神华北电胜利能源有限公司露天煤矿工务队内蒙古锡林浩特市026015
摘要：随着经济的快速发展，人们的生活得到了显著提高。煤炭是中国的主要能源，其数量占能源结构的70%以上，年产量居世界第一。我国的煤炭资源主要分布在干旱和半干旱地区，生态环境极其脆弱，大规模的露天开采活动会破坏当地的生态系统，改变矿区及其周围的土壤理化性质和水文过程。
关键词：露天煤矿；排土程序；排土成本
引言
为提高露天煤矿经济效益及确保安全生产，对排土场参数及建设发展程序进行优化，有效保障露天煤矿排土工程安全及控制排土成本。通过优化露天煤矿外排土场参数，以排土场剥离运输功最小为基本原则，优化排土场段高;根据不同排土程序条件下，优化元宝山露天煤矿新建卡车排土场合理排弃段高为26m，同时推荐采用对向发展式排土程序。露天煤矿逐年动态发展运输、征地费用不同;排土场运输、征地现值模型简单可靠，对于解决其他露天煤矿卡车外排土场设计优化问题具有一定的参考价值。
1优先流形成的影响因素分析
土壤优先流的形成通常是通过外部因素和内部因素共同作用而实现的，外部因素主要为土壤初始含水率、水分梯度、降水过程等水分条件，内部因素为与植物-土壤相关的环境因子，主要包括土壤容重、土壤颗粒组成、土壤含水率、饱和导水率、植物根系等相关指标。对染色面积比与土壤因子、水分因子、植物因子3大类环境因子进行Spear-man相关分析，其中土壤因子包括砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量、砾石含量、容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和大孔隙平均半径，水分因子包括含水率和饱和导水率，植物因子包括根重密度、<1mm根长密度、1-2mm根长密度和2-5mm根长密度，共计15个环境因子（表4）。排土场不同土地利用方式优先流染色面积比与砾石含量、大孔隙平均半径、饱和导水率、根重密度和<1mm根长密度呈极显著正相关（P<0.01），与容重和含水率呈极显著负相关（P<0.01），与1-2mm和2-5mm根长密度呈显著性正相关（P<0.05）。
2露天煤矿排土场建设
2.1排土场土壤层持水能力
土壤层是土壤水分入渗和贮存的重要场所，其透水能力和蓄水能力是反映森林涵养水源功能的重要指标，体现了土壤层对降雨的动态调蓄能力（渗透能力）和静态调蓄能力（蓄水能力）2个方面。Ｃｌａｒｋ等研究了美国某露天煤矿复垦林地（14ａ）和草地（14ａ）入渗特征，认为林地的土壤入渗率显著大于草地，林木根系对土壤渗透性能影响显著。观测到排土场复垦区刺槐林地的径流系数仅为17.62％，极大程度地提高了排土场入渗能力。从本研究上看，乔木林地的初始入渗率、稳定入渗率、渗透总量分别为荒草地的2.67，7.55，4.75倍，林地土壤的入渗能力得到了显著提高。排土场土壤持水能力不仅与土壤类型、孔隙结构及土壤理化性质有关，而且还与植被恢复类型关系密切。研究了排土场不同复配方式人工新构土体水分时空变化规律，认为排土场土体年内变化周期可分为雨季丰水期和旱季贫水期，风化煤加大了土壤水分的蒸发损失，而砒砂岩却可以增加土体剖面持水能力。认为林地的饱和蓄水量大于草地，通过合理地筛选排土场复垦植物树种可以有效地提高排土场土壤蓄水能力。从本研究上看，灌木林地拦蓄径流的能力和实际蓄水能力要优于荒草地，不仅可以增加入渗、减少地表径流，还能贮存大量水分，保证植物的正常生长。本研究从枯落物层和土壤层对排土场不同植被类型的持水能力进行初探，但未涉及林冠层，林冠层可以截留降雨、削弱降雨侵蚀力，今后应加强这一方面的研究。
2.2排土场枯落物层持水能力
排土场土壤水分亏缺、养分贫瘠、重金属污染严重，不能为植被生长提供更好的生态环境，导致地表枯落物较少。排土场复垦植被枯落物的分解能力较差，枯落物以未分解层为主。本文分析了排土场复垦植物枯落物的蓄积量和持水能力，但研究对象仅为乔木、灌木和草地3种单一植被类型，且未揭示枯落物分解层和未分解层持水能力的差异性、不同林型枯落物分解周期特征及其对持水能力的影响，今后应加强乔灌混交、乔灌草混交、针叶阔叶混交林等多种林型枯落物蓄积量、持水能力以及枯落物分解程度对其持水能力的影响等方面的研究。
3露天煤矿排土场建设发展程序
3.1背向发展排土程序
背向发展排土程序是在排土场境界中部首先建立的条形排土工作平台，以此为基础向两侧扩展，排土工作线平行布置，背向推进，随着两侧工作线排弃到界，第1个排土台阶形成，随后，在第1个排土台阶的基础上，以同样的方式，建立上部排土台阶。依此类推，排土场逐层推进到界。该方案适用于排土场走向宽度较小，不利于布置较长排土工作线，或排土成本受运输距离影响较为敏感的露天煤矿卡车外排土场。
3.2对向发展排土程序
对向发展排土程序是从排土场境界两侧分别建立条形排土工作平台，排土工作线平行布置，对向推进，随着两侧工作线的对接，第1个排土台阶形成;随后，以同样的方式，在第1个排土台阶的基础上，建立对向排土工作平台，2个平行的排土台阶继续对向发展，最终搭接到一起;依此类推，排土场逐层对向搭接。该方案同样适用于走向长度较小，单一排土工作线无法满足年排弃量要求，受运输距离影响较为敏感的露天煤矿。此外，由于采用双侧排土工作线对向排弃，排土场道路通过能力增加，更加适用于剥离运输卡车数量较多，道路通过能力不足的露天煤矿卡车外排土场。
3.3平行跟进式排土程序
平行跟进式排土程序是由排土场的一侧建立排土工作平台，工作线平行向前推进，待排土台阶上部平台满足排土设备作业条件时，在第1个台阶的基础上建立新的排土台阶，2个排土台阶保持最小排土工作平盘宽度Bmin的距离平行向前发展，最小排土工作平盘宽度应根据排土工艺以及排土设备作业的要求确定。该方案适用于排土场占地面积大、排土成本受征地费用影响较大、对排土场排弃能力要求较高的露天煤矿卡车外排土场。
3.4圆形发展式排土程序
以排土场境界中心位置为基础建立圆形排土工作平台，排土工作线呈圆形向四周扩展并逐步到界，待第1个台阶排弃到界后，在其中心位置继续以同样的方式建立上部排土台阶;依次类推，各排土台阶逐层建立，随着最上1个排土台阶排弃到界，排土场最终形成。圆形发展排土程序适用于排土场占地面积较小、运输费用对总排土成本影响较大、采用小型设备排土作业的露天煤矿。
结语
利用主成分分析方法评价排土场持水能力的优劣程度是合理有效的，可综合反映排土场枯落物层和土壤层持水能力。因此，在今后排土场复垦工作中可考虑选择乔木树种。
参考文献
［1］白润才，吴东海，刘光伟，等．元宝山露天煤矿改河期间剥采工程接续方式［J］．金属矿山，2015，46(1):20－24．
［2］白羽．元宝山露天煤矿矿山工程接续优化研究［D］．阜新:辽宁工程技术大学，2013．
［3］王金金．安家岭露天煤矿留沟后生产系统技术改造方案研究［D］．阜新:辽宁工程技术大学，2011．
［4］孙永凡，张瑞新．露天煤矿排土场段高及境界的优化［J］．中国矿业大学学报，1992，21(4):38－44．
［5］周伟，才庆祥，谢廷堃，等．大型近水平露天煤矿转向期间开拓运输系统优化研究［J］．采矿与安全工程学报，2008，25(4):404－408．