矿山露天采场治理恢复的方法及重点

2015-01-27薛月园张传玺

中国水土保持 2015年2期

关键词：采场坡面植被

何辉，薛月园，张传玺

(云南今禹生态工程咨询有限公司，云南昆明 650233)

矿山露天采场治理恢复的方法及重点

何辉，薛月园，张传玺

(云南今禹生态工程咨询有限公司，云南昆明 650233)

露天采场；治理恢复；方法；重点

矿山露天开采剥离了地表的植被、土壤和岩石，在地表形成了大面积的裸露地面，严重破坏了植被，若防护不当则很容易造成严重的水土流失，引发崩塌、滑坡等突发性地质灾害。矿山露天采场的治理重点区域在不稳定边坡，主要内容包括边坡稳定性治理和植被恢复两个方面：边坡稳定性治理主要采用工程措施来消除崩塌和落石，植被恢复则主要通过植物措施来固土、滞尘、涵养水源，控制水土流失。详细阐述了治理恢复措施设计的重点和方法。

随着工业化、现代化进程的不断加快，我国已经进入了资源消耗快速增长的阶段。市场需求增加引起的矿业开发力度加大，对矿山生态环境的破坏愈来愈严重。加之我国财力有限，废弃矿山较多，致使目前的矿山环境破坏速度远远超过了治理的速度。尤其是露天开采矿山的生态环境形势严峻，恢复治理任务繁重，急需加大治理和整顿力度。

1 矿山露天采场的主要特点

矿山露天采场受采矿活动的剧烈影响，表土被剥离，地表形态被改变，原始地表丧失了原有的特性，并且还存在很多危害环境的极端理化性质。其主要特点有：表土层被破坏，土壤水分缺乏、有毒物质含量增大；土壤贫瘠，N、P、K和有机质含量极低，养分不平衡；限制植物生长的物质较多，如重金属含量过高等；基质水分含量低，干旱现象普遍存在；有大量的裸露边坡和地表，易发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害和严重的水土流失[1-4]。

2 露天矿山开采常见的地质环境问题及成因分析

(1)泥石流。矿山泥石流的形成与发生主要原因是在山区矿产资源开发过程中废石弃土堆排不合理造成的，也可称为矿渣型泥石流。矿山泥石流具有人为性、易发性、重发性、危害集中性、可控性等特点。

(2)滑坡、崩塌。滑坡、崩塌活动是在内、外动力作用下，岩土体发生变形崩落的现象。开采终了边坡稳定性较差时，易形成矿山滑坡和崩塌。滑坡和崩塌常受边坡的岩石力学性质、地质构造、节理、滑动面、断层的交错情况、地下水位、降雨等因素的影响。

(3)水土流失。矿山长期裸露开采，导致矿区大面积地表植被遭破坏，采矿和剥离废石弃土造成矿区地形变化，形成大量的裸露地表，在雨水冲刷及地表径流的作用下，会造成严重的水土流失。

滑坡、崩塌及泥石流的治理主要依赖工程措施，而水土流失则需要将工程、植物措施结合起来进行综合治理。

3 矿山露天采场治理恢复的方法和重点

矿山露天采场的治理重点区域在不稳定边坡，主要内容包括边坡稳定性治理和植被恢复两个方面，边坡稳定性治理主要采用工程措施来消除崩塌和落石，植被恢复则是主要通过植物措施来固土、滞尘、涵养水源，控制水土流失。

3.1 矿山露天采场治理恢复措施设计的重点

(1)注重现场勘查。边坡治理恢复措施设计的基础是做好立地条件调查。通过到现场进行全面、认真的实地踏查，了解项目区所在地的气候、水文、地质、植被、环境等自然条件并进行详细分析；通过收集气候气象水文资料了解降水情况和植被生长状况；通过坡面地质勘察确定坡面的稳定性[5]。

(2)进行限制性因素分析。通过立地条件调查，进行限制性因子分析，筛选出边坡治理恢复的限制性条件因子。生态系统被破坏之后，要进行恢复会遇到许多制约因子，如水分、土壤、温度、光照等，在进行恢复时要找出限制恢复的关键因子，找准切入点。明确边坡治理恢复的限制性因子，有利于恢复工程的设计，有利于技术手段的确定，缩短恢复所需的时间。边坡治理恢复应在保证边坡稳定的基础上，实现坡面植物的健康生长，营造边坡生态系统。在工程实践中，坡体稳定性、土壤、水分等是常见的限制性因子，确认了限制性因子后，有针对性地通过工程、植物等技术措施，加以克服，突破该因子的限制性，实现边坡治理恢复的目标[5]。

(3)把握措施设计的原则。安全稳定是边坡治理恢复措施设计必须遵循的首要原则。根据对边坡现场勘察的结果，进行坡体稳定性分析，对于稳定性差的坡面，设计采取有效的工程防护措施进行稳定加固；对于坡体自身稳定的，避免由于坡面的防护工程施工再破坏其稳定性。值得注意的是切忌过于强调安全而忽视生态效应，应结合坡面的立地条件，将植被防护与工程加固、防护有机结合，以建立既稳定又有良好生态效应的坡面综合防护体系[2-7]。

(4)坡面治理恢复措施的掌握和应用。熟悉掌握相关的边坡绿化和生态防护技术，才能更好地把理论运用于实践当中。不同的技术模式具有不同的适用条件，只有掌握各种边坡治理恢复技术的特点和适用范围，才能针对不同立地条件的坡面，因地制宜地选用不同技术模式或模式组合，科学合理地对坡面进行绿化和生态防护[5]。

(5)重视基质条件的创造。植被恢复依赖于一定的生态基质。生态基质一般由土壤、有机质、肥料、保水剂、稳定剂、团粒剂、酸度调节剂等按一定的比例调配而成，其可提供植物生长所需的合理物质结构，长期提供植物生长所需的养分，长期保障植物生长的水分平衡，与植物共同作用防止坡面的分化剥落[2,5]。

(6)选择合适的植物进行配置。露天矿山关停后，大多环境恶劣，坡面岩石裸露，干旱、缺水、土壤贫瘠，难以形成自然绿化，因此要选择适合的植物进行绿化。通过对项目区及周边的植物品种和群落组成进行调查，根据具体的立地条件，选择抗逆性强、根系发达和生态适应性好的乡土树种，便于实现群落演替，且成活率高、养护成本低、稳定性好。另外，所选植物品种要丰富，要具有良好的景观效果，能与附近的植被和景观协调，同时可适当选择一些先锋植物对坡面形成覆盖，且为目标群落植物的生长提供养分。

将选好的矿山治理恢复所需的植物恰当配置，可以促进植物生长，缩短植物演替周期，增强植物恢复效果。植物的合理配置应做到：①冷季型和暖季型植物结合，以适应冬夏气候；②豆科和非豆科植物结合，利用豆科根瘤菌固氮来改善基质营养状况；③草本和木本结合，保障冬季不全枯萎；④乔、灌、草结合，实现立体多层次绿化；⑤深根系与浅根系植物结合；⑥植物选择要具有多样性；⑦外来种与乡土种恰当组合；⑧注意不同植物间是否有化感作用[1,5-9]。

3.2 矿山露天采场治理恢复的方法

3.2.1 边坡工程防护措施

工程措施的实施主要是为了保证边坡的稳定。矿山常见的边坡稳定防护工程包括砌石挡墙、现浇混凝土、抗滑桩、水泥砂浆喷锚、铁丝石笼、落石防护等。

(1)砌石挡墙。根据防护强度不同分为干砌石、浆砌石挡墙，可以适用于不同坡度边坡的坡脚防护，干砌石挡墙高度一般不超过2 m，浆砌石挡墙一般不超过5 m，超过时一般会分级或采取加筋等处理措施。

(2)现浇混凝土。施工方便，地形适应能力强，整体防护性好。对于坡比在1 ∶1～1 ∶0.5之间、高度小于3 m的坡面，用现浇混凝土或混凝土预制块护坡；边坡陡于1 ∶0.5的，可用钢筋混凝土护坡。

(3)抗滑桩。根据抗滑体厚度、推力大小、防水要求和施工条件等，选用钢桩、混凝土桩或钢筋混凝土桩等。抗滑桩从结构类型上分为单桩、排桩、有锚桩和预应力锚索桩等。一般用于存在一定不稳定隐患的高陡边坡。

(4)水泥砂浆喷锚。对裸露的石质坡面喷射水泥砂浆进行防护，对于坡度较陡或欠稳定的边坡通过打锚杆挂防护网，增强防护效果。水泥砂浆喷锚护坡可以提高高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，增强边坡的整体稳定性，适用于易风化、裂隙和节理发育、坡面不平整的岩石边坡，当用于软岩坡面时应加钢筋网。这种防护措施一般适用坡比缓于1 ∶0.5的坡面。

(5)铁丝石笼。铁丝石笼一般做成箱式网笼和垫式网笼。石笼经石头填充，构成具有柔性、透水性及整体性的结构，不但可以满足一定的拦挡强度要求，而且具备一定土壤条件后可以恢复植被。石笼缝隙可以有效防止径流对坡面的冲刷，拦截上游流失土壤，并过滤地表径流。

(6)落石防护。常用的有防落石棚、挡墙加拦石栅、囊式栅栏、利用树木做成的落石网、金属网膜覆盖等。这些措施具有足够高的柔性和强度，能防治高能量崩塌落石危害，对原始地貌具有极强的适应性，可以在不做额外开挖的条件下进行设防施工，也可以多种形式布置在任何理想的位置，从而减小整体工程开挖量，不破坏原有坡体稳定性和坡面植被[5-7]。

3.2.2 边坡植物防护措施

露天开采常形成岩石裸露的陡坡，无法直接覆土进行植被恢复。我们经常利用爬藤植物攀爬、匍匐、垂吊的特性，对开采坡面进行垂直绿化。爬山虎最初以茎卷须产生吸盘吸附岩体后又产生气根扎入岩隙附着向上攀爬，最后以浓密的枝叶覆盖坡面。选择爬藤植物须注意植物性状(如阳性、阴性、耐荫性)、攀爬方式、适宜的高度等。

实践中，我们也经常设计采用爬山虎、葛藤、常春藤进行坡面绿化，但并未取得理想的效果，主要是矿山实际恢复中并未按设计要求进行栽植、抚育。若在边坡绿化中增加资金投入，我们还可利用生态植被毯、岩面垂直绿化、生态灌浆、液力喷播等技术进行坡面绿化。北京门头沟区龙凤岭废弃采石场生态恢复治理示范工程采用生态植被毯、岩面垂直绿化、生态灌浆、液力喷播等技术组合模式，科学合理地解决了废弃石场生态修复的问题[8]。

(1)生态植被毯。利用稻草、麦秸等植物原料生产而成，在载体层添加草种、保水剂、营养土等，适用于坡度小于1 ∶1.5的稳定坡面。在草毯中加入肥料、保水剂等，为植物种子出苗、后期生长提供了良好的基础条件。在人工养护有一定困难的废弃矿区，生态植被毯的应用可以大大减少后期养护、管理的工作量。

(2)岩面垂直绿化。对坡度较陡，不适宜选择其他绿化方式的裸露岩体，在岩体的坑洼部位、平台及坡脚人工砌筑种植槽种植攀缘植物的容器苗，实现裸露岩面植被覆盖。适用于土壤匮乏区域、坡度为75°以上的岩质开挖稳定边坡，且不受坡长限制。

(3)生态灌浆。对地表物质呈块状、空隙大、缺少植物生长物质基础的区域，先将植被恢复基材、黏土、水根据一定的比例配置成浆状，然后对表层的植物生长层进行灌浆，灌浆能起到稳定坡面和防渗的作用，且给植物的生长提供了土壤和肥力条件，使植被恢复成为可能。

(4)液力喷播。利用高压喷附设备将相关添加材料、植物种子，以水为介质，混合喷附到坡面形成植被层。适用于坡度缓于1 ∶2.0的稳定坡面，坡度超过1 ∶1.25时应结合其他方法使用，坡长超过10 m需要进行分级处理。液力喷播造价低，形成植被覆盖快、效果好，在矿山治理恢复中常与客土改良、无纺布覆盖等技术相结合使用[5-12]。