礦山開采后高陡邊坡生態(tài)綠化技術(shù)

楊小鵬

礦產(chǎn)資源是我國經(jīng)濟社會發(fā)展不可或缺的一項重要資源，工業(yè)的進步離不開礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，而對礦產(chǎn)品的開采不可避免地會造成生態(tài)環(huán)境的破壞。對于治理修復(fù)因礦產(chǎn)資源開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境破壞是我國一項重要而又艱巨的任務(wù)。采礦活動引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題主要有礦山地質(zhì)災(zāi)害（采空區(qū)塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流）、含水層破壞、地形地貌景觀破壞、土地資源破壞等四大類，這與我國提出的生態(tài)文明建設(shè)理念相背而行。在地質(zhì)環(huán)境問題中，高陡巖質(zhì)邊坡最為常見，其坡度陡、坡面長、坡面力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、坡面溫差晝夜變化幅度大，對其進行治理和復(fù)綠都存在一定困難。本文在前人研究的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)了對于高陡巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，可以為礦山生態(tài)修復(fù)工作提供一定的參考依據(jù)。

1 巖質(zhì)邊坡的分類及特點

巖質(zhì)邊坡是巖體結(jié)構(gòu)在自然重力或者人為因素作用條件下形成具有一定傾斜度的臨空面。分析不同巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)特征對于后期的治理和生態(tài)修復(fù)尤為重要，目前對于巖質(zhì)邊坡的常見分類主要是依據(jù)巖性和巖體結(jié)構(gòu)，按照巖性可分為巖漿巖邊坡、沉積巖邊坡、變質(zhì)巖邊坡等；按照巖體結(jié)構(gòu)可分為塊狀結(jié)構(gòu)邊坡、層狀結(jié)構(gòu)邊坡、破碎狀結(jié)構(gòu)邊坡和散體結(jié)構(gòu)邊坡等。在礦山長期無序的開采過程中易形成高陡的巖質(zhì)邊坡，其基巖裸露、結(jié)構(gòu)松散、基本處于失穩(wěn)狀態(tài)，存在一定的復(fù)雜性、多樣性和差異性。影響邊坡不穩(wěn)定性的因素主要包括內(nèi)部因素和外部因素，內(nèi)部因素主要為邊坡的結(jié)構(gòu)特征（坡角、坡高、巖體的松散程度等）；外部因素主要包括自然條件下的風(fēng)化、構(gòu)造運動、降雨、溫度變化、地下水以及人類活動等。巖質(zhì)邊坡在多種因素的耦合作用下，會產(chǎn)生一些地質(zhì)災(zāi)害隱患（崩塌、滑坡、地裂縫、泥石流），嚴(yán)重威脅周邊群眾生命財產(chǎn)安全。

2 巖質(zhì)邊坡破壞模式

分析巖質(zhì)邊坡的破壞模式是研究邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)工作，穩(wěn)定的邊坡對于礦山地質(zhì)環(huán)境生態(tài)修復(fù)工作非常必要。巖體結(jié)構(gòu)是引起巖質(zhì)邊坡破壞的主要成因，不同構(gòu)造的巖質(zhì)邊坡可能引發(fā)的破壞模式也不盡相同。常見破壞模式主要包括平面滑動、圓弧滑動、楔形破壞和傾倒破壞。

3 高陡巖質(zhì)邊坡的工程治理與生物治理技術(shù)

3.1 工程治理

穩(wěn)定的邊坡結(jié)構(gòu)對于后期的施工和植護工程具有重大的意義。通過現(xiàn)場調(diào)查觀察高陡邊坡的山體形態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面分布、產(chǎn)狀以及填充情況等，分析高陡邊坡的穩(wěn)定性及危巖分布，采用科學(xué)合理的工程治理方式提高高陡邊坡的穩(wěn)定性，可以有效防止礦山出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害問題，再進行下一步生態(tài)復(fù)綠工作，只有這樣才能科學(xué)合理地達到生態(tài)修復(fù)效果。常用的穩(wěn)定高陡邊坡的方法有支撐、SNS防護系統(tǒng)、錨固、灌漿等。

3.2 生物治理技術(shù)

植物防護主要是指利用植草、植樹等來防護邊坡表層并起到美化環(huán)境的目的。礦山生態(tài)修復(fù)工程主要以礦區(qū)植被恢復(fù)為主，因此高陡巖質(zhì)邊坡上的復(fù)綠工程就順理成章地成為生態(tài)修復(fù)的主要任務(wù)。對于高陡巖質(zhì)邊坡而言，土壤瘠薄，直接種植植被，成活率較低。因此，高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的主要重點為在邊坡上營造一種適宜植被長期生長的生活環(huán)境。

（1）放坡分臺階綠化。在礦山生態(tài)修復(fù)工作中，放坡分臺階綠化作為一種傳統(tǒng)的礦山治理技術(shù)，廣受礦山工作者的關(guān)注。通過放坡分臺階，在邊坡上覆土撒播草籽或種植攀爬類植物，在平臺上覆土植樹，結(jié)合擋土墻和排水溝等工程，可以有效地恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，科學(xué)合理地設(shè)計以及后期定期的養(yǎng)護還能促使礦山環(huán)境具有一定的景觀效應(yīng)。但對于高陡巖質(zhì)邊坡來說，放坡分臺階會再次造成礦產(chǎn)資源的開采，在某些現(xiàn)狀條件下，是被不允許的。因此，在不改變陡立巖壁現(xiàn)有坡度條件下，尋求高陡邊坡的生態(tài)修復(fù)技術(shù)也逐漸成為工程技術(shù)人員追求的焦點。

（2）噴砼植生綠化。噴砼植生技術(shù)適用于非光滑巖質(zhì)坡面。其主要以生物學(xué)理論和工程力學(xué)為依據(jù)，采用特制噴射機將配置好的植被混凝土基材均勻噴撒至高陡坡面上，植被混凈土基材主要由土壤、肥料、有機物質(zhì)、保水材料、粘結(jié)材料、植物種子、水等混合攪拌而成。噴射從巖壁上部開始，自上而下進行。噴射完成后，巖壁表面形成近10cm厚度的具有連續(xù)空隙的硬化體。這就在巖石坡面上營造一個既能讓植物生長發(fā)育，而種植基質(zhì)又不容易被沖刷的多孔穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使建植層固、液、氣三相物質(zhì)基于平衡。從而達到恢復(fù)植被、生態(tài)恢復(fù)的目的。采用PMS植生基質(zhì)噴射技術(shù)對濱湖區(qū)的廢棄采石場進行生態(tài)修復(fù)，綠化景觀效果理想，得到了專家的一致好評，解決了長期以來廢棄采石場存在的生態(tài)環(huán)境問題。通過鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)結(jié)合噴植技術(shù)對北京燕山腹地某裸露高陡巖壁進行治理，綠化面積達8101m2，后期采用噴灌系統(tǒng)進行養(yǎng)護，達到了良好的生態(tài)修復(fù)效果。使用噴砼植生技術(shù)能快速達到礦山復(fù)綠的效果，但投入的成本以及后期的維護成本較高，很難長期堅持下去。

（3）鑿穴（槽）植生綠化。在巖質(zhì)陡坡同一等高線位置開鑿向下傾斜45°的種植穴（槽），這樣有利于固定穴內(nèi)的土壤和水分，利用常綠灌木的生物學(xué)特點和藤本植物的上爬下掛特點，按照設(shè)計的栽培方式在穴（槽）內(nèi)栽植，從而發(fā)揮其生態(tài)效應(yīng)和景觀效應(yīng)。采用鑿坑噴播植樹，藤蔓攀網(wǎng)輔助等方法對杭州某邊坡進行綠化治理，最終邊坡綠化覆蓋率達到90%以上，有效提升了廢棄采坑的治理水平，具有一定的參考價值。通過在巖壁上鑿大孔徑巖孔（300mm），合理設(shè)計相臨孔外緣距離（30cm、60cm、90cm）進行試驗，通過實際工程半年的驗證，得到了和計算結(jié)果基本吻合的效果，為干旱少雨地區(qū)高陡巖質(zhì)邊坡的修復(fù)提供了全新的思路。鑿穴（槽）植生技術(shù)適應(yīng)范圍廣，成本較低，但施工難度較大，植被的多樣性較差，由于槽穴的空間較小，嚴(yán)重限制了植物后期的生長。

（4）飄臺植生綠化。采用工程措施將錨桿呈一定方向錨入高陡巖壁中，錨入深度約1m，外伸約0.5m，與巖壁形成一個“V”型槽，槽內(nèi)填充土壤、營養(yǎng)物質(zhì)、腐殖質(zhì)等材料，充分?jǐn)嚢杌旌虾蠓N植灌木或攀爬植物。也可在槽上安裝模板形成飄臺，使用廢棄的容器固定在飄臺上，在廢棄容器內(nèi)填充植被混凝材料，從而達到綠化的效果。研究了適用于高陡巖質(zhì)坡面的飄臺種植槽技術(shù)，并給出了其在華南地區(qū)的具體應(yīng)用范例，對于高陡邊坡的治理提供了方案。采用噴砼飄臺技術(shù)，解決了礦山及采石場生態(tài)恢復(fù)治理過程中高陡峭邊坡施工難的技術(shù)問題，施工迅速，見效快，同時有效緩解了礦區(qū)內(nèi)存在的地質(zhì)災(zāi)害問題。飄臺植生技術(shù)保水保肥性能較好，但飄臺間隔區(qū)的植被覆蓋率較低，一旦遇到大風(fēng)天氣容易造成局部坍塌。

（5）植生袋綠化。植生袋又名綠化袋，近年來，逐漸演變?yōu)樯鷳B(tài)袋，是一種新興的高陡邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)。多用于地形不規(guī)則的陡坡。其要點首先是制備植被混合材料，將土壤、有機質(zhì)、種子、肥料以及保水材料等充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，然后通過機器將植被混合材料均勻填充在兩層可降解的無紡布中間，并鋪上一層遮陽網(wǎng)，然后縫制成袋狀。沿坡體自上而下進行鋪設(shè)，同時還要通過工程措施使植生袋與巖壁緊密相連。植生袋技術(shù)多用于鐵路、公路等邊坡修復(fù)，可以全面地覆蓋整個坡面，快速達到治理的效果，同時植被的成活率和多樣性較好。永平銅礦采用植生袋技術(shù)進行邊坡復(fù)綠，施工半年后，有效地重建了礦山邊坡的生態(tài)系統(tǒng)，邊坡復(fù)綠的同時還提高了邊坡的穩(wěn)定性。

3.3 科學(xué)設(shè)置截水、排水設(shè)施

在高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)工作中，設(shè)置截水和排水設(shè)施是一項重要的任務(wù)。若邊坡的截水、排水設(shè)備沒有布置好，就很容易造成地表水流進巖體的內(nèi)部，嚴(yán)重影響了巖體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致礦山出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害等情況，前邊的邊坡整治和綠化工作前功盡棄。因此，在充分考察礦區(qū)環(huán)境地形的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理地設(shè)置截水、排水設(shè)施可以有效促進生態(tài)修復(fù)效果。同時，后期應(yīng)定期對設(shè)施進行檢查，確保設(shè)施能正常運行。

4 植被混凝土技術(shù)應(yīng)用研究

植被混凝土結(jié)構(gòu)、植生基層配方分析。

4.1 植被混凝土結(jié)構(gòu)分析

植被混凝土技術(shù)在礦山邊坡生態(tài)修復(fù)的實施利用植生基層和封閉層的雙層結(jié)構(gòu)。封閉層主要對礦層和雨水的接觸進行有效隔絕，避免產(chǎn)生污水，主要厚度可以保持在2cm，對于材料可以采用1：3的水泥砂漿。植生基層主要是對后續(xù)的生態(tài)修復(fù)起到良好的作用，可以保持8cm的厚度，主要有植生基層、水泥砂漿、坡面植物、局部凹凸不平處堆碼生態(tài)袋、鍍鋅鐵絲網(wǎng)和長儲桿結(jié)構(gòu)。

4.2 植生基層配方分析

（1）植生基層配方的主要成分為土壤。土壤在植被混凝土的基材中占據(jù)最大的比例，通常情況下選擇具有良好的水分、養(yǎng)分、熱和氣條件的沙壤土，同時對于沙壤土具有一定的要求，保證沙壤土中的砂粒含量不能超過5%，同時最大的粒徑需要不能超過8mm，土壤中的含水量要低于20%。另外土壤的厚度要全面更好地滿足植物生長發(fā)育的實際需求，對基材層在坡面上能夠有效達到穩(wěn)定要求進行保障，一般情況下土壤的厚度是保持在8cm～12cm。

（2）植生基層配方中的水泥能夠有效地起到膠結(jié)作用，通常情況下對水泥的選擇，需要使用P.O.32.5普通硅酸鹽水泥，或者根據(jù)礦山邊坡生態(tài)修復(fù)工程的實際情況，選擇相適應(yīng)的其他強度等級水泥，充分發(fā)揮水泥的重要作用，保證植被混凝土技術(shù)應(yīng)用的實際質(zhì)量和效率。

（3）植生基層配方中一般選擇使用新鮮的有機質(zhì)，如稻殼、樹枝和秸稈等的粉碎物，這些粉碎物中包含大量新鮮的有機質(zhì)，在使用之前需要進行一定的發(fā)酵處理，或者根據(jù)實際情況選擇草炭土、木纖維等當(dāng)做有機質(zhì)，充分發(fā)揮有機質(zhì)的重要作用。

（4）植生基層中的最重要組成部分是植物的種子，需要根據(jù)礦區(qū)邊坡的具體情況進行全面綜合性分析，選擇合適的植被，提高礦山邊坡生態(tài)修復(fù)質(zhì)量和效率。工作人員選擇合適的植物，結(jié)合灌木、草、藤進行有效結(jié)合的原則，同時需要兼顧景觀，對當(dāng)?shù)氐V山的地質(zhì)、地形地勢、植被生長實際環(huán)境、自然氣候條件等相關(guān)影響因素進行全面綜合性考量，可以采用科學(xué)合理的搭配方法，進行冷、暖兩型混合種子的有效搭配，并且要考慮配置當(dāng)?shù)乜蓢娭膊莘N。另外，植被混凝土噴層中，在封閉層是不包含草種，在植生基層包含草種。

（5）植生基層中的肥料一般選擇復(fù)合肥和有機肥進行有效搭配使用，能夠為草籽發(fā)芽生長的重要階段提供充足的肥力，更好地滿足草籽出苗的實際需求，提升草籽的出苗率和成活率。肥料的使用過程中可以采用1：2的復(fù)合肥：有機肥，對草籽的生長發(fā)育提供科學(xué)合理的肥力。

（6）植生基層中保水劑一般采用吸水樹脂。吸水樹脂作為保水劑能夠有效吸收數(shù)倍自身體積的水分，在植被混凝土中增加適量的吸水樹脂，能夠明顯的提升噴播層中的抗旱功能，充分發(fā)揮吸水樹脂在植生基層中的重要作用，取得顯著的應(yīng)用效果。

5 植被混凝土技術(shù)在礦山邊坡生態(tài)修復(fù)中施工工藝

5.1 坡面清理工作

施工現(xiàn)場需要專業(yè)技術(shù)人員進行精準(zhǔn)的測量放線，可以采用白灰當(dāng)做標(biāo)記，有利于更加精準(zhǔn)的布孔。測量放樣工作有效完成之后，需要做好坡面清理工作，對于礦區(qū)邊坡的實際情況進行實地考察，對于存在明顯突出的巖石進行全部有效地擊落，工作人員可以選擇鐵鍬對邊坡上的雜物進行全面清除，同時可以人工操作對施工現(xiàn)場的雜草進行清理，保證施工現(xiàn)場的干凈整潔。工作人員可以從上向下的進行清除作業(yè)的開展，對松動巖石和雜草、雜物進行全面清除，同時對邊坡坡面的轉(zhuǎn)角處和坡頂?shù)睦饨遣捎脤I(yè)技術(shù)進行修整，保證其呈現(xiàn)出弧形，最大限度地保證施工作業(yè)面的干凈平整。坡面中存在比較低洼的現(xiàn)象，可以采用覆土夯實回填的方法，或者采用填充生態(tài)袋，保證施工作業(yè)面凹凸度平均±10cm，最大的凹凸度不能超高±15cm。

5.2 安裝錨釘工作

施工人員需要根據(jù)設(shè)計深度和角度要求開孔?？梢圆捎忙?0的鉆孔機進行準(zhǔn)確的鉆孔，在開孔之后進行錨釘?shù)姆胖?。錨釘選擇可以采HRB400直徑18mm的螺紋鋼筋，同時對材料進行防腐處理。錨釘可以使用1：2的水泥砂漿進行有效固定，保證灌漿的飽滿密實。錨釘?shù)目v橫向的實際間距可以保持在2m，同時可以根據(jù)邊坡四周、低凹位置和節(jié)理、縫隙發(fā)育位置的實際情況進行分析，對鋼筋的間距進行適當(dāng)調(diào)整。另外，錨桿和坡面的布置呈現(xiàn)垂直狀態(tài)，將主錨桿和輔助錨桿進行交叉布置，對于輔助錨桿Φ14，在孔內(nèi)注入M30水泥漿，將錨釘在外露出的長度保持在8cm，將排水孔間距保持在3m×3m，在施工過程中發(fā)現(xiàn)具有明顯滲水點的位置應(yīng)該設(shè)置憑空排水管進行引導(dǎo)。

5.3 鍍鋅鐵絲網(wǎng)鋪設(shè)工作

施工過程中選擇菱形網(wǎng)孔規(guī)格為5cm×5cm、直徑是2.5mm的鍍鋅鐵絲網(wǎng)，對于網(wǎng)片的鋪設(shè)可以采用從上到下的方式開展工作，對于鐵絲網(wǎng)之間的重疊部分不能低于10cm，同時應(yīng)用18#的鐵絲進行有效綁扎，對于錨釘接觸中也要采用18#鐵絲將其進行牢固綁扎，同時和坡面保持在3cm～5cm的距離，或者采用墊塊進行支撐。

5.4 噴植植被混凝土

植被混凝土主要分成封閉層，具有2cm的厚度，植生基層，具有8cm的厚度。施工人員利用噴錨機對植被混凝土進行噴植，可以分成3次進行實踐操作，第一次對于封閉層進行噴射，厚度保持在2cm，使用的材料主要是1：3水泥砂漿；第二次對植生基層進行噴射，厚度爆出在6cm，其中噴射種子含量占據(jù)種子總量的70%；第三次進行植生基層的噴射，厚度保持在2cm，種子的含量占據(jù)總量的70%。

5.5 養(yǎng)護工作

植被混凝土在噴播結(jié)束之后，需要后續(xù)進行有效地養(yǎng)護工作，進行植物澆水，在基層表面鋪設(shè)16g/m2的無紡布，可以使用固定式噴管系統(tǒng)，結(jié)合自然降水量，制定合理的灌溉時間，更加滿足植被生長發(fā)育的實際需求，同時對植物種子發(fā)芽的實際情況進行及時觀察，保證植物種子的出芽率。養(yǎng)護人員對于坡面局部出芽不齊的情況進行適當(dāng)?shù)难a植工作，對于補種沒有成活的苗木進行及時更換。

植被混凝土在養(yǎng)護工作期間需要進行科學(xué)的澆水灌溉、肥料管理和病蟲害防治，保持一年時間的養(yǎng)護作業(yè)。養(yǎng)護人員根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況對于苗木可能存在的病蟲害進行病理研究，制定針對性的策略進行有效地病蟲害防治，最大限度地減少苗木受到病蟲害的損壞，降低植被的出芽率和成活率，保證病蟲害防治工作的質(zhì)量和效率。另外，植被種子在出芽之后，部分坡面存在被鳥啄食的現(xiàn)象，采用適當(dāng)?shù)尿?qū)鳥措施，同時在當(dāng)?shù)責(zé)o降水的情況下，科學(xué)合理的澆水，保證坡面濕潤，不能造成水分過量，促進水分換面的在基質(zhì)中滲透。養(yǎng)護人員在實踐養(yǎng)護作業(yè)中要根據(jù)植被生長的實際情況，選擇相應(yīng)的肥料，按照一定的用量進行合理施肥，為植物生長發(fā)育提供充足的肥力，保證植物健康茁壯成長，提升植物混凝土技術(shù)使用的實際成效。

6 結(jié)語

近年來，開展礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作逐漸得到了社會及企業(yè)的重視。高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)工程是一項涉及多學(xué)科的復(fù)雜工作，針對不同巖體結(jié)構(gòu)的高陡邊坡，分析其可能存在的破壞模式，進行穩(wěn)定性評價和工程治理，科學(xué)合理地選擇不同模式的生態(tài)修復(fù)技術(shù)可以準(zhǔn)確、高效地達到礦山地質(zhì)環(huán)境生態(tài)修復(fù)的目的。除此之外，越來越多的科研工作者將高分子材料學(xué)、植物學(xué)、動物學(xué)等引入該領(lǐng)域，研究實施新型的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，并應(yīng)用于實際，不斷進行優(yōu)化和改進。