廢棄礦山高陡鏡面巖體生態(tài)修復(fù)治理措施研究

文章編號(hào)：1674-6139（2025）06-0167-06

中圖分類號(hào)：X171.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Study on Ecological Restoration and Treatment Measures of HighSteep MirrorRock Mass in Abandoned Mine

Kang Xiangyang’，Huang Xinyu1，Zi Yong1，Shi Chong2，Zhang Cong2 （1.CNNC Geo-Ecological Technology Co.，Ltd，Beijing 100010，China; 2.Geotechnical Research Institute，Hohai University，Nanjing21Oo98，China）

Abstract：AbandonedminesseriouslyafectthenaturalenvironmentaroundthecityWithouttimelytreatment，itisasytoleadto continuousdeteriorationofecologicalenviroentBasedonthecologicalrestorationproectofanabandoedmineinBeijinghecom prehensive protection and treatment measures of“ geocell + FSA spraying-seeding”were proposed，aiming to solve the dificult problem ofecologicaleviroentmangeentofgheeporockass.Tecostructiotechologandechicalequirementsofiet stagesofecologicalstoationdtreaentofeseresstematicallalydndetramntctasompreesielyevalu ted.Theresearchsowsthatteproposedshemecanralizethereconstructionofthesoillayerofteighstpockslope，ffectively improvetheeologicalgologicalnvirontofteexposdmiorockassinsortpriodoftieTesurvialateofspradplants can reach more than 85% and the vegetation coverage rate can reach 90% after two years of the treatment of the damaged mountain surface，whichhasiedagodcoloicalprotetionectTersearchsultscanproideferenceforologicalrestoratioofrock slopes in similar mines.

Keywords：abandoned mines；mirrored rock mass；ecological restoration；geocell；FSA spraying-seeding

前言

礦產(chǎn)資源對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展至關(guān)重要，但是高強(qiáng)度、大規(guī)模的采礦活動(dòng)造成了一系列的生態(tài)環(huán)境問題[1-2]。鏡面巖體屬于一種特殊巖質(zhì)邊坡，特點(diǎn)是裂隙不發(fā)育，植物不易存活，生態(tài)環(huán)境修復(fù)難度較大[3-4]。圍繞礦山生態(tài)修復(fù)問題國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了一些研究。凌秀權(quán)等[5]采用長(zhǎng)袋法對(duì)某廢棄礦山生態(tài)修復(fù)工程進(jìn)行治理，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可提升裸露山體的植被覆蓋率。李冰美[等研究表明綠化基質(zhì)是礦山邊坡生態(tài)修復(fù)當(dāng)中重要的影響因子。ALDAY[7]等對(duì)廢棄礦山修復(fù)后生態(tài)演替規(guī)律進(jìn)行了研究分析。王耀建等[8提出利用噴混植生技術(shù)進(jìn)行邊坡修復(fù)，可以控制水土流失。郭東升等對(duì)客土噴播技術(shù)的作用原理、優(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行了分析，并將該技術(shù)應(yīng)用于礦山生態(tài)治理工程，取得了良好的生態(tài)防護(hù)效果。羅藝偉[10]應(yīng)用三維植被網(wǎng)護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能有效改善裸露山體的生態(tài)面貌。

通過上述可知，礦山生態(tài)治理領(lǐng)域取得了一定成果，但是對(duì)于高陡鏡面巖體生態(tài)修復(fù)問題研究較少，工程經(jīng)驗(yàn)匱乏，亟待總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行解決。文章以北京某廢棄礦山生態(tài)修復(fù)工程為背景，運(yùn)用“土工格室 + 團(tuán)粒噴播\"技術(shù)重建破損山體邊坡生態(tài)系統(tǒng)，取得了良好的治理效果。

1 工程概況

依托工程位于北京市昌平區(qū)，距昌平中心城區(qū)7.5km ，位于京藏高速西側(cè)，屬于歷史遺留廢棄礦山。治理區(qū)屬于暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸季風(fēng)氣候區(qū)，平均氣溫為 11～12^°C ，年平均降雨量為 570.12mm ，降雨多集中在7、8月份，占總降雨量的 60%～70% 。治理區(qū)地勢(shì)西北高、東南低，區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)海拔 268m， 最低點(diǎn) 137m ，相對(duì)高差 131m ，屬丘陵地貌。裸巖坡面垂直高度 130m ，斜面高度 180m ，巖面坡度均在45度以上。坡面灰白色，局部有凹腔、危石，坡體主要為白云質(zhì)灰?guī)r，局部出露花崗片麻巖，白云質(zhì)灰?guī)r呈中風(fēng)化；花崗片麻巖灰黃色，強(qiáng) ～ 中風(fēng)化，邊坡植被整體發(fā)育較差。

由于人類采石的嚴(yán)重干預(yù)，采石場(chǎng)原有的自然地貌及植被遭到了嚴(yán)重破壞，城市景觀受到巨大影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及三維激光掃描成果，山體中部邊坡存在大量鏡面巖體區(qū)域，將邊坡裸露鏡面巖體分為 A，B，C，D，E，F(xiàn) 六個(gè)區(qū)域，總面積約為37900m² ，如圖1所示。鏡面巖體區(qū)域植被基本不發(fā)育，地質(zhì)條件較差，山體生態(tài)環(huán)境問題受到了巨大影響，亟需采取措施進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。

2生態(tài)修復(fù)技術(shù)措施

該生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目最大的技術(shù)難點(diǎn)在于對(duì)邊坡裸露鏡面巖體進(jìn)行植被復(fù)綠，原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）邊坡所處位置地形高陡且存在碎石、危巖體，在自身重力、降水作用下極易產(chǎn)生崩塌、墜石現(xiàn)象；（2）坡面巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r，巖石堅(jiān)硬光滑、裂隙不發(fā)育且難以保留水分，客土極易剝蝕，致使植物根系無法生長(zhǎng)；（3）高陡鏡面巖質(zhì)邊坡修復(fù)技術(shù)目前還沒有很好的工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，加之當(dāng)下無法對(duì)擬采用的技術(shù)措施進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，存在生態(tài)修復(fù)失敗的可能性。

綜上所述，對(duì)多種治理方案進(jìn)行比選，最終確定“土工格室 + 團(tuán)粒噴播”修復(fù)方案對(duì)山體裸露鏡面巖體進(jìn)行了生態(tài)修復(fù)。該治理方案相較于常規(guī)生態(tài)修復(fù)技術(shù)增加了土工格室、植生槽密度及團(tuán)粒噴播厚度等綜合技術(shù)措施?？傮w修復(fù)工藝流程為：邊坡整治 $$ 開設(shè)根系引導(dǎo)孔并刻槽 孔內(nèi)填充營(yíng)養(yǎng)袋 $$ 鋪設(shè)土工格室 客土噴播 $$ 坡面掛金屬防護(hù)網(wǎng) $$ 分層噴播營(yíng)養(yǎng)基層 $$ 噴播種子層 $$ 鋪設(shè)椰紅毯（噴播防沖刷層） $$ 養(yǎng)護(hù)。邊坡典型修復(fù)斷面見圖2。

2.1土工格室 + 團(tuán)粒噴播修復(fù)技術(shù)

土工格室是高強(qiáng)度材料HDPE條帶焊接而成，對(duì)土壤可提供很好的防側(cè)向位移力，具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）能夠有效固定土壤，防止高陡邊坡水土流失；（2）格室之間帶有排水孔，能夠提供植物生長(zhǎng)所需的水分、養(yǎng)分，保證植物良好的生長(zhǎng)環(huán)境；（3）網(wǎng)格連接簡(jiǎn)單快捷，格室大小可隨意調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的地質(zhì)條件，可合理調(diào)整格室尺寸。團(tuán)粒噴播是采用特定的噴播設(shè)備，將富含種植土、有機(jī)復(fù)合肥、保水劑、粘合劑、植物種子等復(fù)合材料噴播到山體邊坡上，從而發(fā)生團(tuán)粒反應(yīng)形成具有理想土壤結(jié)構(gòu)的一種工程技術(shù)。該土壤培養(yǎng)基抗侵蝕能力強(qiáng)，有良好的保水性和透氣性，既能防止水土流失，又有利于植物生長(zhǎng)?！巴凉じ袷?+ 團(tuán)粒噴播”生態(tài)修復(fù)技術(shù)充分結(jié)合了二者的優(yōu)勢(shì)，能夠有效解決高陡鏡面巖體邊坡生態(tài)復(fù)綠的技術(shù)難題，提高該類礦山生態(tài)修復(fù)的成功率。

2.2 邊坡整治

山體裸露邊坡為順層邊坡，邊坡長(zhǎng)約 700m ，坡度較陡。坡體節(jié)理裂隙較發(fā)育，多為卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙，邊坡散落分布浮石，局部有凹腔、危石。出于施工安全的考慮，首先要對(duì)高陡邊坡進(jìn)行必要的邊坡整治，如圖3所示。具體整治方法為：（1）坡面定點(diǎn)放線，按設(shè)計(jì)高度與坡率自高向低清理;（2）清理方式以機(jī)械填挖為主，人工為輔，高挖低填，采取就近平衡原則；（3）開挖或回填至設(shè)計(jì)高度 ±0.5m 時(shí)，應(yīng)采取人工方式作業(yè)，以保證在設(shè)計(jì)覆土厚度0.3m 內(nèi)土質(zhì)疏松，便于種植;（4）坡面清理后測(cè)量與設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，并確保邊坡穩(wěn)定性滿足要求。對(duì)于坡面局部存在的高陡渣坡可以采用削坡措施，以緩解坡面降低渣坡坡度，提高邊坡穩(wěn)定性，從而達(dá)到綠化用地的基本標(biāo)準(zhǔn)，廢渣可清運(yùn)至地形低洼處填埋。經(jīng)過處理后的邊坡更適合植被根系發(fā)育生長(zhǎng)，為防止降雨的沖刷，在山體頂部設(shè)置了截水溝，從而提高了邊坡的穩(wěn)定性。

2.3修復(fù)工藝流程設(shè)計(jì)

在對(duì)鏡面巖體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時(shí)，首先要開設(shè)均勻交錯(cuò)排列的根系引導(dǎo)孔，根系引導(dǎo)孔用風(fēng)鉆在巖面鉆孔，孔深約 0.5m ，直徑 0.05m ，每平米布設(shè)4個(gè)根系引導(dǎo)孔。然后在巖面上進(jìn)行刻槽（如圖4（a）所示），刻槽使用風(fēng)鎬進(jìn)行破除，近似圓形，槽深0.2m ，直徑 0.3m ，每平方米設(shè)置一個(gè)巖石槽穴，在開設(shè)好的根系引導(dǎo)孔內(nèi)填充營(yíng)養(yǎng)袋，營(yíng)養(yǎng)袋由土工布制成，袋內(nèi)裝有草炭土、保水劑、緩釋肥、珍珠巖、蛭石、腐殖土、纖維、微生物等營(yíng)養(yǎng)混合物。坡面上的植物根系可以通過根系引導(dǎo)孔進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的汲取，水分、礦物質(zhì)又可以通過根系引導(dǎo)孔隨時(shí)流人基質(zhì)層進(jìn)而補(bǔ)充基質(zhì)層的養(yǎng)分。這種結(jié)構(gòu)將鏡面巖體與外界基質(zhì)層之間的封閉格局打破，并且在交換的過程中補(bǔ)充了基質(zhì)層的營(yíng)養(yǎng)成分，使得巖石表面營(yíng)養(yǎng)基層的養(yǎng)分得以補(bǔ)充，進(jìn)而保持了坡面上生態(tài)層的生長(zhǎng)效果，同時(shí)坡面通過加糙處理，對(duì)于后期邊坡水土保持也起到了良好的效用。

在已刻槽的鏡面巖體上鋪設(shè)土工格室（如圖4（b）所示），為避免施工過程中對(duì)土工格室結(jié)構(gòu)造成破壞，鋪設(shè)時(shí)應(yīng)盡量貼緊掌子面，土工格室采用錨桿固定。土工格室鋪設(shè)完成后進(jìn)行客土噴播，客土噴播前先進(jìn)行灑水待巖體濕潤(rùn)后再噴播，噴播厚度約為10cm 左右。客土噴播后坡面鋪設(shè)金屬防護(hù)網(wǎng)（如圖4（c）所示），金屬防護(hù)網(wǎng)在噴播時(shí)起到骨架和固定作用，可防止鋪設(shè)好的土工格室發(fā)生滑落、破壞等問題。金屬防護(hù)網(wǎng)采用正六邊形，材料為單層14號(hào)加塑鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)目邊長(zhǎng)不大于 5cm ，網(wǎng)間搭接不小于 20cm 。鋪設(shè)時(shí)由上向下鋪設(shè)，由錨桿固定，錨桿間用鋼筋和鐵絲網(wǎng)連接進(jìn)一步加固。

圖4

金屬防護(hù)網(wǎng)鋪設(shè)好后通過噴射植物營(yíng)養(yǎng)基層制造植物生長(zhǎng)基礎(chǔ)，植物營(yíng)養(yǎng)基層包括泥炭土、水、當(dāng)?shù)胤释痢⒈Ｋ畡⒄澈蟿┑炔牧?，營(yíng)養(yǎng)基層噴射厚度約為 10cm 左右。然后在營(yíng)養(yǎng)基層表面上進(jìn)行團(tuán)粒種子層噴播（如圖4（d）所示），種子層為充分混合攪拌后的草本、灌木混合物，種子選用耐寒耐旱、耐貧瘠植物，噴播厚度約為 2cm 。為防止高陡邊坡雨水沖刷，保障種子能夠順利出牙生長(zhǎng)，在噴播層表面加鋪一層椰絲生態(tài)保護(hù)毯（如圖4（e）所示）。噴播后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)遵循“少量多次”的原則。為確保后期養(yǎng)護(hù)灌溉具有充足的水源，治理區(qū)設(shè)置了三座蓄水池，在山體全坡面布設(shè)微噴系統(tǒng)（圖4（f）所示），單個(gè)微噴點(diǎn)覆蓋半徑為 2m～5m 。團(tuán)粒噴播后適當(dāng)養(yǎng)護(hù)30天后植被覆蓋率達(dá)到 60% ，半年后整個(gè)綠化坡面植被覆蓋率可達(dá) 90% 左右。

3 治理效果評(píng)價(jià)

前期對(duì)山體裸露邊坡進(jìn)行了坡面清理與渣坡整治，中期根系引導(dǎo)孔、土工格室以及金屬防護(hù)網(wǎng)技術(shù)措施的應(yīng)用，后期土壤營(yíng)養(yǎng)基層與種子層的噴播，完成了對(duì)邊坡鏡面巖體土壤層的重塑。山體坡頂設(shè)置的截水溝與坡面椰紅毯防護(hù)措施的應(yīng)用，能夠有效防止植物營(yíng)養(yǎng)基和草籽受到雨水的沖刷，治理區(qū)布設(shè)的微噴灌溉系統(tǒng)又能夠提供充足的水源以滿足植物生長(zhǎng)所需的水分。

“土工格室 + 團(tuán)粒噴播”生態(tài)修復(fù)技術(shù)首次在該項(xiàng)目應(yīng)用，取得了良好的景觀治理效果。坡面修復(fù)工程于2019年4月底竣工，為更好地分析高陡鏡面巖體治理后的效果，對(duì)實(shí)際的噴播情況進(jìn)行了為期2年的跟蹤記錄，坡面整體和局部治理效果如圖5所示，鏡面巖體治理技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能如表1所示。從圖5治理結(jié)果可以看出，邊坡裸露鏡面巖體治理效果良好，噴播植被生長(zhǎng)茂盛，山體破損面生態(tài)環(huán)境得到有效改善。由表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，在治理完成兩年后，邊坡破損面基本實(shí)現(xiàn)了 90% 覆蓋綠化，鏡面巖體植被生長(zhǎng)良好，噴播植物存活率達(dá)到 85% 以上，在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到了修復(fù)破損山體的目的。治理完成后山體經(jīng)歷了數(shù)次大風(fēng)強(qiáng)降雨，未出現(xiàn)水土流失、山體滑坡等現(xiàn)象，邊坡設(shè)置的土工格室、坡面金屬防護(hù)網(wǎng)等技術(shù)措施未發(fā)現(xiàn)破環(huán)的情況。由此可見，通過\"土工格室 + 團(tuán)粒噴播”生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)的應(yīng)用，成功實(shí)現(xiàn)了礦山裸露鏡面巖體的生態(tài)恢復(fù)和重建，提升了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量，有效解決了原始地形地貌破壞、地質(zhì)災(zāi)害等問題，保護(hù)了新地形地貌和生態(tài)環(huán)境的完整性，反映出良好的生態(tài)修復(fù)效果。該項(xiàng)目的順利完成亦為成功舉辦北京世園會(huì)、冬奧會(huì)營(yíng)造了良好的外部環(huán)境。

4結(jié)論

文章針對(duì)北京某廢棄礦山采石場(chǎng)項(xiàng)目，開展高陡鏡面巖體生態(tài)修復(fù)治理措施的研究，提出了“土工格室 + 團(tuán)粒噴播”綜合治理技術(shù)，對(duì)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：通過采用“土工格室 + 團(tuán)粒噴播”綜合治理措施對(duì)裸露巖質(zhì)邊坡進(jìn)行治理，完成了對(duì)鏡面巖體植物營(yíng)養(yǎng)基層的重塑，打破了鏡面巖體與團(tuán)粒種子之間的封閉格局，最終實(shí)現(xiàn)了高陡鏡面巖質(zhì)邊坡植被復(fù)綠?；诂F(xiàn)場(chǎng)跟蹤記錄結(jié)果，治理后的山體裸露巖質(zhì)邊坡植被覆蓋率達(dá)到90% 左右，團(tuán)粒噴播植物存活率達(dá)到 85% 以上，治理區(qū)經(jīng)歷數(shù)次強(qiáng)降雨后未出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象，植被生長(zhǎng)良好，實(shí)現(xiàn)了在短期內(nèi)修復(fù)破損山體、提升生態(tài)環(huán)境的目的。介紹了“土工格室 + 團(tuán)粒噴播”生態(tài)修復(fù)技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，系統(tǒng)分析了治理過程中不同階段施工工藝流程和技術(shù)要求，為后續(xù)開展類似巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)工作提供了技術(shù)依據(jù)。

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