干旱荒漠区井工煤矿水土流失特点分析

王新涛，李 丽

（新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049）

控制生态系统退化和推动生态恢复，是我国生态文明建设的重要内容[1]。干旱荒漠区煤矿开采导致土地裂缝、地表沉陷、水土流失和荒漠化等问题的发生，对地表植被和土地资源造成严重破坏，进一步加剧了土地资源的退化，并降低了土地潜力。此外，大量堆积的煤矸石容易引发滑坡、塌方等灾害，对生态环境造成了无法逆转的破坏。国内针对干旱荒漠区煤矿开采水土流失特点和治理措施展开了大量研究[2-5]。然而针对井工煤矿的研究还相对较少，目前的研究多集中在露天煤矿。根据不同矿区的地形地貌特点和生产工艺，充分了解矿区的水土流失特点，才能采取有效的措施来减少和降低矿区开采引起的水土流失危害。文章针对干旱荒漠区的生态环境特点，结合井工煤矿的生产工艺特征，对不同时间段和不同区域的水土流失特点进行了分析与研究，旨在为干旱荒漠区井工煤矿水土流失治理提供理论依据。

1 典型井工煤矿水土流失形式和成因

为了分析干旱荒漠区典型井工煤矿水土流失形式和成因，根据位置以及煤矿开采工艺，选取4 座典型井工煤矿。其中托克逊县博斯坦煤业3 号矿和哈密大南湖1 号矿位于吐哈盆地，盆地年平均气温1.8 ℃左右，年降水量200 mm 左右，年蒸发量高达3 500 mm，多年平均风速2.7 m/s，多年平均最大风速20 m/s。准东煤田将军庙矿区南黄草湖一号矿和硫磺沟煤矿位于准噶尔盆地，盆地年平均气温6.5 ℃左右，年均降水量100 mm 左右，年蒸发量2 300 mm，多年平均风速在3.4 m/s，多年平均最大风速17 m/s。吐哈盆地和准东地区均属典型干旱荒漠区。土壤均以砾石土、风沙土、盐碱土和灰棕漠土为主，质地较粗，土壤肥力状况较低。地表植被稀疏，林草覆盖率在5%左右，主要以盐生假木贼、草麻黄、戈壁猪毛菜等旱生灌木植物为主。

干旱荒漠区典型井工煤矿水土流失分析见表1。

表1 干旱荒漠区典型井工煤矿水土流失分析

由表1 可知：干旱荒漠区井工煤矿地形地貌位于戈壁荒漠区域或低山丘陵区，干旱荒漠区井工煤矿水土流失以轻、中度风蚀为主，丘陵区伴有轻度水力侵蚀。

2 不同时段水土流失特点

根据《开发建设项目水土流失防治标准》（GB50434-2008）的分类，煤炭开采建设项目属于生产建设类项目，包括施工建设阶段、试运行阶段和生产运行阶段。施工建设阶段是井工煤矿水土流失问题的主要发生期，生产运行阶段是井工煤矿水土流失问题的延续期。试运行阶段与生产运行阶段在工艺流程上基本相似，作为同一个阶段进行调查研究。本文主要针对施工建设阶段和生产运行阶段可能出现水土流失情况进行论述。

2.1 施工建设阶段

2.1.1 水土流失特点

1）大规模土地开挖与破坏。施工过程中，需要进行大规模的土方开挖和爆破作业，导致土壤层被破坏，植被被清除，大量的裸露土壤暴露在地表，裸露土壤容易受到风雨的冲刷，形成水沟和河道，进一步加剧了水土流失的程度。2）植被覆盖减少。为了方便开展施工活动，植被往往被破坏或清除，导致植被覆盖度降低。植被具有良好的保护土壤的功能，有利于保持土壤的结构稳定和抗侵蚀能力，植被减少使得土壤更容易受到风蚀和水蚀的影响。3）排水作业导致地下水位降低。施工阶段需要进行大量的排水作业，导致地下水位下降，地表土壤逐渐失去饱和状态，土壤的含水量减少，土壤变得干燥，易受风蚀和水蚀的侵蚀。4）施工活动增加土壤松散程度。施工过程中，机械运输和施工活动频繁进行，增加了土壤的松散程度，导致土壤结构松散无序，抗侵蚀能力下降。

2.1.2 影响因素

1）施工作业的不规范是导致水土流失的重要原因之一。土方开挖和爆破时操作不科学、施工期间排水不当等都会加剧水土流失问题。2）井工煤矿施工建设阶段缺乏有效的水土保持设施。缺乏防护措施使得土壤暴露在外部环境中，增加了风蚀和水蚀的侵蚀风险，加重了水土流失的程度。3）施工建设阶段的水土流失也受到土壤类型和地质条件的影响。不同土壤类型的抗侵蚀能力不同，地质条件的不同也会影响施工期间的水土流失情况。具体情况见表2。

表2 干旱荒漠区井工煤矿施工建设阶段水土流失区域

2.2 生产运行阶段水土流失分析

2.2.1 水土流失特点

1）水资源匮乏。干旱荒漠区的水资源本来就十分有限，而井工煤矿生产运行阶段对水资源的需求非常大。煤矿开采和清洗煤炭产生大量的废水，且地下水资源也会被采矿活动破坏和污染，使得水资源更加紧缺。2）土地脆弱。干旱荒漠区的土地质量普遍较差，土壤脆弱、蓄水能力低，井工煤矿施工和采矿活动破坏了土地结构和地表植被，使土壤容易发生侵蚀和溃塌。3）植被稀疏。干旱荒漠区的植被覆盖率本就较低，且植被的生长速度和恢复能力十分有限，很难有效防止水土流失的发生。煤矿开采矿活动对植被造成一定破坏，进一步降低了植被覆盖率，增加了水土流失的风险。

2.2.2 影响因素

1）车辆行驶和设备运输。煤矿生产运行期间频繁的车辆行驶和设备运输会增加地表土壤的压实程度，降低了土壤的透水性能，加剧了水土流失的程度。2）煤矸石堆放。煤矸石是煤矿生产过程中产生的废弃物，堆放在矿区附近容易造成土地表面的裸露和破坏，增加了水土流失的风险。3）尾矿排放。井工煤矿生产过程中，尾矿的排放是不可避免的，尾矿的含水量高，容易通过水流将其中的细粒颗粒冲刷到地表。4）土壤类型。干旱荒漠区域土壤质地多为砂质或石质，抗侵蚀能力较差，有较强的风蚀性。土壤容易形成结皮或粉化现象，使土壤更加脆弱，增加了水土流失的可能性。生产运行阶段，水土流失问题具体表现形式见表3。

表3 干旱荒漠区井工煤矿生产运行阶段水土流失区域

3 关键区域水土流失特点

3.1 工业场地

煤矿工业场地通常缺乏足够的降水和土壤供水，场区建设破坏了原有地貌，使得土壤保水能力减弱，导致坡面土壤承载力失衡，容易出现径流增加和土壤侵蚀问题。这些工业场地一般位于梁峁丘陵顶部的沟间地或较平缓的坡面上。煤矿开采过程中，工程对工业场地造成较大扰动和影响，大量土壤被开挖和移动，导致裸露土地面积急剧增加，裸露土壤易受风蚀和水蚀影响，严重影响了土壤保水能力和持水性。此外，开采活动还会导致地形改变，形成多个深坑和堆积区。水管理不善也是导致水土流失问题的重要原因之一。煤矿开采过程中大量地下水和表面水被开采和排放，导致水资源短缺。缺乏足够水资源无法满足植被需求，使地表土壤变得干燥脆弱，易受风暴暴雨和冲刷影响，加剧了水土流失程度。煤矿工业场地通常存在污水排放和固体废弃物问题。排放到附近水体的废水中含有高浓度的悬浮颗粒物和有害化学物质，这些物质会破坏附近土壤结构和植被生长。同时，在煤矿场地附近堆放的固体废弃物也容易通过降雨和地下水迁移进入水体，造成水土流失和水质污染。

3.2 场外道路区

道路建设通常以线性形式分布，穿越着各式各样的地貌类型。由于地形的多样性，道路建设对地面造成了相当程度的扰动和破坏。在施工过程中，进行的路基开挖、障碍物清理、场地平整等机械化活动会严重破坏原本的地表植被与岩土结构。特别是在高填深挖的路段上，道路建设更会对地表植被和地貌形态造成极大破坏。填筑路基改变了原有的地貌，导致地表植被损失。同时，挖掘路段进一步破坏着地貌形态。此外，修建临时施工道路、架设管线和开挖沟渠等活动也是造成水土流失问题的原因。这些活动破坏了土壤结构，导致土壤容易受水力冲刷的影响，从而增加了水土流失的风险。另外，道路建设还会改变地表径流情况，使得水流更容易凝聚并产生冲击力，从而增加了水蚀危害的风险。

3.3 排矸场区

煤矿区排矸场区是煤矿开采所产生的废弃矸石和尾砂堆积形成的区域，这些区域广阔，通常的地质条件较差，地势也相对复杂，存在许多独特的水土流失问题[6]。不合理的渣土堆放导致大片土地暴露在外，缺乏植被保护，容易受到降雨和风蚀的影响。排矸场区地面通常呈斜坡状，坡度较大，这样的地形特点会增加水流速度和冲击力。在降雨较多的季节，大量水流将带走土壤，导致严重的水土流失。排矸场区的排水系统通常存在缺陷，外部力量作用下，容易造成水流积聚和侵蚀。如果排水系统设计不当，顶部的汇水将增加坡面径流的携沙能力和流速，可能引发坍塌、泥石流和局部沟蚀等地质灾害问题。排矸场区的土壤质地和结构受到挖掘和堆积过程的影响，土壤的孔隙度和透水能力可能发生变化，这使得土壤容易受到水力冲刷和侵蚀的影响。持续的煤矿开采活动也是导致煤矿区排矸场区水土流失问题的重要原因，其中包括挖掘矿石、运输、堆放等作业，这些作业不断进行，对土壤造成持续的扰动和破坏。

3.4 开采沉陷区

煤矿区域属于含煤地层，煤矿开采对周围环境会带来许多负面影响。首先，地下煤层的开采会破坏岩层的平衡，导致地表沉陷现象。这种沉陷不仅会改变地形，还可能引发裂缝和沉降波，对附近建筑物和基础设施造成损坏。其次，煤矿开采涉及爆破、挖掘、运输等工程操作，这些活动会扰动地表土壤，破坏地表植被覆盖。这不仅改变了地表的生态系统，还对土壤产生明显的破坏。土壤的物理结构和水分平衡都会遭受破坏，导致土壤质量下降，土层变薄，土质变差，从而增加土壤的密实度，降低水分渗透能力。此外，煤矿开采还会导致地下水位下降，附近的井水可能会枯竭或泄漏，从而对水资源造成短缺。由于地下水位下降，附近地区水源的补给减少，对农业生产和生态环境造成负面影响。

同时，井水泄漏也会增加地表水的含水量，引发大量地下水涌出，进一步加剧水资源的短缺问题。煤矿区的沉陷还会导致地表形成不平整的地貌，增加地表水流的集聚性并加剧冲刷的作用。沉陷区的地表径流量增加，土壤水分渗透能力降低，大部分降雨无法迅速渗透进地面，形成大量的地表径流，可能引发山洪、泥石流等灾害。水土流失的加剧不仅会减少植被覆盖，导致生态环境的退化，还会对当地的生物多样性和生态环境质量造成严重威胁。

因此，为了减轻这些负面影响，可以采取一系列有效措施，如加强监测和预警系统，进行科学规划和管理，开展合理的土地复垦和植被恢复工程，以减少水土流失的程度。同时，应采取措施保持地下水位稳定，合理利用和保护水资源，以实现煤矿开采区的可持续发展目标。

4 结 语

干旱荒漠区的井工煤矿水土流失是人类生产活动所导致的一种特殊类型的水土流失，主要发生在施工建设和开采过程中。不仅对土地资源造成破坏，还会影响到深层的土壤环境甚至基岩，深度达到几十米甚至数百米。对水资源的损失和破坏不仅表现在地表水的流失，还包括深层地下水的破坏。井工煤矿长期开采容易形成较大区域采空区，进而引发地面的沉降、塌陷，极易造成地下水位下降、土壤干化和生态环境恶化等问题，从而降低了矿区的水土保持功能。

干旱荒漠区井工煤矿水土流失应以工业场地、场外道路、排矸场已经开采沉陷区为重点治理区域。水土保持措施应以工程防护措施为主，辅以必要的临时措施，并建立综合的防治措施体系，其中包括工程防治措施、植被防治措施以及临时防护措施的结合。