。國內針對干旱荒漠區煤礦開采水土流失特點和治理措施展開了大量研究[2-5]。然而針對井工煤礦的研究還相對較少，目前的研究多集中在露天煤礦。根據不同礦區的地形地貌特點和生產工藝，充分了解礦區的水土流失特點，才能采取有效的措施來減少和降低礦區開采引起的水土流失危害。文章針對干旱荒漠區的生態環境特點，結合井工煤礦的生產工藝特征，對不同時間段和不同區域的水土流失特點進行了分析與研究，旨在為干旱荒漠區井工煤礦水土流失治理提供理論依據。

1 典型井工煤礦水土流失形式和成因

為了分析干旱荒漠區典型井工煤礦水土流失形式和成因，根據位置以及煤礦開采工藝，選取4 座典型井工煤礦。其中托克遜縣博斯坦煤業3 號礦和哈密大南湖1 號礦位于吐哈盆地，盆地年平均氣溫1.8 ℃左右，年降水量200 mm 左右，年蒸發量高達3 500 mm，多年平均風速2.7 m/s，多年平均最大風速20 m/s。準東煤田將軍廟礦區南黃草湖一號礦和硫磺溝煤礦位于準噶爾盆地，盆地年平均氣溫6.5 ℃左右，年均降水量100 mm 左右，年蒸發量2 300 mm，多年平均風速在3.4 m/s，多年平均最大風速17 m/s。吐哈盆地和準東地區均屬典型干旱荒漠區。土壤均以礫石土、風沙土、鹽堿土和灰棕漠土為主，質地較粗，土壤肥力狀況較低。地表植被稀疏，林草覆蓋率在5%左右，主要以鹽生假木賊、草麻黃、戈壁豬毛菜等旱生灌木植物為主。

干旱荒漠區典型井工煤礦水土流失分析見表1。

表1 干旱荒漠區典型井工煤礦水土流失分析

由表1 可知：干旱荒漠區井工煤礦地形地貌位于戈壁荒漠區域或低山丘陵區，干旱荒漠區井工煤礦水土流失以輕、中度風蝕為主，丘陵區伴有輕度水力侵蝕。

2 不同時段水土流失特點

根據《開發建設項目水土流失防治標準》（GB50434-2008）的分類，煤炭開采建設項目屬于生產建設類項目，包括施工建設階段、試運行階段和生產運行階段。施工建設階段是井工煤礦水土流失問題的主要發生期，生產運行階段是井工煤礦水土流失問題的延續期。試運行階段與生產運行階段在工藝流程上基本相似，作為同一個階段進行調查研究。本文主要針對施工建設階段和生產運行階段可能出現水土流失情況進行論述。

2.1 施工建設階段

2.1.1 水土流失特點

1）大規模土地開挖與破壞。施工過程中，需要進行大規模的土方開挖和爆破作業，導致土壤層被破壞，植被被清除，大量的裸露土壤暴露在地表，裸露土壤容易受到風雨的沖刷，形成水溝和河道，進一步加劇了水土流失的程度。2）植被覆蓋減少。為了方便開展施工活動，植被往往被破壞或清除，導致植被覆蓋度降低。植被具有良好的保護土壤的功能，有利于保持土壤的結構穩定和抗侵蝕能力，植被減少使得土壤更容易受到風蝕和水蝕的影響。3）排水作業導致地下水位降低。施工階段需要進行大量的排水作業，導致地下水位下降，地表土壤逐漸失去飽和狀態，土壤的含水量減少，土壤變得干燥，易受風蝕和水蝕的侵蝕。4）施工活動增加土壤松散程度。施工過程中，機械運輸和施工活動頻繁進行，增加了土壤的松散程度，導致土壤結構松散無序，抗侵蝕能力下降。

2.1.2 影響因素

1）施工作業的不規范是導致水土流失的重要原因之一。土方開挖和爆破時操作不科學、施工期間排水不當等都會加劇水土流失問題。2）井工煤礦施工建設階段缺乏有效的水土保持設施。缺乏防護措施使得土壤暴露在外部環境中，增加了風蝕和水蝕的侵蝕風險，加重了水土流失的程度。3）施工建設階段的水土流失也受到土壤類型和地質條件的影響。不同土壤類型的抗侵蝕能力不同，地質條件的不同也會影響施工期間的水土流失情況。具體情況見表2。

表2 干旱荒漠區井工煤礦施工建設階段水土流失區域

2.2 生產運行階段水土流失分析

2.2.1 水土流失特點

1）水資源匱乏。干旱荒漠區的水資源本來就十分有限，而井工煤礦生產運行階段對水資源的需求非常大。煤礦開采和清洗煤炭產生大量的廢水，且地下水資源也會被采礦活動破壞和污染，使得水資源更加緊缺。2）土地脆弱。干旱荒漠區的土地質量普遍較差，土壤脆弱、蓄水能力低，井工煤礦施工和采礦活動破壞了土地結構和地表植被，使土壤容易發生侵蝕和潰塌。3）植被稀疏。干旱荒漠區的植被覆蓋率本就較低，且植被的生長速度和恢復能力十分有限，很難有效防止水土流失的發生。煤礦開采礦活動對植被造成一定破壞，進一步降低了植被覆蓋率，增加了水土流失的風險。

2.2.2 影響因素

1）車輛行駛和設備運輸。煤礦生產運行期間頻繁的車輛行駛和設備運輸會增加地表土壤的壓實程度，降低了土壤的透水性能，加劇了水土流失的程度。2）煤矸石堆放。煤矸石是煤礦生產過程中產生的廢棄物，堆放在礦區附近容易造成土地表面的裸露和破壞，增加了水土流失的風險。3）尾礦排放。井工煤礦生產過程中，尾礦的排放是不可避免的，尾礦的含水量高，容易通過水流將其中的細粒顆粒沖刷到地表。4）土壤類型。干旱荒漠區域土壤質地多為砂質或石質，抗侵蝕能力較差，有較強的風蝕性。土壤容易形成結皮或粉化現象，使土壤更加脆弱，增加了水土流失的可能性。生產運行階段，水土流失問題具體表現形式見表3。

表3 干旱荒漠區井工煤礦生產運行階段水土流失區域

3 關鍵區域水土流失特點

3.1 工業場地

煤礦工業場地通常缺乏足夠的降水和土壤供水，場區建設破壞了原有地貌，使得土壤保水能力減弱，導致坡面土壤承載力失衡，容易出現徑流增加和土壤侵蝕問題。這些工業場地一般位于梁峁丘陵頂部的溝間地或較平緩的坡面上。煤礦開采過程中，工程對工業場地造成較大擾動和影響，大量土壤被開挖和移動，導致裸露土地面積急劇增加，裸露土壤易受風蝕和水蝕影響，嚴重影響了土壤保水能力和持水性。此外，開采活動還會導致地形改變，形成多個深坑和堆積區。水管理不善也是導致水土流失問題的重要原因之一。煤礦開采過程中大量地下水和表面水被開采和排放，導致水資源短缺。缺乏足夠水資源無法滿足植被需求，使地表土壤變得干燥脆弱，易受風暴暴雨和沖刷影響，加劇了水土流失程度。煤礦工業場地通常存在污水排放和固體廢棄物問題。排放到附近水體的廢水中含有高濃度的懸浮顆粒物和有害化學物質，這些物質會破壞附近土壤結構和植被生長。同時，在煤礦場地附近堆放的固體廢棄物也容易通過降雨和地下水遷移進入水體，造成水土流失和水質污染。

3.2 場外道路區

道路建設通常以線性形式分布，穿越著各式各樣的地貌類型。由于地形的多樣性，道路建設對地面造成了相當程度的擾動和破壞。在施工過程中，進行的路基開挖、障礙物清理、場地平整等機械化活動會嚴重破壞原本的地表植被與巖土結構。特別是在高填深挖的路段上，道路建設更會對地表植被和地貌形態造成極大破壞。填筑路基改變了原有的地貌，導致地表植被損失。同時，挖掘路段進一步破壞著地貌形態。此外，修建臨時施工道路、架設管線和開挖溝渠等活動也是造成水土流失問題的原因。這些活動破壞了土壤結構，導致土壤容易受水力沖刷的影響，從而增加了水土流失的風險。另外，道路建設還會改變地表徑流情況，使得水流更容易凝聚并產生沖擊力，從而增加了水蝕危害的風險。

3.3 排矸場區

煤礦區排矸場區是煤礦開采所產生的廢棄矸石和尾砂堆積形成的區域，這些區域廣闊，通常的地質條件較差，地勢也相對復雜，存在許多獨特的水土流失問題[6]。不合理的渣土堆放導致大片土地暴露在外，缺乏植被保護，容易受到降雨和風蝕的影響。排矸場區地面通常呈斜坡狀，坡度較大，這樣的地形特點會增加水流速度和沖擊力。在降雨較多的季節，大量水流將帶走土壤，導致嚴重的水土流失。排矸場區的排水系統通常存在缺陷，外部力量作用下，容易造成水流積聚和侵蝕。如果排水系統設計不當，頂部的匯水將增加坡面徑流的攜沙能力和流速，可能引發坍塌、泥石流和局部溝蝕等地質災害問題。排矸場區的土壤質地和結構受到挖掘和堆積過程的影響，土壤的孔隙度和透水能力可能發生變化，這使得土壤容易受到水力沖刷和侵蝕的影響。持續的煤礦開采活動也是導致煤礦區排矸場區水土流失問題的重要原因，其中包括挖掘礦石、運輸、堆放等作業，這些作業不斷進行，對土壤造成持續的擾動和破壞。

3.4 開采沉陷區

煤礦區域屬于含煤地層，煤礦開采對周圍環境會帶來許多負面影響。首先，地下煤層的開采會破壞巖層的平衡，導致地表沉陷現象。這種沉陷不僅會改變地形，還可能引發裂縫和沉降波，對附近建筑物和基礎設施造成損壞。其次，煤礦開采涉及爆破、挖掘、運輸等工程操作，這些活動會擾動地表土壤，破壞地表植被覆蓋。這不僅改變了地表的生態系統，還對土壤產生明顯的破壞。土壤的物理結構和水分平衡都會遭受破壞，導致土壤質量下降，土層變薄，土質變差，從而增加土壤的密實度，降低水分滲透能力。此外，煤礦開采還會導致地下水位下降，附近的井水可能會枯竭或泄漏，從而對水資源造成短缺。由于地下水位下降，附近地區水源的補給減少，對農業生產和生態環境造成負面影響。

同時，井水泄漏也會增加地表水的含水量，引發大量地下水涌出，進一步加劇水資源的短缺問題。煤礦區的沉陷還會導致地表形成不平整的地貌，增加地表水流的集聚性并加劇沖刷的作用。沉陷區的地表徑流量增加，土壤水分滲透能力降低，大部分降雨無法迅速滲透進地面，形成大量的地表徑流，可能引發山洪、泥石流等災害。水土流失的加劇不僅會減少植被覆蓋，導致生態環境的退化，還會對當地的生物多樣性和生態環境質量造成嚴重威脅。

因此，為了減輕這些負面影響，可以采取一系列有效措施，如加強監測和預警系統，進行科學規劃和管理，開展合理的土地復墾和植被恢復工程，以減少水土流失的程度。同時，應采取措施保持地下水位穩定，合理利用和保護水資源，以實現煤礦開采區的可持續發展目標。

4 結 語

干旱荒漠區的井工煤礦水土流失是人類生產活動所導致的一種特殊類型的水土流失，主要發生在施工建設和開采過程中。不僅對土地資源造成破壞，還會影響到深層的土壤環境甚至基巖，深度達到幾十米甚至數百米。對水資源的損失和破壞不僅表現在地表水的流失，還包括深層地下水的破壞。井工煤礦長期開采容易形成較大區域采空區，進而引發地面的沉降、塌陷，極易造成地下水位下降、土壤干化和生態環境惡化等問題，從而降低了礦區的水土保持功能。

干旱荒漠區井工煤礦水土流失應以工業場地、場外道路、排矸場已經開采沉陷區為重點治理區域。水土保持措施應以工程防護措施為主，輔以必要的臨時措施，并建立綜合的防治措施體系，其中包括工程防治措施、植被防治措施以及臨時防護措施的結合。