1 中汇富能煤矿地质环境保护与土地复垦方案.docx
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1中汇富能煤矿地质环境保护与土地复垦方案
陕西省府谷县中汇富能矿业有限公司
新建排矸场设计总说明
建设单位：
陕西省府谷县中汇富能矿业有限公司
编制单位：
陕西中源水利设计有限公司
编制时间：
二0一九年十二月
1、概述
1.1工程背景
中联矿业在生产运行过程中，产生煤研石较多，为有效的拦挡弃研，集中堆放，综合整治，有效利用，遂在距矿部北部600米郝家沟处，新建排研场。
为此，建设单位委托我公司承担该排研场设计。
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范》（GB50433-2008）和《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289-2003）对拦研工程的规定，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）坝底以上5.0m,坝顶长50m,坝顶宽1m,基础宽5米，坡比为1:
0.25。
（2）坝顶高程1142.86m,校核洪水位1140.86m,拦泥高程1139.86m,堆渣容积220万m3。
1.3.2放水工程参数
排水管管进口底高程1136.90m,出口底高程1136.60m,管长为15m。
1.3.3截排水工程参数
排研场周边布设截水沟采用开口1.5m,底部0.5m,高0.5m,1750m浆砌石截水沟；M7.5浆砌石，M10砂浆抹面横向排水沟265米。
2、排研场概况
2.1自然概况
2.1.1地貌、地质
新建排研场位于庙沟门镇西北方向7.0公里出处郝家沟村，排研工程坝址以上流域面积32.5hm2,沟道大致呈”V”字型，沟道长约550m,沟头、沟谷两岸原面较为平坦，沟坡植被较好，沟谷基本对称，沟道走向为东北（沟头）向西南向（沟口）其原面高程大致为1190.00m,坝址沟底高程1138.00m,坝址以下征地界沟底高程1131.00m,沟道比降21%。
地貌以黄土高原沟鳖为主，地势东北高西南低。
从地质结构上来说位于鄂尔多斯台向斜东缘，自燕山运动以来，构造活动微弱，褶皱断裂不发育，岩层产状平缓，基岩多为砂岩，地表覆盖风成坡积黄土，黄土覆盖达60m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
（1）气象
根据府谷县气象局资料，现对该区域的气象状况进行总的描述，收集到1985-2015年的观测数据，项目区属于中温带半干旱大陆性季风气候，区域气侯特点为冬季寒冷，时间长；夏季炎热，干燥多风，时间短；冬季干旱而少雪，温差大。
由于深居内陆，流域降水受东南沿海季风影响弱，降水量少，年内降水主要集中在7-9月，占总量的69%,尤其以8月最多，并多以暴雨形式出现，易造成洪灾。
年平均风速5.5m/s,多年最大风速22.8m/s,风速变化具有较强的季节性特点，具体为冬春季风大，其中春季大风日数最多，占全年40%~50%,夏秋季风小，呈现周期性变化。
结合当地气象站多年气象资料统计，项目区主要气象参数见表2-1。
表2-1项目区气象要素特征值表条件
序号气象参数
单位
数值
备注
年平均气温
8.7
最热月平均气温
气温
最冷月平均气温
-15.2
极端最高气温
39.5
极端最低气温
-29.0
年主导风向
西北风
2风
极端最大风速
年平均风速
5.5
年平均降水量
435.7
年最大降水量
819.1
年最小降水量
108.6
3降水
日最大降水量
130.5
6h最大降水量
135.1
3h最大降水量
82.1
1h最大降水量
31.1
最大积雪深度
120
4雪
雪压
Kg/m2
0.2
年平均相对湿度
最热月平均相对湿度
62
湿度
年平均水汽压
7.7
年最大水汽压
30
年最小水汽压
0.2
年最高气压
919.9
6气压
年最低气压
877.7
年平均气压
909.8
1836.3
7蒸发量
年平均蒸发量
年平均沙暴日
48
年最多雾日
13.8
天气
年平均沙暴日
1.4
年平均電日
146
年无霜期
2876
年日照
9日照
44
年日照百分率
146
10冻土
最大冻土深度
（2）水文
1）含（隔）水层水文地质特征
第四系全新统风积沙层含水层（Qeol）
风积沙主要分布在山梁及平缓山坡上，厚度2-4m,岩性为粉细沙，疏松，孔隙度大，造水性好，有利于大气降水入渗，但在区内多呈零星小范围分布，且厚度又小故多为透水不含水层。
第四系全新统冲洪积层含水层（Q4al）
一般漫滩水位埋藏浅，富水性中等，而陪地水位较深，富水性为中等到弱。
而一般沟谷内由于冲积层薄，富水性为弱的含水层。
松散层中相对隔水层
黄土层在区内厚度为0.70-36m,平均厚20.64m,岩性为灰黄色砂质黄土，结构稍密，虽然发育有垂直节理，但多呈疏干状态，其下即为第三系红土层，多分布于本区中东部地形较高处，尤其是各沟谷沟脑均可见到此层。
其厚度为
7.50-46.10m平均厚29.41m,岩性为浅红色、褐红色黏土、亚黏土，夹多层白色钙质结核，红土层致密坚硬，以上黄土和红土层成为区内松散含水层与煤系地层之间的较好的隔水层。
朱罗系中统廷安组风化裂隙潜水含水层（J2y）
本次施工14个钻孔中就有13个孔见到风化岩，其岩性多为褐黄色粉砂岩或细粒砂岩，断面多富集褐色铁质薄膜，手捏即碎，岩芯多呈短柱状，并呈潮湿状，厚度为3.24-29.60m,变化较大。
据分析基岩顶面高的地方，且位于沟旁的钻孔其风化岩厚度相对大一些，而基岩顶面低的地方风化岩厚度相对薄一些。
由于其上部多为红土和黄土层所覆盖，所以其富水性微弱。
株罗系中统延安组22煤顶板裂隙承压含水层（J2y）
本含水层为延安组第四段和第五段地层，岩性为浅灰一灰白色中厚层状中、细砂岩，成分主要以石英为主，长石、云母次之，水平及斜层理，泥质胶结，岩芯多
呈短柱状，厚约4.69-4278m,钻孔平均厚度24.89m。
据HK303孔抽水试验，当降深2269m时，钻孔涌水量0.240L/s,单位涌水量为0.0106L/sm,漂透系数
0.00149m/d,按单位涌水量富水性分级，本层为弱富水性含水层。
株罗系中统延安组31煤顶板裂腺承压含水层（J2y）
1）煤层顶板含水层即延安组第四段细粒砂岩含水层，段厚21.63-33.61m,其中浅灰色细粒砂岩厚约1.5-18.02m,一般厚12m左右，泥质或钙质胶结，本段含水层较薄很少有泉水出露，为富水性弱的含水层。
2）地下水的补给、径流及排泄条件
第四系潜水、基岩风化岩潜水，主要是接受大气降水补给，同时在沟谷两侧还接受地表水的少量补给，其径流方向均是由地形较高处往较低处运移，并以渗流形式排泄。
基岩承压水除接受区域侧向径流补给，部分还接受潜水的垂向渗透补给。
其径流方向是沿岩层倾向方向向深鄙径流运移多，当被揭露后，于地势较低处可自流涌出地面。
3）水文地质勘探类型
本区地质构造筒单，井田水文地质勘探类型为二类一型，即以裂隙含水层充水为主的水文地质条件简单的矿床，矿井正常涌水量为33m³/h,最大涌水量为50m3/h。
2.1.3地质
（1）地层
府谷县位于陕北朱罗纪煤田东南部，地表绝大部分被第四系，新近系沉积物覆盖，仅沿各支沟两侧有基岩出露。
根据填图资料及钻孔塌露，煤矿地层由老至新依次为：
三叠系上统瓦客堡组（Tw）、
呈短柱状，厚约4.69-4278m,钻孔平均厚度24.89m。
据HK303孔抽水试验，当降深2269m时，钻孔涌水量0.240L/s,单位涌水量为0.0106L/sm,漂透系数
0.00149m/d,按单位涌水量富水性分级，本层为弱富水性含水层。
株罗系中统延安组31煤顶板裂腺承压含水层（J2y）
1）煤层顶板含水层即延安组第四段细粒砂岩含水层，段厚21.63-33.61m,其中浅灰色细粒砂岩厚约1.5-18.02m,一般厚12m左右，泥质或钙质胶结，本段含水层较薄很少有泉水出露，为富水性弱的含水层。
2）地下水的补给、径流及排泄条件
第四系潜水、基岩风化岩潜水，主要是接受大气降水补给，同时在沟谷两侧还接受地表水的少量补给，其径流方向均是由地形较高处往较低处运移，并以渗流形式排泄。
基岩承压水除接受区域侧向径流补给，部分还接受潜水的垂向渗透补给。
其径流方向是沿岩层倾向方向向深鄙径流运移多，当被揭露后，于地势较低处可自流涌出地面。
3）水文地质勘探类型
本区地质构造筒单，井田水文地质勘探类型为二类一型，即以裂隙含水层充水为主的水文地质条件简单的矿床，矿井正常涌水量为33m³/h,最大涌水量为50m3/h。
2.1.3地质
（1）地层
府谷县位于陕北朱罗纪煤田东南部，地表绝大部分被第四系，新近系沉积物覆盖，仅沿各支沟两侧有基岩出露。
根据填图资料及钻孔塌露，煤矿地层由老至新依次为：
三叠系上统瓦客堡组（Tw）、
组（J2y）新近系上新统静乐组（Nj）、第四系中上更新统离石组和马兰组（Q2H+Qm）,全新统河流冲积层（Qal）及风积沙（Q2col）。
（2）构造
本项目位于陕北朱罗纪煤田的东南部，构造单元处于鄂尔多斯台向斜宽缓的东翼一陕北斜坡上。
根据地质填图、勘探揭露及煤层底板等高线图的情况，本区地层总体为走向北西、倾向南西、倾角小于1°的单斜构造，未发现落差大于30m断层和明显的褶皱构造，也无岩浆活动，仅局部表现为一些宽缓的大小不等的波状起伏，属简单构造。
2.2新建拦研工程的意义
中联矿业在建设生产运行过程中，需对研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,可能危及临近公路，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，拟定矿部北部600m的郝家沟村做为新建煤研石排研场。
建设该排研场不仅是中联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，建设排研场工程，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。
2.3排研场地质条件
2.3.1地形地貌及地层岩性
坝址区沟道整体呈“V”字型，坝左右肩的谷坡较缓，降雨季节有溜坡等重力侵蚀现象。
坝址区的沟道为全新统冲积层（Q4a1）,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（Q4d1）,主要分布在沟谷的两岸陡坡下部，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，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，厚度大于40m。
2.3.2坝址黄土状壤土的物理力学性质
含水率W=14.5%,天然重度p=17.3kN/m³,干重度pd=15.2KN/m3,孔隙比e=0.746,饱和度Sr=56%,液限Ip=30.7%,塑IL=18.7%。
压缩系数0.18Mpa-1,压缩模量9.6Mpa。
2.3.3坝址区工程地质条件评价
（1）坝基、坝肩分布全新统冲积层（Q4a1）和全新统坡积层（Q4d1）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（Q21eo1）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排研场设计内容和规模
3.1设计内容
中联矿业新建排研场，沟道面积49亩。
根据建设单位意见，排研场设计的沟底拦研控制工程尽可能沿征地地界底线进行，使拦研容积最大，并使渣体安
锦绣前程（已购双封）:
全。
经现场踏勘和规范要求，排研场工程设计内容有：
3.1.1排研场总布置图
3.1.2坝底平面图
3.1.3排研场剖面图
3.1.4拦研坝机构图
3.1.5沉砂池结构图
3.1.6排水设施结构图
3.1.7排研场绿化设计图
3.2工程布局
为合理利用所征沟道，使拦矿堆渣最大化，同时确保煤研石堆渣体安全，有效控制水土流失。
中联矿业新建排研场在征地范围内选择合适区域修建排研场控制工程-拦研坝，并配套相应的泄水工程，布局为：
3.2.1为减少拦研坝内洪水，保证拦研坝安全，沿征用地界的沟缘线外修筑排水工程，控制沟缘线外的洪水进入堆渣区，并将其导入拦研坝外以后的沟底。
3.2.2煤研石在堆放过程中要自下而上进行，当堆置到与原基本齐平时，进行渣面处理，覆盖黄土振压，形成隔水层，然后再覆表层黄土，形成耕植层，恢复植被。
3.2.3研石堆置形成的自然坡面坡角到达拦泥库容高程1212.86m时，排研场使用终止，应对形成的自然坡面进行台阶式处理，坡面坡比1:
2,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
锦绣前程（已购双封）:
根据已征地面积和拦研坝工程设计规范，在保证渣体和工程安全的基础上,使煤矿年产生的研石，堆置容积最大，排研场使用年限更久。
4、排研场工程设计
4.1拦研坝工程设计
4.1.1设计依据
（1）《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289-2003;
（2）《开发建设项目水土保持技术规范》GB50433-2008;
（3）《水土保持综合治理技术规范》GB/T16453.3-2008;
（4）《防洪标准》GB50201-94;
（5）《榆林市实用水文手册》；
（6）1:
500库区实测地形图。
4.1.2坝型及筑坝材料选择
采用浆砌石挡墙坝体，坡比为1:
0.25,选用本地块石，尺寸大于
200mm。
4.1.3设计标准
根据《水土保持综合治理技术规范》（GB/T16453.3-2008）、《开发建设项目水土保持技术规范》（GB50433-2008）、《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289-2003）的规定，结合拦研坝下游沟口有通村公路。
故郝家沟新建排研场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
锦绣前程（已购双封）:
（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《榆林市实用水文手册》和《水土保待治沟骨干工程技术规范》（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：
设计点雨量计算
根据《榆林市实用水文手册》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=KpXHt求各频率的设计点暴雨量成果（见表4-3）,其中根据《榆林市实用水文手册》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=（H24XH6）0.5
表4-1各历时点暴雨参数表
6
24
历时（h）
1
HtCvHtCvHtCvHtCv
参数
27.00.6535.00.69450.7057.80.70
锦绣前程（已购双封）:
表4-2各历时模比系数Kp取值表
历时（h）
24
P=3.3%
2.62
2.74
2.81
2.81
P=0.33%
4.22
4.49
4.56
4.56
表4-3各历时点暴雨成果表
单位：
mm
历时（h）
12
24
P=3.3%70.74
95.90126.45143.31162.42
P=0.33%113.94157.15205.2232.56263.57
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面气=atXHt点
式中：
at=1/（1+at·F）
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;
at-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。
锦绣前程（已购双封）:
表4at、bt取值表
历时（h）1
12
24
at0.004750.004970.005270.003930.00255
bt
0.36730.30290.25950.25760.2730
at0.99970.99970.99980.99980.9999
表4-5各历时面暴雨量成果表
单位：
mm
历时（h）
6
12
24
P=3.3%70.72
95.87126.42143.28162.40
P=0.33%113.91157.10205.16232.51263.54
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内包截取，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≤78.0m时，f=11.43s-1.08;当s>78.0mm时，f=0.103;依据《榆林市实用水文手册》推算时，流域最大需水量Im为100mm,取设计前期影响雨量Pa=1m/2=50mm,求出不同历时的土壤含水量和入渗率。
锦绣前程（已购双封）:
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x15%。
计算结果见下表。
表4-6设计暴雨面净雨过程推求（3.3%）
雨型（%）
面降雨产流净雨
历时
过程过程过程
（h）H1H3-H1H6-H3H12-H6
（mm）（mm）（mm）
49.7
12.502.50.37
6100
70.7265.5263.39
50.3
12.655.453.32
34.8
10.634.232.10
33.0
10.083.881.75
9
9.843.641.51
10
32.2
18.23.07
11
22.93.86
12
29.44.96
13
12.42.09
14
8.81.48
15
8.31.40
16
合计100100100100143.2885.2272.44
锦绣前程（已购双封）:
表4-7设计暴雨面净雨过程推求（0.33%）雨型（%）
面降雨
产流过程净雨过程
历时
过程
（h）H1H3-H1H6-H3H12-H6
（mm）（mm）
（mm）
49.7
21.4711.477.4
6100
113.91105.71101.6
50.3
21.7214.5210.45
34.8
16.7210.326.25
33.0
15.869.665.59
15.489.285.21
10
32.2
18.24.98
22.96.260.06
12
29.48.041.84
13
12.43.39
14
8.82.41
8.32.27
合计100100100100232.51162.86136.54洪峰流量计算：
流域特征参数0计算公式：
0=L/（JF）1/3汇流参数m计算公式：
m=2.100.435Rh-0.47
锦绣前程（已购双封）:
流域汇流时间T:
T=0.278·L/（mJ1/3.Q1/3）
历时为T的公式：
Q=0.278Fht/T
式中hR—设计净雨深，mm（hR≥70mm时，取hR=70mm）;F一流域面积，km²（F=0.14km²）;
L一流域长度，km（L=0.430km）;
J一沿流程的平均比降，J=21%。
表4-8参数计算成果表
P（%）
m
hr
P=3.3%
2.03
0.39
70.00
P=0.33%
2.03
0.39
70.00
由公式Q=0.278Fht/t和T=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
洪峰流量（m3/s
汇流历时（h）
P（%）
）
7.44
0.39
P=3.3%
0.39
7.44
P=0.33%
锦绣前程（已购双封）:
洪峰面积相关法
采用公式Qp=C·fm.Fn
式中：
f-流域形状系数，f=F/L2;
L-沟道长度（0.430km）;
C、m、n-参指数。
计算结果见表4-10。
表4-10不同频率洪峰流量计算结果表（面积相关法）P（%）
C
Qp（m3/s）
P=3.3%
24.87
0.62040.1218
6.37
16.95
P=0.33%
61.620.60100.1183
综合参数法
采用公式Qp=C·Hpat·fm.Fn
式中：
f一流域形状系数，f=F/L2;
L-沟道长度（430hm2;km）;
Hpt一设计频率某时段净雨量，mm;
C、m、n、a一参指数。
锦绣前程（已购双封）:
表4-11不同频率洪峰流量计算结果表（综合参数法）
P（%）C
aHpt（mm）Qp（m3/s
P=3.3%12.630.01950.69710.022670.443.97
p=0.33%29.000.03810.67820.0161136.549.0
设计洪峰流量计算成果取舍：
表4-12设计洪峰流量计算成果表单位：
m3/s
P（%）
推理公式法洪峰面积相关法综合参数法
P=3.3%
7.44
7.37
3.97
P=0.33%
7.44
16.95
9.0
从以上洪水计算三种方法来看，推理公式法对小流域洪水计算有一定精度，较多的采用了流域特征值和经验参数，既代表了区域洪水共性，有突出了计算流域洪水的特性，因此，其计算结果精度和实用性较高，故本设计采用推理公式法求得洪水成果，即P=3.3%时，Q=8.44m3/s;P=0.33%时，Q=8.44m³/s。
2）洪水总量计算
采用公式：
W=1000htc·F
式中W一设计洪水总量，m3;
F一流域面积，k㎡（F=0.14km²）;
锦绣前程（已购双封）:
deli得力
htc一产流时净雨深，mm。
表4-13洪水总量计算表
P（%）
htc（mm）
洪水总量（万m3）
P=3.3%
70.00
0.98
P=0.33%
70.00
0.98
3）洪水过程
该流域属小流域，根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289-2003的规定，洪水过程线采用概化三角形过程线进行计算：
洪水总历时采用公式：
T=5.56Wp/Qp
式中：
T一洪水历时，h;
Wp—洪水总量，万m3;
Qp一洪峰流量，m3/s。
涨水历时采用公式：
tI=atI·T
式中：
h一涨水历时，h;
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