廢棄礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)及環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理研究

華法恩，謝 珊

（江西省地質(zhì)局第九地質(zhì)大隊(duì)（原江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六三大隊(duì)），江西 吉安 343000）

多為露天開采的早期礦產(chǎn)小規(guī)模開采活動(dòng)對(duì)環(huán)境破壞較為嚴(yán)重，主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題及危害表現(xiàn)為，一是地形地貌景觀破壞表現(xiàn)為山體破損、土地毀壞（主要指土壤侵蝕和毀損）、植被破壞等，礦區(qū)距國道、省道、高速公路、鐵路較近，可視創(chuàng)面十分醒目；二是礦山邊坡容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，如滑坡、崩塌等；三是采場(chǎng)周邊平緩區(qū)、低洼處有礦渣堆積，一方面壓占大量土地，造成土地資源浪費(fèi)；另一方面，堆放造成嚴(yán)重的水土流失、局部形成滑坡。為盡可能彌補(bǔ)以往礦產(chǎn)無序開發(fā)催生的地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境破壞問題，環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理和生態(tài)修復(fù)工作必須科學(xué)開展。

1 礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理方法

礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理應(yīng)圍繞重點(diǎn)防治區(qū)、次重點(diǎn)防治區(qū)、一般防治區(qū)分別入手，有針對(duì)性地選用不同治理方法。

1.1 重點(diǎn)防治區(qū)治理方法

礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理需重點(diǎn)開展邊坡監(jiān)測(cè)，做好邊坡參數(shù)設(shè)計(jì)，可設(shè)置擋墻穩(wěn)固邊坡，有針對(duì)性地開展工程地質(zhì)勘察也較為關(guān)鍵。需圍繞具體災(zāi)害點(diǎn)開展預(yù)防，做好邊坡加固，為預(yù)防泥石流可設(shè)置攔渣壩，渣場(chǎng)的充分利用也需要得到重視。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置、監(jiān)測(cè)記錄及分析也需嚴(yán)格開展，同時(shí)做好統(tǒng)一規(guī)劃，保證生態(tài)功能逐步恢復(fù)[1]。

1.2 次重點(diǎn)防治區(qū)治理方法

礦山生活區(qū)、進(jìn)場(chǎng)公路建設(shè)會(huì)形成大量棄渣和邊坡，邊坡失穩(wěn)問題可能隨之出現(xiàn)，引發(fā)塌方和滑坡，棄渣則可能引發(fā)水土流失、泥石流。因此必須對(duì)邊坡參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，做好支護(hù)和加固處理，排水溝可設(shè)置于邊坡上方，攔擋滾石設(shè)施設(shè)置、植樹還林等方法也需要科學(xué)應(yīng)用。

1.3 一般防治區(qū)治理方法

一般防治區(qū)治理需解決地表巖體破碎引發(fā)的水土流失等問題，具體可從水土保持、植被保護(hù)等方面入手，削方減載護(hù)坡、前緣支擋、生物防治、搬遷避讓、雨天避讓等均屬于常用治理方法。

2 常用廢棄礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)

2.1 活性土壤修復(fù)技術(shù)

活性土壤修復(fù)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)礦體巖石土壤化地加速，該技術(shù)大多配合客土噴播技術(shù)使用，巖層在兩種技術(shù)地支持下快速向有機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，生態(tài)土壤環(huán)境也將隨之形成。廢棄礦山往往殘留大量礦渣和混凝土，為保證植物獲得穩(wěn)定根系生長空間，活性土壤修復(fù)技術(shù)地科學(xué)應(yīng)用極為關(guān)鍵。技術(shù)的具體應(yīng)用需做好對(duì)土壤生物菌群多樣性的調(diào)查研究，以此設(shè)法廢棄礦山土壤活性度，常用措施包括機(jī)械化削坡、客土噴播，以此實(shí)現(xiàn)廢棄礦山供養(yǎng)能力激活。削坡角度需結(jié)合廢棄礦山不同區(qū)域針對(duì)性選定，監(jiān)測(cè)設(shè)備的科學(xué)設(shè)立、植物種類優(yōu)選及階梯狀分布設(shè)置也需得到重視[1]。

2.2 掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)

將保水劑、粘合劑、調(diào)節(jié)劑、植物纖維、泥炭土、緩釋復(fù)合肥、水等通過噴播機(jī)械按比例攪拌均勻后，利用噴播液壓設(shè)備將攪拌后混合料送至噴射管口，噴射到釘網(wǎng)處理后的巖面上。對(duì)坡面采用掛網(wǎng)客土噴播的工藝在巖面邊坡坡面建立生態(tài)層，該技術(shù)在道路工程等邊坡綠化中的應(yīng)用較為廣泛，同樣適用于廢棄礦山邊坡生態(tài)修復(fù)。掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)適用于40°～70°的邊坡，種子和基材屬于該技術(shù)應(yīng)用地關(guān)鍵，需保證其與周圍自然環(huán)境一致，技術(shù)應(yīng)用還需把握坡面處理、材料配置、養(yǎng)護(hù)等要點(diǎn)，如清除坡面巖石等危巖體、梅花型排列掛網(wǎng)、定期澆水養(yǎng)護(hù)等。

2.3 三維土工網(wǎng)技術(shù)

對(duì)坡度較平緩區(qū)的坡面采用三維土工網(wǎng)播種復(fù)綠，該技術(shù)分為以下幾個(gè)部分：①坡面處理：將坡面上的浮石、碎石、覆土清理干凈，將低洼處回填夯實(shí)平整，確保坡面平順，此階段在地形整治過程中進(jìn)行。②鋪設(shè)三維網(wǎng)：首先將三維植被網(wǎng)沿坡面由上至下鋪于坡面上，網(wǎng)與坡面之間保持平順結(jié)合，單條三維網(wǎng)鋪設(shè)面積不宜過大。三維網(wǎng)鋪于坡頂時(shí)需延伸40cm～80cm，埋于土中并壓實(shí)。隨后將三維網(wǎng)自下而上用ф6mm以上的U型鋼筋將三維網(wǎng)固定，U型鋼筋長15cm～30cm，寬約8mm，U型鋼筋間距1.5m～2.5m，中間用8﹟U型鐵釘或竹釘進(jìn)行輔助固定。③覆土：三維植被網(wǎng)鋪設(shè)完畢，將耕植土均勻覆蓋于三維網(wǎng)上，將網(wǎng)包覆蓋住，直至不出現(xiàn)空包，確保三維網(wǎng)上耕植土厚度不小于10cm?？屯练柿Σ蛔銜r(shí)需將肥料、生長素、粘固劑按一定比例混合均勻，施灑于表層。肥料復(fù)合肥，復(fù)合肥量為50g/m2。④播種：待覆土完畢后，均勻播撒混合草籽和灌木種子，草種可選用寬葉草、黑麥草、狗牙根、芒萁、假儉草等，灌木可選用胡枝子、多花木蘭、小葉女貞、火棘、鹽膚木等品種。草籽播撒量為20g/m2，灌木種子播撒量為15g/m2。⑤養(yǎng)護(hù)：在邊坡表面覆蓋薄膜，以保持坡面水分并減少降雨對(duì)種子的沖刷，促使種子生長；若溫度太高，則無需覆蓋，以免病蟲害的發(fā)生；依據(jù)植物生長規(guī)律和氣候，定期、定量澆水和施肥，同時(shí)加強(qiáng)防蟲害的管理[2]。

2.4 客土、植樹、撒播草灌籽復(fù)綠技術(shù)

針對(duì)廢棄場(chǎng)地平緩區(qū)和平臺(tái)區(qū)，對(duì)地形整治后進(jìn)行客土或土壤改良、撒播草灌籽、植樹復(fù)綠，需采用客土工藝改良土壤，構(gòu)筑綠化帶種植喬灌木綠化，以提高礦地的土地再利用。

2.5 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)主要利用水泵加壓或自然落差形成的有壓水，通過管道、噴頭向灌區(qū)均勻散落，以此實(shí)現(xiàn)灌溉，廢棄礦山生態(tài)修復(fù)中噴灌技術(shù)同樣具備較高地應(yīng)用價(jià)值。噴灌技術(shù)可細(xì)分為機(jī)組式噴灌、管道式噴灌兩類，在廢棄礦山生態(tài)修復(fù)中需結(jié)合地域?qū)嶋H優(yōu)選，測(cè)量放線、溝槽開挖、鋪設(shè)和安裝管道、安裝噴灌系統(tǒng)、管道沖洗和試壓、砌筑蓄水池、試噴等均屬于噴灌技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，在噴灌技術(shù)應(yīng)用下，廢棄礦山生態(tài)修復(fù)可在節(jié)約水資源的同時(shí)完成，該技術(shù)同樣可配合客土噴播技術(shù)、活性土壤修復(fù)技術(shù)共同使用。

3 實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目概況

以關(guān)閉多年的江西省吉安市井岡山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)梨塘村廢棄砂巖礦的全域廢棄礦山生態(tài)修復(fù)治理項(xiàng)目為研究對(duì)象，項(xiàng)目區(qū)域?qū)儆趧兾g丘陵地貌，地形起伏較大，斜坡形態(tài)多為凸形，山頂多為渾圓狀，相對(duì)高差44m～70m，山體自然坡度22°～30°，微地貌為陡坡，區(qū)域內(nèi)溝谷較發(fā)育，礦山周邊植被發(fā)育。該項(xiàng)目實(shí)際損毀面積11830㎡，露采形成高陡巖質(zhì)邊坡及露采平臺(tái)，巖質(zhì)邊坡高55m～70m，坡度50°～62°，見一級(jí)露采平臺(tái)，寬13m～18m，平臺(tái)高程標(biāo)高180m～190m（見全景圖圖1）。露采邊坡基巖裸露，主要為石炭系下統(tǒng)梓山組石英砂巖，巖層產(chǎn)狀296°∠50°，坡向322°～340°，斜坡坡向結(jié)構(gòu)為斜向坡，露采邊坡出露為強(qiáng)-中風(fēng)化巖體，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，見2組節(jié)理裂隙，分別為①325°∠80°，長0.8m～0.9m，間距0.4m～0.5m，平直閉合，與坡向呈反向關(guān)系；②254°∠74°，長度0.5m，間距0.3m～0.4m，隙寬1mm～2mm，泥質(zhì)充填，與坡向呈橫向關(guān)系；項(xiàng)目所在地震烈度小于VI度，區(qū)域地殼較穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育。

圖1 梨塘村廢棄砂巖礦全景圖

3.2 地質(zhì)環(huán)境問題分析

受早期無序開采影響，該項(xiàng)目基巖裸露，存在高陡巖質(zhì)邊坡，坡面存在的孤石、浮石崩塌等地質(zhì)災(zāi)害隱患。易風(fēng)化剝落的石英砂巖存在臨空面，可能導(dǎo)致平面滑動(dòng)，但產(chǎn)生破壞的可能性不高。因此，最終可確定項(xiàng)目區(qū)域存在邊坡斜向滑動(dòng)可能性，巖體破碎的坡面容易引發(fā)局部崩塌，穩(wěn)定性不足。

受山體破壞、無序開發(fā)等因素影響，項(xiàng)目區(qū)域基本不存在原始植物資源，山體基巖裸露、地表土剝落使得植物缺乏生長條件，場(chǎng)地內(nèi)高低不平且存在廢棄渣土，水土流失問題嚴(yán)重，現(xiàn)已廢棄的采礦用地存在未能充分利用的土地資源，土地資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

3.3 地質(zhì)環(huán)境整治

治理項(xiàng)目的地質(zhì)環(huán)境整治主要采用四種措施：第一，浮石清理工程。對(duì)坡面上的松動(dòng)巖塊、不良結(jié)構(gòu)面、浮石和浮碴以及坡頂陡立坡面進(jìn)行全部清除。坡面上的浮石、浮碴為殘存于坡面上大小不等的塊石，其直徑在0.1～2m不等。清理施工應(yīng)采用自上而下的方式進(jìn)行，禁止任何部位采取自下而上的施工方式；以機(jī)械和人工撬挖相結(jié)合的方法清除松動(dòng)巖塊。浮石清理時(shí)做好安全防護(hù)措施，依據(jù)清理坡面的高度和坡度設(shè)置警戒線，防止落石損傷人員及器械的安全，同時(shí)盡可能降低斜坡坡度。邊坡坡頂存在陡立巖面時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行清除，同時(shí)確保沿坡頂斜坡上無堆積物存在。第二，地形整治工程。對(duì)采場(chǎng)平緩區(qū)C1、C2、C3區(qū)采用推土機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)械設(shè)備平整土方，填平低洼處，降低C2、C3平臺(tái)連接處高度和坡度，方便車輛通行。對(duì)采場(chǎng)底部遺留的碎石、土方進(jìn)行就地平整處理，在地形整治時(shí)對(duì)較大塊石就地破碎平整，填平低洼處。第三，截排水工程。通過設(shè)置科學(xué)合理的截、排水系統(tǒng)，做到“水流通暢，分流合理”，避免地表及地下水對(duì)邊坡面場(chǎng)地造成影響，有利于邊坡的永久穩(wěn)定，又解決了區(qū)內(nèi)水土流失現(xiàn)象[3]。根據(jù)地形特點(diǎn)，斜坡匯水面積分布及自然排水特點(diǎn)，在采場(chǎng)西側(cè)和工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)外側(cè)設(shè)置排水溝。治理區(qū)內(nèi)地表徑流通過縱橫交叉的截排網(wǎng)絡(luò)排向治理區(qū)地勢(shì)低洼處的自然溝谷。第四，蓄水池工程。在排水溝匯集處開挖一處蓄水池兼做沉砂池，用于場(chǎng)地澆水養(yǎng)護(hù)。

3.4 生態(tài)修復(fù)方法

對(duì)于受破壞嚴(yán)重的原有山體、生態(tài)，生態(tài)景觀的恢復(fù)需要優(yōu)選不同方法，露采邊坡近直立（＞70°）采用邊坡鉆孔植藤復(fù)綠，植生槽（盆）復(fù)綠、燕巢復(fù)綠；露采邊坡（35°～70°）采用覆網(wǎng)客土噴播、普通噴播、生態(tài)植被毯、臺(tái)階種植、植生帶、魚鱗坑穴種等植被重建方法；露采邊坡（15°～35°）的基巖區(qū)采用三維土工網(wǎng)播種復(fù)綠、生態(tài)植被毯復(fù)綠、票臺(tái)種植方法；平緩區(qū)（≤15°）采用穴種、播種方法；

基于上述方法，本治理項(xiàng)目主要復(fù)綠方法為：①坡底平緩地帶植樹、撒播草灌籽復(fù)綠，本項(xiàng)目的C1、C2、C3區(qū)覆土植樹撒播草籽復(fù)綠；②坡腳和坡頂種植爬藤復(fù)綠，T區(qū)種植爬藤向坡上生長對(duì)坡面進(jìn)行復(fù)綠，因露采場(chǎng)基巖裸露，切坡高陡，大部分近直立狀，機(jī)械設(shè)備難以施工，坡頂原始植被發(fā)育，不具備削坡條件，在T區(qū)切坡底部采取機(jī)械挖溝槽，再回填耕植土種植爬藤植物復(fù)綠，分別沿坡腳挖溝槽，溝槽規(guī)格0.3*0.3*0.3m。開挖后回填耕植土，耕植土厚度不少于0.3m，種植爬藤植物，種植間距為0.5m一株。肥料復(fù)合肥，復(fù)合肥量為0.1kg/株。為讓葛藤更快地往上生長，管護(hù)期要加強(qiáng)人工干預(yù)，引導(dǎo)爬藤往坡面生長。；③掛網(wǎng)客土噴播復(fù)綠，P1、P2區(qū)坡面經(jīng)修整坡面、掛網(wǎng)錨固、基質(zhì)混配、噴播基質(zhì)、噴播植物種子、覆蓋無紡布等步驟復(fù)綠；④補(bǔ)種復(fù)綠，B1、B2區(qū)對(duì)未達(dá)到復(fù)綠直觀效果區(qū)域，補(bǔ)種種植的喬灌草，使其成活率及植被覆蓋率60%以上（見平面布置圖圖3）；巖質(zhì)坡面復(fù)綠主要應(yīng)用掛網(wǎng)客土噴播等技術(shù)，為灌木、草木提供生存條件。采用14#規(guī)格的鍍鋅鐵絲網(wǎng)進(jìn)行掛網(wǎng)施工，設(shè)置5cm×5cm網(wǎng)孔，網(wǎng)寬200cm；將鍍鋅鐵絲網(wǎng)向坡頂上方延伸60cm以上，用短錨釘固定后，回土壓實(shí)；坡頂固定好后，自上而下進(jìn)行掛網(wǎng)，搭接距離不小于10cm，確保鋪網(wǎng)貼附坡面，坡面與網(wǎng)面間孔隙控制為3～4cm。錨釘采用L型鋼筋，規(guī)格為6mm，150mm長，具體布置按照50cm×50cm進(jìn)行[4]。掛網(wǎng)完成后開展噴播，按照8～12cm控制噴射厚度，以營養(yǎng)液、植物種子、植生基質(zhì)的混合料為噴播材料，植物品種包括鹽膚木、刺槐、火棘、馬棘、胡枝子、紫穗槐、狗牙根、百慕大、多花木蘭、紫花苜蓿，需結(jié)合季節(jié)調(diào)整配比。

圖2 治理平面布置圖

3.5 治理效果

結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)開展邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算，具體的穩(wěn)定性分析由軟件模擬完成，選擇軟件Slide6.0，計(jì)算方法使用Morgen-stern-Price，基于折線滑動(dòng)面的土巖截面形態(tài)，對(duì)最危險(xiǎn)界面自動(dòng)搜索。通過軟件模擬可確定，治理后一般工況、地震工況的邊坡安全系數(shù)分別＞1.35與＞1.15，一級(jí)邊坡等級(jí)要求得到滿足，案例區(qū)域地質(zhì)隱患通過地質(zhì)環(huán)境整治消除；在應(yīng)用上述生態(tài)修復(fù)方法后，將該區(qū)域的生態(tài)景觀及山體形態(tài)恢復(fù)，當(dāng)?shù)丨h(huán)境得以改善，符合當(dāng)前政府提倡可持續(xù)發(fā)展政策，可促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，有利于和諧礦區(qū)、和諧社會(huì)的建設(shè)，土地資源因此實(shí)現(xiàn)充分利用[5]。

4 結(jié)論

綜上所述，廢棄礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理及生態(tài)修復(fù)需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的地質(zhì)環(huán)境問題分析、地質(zhì)環(huán)境整治、生態(tài)修復(fù)方法等內(nèi)容，則提供了可行性較高的治理和修復(fù)路徑。為更好地開展地質(zhì)環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)，新型技術(shù)的積極應(yīng)用、軟件模擬的科學(xué)開展、各部門的通力協(xié)作同樣需要得到重視。