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水土保持方案

水保方案乙陕字

第043号

彬长小庄矿业

新排矸场拦矸工程

初步设计

编制单位：

绿业生态技术咨询

2016年6月

复制责任页

批准：

民生

审查：

创群

校核：

卢惠芳

参加工作人员：

创群卢惠芳

杜超田乃维

刚王建民

1概述…………………………………………………………………………………1

1.1主体工程项目概述…………………………………………………………1

1.2设计的目的意义……………………………………………………………1

1.3工程等级和设计标准………………………………………………………1

1.4工程主要技术参数…………………………………………………………1

2排矸场概况…………………………………………………………………………3

2.1自然概况……………………………………………………………………3

2.2社会经济状况………………………………………………………………3

2.3排矸场地质条件……………………………………………………………3

3排矸场设计容和规模…………………………………………………………6

3.1设计容……………………………………………………………………6

3.2工程布局……………………………………………………………………6

3.3工程规模……………………………………………………………………6

4排矸场工程设计……………………………………………………………………7

4.1拦矸坝工程设计……………………………………………………………7

4.2排矸场周边截排水工程设计………………………………………………18

4.3排矸场矸石堆置型式………………………………………………………19

4.4排矸场水土保持措施设计…………………………………………………19

4.5工程量计算…………………………………………………………………20

5工程施工…………………………………………………………………………22

5.1筑坝材料要求………………………………………………………………22

5.2施工放线…………………………………………………………………22

5.3工程施工…………………………………………………………………22

5.4施工度汛……………………………………………………………………24

5.5施工安全……………………………………………………………………25

6施工组织设计……………………………………………………………………26

6.1施工条件……………………………………………………………………26

6.2施工进度……………………………………………………………………26

6.3质量控制……………………………………………………………………26

6.4工程验收……………………………………………………………………27

7投资概算……………………………………………………………………28

7.1投资概算原则和依据………………………………………………………28

7.2工程总投资…………………………………………………………………31

附表

附表1总投资概算表

附表2独立费用计算表

附表3主要材料预算单价表

附表4水泥砂浆材料价格计算表

附表5施工机械台时费汇总表

附表6工程、植物措施单价汇总表

附表7工程、植物措施单价表

附图

BKX-01工程地理位置示意图

BKX-02工程平面布置图

BKX-03水位～库容关系曲线图

BKX-04坝体断面设计图

BKX-05放水工程设计图

BKX-06放水工程设计图

BKX-07消力池盖板、卧管横梁配筋图

BKX-08矸石堆放剖面及水保措施典型设计图

BKX-09截水沟、排水渠设计图

小庄煤矿排矸场拦矸工程主要技经指标表

建设地点

彬县义门镇

截排水工程

挡水土埂

650m

建设性质

新建

排水沟

1542m

工程规模

控制面积

0.14km2

主要工程量

土方

69636m3

滞洪库容

0.98万m3

石方

1489m3

拦泥库容

2.6万m3

合计

72501m3

堆矸容积

122万m3

投工

9868工日

拦矸坝

型式

均质碾压土坝

主要材料

用量

水泥

46.2t

坝高

18m

钢材

1.5t

坝顶长

50m

块石

1786m3

坝体土方

22132m3

碎石

输水涵管

型式

钢筋砼涵管

砂子

203.4m3

长度

76m

柴油

59.7t

管径

0.8m

乔木

0.9904万株

放水卧管

型式

浆砌石

灌木

0.6800万株

总高度

15m

草种

5.1kg

坡比

1：

总投资

209.82万元

断面（宽×高）

0.7×0.8m

施工期

2个月

1概述

1.1工程背景：

小庄煤矿在生产运行过程中，产生煤矸石是煤炭产量的3.4％，年产矸石为20万t之多，依据小庄煤矿2006年2月获批的《小庄煤矿水土保持方案报告书》，确定了工业场地北部3km的白家沟做为煤矸石堆放场。

2011年4月由市水土保持学会完成了排矸场、拦矸坝设计，同年6月建成并投入使用。

由于矿建初期建筑垃圾多，巷道掘进排渣量多，加之后续矸场管理不健全，没有按设计堆矸方式弃矸，导致白家沟矸场闭场，不能使用。

为有效的拦挡弃矸，集中堆放，综合整冶，有效利用，小庄煤矿依据2012年10月省水土保持局批复（陕水保函［2012］231号）《彬长矿业集团小庄煤矿变更项目水土保持方案报告书》在白家沟矸场右侧王学沟新建二期拦渣场。

为此，建设单位委托我公司承担该拦矸坝初步设计。

1.2工程等级和设计标准

根据《开发建设项目水土保持技术规》（GB50433-2008）和《水土保持治沟骨干工程技术规》（SL289-2003）对拦矸工程的规定，确定工程等级为五级，设计洪水为N=30年一遇（P=3.3%），校核洪水为N=300年一遇（P=3.3%）。

1.3工程主要技术参数

1.3.1坝体参数

（1）坝高18m，坝顶长50m，坝顶宽4m，下游坝坡在坝高10m处设马道，马道宽2m，马道以上坡比1：

1.75，马道以下坡比1：

2，上游坝坡比1：

2。

（2）坝顶高程912.8m，校核洪水位910.8m，拦泥高程904.8m，滞洪库容0.935万m3，堆渣容积122万m3。

1.3.2放水工程参数

（1）卧管顶高程911m，底高程896m，坡比1：

2，卧管垂高15m，卧管长度30m。

（2）输水涵管进口高程895m，涵管出口高程894m，长76m，下接60m输水明渠。

1.3.3截排水工程参数

排矸场周边布设矩形断面（高×宽）0.7×0.5m长650m浆砌石截水沟；渣面修筑挡水土埂962.5m，最终渣面布设15阶台，及0.3×0.3m总长1200mM7.5浆砌石，M10砂浆抹面横向排水沟，0.5×0.4m长490mM7.5浆砌石，M10砂浆抹面纵向排水沟。

1.3.4主要工程量

（1）工程措施坝体填筑土方22132m3，修筑排水沟52m，塬面截水沟650m，浆砌块石719.92m3，渣面覆土47504m3。

（2）植物措施渣面覆土后栽植刺槐9904株，栽植紫穗槐6800株，坝坡草皮护坡0.34hm2。

1.3.5工程总投资

小庄拦矸坝工程总投资209.82万元。

其中工程措施投资181.6万元，植物措施投资9.8万元，临时工程3.83万元，独立费用8.48万元，基本预备费6.11万元。

2排矸场概况

2.1自然概况

2.1.1地貌、地质

新排矸场位于小庄煤矿风井场右侧与原排矸场毗邻，工程布置在白家宮村王学沟，拦矸工程坝址以上流域面积0.14km2，沟道呈“V”字型，沟道长420m，沟头、沟谷两岸塬面较为平坦，沟坡植被较好，无明显冲沟，沟谷基本对称，沟道走向为东北（沟头）向西南向（沟口），其塬面高程1075.75m，坝址沟底高程894.80m，坝址以下征地界沟底高程884.68m，沟道比降21%。

地貌以黄土高原沟壑为主，地势东北高西南低，属泾岸的二级支流。

从地质结构上来说位于鄂尔多斯台南缘褶皱带上，基岩多为砂岩，页岩埋藏较深，地表覆盖风成坡积黄土，黄土覆盖达120m以上，表土垂直节理明显，沟坡易崩塌，水蚀重力侵蚀严重。

2.1.2气象、水文

该区属暖温带半干旱季风气候，年均气温9.7℃，年极端最高气温40℃，最低气温-22.5℃。

多年平均降雨量为516～617mm，最大降雨量772.6mm，最小降雨量319.3mm，年降雨多集中在7、8、9三个月，占全年降水的53.8%。

年均风速1.4m/s。

沟道无常流水，径流主要为暴雨产生，历时较短，强度不大。

流域无观测资料，参照《市实用水文手册》得知，该区24小时最大暴雨为57.8mm，多年平均径流深55mm，年均土壤侵蚀模数为5000t/km2·a。

2.2新建拦矸工程的意义

小庄煤矿在建设生产过程中，由于矿建弃渣和产生煤矸石是原拦矸场己达到设计储量，随着生产运行的正常化，需对矸石集中堆放和妥善处理。

否则将对周围生态环境产生影响和破坏，在暴雨山洪作用下，引发泥石流等次生灾害，可能危及下游西（安）至平（凉）铁路，周边群众生产生活及生命安全。

根据水土保持法律、法规对开发建设项目的有关规定，及《彬长矿业集团小庄煤矿变更项目水土保持方案报告书》拟定矿部北部3km的白家宫村王学沟做为新建煤矸石堆放场。

建设该排矸场不仅是小庄煤矿生产运营的需要，也是水土保持法赋于的防治责任，更是矿建环评的要求。

按照水土保持法规定“先拦后弃”的原则，建设排矸场拦矸工程，对于防止水土流失，减轻对周围生态环境的破坏，防洪保安具有重要意义。

排矸场位置见工程地理位置示意图BKX-01。

2.3排矸场地质条件

2.3.1区域地质

（1）区域构造及地震

排矸场位于华北地台鄂尔多斯台地向斜的南缘地带，构造体系属祁吕山字型构造前弧东翼。

地质构造简单，地层产状平缓，无大型断裂构造。

新生代以来，华北地台整体缓慢上升，鄂尔多斯地台向斜相对较为稳定。

根据1:

400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）标准，工程区地震动峰值加速度a=0.05g，地震动反应谱特征周期0.45s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。

适宜兴建均质土坝工程。

（2）水文地质

王学沟两岸塬区黄土中赋存地下水，以潜水和上层滞水为地下水动力特征。

黄土中赋存的孔隙型潜水和古土壤为相对隔水层易形成上层滞水。

上层滞水受大气降水的强度、时段季节影响较大。

踏勘期间沟底树木较多，植被较好，土体松软含水量较大，无明显的泉水出露，沟道有水流，流量很小，随季节变化而变化，春、夏枯竭，秋、冬可见。

2.3.2拦矸坝工程地质条件

（1）地形地貌及地层岩性

坝址区位于王学沟流域中上部，沟道呈“V”字型，坝右肩的谷坡呈陡崖，左肩较缓，降雨季节常发生崩塌、溜坡等重力侵蚀现象。

坝址区的沟道为全新统冲积层（Q4al），分布于沟道，厚度约3..5～6.5m。

岩性为含钙质结核壤土，疏松，潮湿，结构混杂。

沟道两侧分布全新统坡积层（Q4dl），主要分布在沟谷的两岸陡崖下部，厚度10—20m不等，岩性为黄土状壤土夹错乱的古土壤，颜色红黄混杂，质地不均，松散多裂缝及小空洞。

该坡积层易发生崩塌、溜坡等重力侵蚀现象。

坝基下部为中更新统风积堆积层下部（Q21eol）：

褐黄色黄土状粉质壤土，结构较为致密坚硬，针孔已少见，夹有2—3层古土壤，淀积层中钙质结核层成层分布广泛，厚度>40m。

（2）坝址黄土状壤土的物理力学性质

含水率W=14.5%，天然重度ρ=17.3kN/m3，干重度ρd=15.2kN/m3，孔隙比e=0.746，饱和度Sr=56%，液限Ip=30.7%，塑限IL=18.7%。

压缩系数0.18Mpa-1，压缩模量9.6Mpa。

（3）坝址区工程地质条件评价

1）坝基、坝肩分布全新统冲积层（Q4al）和全新统坡积层（Q4dl）其岩性为黄土状壤土夹错乱的古土壤，质地不均匀，疏松，含水率大，密度小，具强湿陷性、高压缩性、承载力低，在排水不畅的条件下一般呈软塑、流塑状态等特点，建议筑坝前进行清除，使坝基处于中更新统风积（Q21eol）黄土状壤土层。

2）建筑均质土坝的功能是拦渣预防泥石流，一旦发生强暴雨，必然存在库区蓄水问题，因此建议坝体设置滤水体排水和库区蓄水的排泄工程设置，满足该均质土坝不具备蓄水的功能要求。

3排矸场设计容和规模

3.1设计容

小庄煤矿新选定王学沟作为煤矸石堆放场，沟道面积14hm2。

根据建设单位意见，排矸场设计的沟底拦矸控制工程尽可能沿征地地界底线进行，使拦矸容积最大，并使渣体安全。

经现场踏勘和规要求，排矸场工程设计容有：

（1）拦矸坝设计

（2）排矸场周边截排水工程设计

（3）排矸场煤矸石堆置形式

（4）排矸场水土保持措施设计

3.2工程布局

为合理利用所征沟道，使拦矸堆渣最大化，同时确保煤矸石堆渣体安全，有效控制水土流失。

在小庄煤矿新建排矸场征地围选择合适区域修建排矸场控制工程----拦矸坝，并配套相应的泄水工程，布局为：

1、为减少拦矸坝洪水，保证拦矸坝安全，沿征用地界的沟缘线外修筑排矸场周边排水工程，控制沟缘线外的洪水进入堆渣区，并将其导入拦矸坝外以后的沟底。

2.、煤矸石在堆放过程中要自上而下进行，当堆置到与塬基本齐平时，进行渣面处理，覆盖黄土碾压，形成隔水层，然后再覆表层黄土，形成耕植层，恢复植被。

3、矸石堆置形成的自然坡面坡角到达拦泥库容高程904.80m时，排矸场使用终止，应对形成的自然坡面进行台阶式处理，坡面坡比1:

2，每台阶高10m，设2m宽的卸载戗台，戗台进行覆土碾压，并在坡角修筑横向排水沟，拦截坡面径流，并导入渣场沟坡纵向排水沟，堆渣坡面覆土种植水保植物措施进行防护，减少水土流失，保证渣体安全。

3.3工程规模

根据已征地面积和拦矸坝工程设计规，在保证渣体和工程安全的基础上，使煤矿按设计能力年产生的21.45万m3的矸石，堆置容积最大，排矸场使用年限更久。

4排矸场工程设计

4.1拦矸坝工程设计

4.1.1设计依据

（1）《水土保持治沟骨干工程技术规》SL289-2003；

（2）《开发建设项目水土保持技术规》GB50433-2008；

（3）《水土保持综合治理技术规》GB/T16453.3-2008；

（4）《防洪标准》GB50201-94；

（5）《市实用水文手册》；

（6）1:

1000库区实测地形图，1:

500坝址实测横断面图。

4.1.2坝型及筑坝材料选择

坝址以上两岸坡土料丰富，经现场查勘，土料储量和土料性质均满足筑坝要求，取土条件便利，按照因地制宜、就地取材的原则，将坝型确定为碾压式均质土坝。

根据沟道两岸坡度现状，本工程不设专门取土场。

坝体填筑土料可在坝址以上两岸边坡取土，应自上而下台阶式取土，台高5m，稳定边坡1:

1。

4.1.3设计标准

根据《水土保持综合治理技术规》（GB/T16453.3-2008）、《开发建设项目水土保持技术规》（GB50433-2008）、《水土保持治沟骨干工程技术规》（SL289-2003）的规定，.结合拦矸坝下游沟口有村庄和西（安）至平（凉）铁路需保护。

故王学沟排矸场拦矸坝工程洪水防御标准为：

设计洪水：

N=30年一遇（P=3.3%），

校核洪水：

N=300年一遇（P=0.33%）。

4.1.4水文计算

1、洪峰流量计算

由于该流域没有实测水文资料，遵循水文计算原则“多种途径，分析成因，选择使用。

”依据《市实用水文手册》和《水土保持治沟骨干工程技术规》（SL289-2003）推荐的“推理公式法”、“洪峰面积相关法”和“综合参数法”分别计算。

（1）推理公式法：

1）设计点雨量计算

根据《市实用水文手册》查得的流域几何中心不同历时1、3、6、24小时最大点暴雨均值Ht及变差系数Cv，取Cs=3.5Cv，查皮尔逊-Ⅲ型曲线得模比系数KP值（参数见表4-1、4-2）。

由公式Htp点=Kp×Ht求各频率的设计点暴雨量成果（见表4-3），其中根据《市实用水文手册》中要求：

当流域面积小于300km2时，设计历时采用12小时。

年最大12小时点雨量，可用6小时和24小时最大点雨量推求，即H12=（H24×H6）0.5。

表4-1各历时点暴雨参数表

历时（h）

参数

27.0

0.65

35.0

0.69

0.70

57.8

0.70

表4-2各历时模比系数Kp取值表

历时（h）

P=3.3%

2.62

2.74

2.81

P=0.33%

4.22

4.49

4.56

表4-3各历时点暴雨成果表单位：

历时（h）

P=3.3%

70.74

95.90

126.45

143.31

162.42

P=0.33%

113.94

157.15

205.2

232.56

263.57

2）设计面雨量计算

由于气候和地形等因素影响，一场暴雨在流域空间的分布是极不均匀的，因此，表4-3表示的点雨量为暴雨区的中心雨量，在应用暴雨推求设计洪水时，必须将设计点暴雨量进行修正，以求得设计面雨量，设计面雨量修正采用点面系数法：

Htp面=αt×Ht点

式中：

αt=1/（1+at·F）bt

Htp面—设计历时为t的设计频率的面雨量，mm；

Htp点—设计历时为t的设计频率的点雨量，mm；

αt—暴雨历时为t点面折减系数；

at，bt—线型拟合参指数；

F—流域面积，km2。

表4-4at、bt取值表

历时（h）

0.00475

0.00497

0.00527

0.00393

0.00255

0.3673

0.3029

0.2595

0.2576

0.2730

αt

0.9997

0.9998

0.9999

表4-5各历时面暴雨量成果表单位：

历时

P=3.3%

70.72

95.87

126.42

143.28

162.40

P=0.33%

113.91

157.10

205.16

232.51

263.54

3）设计暴雨面净雨过程推求

雨型分配本设计选为12小时，其时程分配雨型在24小时设计暴雨时程分配雨型中包截取，以1、3、6、12小时雨量为控制，分别计取H1、H3-H1、H6-H3、H12-H6的面雨量时段差值。

各时段对应的面暴雨量即为该站面降雨过程。

产流过程是由设计面降雨过程中，扣除了对应各时段的入渗量的雨量过程。

本次产流过程按照超渗产流模型计算，根据入渗率f与土壤含水量S的关系推求，其关系式为：

当s≦78.0mm时，f=11.43S-1.08；当s＞78.0mm时，f=0.103；依据《市实用水文手册》推算时，流域最大需水量Im为100mm，取设计前期影响雨量Pa=lm/2=50mm，求出不同历时的土壤含水量和入渗率，推求过程为：

当s=50mm时，

△S1=f1t1=11.43×50-1.08×60=10.0mm

△S2=f2t2=11.43×（50+10）-1.08×60=8.2mm

△S3=f3t3=11.43×（50+10+8.2）-1.08×60=7.2mm

△S4=f4t4=11.43×（50+10+8.2+7.2）-1.08×60=6.4mm

△S5=f5t5=0.103×60=6.2mm

由各时段的面雨量和对应时段的入渗量推求产流过程，在产流过程中扣除时段平均潜流量，得净雨过程。

其中R潜=R总×15%。

计算结果见下表。

表4-6设计暴雨面净雨过程推求（3.3%）

历时

（h）

雨型（﹪）

面降雨过程

（mm）

产流过程

（mm）

净雨过程（mm）

H3-H1

H6-H3

H12-H6

49.7

12.50

2.5

0.37

100

70.72

65.52

63.39

50.3

12.65

5.45

3.32

34.8

10.63

4.23

2.10

33.0

10.08

3.88

1.75

32.2

9.84

3.64

1.51

18.2

3.07

22.9

3.86

29.4

4.96

12.4

2.09

8.8

1.48

8.3

1.40

合计

100

143.28

85.22

72.44

表4-7设计暴雨面净雨过程推求（0.33%）

历时

（h）

雨型（﹪）

面降雨过程

（mm）

产流过程

（mm）

净雨过程（mm）

H3-H1

H6-H3

H12-H6

49.7

21.47

11.47

7.4

100

113.91

105.71

101.64

50.3

21.72

14.52

10.45

34.8

16.72

10.32

6.25

33.0

15.86

9.66

5.59

32.2

15.48

9.28

5.21

18.2

4.98

22.9

6.26

0.06

29.4

8.04

1.84

12.4

3.39

8.8

2.41

8.3

2.27

合计

100

232.51

162.86

136.54

4）洪峰流量计算：

流域特征参数θ计算公式：

θ=L/（JF）1/3

汇流参数m计算公式：

m=2.1θ0.435hR-0.47

流域汇流时间τ：

τ=0.278·L/（mJ1/3·Q1/3）

历时为

的公式：

Q=0.278Fht/

式中hR—设计净雨深，mm（hR≥70mm时，取hR=70mm）；

F—流域面积，km2（F=0.14km2）；

L—流域长度，km（L=0.430km）；

J—沿流程的平均比降，J=21%。

表4-8参数计算成果表

P（%）

P=3.3%

2.03

0.39

70.00

P=0.33%

2.03

0.39

70.00

由公式Q=0.278Fht/

和

=0.278L/mJ1/3Q1/3，采用图解法进行计算，该沟道不同频率设计洪峰流量见表4-9。

表4-9不同频率设计洪峰流量计算表

P（%）

洪峰流量（m3/s）

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