内蒙露天煤矿排土场边坡抗冲性及减水减沙效益研究

【摘要】：随着工业化进程的推进和经济迅猛发展,煤炭需求量持续攀升,煤炭开采量也不断增长,我国第一大煤田-神府东胜煤田露天开采能力也在不断加大、范围更广,由沙土、砂岩、碎石、煤矸石及细煤渣等物质组成的混合介质堆积的各种大型排土场星罗棋布、数量巨多。排土场顶部经多次碾压后致密、容重大,降雨产流量大,容易汇集成股流,剧烈冲刷坡度大、疏松的排土场边坡,产生以细沟、崩塌、切沟等为主的土壤侵蚀,由此,排土场边坡成为水土流失新的频发源地,也使排土场边坡稳定、减少边坡水土流失及风蚀蚕食成为治理矿区生态环境的新内容。所以,本论文选择内蒙古鄂尔多斯永利露天煤矿为研究基地,采用野外实地调查、径流小区定位监测以及野外放水冲刷试验相结合的研究方法,揭示排土场不同生物措施配置下的产流产沙过程、抗冲性及减水减沙效应等特征,为晋陕蒙矿区生态环境恢复提供理论基础与技术支撑,具有重要的科学意义与生产价值。得出的主要结论如下:(1)在不同植被覆盖措施中,沙打旺、稻草帘子覆盖的径流调控能力最强,沙打旺及其秸秆覆盖的径流控制能力次之,两种覆盖措施较裸地减少径流量分别为84.10%和82.02%,沙打旺的减水效果居中,沙棘+沙打旺+沙柳方格混合措施的减水效果最差,较裸地减少32.44%。沙棘+沙打旺+沙柳方格混合措施的减水效果受到雨强影响,在大雨强下,对径流调控效果明显;而在小雨强的条件下,径流调控效果不明显。(2)在五个放水流量下,三个类型坡面的含沙量波动都很大。沙棘+沙打旺措施小区和沙棘+沙打旺+沙柳方格小区的径流含沙量随产流时间延长,具有先降低后波动性下降的变化过程。随放水流量增加,两种防护措施小区的平均含沙量逐渐减少,植被防护措施具有减沙效果。裸地平均含沙量随着产流时间延长呈先增大后减小趋势。两种植被措施中沙棘+沙打旺+沙柳方格措施小区的平均含沙量较低,说明沙棘+沙打旺+沙柳方格措施组合的减沙效果最佳。(3)通过对不同植被措施下边坡土壤抗冲性研究发现,植被措施能够影响边坡土壤抗冲性。与裸坡相比,有植被措施边坡土壤抗冲性明显增大,苜蓿植被边坡土壤抗冲性可提高6.84倍,沙打旺植被边坡抗冲性提高5.31倍。苜蓿对于提高土壤抗冲性效果最好。(4)三种边坡治理措施可以有效地降低土壤容重,使土壤孔隙度增加,土壤松散,能够改善边坡土壤,减少坡面细沟侵蚀,沙柳方格+沙打旺+沙棘治理措施在一年内减少小坡面侵蚀量仅为5%,五年后减少侵蚀量91.89%,对于减少边坡侵蚀量效果最好。在排土场建设中,应该多增加工程措施如引水渠等及时将排土场平台汇水导出。