高寒旱陡南泥湖露天鉬礦生態(tài)修復(fù)工藝研究

葛虎勝 況鍋明 彭南竹

（1.洛陽(yáng)有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司嵩縣礦業(yè)有限公司；2.洛陽(yáng)有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司；3.長(zhǎng)沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司）

為深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)文明思想［1］，促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展，從源頭上開展露天礦山生態(tài)修復(fù)工程顯得尤為重要。國(guó)外學(xué)者在高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)方面的研究起步較早，已形成了適合當(dāng)?shù)氐男迯?fù)方法與思想理念［2］。國(guó)內(nèi)對(duì)高陡巖質(zhì)邊坡綠化技術(shù)的研究起步較晚，但發(fā)展速度較快。當(dāng)前生態(tài)修復(fù)的方案主要有液壓噴播［3］、植物骨架護(hù)坡［4］、高次團(tuán)粒噴播技術(shù)［5］、厚層基材邊坡綠化技術(shù)［6］、植被混凝土噴播技術(shù)、客土噴播［7］等。

南泥湖露天鉬礦位于河南高寒山區(qū)，海拔1 500 m，最低氣溫-19.9 ℃，最終邊坡角達(dá)65°～75°，生態(tài)修復(fù)條件極為惡劣，且隨著露天采礦活動(dòng)的開展，表土剝離，地表改變，使原有生態(tài)局部失衡，不僅嚴(yán)重制約了生態(tài)環(huán)境和人類社會(huì)的和諧發(fā)展［8］，而且給露天礦山的安全生產(chǎn)帶來許多潛在安全環(huán)保隱患，邊坡局部滑落、生態(tài)退化等問題日益突出。為此，結(jié)合南泥湖鉬礦實(shí)際，探索研究一種適合該鉬礦高寒無水、高陡無土生態(tài)條件的生態(tài)修復(fù)工藝。通過考察論證、對(duì)比分析及工程實(shí)踐，客土噴播修復(fù)工藝適合該鉬礦的生態(tài)條件，從修復(fù)工藝及效果、安全經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益等方面進(jìn)行了論證，均達(dá)到了預(yù)期目的，取得了良好效果。

1 生態(tài)修復(fù)條件分析

南泥湖鉬礦所屬地域?yàn)榧撅L(fēng)型半干旱大陸性氣候，7—9 月為雨季，10 月至次年4 月為降霜期，11 月至來年2 月為冰凍期，最大凍結(jié)深度0.5 m；具有高寒無水、霜降及冰凍期長(zhǎng)、生長(zhǎng)周期短、植被可選差等諸多生態(tài)修復(fù)不利因素。南泥湖鉬礦自然氣候參數(shù)見表1。

表1 南泥湖鉬礦自然氣候參數(shù)

南泥湖鉬礦生態(tài)修復(fù)區(qū)域分為臺(tái)階坡面、安全平臺(tái)、清掃平臺(tái)三部分，其臺(tái)階坡面角65°～75°，安全平臺(tái)寬3 m，清掃平臺(tái)11.37 m，最終邊坡角42°～50°，屬高陡邊坡修復(fù)范疇。區(qū)域內(nèi)邊坡坡面微風(fēng)化，巖面總體平整，局部節(jié)理發(fā)育，紋理清晰可見，有少量風(fēng)化裂隙；坡面整體穩(wěn)定，無斷層及破碎帶穿過，無表土層覆蓋，巖石全部裸露，原有表土層和原生植被群落已被破壞，坡面已不具備植物生長(zhǎng)必備的水土條件。生態(tài)修復(fù)區(qū)域及參數(shù)見圖1。

2 生態(tài)修復(fù)方案

2.1 方案選擇

結(jié)合南泥湖鉬礦區(qū)域地形、地質(zhì)地貌、氣候水文、侵蝕情況、土壤或剝離物的性質(zhì)及植被特點(diǎn)等生態(tài)條件進(jìn)行綜合比選，認(rèn)為客土噴播方案具有就地取材、施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉（200 元/m2）、以喬灌木為主綠化速度快、穩(wěn)固邊坡快、綜合性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)?？屯羾姴ド鷳B(tài)修復(fù)方案可在短期內(nèi)快速恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，營(yíng)造和周圍和諧一致的綠色植被景觀，能夠促進(jìn)坡面植被的自然演替，最終可恢復(fù)生態(tài)自然修復(fù)功能。生態(tài)修復(fù)方案對(duì)比見表2。

表2 生態(tài)修復(fù)方案比選

2.2 植被選擇

根據(jù)南泥湖鉬礦所屬地區(qū)氣候，經(jīng)專家咨詢及實(shí)地考察，選擇刺槐、胡枝子、紫穗槐、高羊茅、荊條、油松等植被；這些植被適應(yīng)能力強(qiáng)，具備同條件生存優(yōu)勢(shì)，能適宜本地氣候，且易與周圍環(huán)境融為一體。

3 客土噴播工藝技術(shù)

客土噴播是以團(tuán)粒劑使客土形成團(tuán)?；Y(jié)構(gòu)，加筋纖維在其中起到類似植物根莖的網(wǎng)絡(luò)加筋作用，從而造就一定厚度的具有耐雨水、風(fēng)侵蝕，牢固透氣，與自然表土相類似或更優(yōu)的多孔穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)?？屯羾姴ド鷳B(tài)修復(fù)施工工藝見圖2。

3.1 坡面修整

坡面清理遵循自上而下，安全第一，先易后難，人工與機(jī)械相結(jié)合，有利于基材混合物和巖石坡面自然結(jié)合的原則。由于該山體坡面整體相對(duì)穩(wěn)定，整體坡度在65°～75°、微風(fēng)化、輕微裂隙、表面凹凸不平，且懸掛有許多松石、碎石，采取機(jī)械和人工相結(jié)合的方法對(duì)坡面進(jìn)行修整處理。具體清理步驟：①編制安全技術(shù)措施，安排專人安全監(jiān)督；②在坡腳設(shè)置攔石網(wǎng)及沙袋攔截落石；③施工人員應(yīng)穿戴及配備勞動(dòng)防護(hù)用品，自上而下逐一進(jìn)行邊坡清理，直至邊坡浮石及危巖處理干凈，邊坡平順為止。

3.2 花網(wǎng)鋪設(shè)

為有效防止坡面表面局部崩塌或滑坡發(fā)生，在邊坡表面鋪設(shè)2.0 mm 鍍鋅勾花鐵絲網(wǎng)、孔徑50 mm×50 mm。

（1）掛網(wǎng)時(shí)網(wǎng)面應(yīng)距坡面60～70 mm，網(wǎng)與網(wǎng)重疊寬度不應(yīng)小于200 mm，豎向每隔150 mm 用18#鐵絲綁扎連接固定。

（2）將鍍鋅勾花網(wǎng)從坡頂沿邊坡緩緩鋪下，固定在坡頂?shù)膶挾炔恍∮? 500 mm，盡可能使整卷鐵絲直鋪到坡底，并將500 mm 的勾花網(wǎng)埋置于平臺(tái)填土中，鋪時(shí)網(wǎng)需張緊，使鐵絲網(wǎng)與坡面保持平順。

3.3 固件錨固

為保證錨固效果，預(yù)防修復(fù)邊坡出現(xiàn)整體及局部滑落，結(jié)合南泥湖鉬礦氣候、地質(zhì)等生態(tài)修復(fù)條件進(jìn)行錨固作業(yè)，主平面采用主錨桿加次錨桿方案。主錨桿呈矩形網(wǎng)度布置，其參數(shù)為2 000 mm×2 000 mm，長(zhǎng)500～600 mm，材質(zhì)為HRB400 的16#螺紋鋼筋；次錨桿梅花網(wǎng)度布置，參數(shù)為1 000 mm×1 000 mm，長(zhǎng)400～500 mm，材質(zhì)為HRB400 的12#螺紋鋼筋。剖面上主次錨桿與坡面夾角95°～100°，錨桿深入原巖350～400 mm，伸出坡面150～200 mm，與勾花鐵絲網(wǎng)片呈90°彎曲，彎曲長(zhǎng)度50 mm。錨桿錨固按自上而下、從左到右的施工順序逐一進(jìn)行，深入固定，保證不脫落。桿錨固施工圖見圖3。

3.4 噴播施工

噴播是施工方案的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，噴播質(zhì)量的好壞直接影響修復(fù)植被的生長(zhǎng)質(zhì)量及生態(tài)修復(fù)效果。噴播施工應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員操作。

（1）活性基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)層施工。上料應(yīng)采用人工上料方式，嚴(yán)格按照用料配比把基材（活性基質(zhì)、黏土、土壤改良材料、團(tuán)粒劑、保水劑、黏合劑、活性菌劑、多含量復(fù)合肥等）倒入專用客土噴播機(jī)中攪拌均勻，攪拌時(shí)間應(yīng)大于10 min。噴播施工時(shí)按自上而下、從左到右的順序逐一進(jìn)行，噴出口應(yīng)與坡面垂直，且距離保持在800～1 000 mm，噴射寬度5 000 ～6 000 mm，分2次進(jìn)行，厚度為100 mm。

（2）種子層施工。噴播順序應(yīng)按自上而下、從左到右逐一進(jìn)行，噴播按照從左到右、從上到下的順序進(jìn)行；噴播層厚30 mm，確保營(yíng)養(yǎng)與水分供給，采用刺槐、胡枝子、紫穗槐、高羊茅、荊條、油松等植物種子進(jìn)行噴播。每平方刺槐、胡枝子、紫穗槐、高羊茅、荊條、油松的質(zhì)量噴播比為12∶12∶12∶15∶5∶3。噴播綠化顯現(xiàn)效果順序第1 年草坪綠化效果顯現(xiàn)，第2 年灌木、喬木綠化效果顯現(xiàn)，梯段凸顯綠化效果。

3.5 噴淋鋪設(shè)

為便于后期養(yǎng)護(hù)管理，綠化坡面設(shè)置自動(dòng)噴漆系統(tǒng)，以滿足養(yǎng)護(hù)期間灑水、施肥、病蟲害處置需求。系統(tǒng)主平面矩形網(wǎng)度布置參數(shù)為4 000 mm×4 000 mm，主管道采用DN50 PE100 塑料管，分管分別采用DN25 和DN20 PE100 塑料管；主水泵型號(hào)WKX12.5-120，噴淋頭覆蓋直徑5 000 mm，霧化噴水，實(shí)現(xiàn)綠化區(qū)域無死角覆蓋；剖面主噴淋管道與邊坡坡面平行，噴頭支管道與邊坡坡面呈90°夾角，深入客播土層700 mm，與錨桿相連，以防脫落。噴淋管道布置見圖4。

3.6 養(yǎng)護(hù)工藝

養(yǎng)護(hù)期為噴播施工完成后第2天起，噴水養(yǎng)護(hù)應(yīng)在每天早晨（10點(diǎn)之前）及下午（4點(diǎn)之后）進(jìn)行，應(yīng)始終保持坡面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)周期為60 d。植物扎根生長(zhǎng)后，應(yīng)注意雜草的清除，春初及秋末應(yīng)集中施肥1次，平時(shí)根據(jù)生長(zhǎng)需求靈活掌握施肥頻次，確保綠化效果。

3.7 效果分析

經(jīng)過2個(gè)月的初期養(yǎng)護(hù)，噴淋和種植草木已達(dá)到預(yù)期效果，后期在高海拔、低氣溫、低降水量、高陡巖石邊坡無土等惡劣自然條件下依然長(zhǎng)勢(shì)良好。經(jīng)過2 a 雨季驗(yàn)證，無明顯沖溝現(xiàn)象發(fā)生，植被基材層、植物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)良好，達(dá)到單位覆蓋率95%以上，植被成活率90%以上（圖5），為國(guó)家級(jí)綠色礦山創(chuàng)建創(chuàng)造了良好的生態(tài)條件。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

南泥湖鉬礦針對(duì)高陡邊坡進(jìn)行客土噴播生態(tài)修復(fù)，秉承“降低成本，應(yīng)綠則綠”的理念，初期設(shè)計(jì)規(guī)劃按照三級(jí)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)了自動(dòng)化噴淋養(yǎng)護(hù)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了南泥湖鉬礦綠化區(qū)域的自動(dòng)化養(yǎng)護(hù)。根據(jù)三級(jí)養(yǎng)護(hù)市場(chǎng)承包價(jià)格每年3.5 元/m2，若進(jìn)行外包養(yǎng)護(hù)每年養(yǎng)護(hù)費(fèi)用約4.2 萬(wàn)元，通過投用自動(dòng)化噴淋養(yǎng)護(hù)設(shè)施，除每年約0.25 萬(wàn)元的電費(fèi)成本外，年可節(jié)約養(yǎng)護(hù)費(fèi)用3.95 萬(wàn)元。

高陡邊坡未進(jìn)行客土噴播生態(tài)修復(fù)前，邊坡裸露的巖石經(jīng)風(fēng)化后易出現(xiàn)碎石滑落、浮石滑坡等現(xiàn)象，每年需動(dòng)用挖掘機(jī)、裝載機(jī)、工程車等工程機(jī)械設(shè)備對(duì)滾落積存的碎石進(jìn)行清理，清理成本約1.6 萬(wàn)元。經(jīng)客土噴播生態(tài)修復(fù)后的高陡邊坡，邊坡裸露的巖石受到了綠植的防護(hù)，避免了碎石的滾落和浮石滑坡現(xiàn)象的發(fā)生。綜上所述，高陡邊坡客土噴播生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目實(shí)施后，每年可節(jié)省費(fèi)用5.5 萬(wàn)元。

4.2 安全效益

通過客土噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理后的邊坡，因邊坡噴播附著植被根系發(fā)達(dá)、均勻牢固，不易被雨水沖刷，使南泥湖鉬礦北部邊坡巖石結(jié)構(gòu)得到有效加固，并通過植被層的覆蓋使邊坡巖體有效避免風(fēng)化侵蝕，南泥湖鉬礦北部邊坡生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有效降低，從較大風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，安全效益顯著。危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表3 危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

由表3可知，通過客土噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理后的邊坡，發(fā)生邊坡滑塌事故的可能性由“可能，但不經(jīng)常分?jǐn)?shù)值3”降為“可能性小，完全意外分?jǐn)?shù)值1”。

4.3 環(huán)保社會(huì)效益

客土噴播修復(fù)工藝實(shí)施后，短期內(nèi)可快速恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，營(yíng)造與周圍和諧一致的綠色植被景觀，生態(tài)修復(fù)效果逐步突顯；同時(shí)，可避免水土流失、局部滑落等環(huán)境問題，不斷改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，為構(gòu)建更加和諧的地企關(guān)系奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提升了礦山整體形象。

5 結(jié) 論

（1）客土噴播邊坡生態(tài)修復(fù)工藝適用于南泥湖鉬礦高寒無水、高陡無土等生態(tài)條件，并通過錨固作業(yè)和植被修復(fù)，改善了邊坡的安全等級(jí)，有利于礦山生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)。

（2）客土噴播邊坡生態(tài)修復(fù)工藝的主要技術(shù)參數(shù)可滿足礦山的生態(tài)修復(fù)需要，其基質(zhì)與植被的配比具有高匹配性和適合性，通過土壤添加黏接劑、保水劑、木纖維，可提高客土噴播的附著性和保濕性。

（3）高陡邊坡修復(fù)后效果顯著，選擇植被刺槐、胡枝子、紫穗槐、高羊茅、荊條、油松每平方的質(zhì)量噴播比為12∶12∶12∶15∶5∶3，第1年草坪綠化效果顯現(xiàn)，第2年灌木、喬木綠化效果顯現(xiàn)。

（4）客土噴播工藝適合南泥湖鉬礦高寒無水、高陡無土等惡劣生態(tài)條件，其修復(fù)工藝及效果、安全經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保社會(huì)效益等均達(dá)到了預(yù)期效果，為該礦后期的生態(tài)修復(fù)工程奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為同類礦山的生態(tài)修復(fù)積累了經(jīng)驗(yàn)，具有一定的推廣價(jià)值。