客土噴播技術在高海拔高寒露天礦山領域的實踐與應用

付啟剛

（甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司西溝礦，甘肅 嘉峪關 735100）

1 引言

生態(tài)環(huán)境是礦山企業(yè)生存和發(fā)展的前提，隨著經濟的不斷發(fā)展，環(huán)境問題已經成為世界各國無法規(guī)避的重要問題，尤其我國礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理問題更值得我們深慮。礦山作為環(huán)境恢復治理責任主體，當務之急必須對已破壞的生態(tài)環(huán)境開展修復，而在生態(tài)環(huán)境恢復中如何有效地對已破壞的危險陡峭的棄渣山坡面開展治理更是成為一項亟待解決的課題。由于礦山高陡邊坡存在坡度陡峭、水土流失嚴重等惡劣地形地貌條件，導致山體表層植被難以在短期之內自然恢復并形成植物群落，采用工程手段對其進行治理，又受到氣候、資金等多重因素制約，因此已成為礦山生態(tài)修復工作中的難題和焦點[1]。

酒鋼西溝礦位于嘉峪關市西南方向約43 km處的祁連山北麓肅南裕固族自治縣境內，平均海拔2 800 m，工業(yè)場地和采場分布于海拔2 000～3500 m的高寒山區(qū)?？v觀全礦區(qū)的地勢，具有東高西低的特點，西溝礦區(qū)內最高海拔3 588 m，最低海拔2 873 m，相對高差715 m，屬溫帶大陸性氣候帶祁連山高寒半干旱氣候，本地區(qū)多年平均氣溫7.0～8.1℃，每年10月至次年的5月為干寒期，極端最低氣溫-31.6 ℃；6—9月為干熱高溫期，極端最高氣溫38.6 ℃。多年平均降水量85.4～181.8 mm，降水多集中在6—9月，這個期間的降水量占全年降水量的81%左右。多年平均蒸發(fā)量2 205 mm，主要集中在6—9月，10月下旬至下一年5月上旬為凍結期，最大凍土深度1 400 mm。礦區(qū)氣候主要特點是四季變化不甚明顯，冬春季長而冷，夏秋季短而涼爽。植物的生長周期短，不利用被破壞歷史遺留渣坡面的生態(tài)環(huán)境恢復治理。

2 試驗材料和試驗方法

2.1 客土噴播技術的應用

客土噴播技術是一種相對較為普遍且適用的植被恢復治理方法，在各綠化領域迅速推廣和應用，目前已經成為道路邊坡植被綠化防護、河岸生物防護、綠地重建、礦山地質環(huán)境治理等方面的有效植被種植方法。此方法可較好地用于無土、無巖土、無砂的有機土壤表面，也可用于運輸、噴灑由土壤、種子、肥料等添加劑組成的混合物，是目前較為理想的生態(tài)修復方式。同時，客土噴播技術也有效解決了投入成本高、參與人員多、作業(yè)過程復雜等方面的缺點。

2.2 客土噴播技術的原理

客土噴播是當前礦山領域應用最快捷、最普遍、見效快、成本最低的生態(tài)環(huán)境恢復治理方法。原理就是通過專業(yè)的噴射機械，將攪拌均勻的“基層材料”（采用當?shù)胤N植土，摻入一定量的種子、緩效性肥料、保水劑、黏結劑、pH調節(jié)劑、水等），噴射到經過處理后穩(wěn)定的巖質坡面上，形成一定厚度的土層和綠化基質，為植被生長創(chuàng)造適宜的立地條件，從而實現(xiàn)裸露坡面植被恢復的目的[1-3]。在土壤被改良的同時，覆蓋物借助水溶液的黏合性和纖維物的混合性相互作用并附著在坡面，這樣既能夠保證原渣坡面的水分和養(yǎng)分，也是種子生長發(fā)芽的基礎，還有利于環(huán)境的恢復、土壤的改善、水土的流失、生態(tài)的變化，恢復被破壞生態(tài)區(qū)域的自然植被，如圖1所示。

圖1 客土噴播實施后效果圖

2.3 客土噴播技術具體實施流程

首先對高陡的渣坡面通過挖掘機等設備自上而下進行預處理，開展刷幫、削坡減載、清理大塊巖石、平整及分臺階等工作，改善邊坡輪廓形狀。然后，在修整好的坡面上開挖排水溝槽、掛網，加強坡體的疏水和排水。其次，在坡面上均勻鋪墊腐殖土，并將選用好的草籽、黏合劑、保水劑、草纖維、羊糞、類壤土基質等（類壤土基質中包括上繁草、下繁草和高羊茅等草籽），通過與清水充分攪拌混合后，用噴播機的壓力泵將其噴播在需要治理的坡面上。為了防止被雨水沖刷和陽光照射，再用稻草墊覆蓋至已施工完畢的高陡坡面上。最后，通過輸水管道引至修復后的渣坡面上進行微噴養(yǎng)護，從而實現(xiàn)對治理坡面自然植被的恢復生長，如圖2所示。

圖2 客土噴播技術工藝流程圖

2.4 客土噴播技術的具體實施方法

2.4.1 坡面平整

為保證歷史遺留高陡渣坡面的安全穩(wěn)定，為后期的環(huán)境恢復治理提供條件，首先在客土噴播前對渣坡面通過挖掘機等設備和人工進行全面削坡減載，清除坡面所有突兀的巖石、碎石和其他可能使網在地面被頂起的障礙物，保證噴播掛網與坡面的平整[4]。

2.4.2 坡面穩(wěn)定

坡面穩(wěn)定有2種方法，根據(jù)實際情況合理選擇，一是為保證歷史遺留高陡渣坡面的穩(wěn)定，進行放坡處理，利用兩級馬道的卸荷作用分散渣坡面的下滑力，同時減小歷史遺留渣坡面的坡度，增強其穩(wěn)定性；二是對渣坡面進行“削坡減載”，改善邊坡輪廓形狀，從而提高邊坡的穩(wěn)定性。

2.4.3 對較陡渣坡面實施掛網處理

通過掛網增加噴播基材附著穩(wěn)定性。掛網主要采用高強塑料土工網或鍍鋅鐵絲網，網孔的規(guī)格基本上選擇100 mm×100 mm。坡面較硬的地方使用沖擊鉆按1 m×1 m的間距設置梅花形錨桿，錨桿長度為800～1 200 mm，錨釘長度約200～400 mm。掛網采用自上而下的方式進行，平行的兩卷土工網或鐵絲網通過綁絲相互連接，交叉的兩網之間保持100～150 mm的重疊，每平方米不少于8只錨釘，坡面與網子之間還要留存間隙且布置均勻。對于陡坡面合理采用稻草繩編織在網子的表面，目的就是增加其附著力，使坡面土的厚度得到有效保證，這種方法可以使客土能夠在渣坡表面形成永久的附著力和實現(xiàn)治理區(qū)域的條塊管理。

2.4.4 修筑截排水溝

治理區(qū)若沒有排水設施，每逢降雨特別是大雨天氣，低洼處容易被雨水沖刷形成溝壑，水土流失嚴重。為防止雨水在坡面流動過程匯集對坡面的集中沖刷和土壤養(yǎng)分流失,在距坡頂邊緣線1 m處設置種植池作為截水溝起到擋水作用，減輕大氣降水形成的坡面流對坡面的沖刷[5]。同時，為了防止山體和坡面被雨水沖刷形成地表徑流，要在廢棄渣坡面的上方挖掘一條橫向截排水渠或抬高坡頂?shù)慕嵌?，使渣坡面上部的徑流水向邊坡面的兩側和底部流淌，避免坡面上的植被因雨水沖刷而影響正常的生長。

2.4.5 選擇草籽

西溝礦地處祁連山北麓，高寒高海拔，冬長夏短，降水量少，植被的生存期較短，選擇適合當?shù)貧夂驐l件下易于生長的草種至關重要。通過對周邊草本市場的比對化驗以及市草籽供求方面的實地調查，最終選擇了上繁草中披堿草籽和下繁草中的扁穗冰草籽、高羊茅，其優(yōu)勢就是不選土壤、不挑區(qū)域，具有較強的抗旱及抗寒性。

2.4.6 草籽播種前浸泡及晾曬

草籽浸泡是一種提高出芽率的方法，這樣做的目的是激活種子，讓種子更好地發(fā)芽。首先，將種子浸泡在溫度為20～30 ℃的水中，浸泡時在水中摻加生根劑，浸泡時間為24 h。然后在室內控干水分進行晾曬一天，晾曬的溫度保持在18～28 ℃。晾曬后的種子及草籽就可以做噴播使用了。

2.4.7 平整區(qū)腐殖土的選取

結合西溝礦業(yè)公司的土壤實際情況，選取了在采場開采過程中巖石夾含的土壤篩取后作為基土。對于腐殖土來說，粒徑不應過大，應選擇周邊較肥沃的土質為宜，保證土壤的含鹽量低于1%、pH控制在5～7，這樣更有利于提高植被的成活率。對于顆粒較大的腐殖土需要用孔徑為2 mm×3 mm篩土機進行篩選，保證土壤粒徑適當，滿足渣坡面覆土的要求。

2.4.8 客土噴播

客土噴播就是將上繁草、下繁草和高羊茅草籽按照3∶2∶1比例進行混合，再將草籽、灌木種子、鋸末、黏合劑、保水劑、草纖維及羊糞等按一定比例攪拌均勻，通過噴播機的壓力泵噴播在掛有鐵絲網的坡面上。噴播的厚度可根據(jù)坡面的實際情況控制在100～200 mm。為保證噴播后的種子不被雨水沖刷，再使用稻草墊進行覆蓋，這樣即可保溫保濕又可以避免太陽照射[6]。

2.4.9 噴淋系統(tǒng)安裝

在坡面治理區(qū)域的上部架設水罐連接DN75PE管為主水管線，坡面鋪設DN25PE管為支管，按照2 m間距安裝配套的噴淋裝置，對修復治理區(qū)域進行微噴澆灌。

2.4.10 坡面養(yǎng)護

種子從出芽到幼苗期間要微噴養(yǎng)護，保持坡面土壤的潮濕。通過井下裂隙水經過水池沉淀過濾，管道引至噴播后的渣坡面，同時借助時間繼電器實現(xiàn)自動控制水閥門的啟停，從而達到對恢復治理坡面的微噴灑水。從開始每天的早、中、晚各噴灑一次，幼苗生長至50 mm以上可逐漸減少微噴的頻次，為了保證植被的正常生長速度，還要定期對坡面進行施肥（主要以化肥、有機羊糞為主）。在噴播完成后的一個月內，還應全面檢查草種的生長情況，發(fā)現(xiàn)問題及時糾偏。如果植物出苗在2個月內的覆蓋率未能達到75%，則必須進行補噴，確保整體生長率。一般養(yǎng)護期限滿一年，植物的養(yǎng)護效果達到最佳[7]，如圖3所示。

圖3 坡面治理效果

3 試驗結果

通過客土噴播技術完成了西溝礦2 880 m水平斜坡道硐口廢棄渣坡面的治理，對坡面進行了削坡減載，最終形成了四層階梯式穩(wěn)定臺階，并在坡面和臺階上覆土、植被、覆蓋稻草墊，架設噴淋系統(tǒng)進行人工養(yǎng)護；其次，實施了西溝礦采場3 242 m水平廢棄渣坡面的治理，共客土噴播土方約430 m、噴灑羊糞鋸末和草纖維共計3.85 t，播撒披堿草、扁穗冰草、高羊茅等草籽約300 kg，架設用于養(yǎng)護的噴淋管線約800 m，恢復治理面積約17 980 m2。最后，也完成了A系統(tǒng)回風平硐口廢棄渣坡面的生態(tài)恢復治理，坡面通過削坡減載形成四層穩(wěn)定式臺階，治理面積約7 525.71 m2。通過實踐驗證在高寒高海拔礦山實施渣坡面的客土噴播技術，保證了治理區(qū)域的植被成活率達到了82%以上。

4 試驗結果分析

西溝礦地處高海拔高寒地區(qū)，生態(tài)屏障脆弱、自然環(huán)境惡劣，部分區(qū)域很難依靠自然修復原貌，所以絕大部分區(qū)域通過人為干預進行生態(tài)治理恢復。針對西溝礦廢棄渣坡面區(qū)域實際情況，首先，對坡面進行預處理，開展對坡面的刷幫、平整、削坡減載及分臺階等工作，改善邊坡輪廓形狀。然后在坡面上開挖排水溝槽、掛網，加強坡體的疏水和排水。其次，在休整后的“一”字型坡面上將選用的草籽、黏合劑、保水劑、草纖維及羊糞等有機肥料，通過與清水充分攪拌混合后，用噴播機的壓力泵將其噴播在需要治理的坡面上。類壤土基質中包括上繁草、下繁草和高羊茅等草籽。最后利用井下的裂隙水通過水池沉淀過濾、輸水管道引至修復后的廢棄渣坡面，同時借助時間繼電器實現(xiàn)控制水閥門的啟停，從而達到對恢復治理坡面植被的灌溉澆水。通過以上舉措能夠有效遏制生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，恢復被破壞區(qū)域的自然植被，控制水土流失，使礦山地質生態(tài)環(huán)境改善步入良性循環(huán)軌道。

5 結論

通過實施削坡減載、改善邊坡輪廓、植被恢復等措施，消除了雨季泥石流的影響，有效防止了渣堆邊坡發(fā)生滑塌等地質災害，提高了山體的穩(wěn)定性和安全性，遏制了治理區(qū)域生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，恢復被破壞區(qū)域的自然植被，控制水土流失，使礦區(qū)地質生態(tài)環(huán)境進入良性循環(huán)軌道。將西溝礦打造成為規(guī)劃合理、景觀別致、環(huán)境優(yōu)美、具有良好的經濟與社會效益的綠色礦山。

實施過程安全可靠、技術可行、施工簡便、經濟合理、效果良好，經實踐適用于礦山各種類型的廢棄渣坡面的生態(tài)恢復治理。修復后只需要1～2個周期的人工養(yǎng)護，便可形成長期穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。