基于高次团粒喷播技术的某露天矿边坡绿色生态支护研究

李 昊，张长普，卢东亚，田举博

(河南天泰工程技术有限公司，郑州 450018)

为响应绿色矿山发展的目标，保护矿山地质环境，加快推进绿色矿山建设工作，按照“谁开发谁保护，谁破坏谁治理”的矿山地质环境治理原则，舞钢中加矿业发展有限公司对经山寺铁矿采区影响范围内的损毁区进行治理，通过治理最大限度地避免或减轻因采矿活动造成的地质灾害隐患、地形地貌景观破坏和土地资源破坏等问题，实现矿山生态环境的有效恢复。

经山寺露天采场西部边坡为终了边坡，临近阳泉河河道，坡面为土石坡面，岩体结构不稳固且不易生长植被。针对西部边坡情况，通过经济合理及施工难易方面比选研究，对坡面裸露区域选用高次团粒喷播工艺进行生态支护。

1 矿山地质环境简述

经山寺铁矿为深凹露采坑，采坑边坡高约50～110 m，台阶高度为15～20 m，平台宽度8～20 m，采场坡面角约60°～75°。

受岩层节理裂隙和风化作用以及开采作业的震动等影响，岩石结构和稳定性遭受严重破坏[1-2]。在采场边坡产生了大量松散岩体，在遇震动、降雨时有可能造成采坑边坡失稳，引发崩塌地质灾害，对矿山道路运输安全产生较大威胁，存在较大的崩塌隐患(图1)。

图1 治理前露天采坑地质环境图Fig.1 Geological environment map of open pit before treatment

2 高次团粒喷播工艺

本次选用的高次团粒喷播生态修复技术施工工艺流程见图2。

图2 高次团粒喷播生态修复技术施工工艺流程Fig.2 Construction process of ecological restoration technology of high-order pellet spray seeding

2.1 坡面清理

坡面清理应遵循的原则：有利于基材混合物和岩石坡面自然结合，禁止出现反坡。

该山体坡面整体相对稳定，整体坡度较缓，坡度60°～70°，悬挂有许多松石、碎石，采取机械和人工相结合的方法对坡面进行削坡处理。采用人工进行清理干净，在安全员的监督下，由施工人员悬挂安全绳、佩带安全带将松动的浮石、浮土用撬棍或铁锨自上而下对坡面进行清理，使其顺山坡下滚至安全位置，清理工作应自上而下逐一清理干净，尽量使坡面平整顺畅，对大的孤石不会松动的可以保留[3-4]。

危石处理完毕后将危石及填埋构造物的土石进行清除，清除方式采用人工配合机械。

2.2 铺设勾花网

为有效防止坡面表面局部崩塌发生，给坡面植被提供一个稳定的生长基础，在边坡表面需铺设直径为2 mm、孔径为5 cm×5 cm的菱形镀锌低碳勾花网[5-9]。

1)挂网时网面应尽量紧贴岩石坡面，两张网重叠部分10 cm，竖向每隔15 cm用铁丝绑扎连接固定。

2)将镀锌勾花网从坡顶沿边坡缓缓铺下，固定在坡顶的宽度100 cm，尽可能使整卷铁丝直铺到坡底，铺时拉紧网，使铁丝网与坡面保持平顺。

2.3 锚固件固定勾花网

为保证网体的稳固性，防止后期产生整体滑落现象，采用锚固件对网体进行全面加固，确保网体的牢固性(图3)。

图3 固定勾花网Fig.3 Fixed crochet net

1)土质边坡，主要采用木锚固件对网体进行固定，锚固件梅花形布置，具体间距见图纸。锚钉采用圆木制作，长度为30～60 cm，然后按垂直于坡面方向锤入坡面，锚钉伸出坡面部分为5～8 cm，并与勾花网呈60℃弯曲，以达到充分固定勾花网的效果。

2)岩石坡面，主要采用铁锚固件对网体进行固定，采用电钻按一定的间距梅花形垂直坡面方向制作锚孔，每平方米2个。锚钉采用Ф10 mm螺纹钢筋制作，长度为25 cm，然后按垂直于坡面方向安装到已制作好的锚孔内，锚钉伸出坡面部分为5～8 cm，并与勾花网呈60℃弯曲，以达到充分固定勾花网的效果。

3)土石坡面，每层坡顶每隔1～1.5 m，用Φ16 mm螺纹钢固网，长度为60 cm；坡面每间隔4 m，同样用Φ16 mm螺纹钢固网，长度为60 cm；然后每隔1 m采用长约30～60 cm的木锚固件加固网体。木锚固件一端应削成尖形，用手锤垂直于勾花网钉入土下40～50 cm，加强勾花网的牢固性。

4)坡面局部不平整处，加密锚固件，以现场坡面的具体情况或增或减。

5)完成挂网和锚固件固定工作后，认真检查勾花网与锚固件连接的牢固性，保证勾花网与坡面之间保持规定的距离(用手拉勾花网与坡面之间的距离保持5 cm)，确保挂网与坡面形成稳固的整体。

2.4 喷播活性基质营养层和种子层

喷播工作在施工中占有很重要的位置，山体植被恢复的效果一部分取决于喷播质量，因此喷播人员必须要求是专业技术人员，要做好施工前的操作培训，严格掌握操作要领。

1)上料。采用人工上料方式，严格按照“高次团粒喷播生态修复技术”的用料配比，把包装好的基材倒入专用高次团粒喷播机中搅拌，搅拌一定要均匀，搅拌时间不应小于10 min。

2)喷播施工时，应尽可能从正面进行，要注意喷射必须覆盖整个坡面，避免漏掉凹凸部分及死角部分(图4)。喷附者应自上而下对坡面进行喷播，并尽可能保证喷出口与坡面垂直，一次喷附宽度5～10 m。基材混合物的喷播应分两次进行，首先喷播不含种子的基材混合物，基材混合物的厚度约为 6～7 cm，以保证有机基材能够提供植物生长所需的养分和水分，然后喷播含种子层的基材混合物，喷播厚度约为3～4 cm，总厚度10 cm最佳。喷播按从左到右、从上到下的顺序进行。

图4 喷播施工过程Fig.4 Spray seeding construction process

2.5 坡面铺设喷淋系统

为方便后期养护，喷播结束后，在坡面铺设喷灌系统。管道的铺设顺边坡地势铺设，采用自动喷灌系统喷洒，杜绝高压水头直接喷灌。

2.6 养护管理

种子层喷播完成后及时对完成坡面进行洒水养护，使坡面保持湿润状态，10～15 d出苗后浇水养护应避开中午高温时段，以早晚浇水养护为宜。

高次团粒喷播生态修复技术剖面图见图5。

图5 高次团粒喷播生态修复技术剖面图Fig.5 Profile of ecological restoration technology of high-order pellet spray seeding

3 工程效果

综合四个月的施工养护及后期观察，边坡稳定性良好，绿化效果显著(图6、7)。2020年7月份舞钢市遭遇连续性特大暴雨，边坡未发生滑坡、泥石流等自然灾害，且喷播覆绿区域完好，喷播形成的土壤培养基未因强降雨冲刷流失。植被虽经雨水连续冲刷，但未发生冲走、冲散苗木情况，不仅缓冲了雨水对坡面的侵蚀，又吸收了足够的水分，雨后长势更加旺盛。

图6 喷播初期效果图Fig.6 Preliminary effect map of spray seeding

图7 喷播后期效果图Fig.7 Effect picture of spray seeding later stage

4 结论与建议

1)喷播形成的土壤培养基具有理想的团粒结构。这种结构既有保水性，又有透气性，适宜于植物生长，能有效地抵御雨蚀和风蚀，同时形成的稳定的植物根系可以牢牢地固持土壤，保护边坡上的生长基质，防止边坡水土流失，减小矿山遭受崩塌等地质灾害的损失，生态支护效果显著，减灾效益明显。

2)生态环境效益显著，能够较快地改善生态景观，半年内就能取得良好的绿化效果，施工周期短，养护管理工作量小，两到三年内达到稳定效果，稳定后无需人工养护和干预，自身可以保持植物的自然演替功能，使之形成与周围环境相协调的绿色景观。

3)裸露山体植被生态修复必须要考虑植物个体与种群之间的关系，既要迅速达到绿色效果，又要持久不衰，保持生物多样性，构成稳定的多物种的立体植被结构。而高次团粒喷播技术采取乔、灌、草相结合的方式进行绿化，使之尽量符合当地的植物群落结构，走向本土化。