凹山采场高陡边坡生态再造实践

张启文 黄克斌 揣 新

(马钢集团南山矿业公司)

·安全·环保·

凹山采场高陡边坡生态再造实践

张启文 黄克斌 揣 新

(马钢集团南山矿业公司)

为探索利用植被护坡方法维护露天高陡边坡稳定的可行性及生态效益，针对凹山采场西南帮15～45 m台阶岩石和黄土裸露、寸草不生的约5 000 m2边坡进行植被重建、生态再造试验，着重考察了植被盖度、物种丰富度指数、景观协调性等指标。试验结果表明：采用厚层基材喷播工艺施工的护坡能够抵挡雨水的侵蚀，避免基质流失，经过半年的养护，植被覆盖率达90%以上，维护边坡稳定和抗侵蚀性的作用显现，同时修复了山体“伤疤”，消除了治理区裸露边坡视觉污染，改善了矿山景观，对国内其他金属矿山的生态恢复工程有较好的启发和借鉴作用。

高陡边坡 厚层基材喷播 稳定性 抗侵蚀性 生态再造

南山矿露天采场边坡陡(65°～70°)，面积大，岩石风化,呈酸性，容易受日晒、雨淋、氧化、分解等影响和暴雨冲刷侵蚀形成表面冲沟或塌落，如不及时防护会影响边坡稳定。如大面积采用物理防护(挂柔性防护网或喷混凝土)势必影响矿山生态景观，而直接在养分贫乏的陡峭边坡上进行常规绿化种植会影响边坡的稳定，草木也会生长不良。随着人们环保意识的不断提高和国家大力发展绿色矿业，绿色技术将会更多地应用到矿山开采过程中，植被护坡也将逐渐代替传统支护措施。因此，探索利用植被护坡方法维护露天高陡边坡具有现实意义。

1 工程概况

南山矿凹山采场西南帮边坡主要由闪长玢岩、凝灰岩、角砾岩等组成，遭受地表塌陷影响及长时间不同程度的风化、蚀变，岩体裂隙发育，完整性变差[1]，台阶高15 m，边坡角为65°～70°，边坡土壤含量少，植被自然恢复期长。针对此种情况选取凹山采场西南帮15～45 m台阶岩石和黄土裸露、寸草不生的约5 000 m2边坡进行植被恢复、生态再造试验。试验坡段边坡原貌见图1。

图1 试验坡段边坡原貌

2 生态再造技术

2.1 植被护坡

开挖边坡或人工填土后种植植物,利用植物与土体的相互作用(根系锚固作用)对边坡表层进行防护、加固,使之既能满足设计对边坡表层稳定的要求,又能恢复被破坏的自然生态环境,这种护坡方式称为植被护坡或边坡绿化[2]。植被护坡作用机理可概括为根系的力学效应和植物茎叶的水文效应。植被护坡机理见图2。

图2 植被护坡机理

2.2 厚层基材喷播工艺

厚层基材喷播绿化工艺是利用空气动力学原理在岩石表面及金属网上喷附由表土、泥炭土、木纤维、保水剂、粘合剂、肥料、植物种子等混合物，形成具有类似天然土壤团粒结构的基质土层进行边坡绿化的机械施工工艺，能在65°以上的高陡硬岩坡面上应用, 制造较厚并有强大抗冲刷性能的基质层，并且无论是前期还是后期都将有良好的绿化效果[3]。厚层基材喷播绿化工艺见图3。

图3 厚层基材喷播绿化工艺原理

3 方案设计及实施

3.1 设计思路

(1)通过植被加强边坡防护，维护和提高边坡的稳定性。

(2)通过边坡绿化实现裸露岩石边坡上的景观再造和生态修复。

3.2 边坡绿化试验设计

本试验设计以厚层基材喷播绿化为主，苗木移植为辅,即在坡面上全面进行厚层基材喷播绿化，再在坡面的凹陷多土处、平台处栽植绿化。

在挂网后的岩石边坡上采用机械化手段进行厚层基材喷播，在岩石表面覆盖12 cm基质土层，借助基质层的保护及长出的植物，植物根系与包塑铁丝网的相互作用来强化植被固坡，通过植被冠层和根系土层的共同作用抵抗雨水对边坡原有岩土层及基质层的侵蚀,起到水土保持的作用。基质层还起到保护边坡原有岩土层免受日晒、雨淋、氧化、冻融等影响的作用。

3.3 施工过程

本试验段边坡绿化施工流程包括清坡、厚层基材喷播绿化施工、苗木移植和养护管理。

3.3.1 清 坡

人工清除坡面浮石，尽可能平整坡面，利于基质与坡面结合。

3.3.2 厚层基材喷播绿化施工

该工序一般包括挂网、钉网、布设方木条、挂管状植生袋、喷附基材和种子等。铺设包塑铁丝网先期可以起到是固定基质的作用，后期为植物根系提供附着物，铁丝网用土钉固定;然后，布设方木条和管状植生袋，在铁丝网的凹陷部分垫方木条，使铁丝网整体平整，便于喷播基质，将管状植生袋用铁丝绑在铁丝网上，横向布设，纵向距离为100 cm，植生袋内装有混合好植物种子的基质;最后，将绿化基材、植土壤、植物种子和水充分混合后输送至特制混喷机腔内，利用压缩空气均匀喷附到坡面上，凹凸部分要充分注意，喷射厚度为12 cm，喷播用基质原材料配比见表1，喷播植物种子名称及配比见表2。施工过程见图4。

表1 喷播用基质原材料配比

3.3.3 苗木移植

移植苗木是指在已喷播基质层后边坡面的凹陷多土处、平台处再栽植绿化。根据地形坡面点缀种植乡土常绿植物(侧柏、湿地松、小叶女贞、大叶女贞、火棘、青冈、夹竹桃等)、彩叶植物(黄栌、枫香、继木、红叶石楠等) 和开花植物(泡桐、映山红、紫微等)穴盘苗以使边坡植被冬季有绿、秋季有彩、平时有花。植物根据市场采购的可获得性而定，物种尽量多样丰富，每4 m2坡面1～2株即可。

表2 喷播植物种子名称及配比

图4 厚层基材喷播作业

本生态再造工程除了一般边坡绿化的效果以外，还要有景观。因本边坡位置重要，恰好处在外来参观者的脚下。

3.3.4 绿化养护

因矿山坡陡，阳光紫外线强，夏季温度高，风大，且又是生态和景观要求较高的区域，因而喷播复绿施工及其后2 a边坡上必须安装简易喷灌系统。简易喷灌系统由水泵、PVC管和喷头等组成，个别喷灌不到的区域用人工拉皮管辅助浇灌。采取高压水泵将附近水输送到通往边坡的至少φ5 cm增强管道中，管道上安置足够数量的自动喷头，纵向管道之间的横向间距小于15 m。

边坡复绿无论是施工还是养护，与平地上的园林绿化以及土山上的林木种植有很大不同，能否维持本工程边坡植被的生长、演替，还需要合理、规范、科学的养护管理措施。养护包括灌溉、施肥、病虫害防治、基质修补、补喷、间苗等工作，实现以建立与周边环境相融的近自然植被为最终目标，要从初期的“精养护”向中期的“简养护”，再向远期的“免养护”过渡。

4 试验效果及分析

4.1 评价标准

评价指标的制定参考国内相关案例[4-5]，对试验边坡的植被盖度、物种丰富度指数、景观协调性等指标进行了定期跟踪取样。各评价因子的分级标准见表3。

4.2 试验坡段效果及分析

在不同天气状况下对试验坡段边坡复绿效果进行观测记录，见图5。

表3 护坡效果评价指标标准分级

图5 试验坡段效果

从图5可以看出：

(1)生长初期部分区域因自然降雨的液力冲刷而产生流失现象，但经过半年生长，流失现象未扩大，护坡效果良好，植被覆盖率达90%以上。

(2)经过对试验边坡复绿效果连续6个月的观察，目前，边坡形成了草灌结合、物种搭配合理的先锋植物群落，而且不同季节物种有更替，冬季仍有绿色可见，物种丰富度高。

(3)此试验坡段位于凹山车间观礼台下，前来参观的人比较多，景观美感丰富，与未试验坡段景观对比明显。

(4)目前凹山车间生态护坡工程效果的评价体系还不够完善，尤其是生态护坡的一些理化指标无法独立持续监测，还需要在未来的实践中不断加以修正和完善。但就目前观测的情况而言，生态护坡工程的作用是显而易见的。

(5)生态护坡与工程加固措施相比,初期效果不是很显著，但随着植物的生长和繁殖，对增加边坡稳定和抗侵蚀的作用会越来越大。

5 结 语

本次矿山边坡生态再造工程总面积约5 000 m2，通过清坡排险，消除落石隐患，挂网和喷播基质，为植物提供良好的生长基础，发挥了人工植被的护坡、固土、滞尘、涵水、固碳、释氧和改善微环境小气候的生态服务功能。同时使覆盖基质层和植被的边坡岩石面减少因光、温、水、气变化导致的分化，减弱降雨对边坡的冲刷，减少次生地质灾害隐患，给参观游览者和矿山工人带来良好美感和愉悦心情。马钢南山矿凹山采场边坡植被重建和生态修复示范工程为其他采类似矿山提供了示范样本。

[1] 马钢集团设计研究院有限责任公司，马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司.凹山采场西南帮矿山地质环境治理工程实施方案设计[R].马鞍山:马钢集团设计研究院有限责任公司,2013.

[2] 毛伶俐.生态护坡中植被根系的力学分析[D].武汉:武汉理工大学，2007.

[3] 浙江大学,马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司.马钢南山矿凹山采场局部高陡边坡生态再造设计方案[R].杭州:浙江大学，2014.

[4] 龙 凤，李绍才，孙海龙,等.岩石边坡生态护坡效果评价指标体系及应用[J].岩石力学与工程学报，2009，28(S1):3095-3101.

[5] 朱海骏，陈征宙，余小奎.某废弃采石场的边坡治理与景观设计探讨[J].金属矿山，2006(5):63-65.

Practice of the Ecological Reconstruction of High and Steep Slope in Aoshan Stope

Zhang Qiwen Huang Kebin Chuai Xin

(Nanshan Mining Company, Maanshan Iron and Steel Group)

In order to analyze the feasibility and ecological benefits of maintaining the high and steep open-pit slope by using vegetation slope protection method, vegetation reconstruction and ecological reconstruction experiments are conducted at the slope which is loess naked and bare of 5 000 m2with steps of 15～45 m at the southwest region in Aoshan stope. The index of vegetation coverage, species richness and landscape coordination are analyzed. The experimental results show that the slope constructed by the thick layer base material spraying technology is able to resist the rain erosion and avoid loss matrix, the vegetation coverage is reached to more than 90% by six months maintenance, the effects of maintaining slope stability and erosion resistance are appeared, the mountain are repaired, the visual pollution of the bare slope in the governance area is eliminated, the mining landscape is improved. The research results in this paper can provide reference for the ecological restoration project in the other metal mines in our country.

High and steep slope, Thick layer base material spraying, Stability, Erosion resistance, Ecological reconstruction

2015-05-06)

张启文(1970—)，男，工程师，243031 安徽省马鞍山市雨山区向山镇。