煤层气产能建设项目地面工程水土流失防治要点

刘海涛

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

煤层气产能建设项目地面工程水土流失防治要点

刘海涛

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

沁水盆地煤层气是山西乃至全国煤层气赋存最为密集的地区之一，蕴藏量占山西省煤层气总量的65.8%，煤层气产能建设地面工程建设主要有以下特点：项目组成复杂，井场数量多且布置分散，管线敷设动用土石方量大且穿跨越工程多，工程总工期长但单项工程工期较短，本文在编制山西沁水盆地郑庄区块煤层气产能建设地面工程水土保持方案基础上，讨论煤层气产能建设地面工程建设的水土流失特点及防治要点，以加强工程建设中的水土流失防治，搞好水土保持工作。

煤层气；地面工程建设；水土流失特点；水土流失防治

煤层气主要成分是CH4（甲烷），与煤炭伴生，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值与天然气相当，燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是非常好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气的开发利用可以弥补我国天然气供需缺口。沁水盆地煤层气是山西乃至全国煤层气赋存最为密集的地区之一，蕴藏量占山西省煤层气总量的65.8%，在国内勘探程度高，开发潜力大。在建设过程中扰动原地表面积大，动用土石方量多，若不及时采取水土保持措施，煤层气产能建设地面工程肯定会造成较大的水土流失，因此必须加强工程建设中的水土流失防治，搞好水土保持。水土流失对于煤层气产能建设地面工程建设至关重要，在国内也得到许多研究人员的深入研究，并取得一定成果［1-5］。在这些研究成果中，煤层气产能建设地面工程水土流失研究较少，李沿英［6］对煤层开采区的生态承载力进行评估发现，煤层开采区水土流失对于区域生态承载力至关重要。张卓君［7］对于煤层开采区生态恢复进行相关研究，结果表明煤层开采区水土流失治理是生态修复的关键所在。刘冀［8］在煤层气开发项目土地复垦研究中发现，在煤层开采区进行水土流失治理有助于区域土地复垦。可见，煤层开采区水土流失治理对于煤层区开发和生态修复都十分重要，为此本文在探讨山西沁水盆地郑庄区块煤层气产能建设地面工程水土保持方案基础上，重点讨论煤层气产能建设地面工程建设的水土流失特点及防治要点。研究成果对于煤层开采区水土流失防治具有重要参考价值。

1 概况

1.1 自然概况

山西沁水盆地郑庄区块煤层气产能建设地面工程位于山西省东南部，隶属于山西省晋城市沁水县，地貌以山地丘陵为主，气候类型属于温带大陆性气候，多年平均气温10.2℃，≥10℃有效积温3416.5℃，多年平均降水量580.1mm，降雨年内分配不均，汛期（6—9月，下同）降水量占全年降水量75%，多年平均蒸发量1584.88mm，全年无霜期180d，最大冻土深度61cm，多年平均风速2.8m/s，最大风速28m/s，土壤类型主要为褐土，植被类型为暖温带落叶阔叶林带，林草覆盖率为32.4%。

项目区以水力侵蚀为主，土壤侵蚀强度为中度，原地貌平均土壤侵蚀模数2850t/（km2·a）。按水利部行业标准《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007），项目区属于水力侵蚀类型中北方土石山区的太行山山地区，容许土壤流失量200t/（km2·a）。

1.2 工程概况

山西沁水盆地郑庄区块煤层气产能建设地面工程年产煤层气9亿m3，工程建设内容包括井场567座，集（采）气管线457km，集气站5座，伴行道路30km和供电线路386km。总工期3a。主要技术指标见表1。

表1 主要技术指标

2 工程主要特点

（1）项目组成复杂，既有点型工程又有线型工程。点型工程包括井场和集气站，线型工程包括集（采）气管线，伴行道路和供电线路。所有的井场和集气站通过集（采）气管线连接形成了庞大的树枝状结构，各井场抽出的煤层气通过采气管线汇集于其所属的集气站，各集气站汇集、加压后通过集气管线进入处理厂。

（2）井场数量多、分布范围广、布置比较分散，从山顶、坡面到沟谷、河滩地到处有，单座井场占地面积约180m2，以永久占地为主。

（3）集（采）气管线线路长，穿跨越工程多，以临时占地为主。集（采）气管线共长457km，管线沿途穿越公路37次、铁路1次、河流42次和冲沟72次，穿越时分别采用顶管和大开挖方式施工。管线以临时占地为主。采气管线管径Φ63～Φ273，作业带宽度8～10m，单条采气管线长5～9km，集气管线管径DN200～DN500，作业带宽度14～16m。

（4）施工便道多。站场和管线选址大部分都在人烟稀少的山区，交通极其不便，需临时设置许多施工便道，再加之地形地貌复杂，在施工便道修筑时形成了大量的边坡。

（5）总工期长，但单项工程施工期较短。本工程总工期39个月，但单项工程的工期长短不一，从4～15个月不等，比如单座井场工期6个月左右，单座集气站工期则15个月左右。单条集（采）气管线建设期4个月左右，各单项工程又比较相互独立，因此在水土流失量预测时，既要考虑工程总工期，又要考虑各单项工程工期。

3 水土流失主要特点

（1）煤层气产能建设地面工程建设引发的新增水土流失在点型分布的同时，也具有线型分布的特点。站场分布零散，站场建设引发的水土流失主要集中在每个站场周围，新增水土流失具有点型分布特点；而管沟开挖、回填和管道敷设过程中，由于施工机具和施工活动都会使沿线地表受到破坏，管线工程新增水土流失具有条带状分布特点，另外道路开挖、回填和路基填筑过程破坏原地表，临时堆土引发的水土流失也呈线型分布特点，因此在水保保持方案编制、实施及水土流失的预测、监测和防治中都要采取点线兼顾的原则。

（2）工程扰动地表面积大，在占地范围内不同程度的扰动破坏了原地表和植被，对原有水土保持设施造成了一定的破坏（主要表现为场地平整，建筑物基础开挖、回填、管道敷设等施工活动），形成土层松散、表土层抗蚀能力减弱，使土壤失去了原有的固土防风能力，若不进行有效防治，遇到适合的降雨条件，便可产生较大的水土流失。损坏水土保持设施面积统计见表2。

表2 损坏水土保持设施面积统计

（3）工程共动用土石方量大，其中管线动用土石方量184万m3，占总土石方量63%，因此管沟全线加强土石方调配力度，充分以挖作填，在管线穿越山区段，回填方量小于开挖量，挖方不能全部回填，少量弃土沿管线堆盖在开挖线上部，待管线覆土完全沉降后与原地面基本持平，减少占压扰动地表面积。

（4）煤层气产能建设地面工程建设水土流失重点时段为施工期，集中进行“五通一平”及站场的基础开挖、回填，管道敷设等施工，机械化程度高，施工进度比较快，开挖、回填及平整工序集中在短时间内进行，对原地貌环境扰动强度大，水土流失强度在短时间内成倍增加，建设期为重点防治时段。项目区降雨的年内分配不均，降水集中，汛期降水量占全年降水量75%，大雨和暴雨是造成水蚀的主要动力。

4 水土流失防治要点

（1）保护好剥离表层土，施工结束后综合利用。表层土是指土壤剖面中最靠近地表的一个层次，表层土壤富含腐殖质，一般厚度20～30cm，一般条件下，每形成1cm的土壤需要300～400a的时间，也就是形成30cm的耕作层需要1万a左右。因此保护和利用表层土很重要。特别是本工程位于北方土石山区，土层较薄，在工程建设中，首先对表土进行分层剥离、集中堆放并进行苫盖等保护，施工结束后回填，从而为植被恢复和农业生产提供土源。

（2）加强边坡防护。在坡面上布设的站场和管线，往往会破坏流域及沟道的正常输水体系、表土结构，导致严重的土壤侵蚀，必须进行建设过程中的径流调节体系布设，拦截径流流向。管道工程在坡面开挖时，在下坡部位先行设置拦挡设施，并在顶部设置截水沟。

站场周围的永久边坡，在坡脚处设置挡墙，边坡防护不单纯采用浆砌石护坡，而是采用浆砌石骨架和植草相结合的综合性护坡措施，不但使工程造价降低，而且美化景观，与周围环境相协调。

（3）充分利用降水资源，提高降水资源利用率。工程建设过程中不仅改变区内的地形和地表物质等条件，而且平整和硬化地面，导致径流损失加大，并对周边冲刷，一定程度上也破坏了局地正常水循环，尤其是本工程位于山西沁水县，水资源紧缺，降水分布不匀，需设置降水蓄渗设施和集雨工程，收集汛期雨水。在干旱的时候抽水浇灌，既提高成活率和生长量，又节约水资源，降低运行养护成本。

（4）加强施工便道水土保持措施。施工便道尽量利用原有小路进行拓宽、加固。但在人烟稀少的偏远荒郊区，地形地貌复杂，需新建较多的施工便道，形成大量的边坡。如果防护不好，极易引起山体滑坡，便道坍塌等灾害，从而造成严重的水土流失，故施工便道必须按照“边开挖、边挡护”原则施工，施工结束后及时进行土地整治和植被恢复。

（5）管线水土保持措施与安全需求相结合，严格控制作业带宽度。由于埋设的管道顶面距地面1.3m左右，为避免植物根系对管道的破坏，管线敷设区要求管道中心两侧5m范围内只宜种浅根性植物，如牧草类或灌木，不适宜种植深根性的乔木树种。管道中心两侧5m外管道作业带可种植乔木。为与原生植被相匹配，应选用当地乡土树草种，草种如无芒雀麦、小冠花、紫花苜蓿、黑麦草等，树种如连翘、黄刺玫和油松等。

为使管线廊道效应对沿线植物资源影响程度降到最低，清表时尽可能保留不影响管线建设的原有植被，施工过程严格控制作业带宽度，严禁施工人员砍伐周边树木，充分保护管道沿线的植物资源。

（6）加强临时措施。由于场地平整及基础开挖、管线开挖动用土石方量大，施工建设中及时加强临时防护措施，在施工边坡下侧，临时堆料、临时堆土及剥离表土临时堆放场周边，应采取临时拦挡措施，在雨季和大风天气进行临时覆盖。减少边坡、松散体对周围造成的水土流失危害。

（7）施工结束后对临时占地及时恢复。工程总占地503.5hm2，除站场和道路为永久占地外，其余大部分为临时占地，临时占地面积占总占地面积的90%，因此施工结束后及时做好临时占地的土地整治和植被恢复是减少水土流失的关键。结合土地利用方向进行土地整治，宜耕则耕、宜林则林。

［1］王黎萍.水利工程水土保持应对措施浅析［J］.水利技术监督，2013（04）：29-30+36.

［2］倪新燕.浅谈尉犁县水土保持现状及治理措施［J］.水利技术监督，2010（03）：23-25.

［3］彭华玲.新疆玛纳斯河红山嘴小流域水土保持综合治理效果［J］.水利技术监督，2009（01）：66-67+78.

［4］张红.伊犁河三桥水土保持工程措施分析［J］.水利规划与设计，2015（02）：16-18.

［5］孟祥丽.阜新市水土保持生态建设分析［J］.水利规划与设计，2015（04）：24-25+37.

S157

B

1672-2469（2015）12-0052-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.019

刘海涛（1969年—），女，高级工程师。