德兴铜矿富家坞采区边坡生态恢复工程实践

李国平

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334200）

1 引言

露采边坡是露天矿开采过程中形成的一种特殊结构体。露天开采边坡通常光岩裸壁，坡度较陡，一般在45°左右，由于长期处于自然环境中容易风化，边坡岩面由于爆破作业产生大量的裂缝，给边坡的稳定性带来一定的影响，直接影响采矿区的安全与生产。鉴于有色金属露天矿山采坑边坡高重金属与强酸性的环境条件，采用生态长袋填充矿区酸性水治理过程中产生的底泥进行边坡生态恢复成功案例不多，矿山生态恢复工程对技术的使用需要对经济性与适应性进行考虑［1］。因此研究探索有色金属矿山资源开发与生态环境建设同步的新方法，对改善矿山生态环境、消除安全隐患意义重大。

2 工程概况

德兴铜矿富家坞矿区生产规模为1485万t/a，矿区面积3.9838km2，开采深度400m以上。矿区采用陡帮开采方式，采区南平山320以上边坡已随着开采活动出露终了边坡。随着采矿进程加快，为避免泥石流、坡面塌方等灾害，确保边坡的稳定性，实施边坡的生态环境治理，以促进矿山绿色循环经济发展。该工程项目于2017年10月底开工，至2018年1月底竣工，生态恢复总面积为42000m2。

3 生态恢复治理限制因素分析

3.1 地质环境

富家坞采区地质结构以地层千枚岩和花岗闪长班岩为主，边坡结构复杂，岩面坑洼、凹凸。加之边坡位于采矿场内，受采矿作业影响较大。开采活动不可避免地削弱了边坡支撑，再加上开采爆破引发的震动，日积月累引起坡面异动，导致岩体结构不稳定。边坡岩体长期暴露在露天环境中，在风化与氧化的双重作用下，容易产生掉块、滑坡现象，造成边坡不稳定。并且，该地区5～7月降雨量大且集中，雨季大量的地表水集中，急速冲刷坡面，雨水渗入岩体裂缝，导致岩体膨胀改变岩体的力学性状和应力状态，岩体分化崩解造成边坡岩石滑落，造成泥石流、坡面塌方等灾害，加速边坡不稳定。

3.2 土壤环境

大多数金属矿山往往含有较高的金属硫化物，裸露硬岩边坡经风化淋溶和氧化作用产生酸性废水，金属硫化物氧化后产酸使得土壤pH降低，各类铁硫氧化产酸菌过高导致土壤酸化加快［2］。矿业废弃地土壤结构性差，有机质含量及植物生长必需的养分元素（尤其是氮磷钾）缺乏，重金属毒性强［3］。并且，岩石边坡容易受到强阳光带来的高温及辐射，岩石边坡植物容易被灼伤植物茎叶，不利植物生长，区域气候条件十分恶劣，从而制约了植物的定居生长。

4 生态恢复治理措施

4.1 截排水措施

为防止上部地表水向下冲刷边坡，消除降雨与地表水汇集在坑洼处沿裂缝渗入边坡土层，使岩土的抗剪强度降低，造成坡体滑动的边坡不稳定因素，减轻水对边坡的持续破坏，各级平台及坡顶均修建横向截流排水沟。同时，对平台裂缝进行注浆封固，夯填各级平台坑洼处，并采用沙壤土封堵细小裂缝处，将平台地表水引出至各级平台排水沟，对部分下沉与断裂地段构建钢筋混凝土进行稳固。通过以上措施，确保区域排水、引水畅通，确保每级平台排水不下渗、不冲刷坡面。

4.2 生态恢复措施

“以废治废”，综合利用采区酸性水治理过程中产生的底泥，利用底泥掺混“FKB液态菌剂”作为边坡植生土壤基质，因地制宜确定治理技术方案，一劳永逸，环境友好，经济有效。

4.2.1 平台生态恢复措施

平台采用直接覆盖采区酸性废水处理厂底泥（厚度30cm）掺混“FKB液态菌剂”+直接植被的方法。底泥与改良基质的配比为3∶1，按2株/m2的用量直接栽种乔灌木袋苗与撒播植物种子。

4.2.2 边坡生态恢复措施

边坡采用生态长袋植生护坡方法。生态长袋是使用高分子聚丙烯PP材料制成，通常应用于恶劣环境，可达到50年以上不降解。生态长袋可按照坡长进行裁剪定制，安装时顺坡依次铺装，每隔一定距离打一根锚杆与边坡连接进行固定。

（1）生态长袋植生护坡原理。

①生态长袋覆盖整个岩体坡面，隔绝了一部分氧气；岩体坡面遍撒石灰中和现有的酸性及覆盖隔氧［4］；添加有机肥料进一步消耗一部分氧气，一系列的控氧法降低群落中的好氧酸化微生物丰度，控制岩石酸化进程。植物根系错综相连可固定生态袋内土壤并深入岩体内，岩石风化中产生的风化碎片脱落留在生态长袋覆盖的岩体内，加上生物与微生物的活动，岩体成土化进程加快。

②“FKB液态菌剂”应用于底泥掺混物中，堆沤过程中通过微生物的作用降解污染物并控制酸化。有机肥及先锋植物枯枝落叶在分解中培养了大量有益微生物，豆科植物根际共生大量固氮微生物，厌氧微生物种群的大量繁殖与共同作用，不断提高土壤生态系统的健康与免疫力。

③生态长袋抗高强抗紫外线抗冻融耐酸碱的合成材料，有利于调控微生物群落生长。

（2）生态长袋植生工艺流程。

生态长袋植生工序：坡面初步改良——土体和改良材料装入生态袋——生态袋安装——铺草皮——挖穴种植营养袋植物——再覆盖土壤种子库——撒播草种——覆盖遮荫等。

①测量放线：按照坡面长度定制生态袋，放线按照设计要求还需加足工作面尺寸150cm。

②坡面修整、清理：先将坡面的松石、不稳定的土体清除；磨平坡面锐角岩体部分以免划破生态袋表面；坡面有渗水处做好导水盲沟。每级坡顶、平台修建截水沟防止雨水对坡面的直接冲刷。

③配置植生土：长袋铺设前，将底泥及混合改良基质、保水剂、生长剂、FKB等一些微生物菌剂、谷壳锯末等植物纤维材料掺合料转运至坡顶平台混合堆沤成植生土。底泥与改良基质的配比为：底泥：改良基质（3∶1），以改善植生土的透水、透气性，防止土体板结影响植物生长。

④安装生态长袋：生态长袋安装时先从坡顶开始往下坡方向顺边坡放下未装植生土的生态长袋，然后在边坡顶部填装植生土，当填充土至锚孔附近时打锚杆进行锚固，锚杆在边坡外保留一定长度，继续填充植生土直至坡脚，每隔2米进行钢筋锚固。生态长袋应填充饱满（厚度约23～25 cm），使其生态袋形成长方形状，相邻两排生态袋要紧密靠拢并排，将坡面生态长袋连成一体。

⑤坡顶处理：坡顶生态袋体安装前可布设好防水膜，阻止坡顶水流直接渗入坡体破坏坡体稳定。根据设计图或实际情况，坡顶生态长袋延长锚挂一定长度，并嵌入坡面实体，封闭顶面，选用较好的粘土夯实做成5%的流水顺坡,控制地表水下渗破坏坡体结构。

⑥植被：在已填充安装好的生态袋上植被，每隔一米种植一株袋苗，呈梅花点布置，对照植物土球大小用刀将生态袋切一“丁”字小口，揭开袋片将植物植入袋中，盖好袋片。每隔20cm用刀将生态袋切小口，点播种子袋苗，呈梅花点布置，将粘合剂、保水剂均匀洒在生态袋上，然后将土壤种子细土铺设在生态袋上、固定。

图1 生态长袋安装示意图

营养袋苗以当地野生植物为主，种子植物以生长快、种子产量高的豆科植物为主，快速覆盖地表，满足生物多样性和群落稳定性的要求，形成初期先锋群落再逐步实现植物的自然演替。

选择的植物品种包括松树、臭椿、大叶女贞、小叶女贞、木荷、樟树、盐肤木、刺槐、胡枝子、刺槐、金合欢、苎麻、狗牙根、百喜草、黑麦草等。

4.3 土壤改良措施

底泥适用于矿区边坡生态恢复，其弱碱性能够中和一部分边坡岩土的酸性，并且不会产酸，避免了可能的产酸风险。同时，由于底泥中含有大量的钙，这可以在一定程度上降低重金属对植物的毒害作用。针对底泥营养成分如氮、磷等元素匮乏，以及底泥颗粒细小、物理结构不良、极易板结，微生物很少，缺乏碳、氮、磷等元素循环相关的微生物的特点，通过添加改良材料，从而改善其物理结构，增加营养成分［5］，引入有益功能微生物进行底泥改良。底泥直接运输至边坡现场掺混含“FKB液态菌剂”的改良基质。

5 实施效果

（1）截排水工程措施的实施有效降低大气降水的入渗量，实现了清污分流；通过土壤改良措施的实施减少酸性废水对周围环境的污染，从源头上减少污染的产生。

（2）生态长袋柔性护坡方法解决了传统护坡方法难以解决的矿山环境特殊问题，生态长袋通过锚杆固定整齐紧贴于岩体坡面，阻止坡面岩石崩落与浅表层岩土体的滑动，提高边坡整体稳定性，实现消除滑坡或泥石流地质灾害隐患的目标，有效地控制了水土流失。

（3）土壤改良措施有效地控制了土壤产酸，pH调整至6.0左右，同时，降低了重金属毒害作用，提升了土壤营养物质含量水平。

（4）通过项目实施，实现快速绿化效果，实施半年后坡面基本实现植被覆盖，覆盖度接近100%，生态环境和自然景观效果得到明显提升。

生态恢复前后对比效果附图如下图2。

图2 南平山320以上边坡生态恢复半年前后对比效果

6 总结

有色金属露天矿山开采使地表植被遭到破坏，导致地质灾害、水土流失，甚至造成严重的环境污染问题。矿山开采对环境的破坏依靠自然力量恢复是一个漫长的过程。本项目采用一种以聚丙烯为主的高分子聚合物PP材料生态长袋，同时“以废治废”，综合利用采区酸性水治理过程中产生的底泥，利用底泥掺混“FKB液态菌剂”作为边坡植生土壤基质填充生态长袋，控制产酸这一根源问题，在生态长袋上采用种播相结合进行植被，建立乔灌草相结合的人工植物生态系统，进一步稳固边坡，长期保持良好恢复效果。从经济性上分析，底泥的使用减少了原有改良材料的添加量，相比可降低约6%的修复成本，同时可节约底泥处理的费用；从适用性方面考虑，本方法无需覆盖或充填好土，而是二次利用矿山废水处理产生的大量废弃底泥，不存在取土问题，因而适用性较强。

露天采场边坡治理从传统的硬质工程、地质灾害方法治理解决方案，转移到柔性治理技术的模式［6］。利用生态长袋强度高、不容易降解、植物可穿透生长的特点构建坡面植物墙，同时利用植物群落的效果，固土防蚀，改善岩体的抗冲性与稳定性。采用生态的方法治理边坡环境，既增加边坡的稳定性，有效地控制水土流失，同时减少了环境污染，提升了自然生态景观环境效果。该模式能够一揽子解决边坡稳定、水土流失、环境污染治理等问题，为解决矿区酸性水处理底泥的堆置、矿山露采边坡覆土的土源等困扰绿色矿山发展的难题提供了有益尝试。