德興銅礦富家塢采區(qū)邊坡生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)踐

李國平

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334200）

1 引言

露采邊坡是露天礦開采過程中形成的一種特殊結(jié)構(gòu)體。露天開采邊坡通常光巖裸壁，坡度較陡，一般在45°左右，由于長期處于自然環(huán)境中容易風(fēng)化，邊坡巖面由于爆破作業(yè)產(chǎn)生大量的裂縫，給邊坡的穩(wěn)定性帶來一定的影響，直接影響采礦區(qū)的安全與生產(chǎn)。鑒于有色金屬露天礦山采坑邊坡高重金屬與強(qiáng)酸性的環(huán)境條件，采用生態(tài)長袋填充礦區(qū)酸性水治理過程中產(chǎn)生的底泥進(jìn)行邊坡生態(tài)恢復(fù)成功案例不多，礦山生態(tài)恢復(fù)工程對(duì)技術(shù)的使用需要對(duì)經(jīng)濟(jì)性與適應(yīng)性進(jìn)行考慮［1］。因此研究探索有色金屬礦山資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)同步的新方法，對(duì)改善礦山生態(tài)環(huán)境、消除安全隱患意義重大。

2 工程概況

德興銅礦富家塢礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模為1485萬t/a，礦區(qū)面積3.9838km2，開采深度400m以上。礦區(qū)采用陡幫開采方式，采區(qū)南平山320以上邊坡已隨著開采活動(dòng)出露終了邊坡。隨著采礦進(jìn)程加快，為避免泥石流、坡面塌方等災(zāi)害，確保邊坡的穩(wěn)定性，實(shí)施邊坡的生態(tài)環(huán)境治理，以促進(jìn)礦山綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。該工程項(xiàng)目于2017年10月底開工，至2018年1月底竣工，生態(tài)恢復(fù)總面積為42000m2。

3 生態(tài)恢復(fù)治理限制因素分析

3.1 地質(zhì)環(huán)境

富家塢采區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)以地層千枚巖和花崗閃長班巖為主，邊坡結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖面坑洼、凹凸。加之邊坡位于采礦場內(nèi)，受采礦作業(yè)影響較大。開采活動(dòng)不可避免地削弱了邊坡支撐，再加上開采爆破引發(fā)的震動(dòng)，日積月累引起坡面異動(dòng)，導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。邊坡巖體長期暴露在露天環(huán)境中，在風(fēng)化與氧化的雙重作用下，容易產(chǎn)生掉塊、滑坡現(xiàn)象，造成邊坡不穩(wěn)定。并且，該地區(qū)5～7月降雨量大且集中，雨季大量的地表水集中，急速?zèng)_刷坡面，雨水滲入巖體裂縫，導(dǎo)致巖體膨脹改變巖體的力學(xué)性狀和應(yīng)力狀態(tài)，巖體分化崩解造成邊坡巖石滑落，造成泥石流、坡面塌方等災(zāi)害，加速邊坡不穩(wěn)定。

3.2 土壤環(huán)境

大多數(shù)金屬礦山往往含有較高的金屬硫化物，裸露硬巖邊坡經(jīng)風(fēng)化淋溶和氧化作用產(chǎn)生酸性廢水，金屬硫化物氧化后產(chǎn)酸使得土壤pH降低，各類鐵硫氧化產(chǎn)酸菌過高導(dǎo)致土壤酸化加快［2］。礦業(yè)廢棄地土壤結(jié)構(gòu)性差，有機(jī)質(zhì)含量及植物生長必需的養(yǎng)分元素（尤其是氮磷鉀）缺乏，重金屬毒性強(qiáng)［3］。并且，巖石邊坡容易受到強(qiáng)陽光帶來的高溫及輻射，巖石邊坡植物容易被灼傷植物莖葉，不利植物生長，區(qū)域氣候條件十分惡劣，從而制約了植物的定居生長。

4 生態(tài)恢復(fù)治理措施

4.1 截排水措施

為防止上部地表水向下沖刷邊坡，消除降雨與地表水匯集在坑洼處沿裂縫滲入邊坡土層，使巖土的抗剪強(qiáng)度降低，造成坡體滑動(dòng)的邊坡不穩(wěn)定因素，減輕水對(duì)邊坡的持續(xù)破壞，各級(jí)平臺(tái)及坡頂均修建橫向截流排水溝。同時(shí)，對(duì)平臺(tái)裂縫進(jìn)行注漿封固，夯填各級(jí)平臺(tái)坑洼處，并采用沙壤土封堵細(xì)小裂縫處，將平臺(tái)地表水引出至各級(jí)平臺(tái)排水溝，對(duì)部分下沉與斷裂地段構(gòu)建鋼筋混凝土進(jìn)行穩(wěn)固。通過以上措施，確保區(qū)域排水、引水暢通，確保每級(jí)平臺(tái)排水不下滲、不沖刷坡面。

4.2 生態(tài)恢復(fù)措施

“以廢治廢”，綜合利用采區(qū)酸性水治理過程中產(chǎn)生的底泥，利用底泥摻混“FKB液態(tài)菌劑”作為邊坡植生土壤基質(zhì)，因地制宜確定治理技術(shù)方案，一勞永逸，環(huán)境友好，經(jīng)濟(jì)有效。

4.2.1 平臺(tái)生態(tài)恢復(fù)措施

平臺(tái)采用直接覆蓋采區(qū)酸性廢水處理廠底泥（厚度30cm）摻混“FKB液態(tài)菌劑”+直接植被的方法。底泥與改良基質(zhì)的配比為3∶1，按2株/m2的用量直接栽種喬灌木袋苗與撒播植物種子。

4.2.2 邊坡生態(tài)恢復(fù)措施

邊坡采用生態(tài)長袋植生護(hù)坡方法。生態(tài)長袋是使用高分子聚丙烯PP材料制成，通常應(yīng)用于惡劣環(huán)境，可達(dá)到50年以上不降解。生態(tài)長袋可按照坡長進(jìn)行裁剪定制，安裝時(shí)順坡依次鋪裝，每隔一定距離打一根錨桿與邊坡連接進(jìn)行固定。

（1）生態(tài)長袋植生護(hù)坡原理。

①生態(tài)長袋覆蓋整個(gè)巖體坡面，隔絕了一部分氧氣；巖體坡面遍撒石灰中和現(xiàn)有的酸性及覆蓋隔氧［4］；添加有機(jī)肥料進(jìn)一步消耗一部分氧氣，一系列的控氧法降低群落中的好氧酸化微生物豐度，控制巖石酸化進(jìn)程。植物根系錯(cuò)綜相連可固定生態(tài)袋內(nèi)土壤并深入巖體內(nèi)，巖石風(fēng)化中產(chǎn)生的風(fēng)化碎片脫落留在生態(tài)長袋覆蓋的巖體內(nèi)，加上生物與微生物的活動(dòng)，巖體成土化進(jìn)程加快。

②“FKB液態(tài)菌劑”應(yīng)用于底泥摻混物中，堆漚過程中通過微生物的作用降解污染物并控制酸化。有機(jī)肥及先鋒植物枯枝落葉在分解中培養(yǎng)了大量有益微生物，豆科植物根際共生大量固氮微生物，厭氧微生物種群的大量繁殖與共同作用，不斷提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康與免疫力。

③生態(tài)長袋抗高強(qiáng)抗紫外線抗凍融耐酸堿的合成材料，有利于調(diào)控微生物群落生長。

（2）生態(tài)長袋植生工藝流程。

生態(tài)長袋植生工序：坡面初步改良——土體和改良材料裝入生態(tài)袋——生態(tài)袋安裝——鋪草皮——挖穴種植營養(yǎng)袋植物——再覆蓋土壤種子庫——撒播草種——覆蓋遮蔭等。

①測量放線：按照坡面長度定制生態(tài)袋，放線按照設(shè)計(jì)要求還需加足工作面尺寸150cm。

②坡面修整、清理：先將坡面的松石、不穩(wěn)定的土體清除；磨平坡面銳角巖體部分以免劃破生態(tài)袋表面；坡面有滲水處做好導(dǎo)水盲溝。每級(jí)坡頂、平臺(tái)修建截水溝防止雨水對(duì)坡面的直接沖刷。

③配置植生土：長袋鋪設(shè)前，將底泥及混合改良基質(zhì)、保水劑、生長劑、FKB等一些微生物菌劑、谷殼鋸末等植物纖維材料摻合料轉(zhuǎn)運(yùn)至坡頂平臺(tái)混合堆漚成植生土。底泥與改良基質(zhì)的配比為：底泥：改良基質(zhì)（3∶1），以改善植生土的透水、透氣性，防止土體板結(jié)影響植物生長。

④安裝生態(tài)長袋：生態(tài)長袋安裝時(shí)先從坡頂開始往下坡方向順邊坡放下未裝植生土的生態(tài)長袋，然后在邊坡頂部填裝植生土，當(dāng)填充土至錨孔附近時(shí)打錨桿進(jìn)行錨固，錨桿在邊坡外保留一定長度，繼續(xù)填充植生土直至坡腳，每隔2米進(jìn)行鋼筋錨固。生態(tài)長袋應(yīng)填充飽滿（厚度約23～25 cm），使其生態(tài)袋形成長方形狀，相鄰兩排生態(tài)袋要緊密靠攏并排，將坡面生態(tài)長袋連成一體。

⑤坡頂處理：坡頂生態(tài)袋體安裝前可布設(shè)好防水膜，阻止坡頂水流直接滲入坡體破壞坡體穩(wěn)定。根據(jù)設(shè)計(jì)圖或?qū)嶋H情況，坡頂生態(tài)長袋延長錨掛一定長度，并嵌入坡面實(shí)體，封閉頂面，選用較好的粘土夯實(shí)做成5%的流水順坡,控制地表水下滲破壞坡體結(jié)構(gòu)。

⑥植被：在已填充安裝好的生態(tài)袋上植被，每隔一米種植一株袋苗，呈梅花點(diǎn)布置，對(duì)照植物土球大小用刀將生態(tài)袋切一“丁”字小口，揭開袋片將植物植入袋中，蓋好袋片。每隔20cm用刀將生態(tài)袋切小口，點(diǎn)播種子袋苗，呈梅花點(diǎn)布置，將粘合劑、保水劑均勻?yàn)⒃谏鷳B(tài)袋上，然后將土壤種子細(xì)土鋪設(shè)在生態(tài)袋上、固定。

圖1 生態(tài)長袋安裝示意圖

營養(yǎng)袋苗以當(dāng)?shù)匾吧参餅橹鳎N子植物以生長快、種子產(chǎn)量高的豆科植物為主，快速覆蓋地表，滿足生物多樣性和群落穩(wěn)定性的要求，形成初期先鋒群落再逐步實(shí)現(xiàn)植物的自然演替。

選擇的植物品種包括松樹、臭椿、大葉女貞、小葉女貞、木荷、樟樹、鹽膚木、刺槐、胡枝子、刺槐、金合歡、苧麻、狗牙根、百喜草、黑麥草等。

4.3 土壤改良措施

底泥適用于礦區(qū)邊坡生態(tài)恢復(fù)，其弱堿性能夠中和一部分邊坡巖土的酸性，并且不會(huì)產(chǎn)酸，避免了可能的產(chǎn)酸風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于底泥中含有大量的鈣，這可以在一定程度上降低重金屬對(duì)植物的毒害作用。針對(duì)底泥營養(yǎng)成分如氮、磷等元素匱乏，以及底泥顆粒細(xì)小、物理結(jié)構(gòu)不良、極易板結(jié)，微生物很少，缺乏碳、氮、磷等元素循環(huán)相關(guān)的微生物的特點(diǎn)，通過添加改良材料，從而改善其物理結(jié)構(gòu)，增加營養(yǎng)成分［5］，引入有益功能微生物進(jìn)行底泥改良。底泥直接運(yùn)輸至邊坡現(xiàn)場摻混含“FKB液態(tài)菌劑”的改良基質(zhì)。

5 實(shí)施效果

（1）截排水工程措施的實(shí)施有效降低大氣降水的入滲量，實(shí)現(xiàn)了清污分流；通過土壤改良措施的實(shí)施減少酸性廢水對(duì)周圍環(huán)境的污染，從源頭上減少污染的產(chǎn)生。

（2）生態(tài)長袋柔性護(hù)坡方法解決了傳統(tǒng)護(hù)坡方法難以解決的礦山環(huán)境特殊問題，生態(tài)長袋通過錨桿固定整齊緊貼于巖體坡面，阻止坡面巖石崩落與淺表層巖土體的滑動(dòng)，提高邊坡整體穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)消除滑坡或泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患的目標(biāo)，有效地控制了水土流失。

（3）土壤改良措施有效地控制了土壤產(chǎn)酸，pH調(diào)整至6.0左右，同時(shí)，降低了重金屬毒害作用，提升了土壤營養(yǎng)物質(zhì)含量水平。

（4）通過項(xiàng)目實(shí)施，實(shí)現(xiàn)快速綠化效果，實(shí)施半年后坡面基本實(shí)現(xiàn)植被覆蓋，覆蓋度接近100%，生態(tài)環(huán)境和自然景觀效果得到明顯提升。

生態(tài)恢復(fù)前后對(duì)比效果附圖如下圖2。

圖2 南平山320以上邊坡生態(tài)恢復(fù)半年前后對(duì)比效果

6 總結(jié)

有色金屬露天礦山開采使地表植被遭到破壞，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害、水土流失，甚至造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。礦山開采對(duì)環(huán)境的破壞依靠自然力量恢復(fù)是一個(gè)漫長的過程。本項(xiàng)目采用一種以聚丙烯為主的高分子聚合物PP材料生態(tài)長袋，同時(shí)“以廢治廢”，綜合利用采區(qū)酸性水治理過程中產(chǎn)生的底泥，利用底泥摻混“FKB液態(tài)菌劑”作為邊坡植生土壤基質(zhì)填充生態(tài)長袋，控制產(chǎn)酸這一根源問題，在生態(tài)長袋上采用種播相結(jié)合進(jìn)行植被，建立喬灌草相結(jié)合的人工植物生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)一步穩(wěn)固邊坡，長期保持良好恢復(fù)效果。從經(jīng)濟(jì)性上分析，底泥的使用減少了原有改良材料的添加量，相比可降低約6%的修復(fù)成本，同時(shí)可節(jié)約底泥處理的費(fèi)用；從適用性方面考慮，本方法無需覆蓋或充填好土，而是二次利用礦山廢水處理產(chǎn)生的大量廢棄底泥，不存在取土問題，因而適用性較強(qiáng)。

露天采場邊坡治理從傳統(tǒng)的硬質(zhì)工程、地質(zhì)災(zāi)害方法治理解決方案，轉(zhuǎn)移到柔性治理技術(shù)的模式［6］。利用生態(tài)長袋強(qiáng)度高、不容易降解、植物可穿透生長的特點(diǎn)構(gòu)建坡面植物墻，同時(shí)利用植物群落的效果，固土防蝕，改善巖體的抗沖性與穩(wěn)定性。采用生態(tài)的方法治理邊坡環(huán)境，既增加邊坡的穩(wěn)定性，有效地控制水土流失，同時(shí)減少了環(huán)境污染，提升了自然生態(tài)景觀環(huán)境效果。該模式能夠一攬子解決邊坡穩(wěn)定、水土流失、環(huán)境污染治理等問題，為解決礦區(qū)酸性水處理底泥的堆置、礦山露采邊坡覆土的土源等困擾綠色礦山發(fā)展的難題提供了有益嘗試。