高寒旱陡南泥湖露天钼矿生态修复工艺研究

2022-06-28葛虎胜况锅明彭南竹

现代矿业 2022年5期

葛虎胜况锅明彭南竹

（1.洛阳有色矿业集团有限公司嵩县矿业有限公司；2.洛阳有色矿业集团有限公司；3.长沙迪迈数码科技股份有限公司）

为深入贯彻落实习近平总书记“绿水青山就是金山银山”的生态文明思想［1］，促进人与自然和谐发展，从源头上开展露天矿山生态修复工程显得尤为重要。国外学者在高陡岩质边坡生态修复方面的研究起步较早，已形成了适合当地的修复方法与思想理念［2］。国内对高陡岩质边坡绿化技术的研究起步较晚，但发展速度较快。当前生态修复的方案主要有液压喷播［3］、植物骨架护坡［4］、高次团粒喷播技术［5］、厚层基材边坡绿化技术［6］、植被混凝土喷播技术、客土喷播［7］等。

南泥湖露天钼矿位于河南高寒山区，海拔1 500 m，最低气温-19.9 ℃，最终边坡角达65°～75°，生态修复条件极为恶劣，且随着露天采矿活动的开展，表土剥离，地表改变，使原有生态局部失衡，不仅严重制约了生态环境和人类社会的和谐发展［8］，而且给露天矿山的安全生产带来许多潜在安全环保隐患，边坡局部滑落、生态退化等问题日益突出。为此，结合南泥湖钼矿实际，探索研究一种适合该钼矿高寒无水、高陡无土生态条件的生态修复工艺。通过考察论证、对比分析及工程实践，客土喷播修复工艺适合该钼矿的生态条件，从修复工艺及效果、安全经济及环保效益等方面进行了论证，均达到了预期目的，取得了良好效果。

1 生态修复条件分析

南泥湖钼矿所属地域为季风型半干旱大陆性气候，7—9 月为雨季，10 月至次年4 月为降霜期，11 月至来年2 月为冰冻期，最大冻结深度0.5 m；具有高寒无水、霜降及冰冻期长、生长周期短、植被可选差等诸多生态修复不利因素。南泥湖钼矿自然气候参数见表1。

表1 南泥湖钼矿自然气候参数

南泥湖钼矿生态修复区域分为台阶坡面、安全平台、清扫平台三部分，其台阶坡面角65°～75°，安全平台宽3 m，清扫平台11.37 m，最终边坡角42°～50°，属高陡边坡修复范畴。区域内边坡坡面微风化，岩面总体平整，局部节理发育，纹理清晰可见，有少量风化裂隙；坡面整体稳定，无断层及破碎带穿过，无表土层覆盖，岩石全部裸露，原有表土层和原生植被群落已被破坏，坡面已不具备植物生长必备的水土条件。生态修复区域及参数见图1。

2 生态修复方案

2.1 方案选择

结合南泥湖钼矿区域地形、地质地貌、气候水文、侵蚀情况、土壤或剥离物的性质及植被特点等生态条件进行综合比选，认为客土喷播方案具有就地取材、施工简单、造价低廉（200 元/m2）、以乔灌木为主绿化速度快、稳固边坡快、综合性价比高等诸多优点。客土喷播生态修复方案可在短期内快速恢复生态环境，营造和周围和谐一致的绿色植被景观，能够促进坡面植被的自然演替，最终可恢复生态自然修复功能。生态修复方案对比见表2。

表2 生态修复方案比选

2.2 植被选择

根据南泥湖钼矿所属地区气候，经专家咨询及实地考察，选择刺槐、胡枝子、紫穗槐、高羊茅、荆条、油松等植被；这些植被适应能力强，具备同条件生存优势，能适宜本地气候，且易与周围环境融为一体。

3 客土喷播工艺技术

客土喷播是以团粒剂使客土形成团粒化结构，加筋纤维在其中起到类似植物根茎的网络加筋作用，从而造就一定厚度的具有耐雨水、风侵蚀，牢固透气，与自然表土相类似或更优的多孔稳定土壤结构。客土喷播生态修复施工工艺见图2。

3.1 坡面修整

坡面清理遵循自上而下，安全第一，先易后难，人工与机械相结合，有利于基材混合物和岩石坡面自然结合的原则。由于该山体坡面整体相对稳定，整体坡度在65°～75°、微风化、轻微裂隙、表面凹凸不平，且悬挂有许多松石、碎石，采取机械和人工相结合的方法对坡面进行修整处理。具体清理步骤：①编制安全技术措施，安排专人安全监督；②在坡脚设置拦石网及沙袋拦截落石；③施工人员应穿戴及配备劳动防护用品，自上而下逐一进行边坡清理，直至边坡浮石及危岩处理干净，边坡平顺为止。

3.2 花网铺设

为有效防止坡面表面局部崩塌或滑坡发生，在边坡表面铺设2.0 mm 镀锌勾花铁丝网、孔径50 mm×50 mm。

（1）挂网时网面应距坡面60～70 mm，网与网重叠宽度不应小于200 mm，竖向每隔150 mm 用18#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，固定在坡顶的宽度不小于1 500 mm，尽可能使整卷铁丝直铺到坡底，并将500 mm 的勾花网埋置于平台填土中，铺时网需张紧，使铁丝网与坡面保持平顺。

3.3 固件锚固

为保证锚固效果，预防修复边坡出现整体及局部滑落，结合南泥湖钼矿气候、地质等生态修复条件进行锚固作业，主平面采用主锚杆加次锚杆方案。主锚杆呈矩形网度布置，其参数为2 000 mm×2 000 mm，长500～600 mm，材质为HRB400 的16#螺纹钢筋；次锚杆梅花网度布置，参数为1 000 mm×1 000 mm，长400～500 mm，材质为HRB400 的12#螺纹钢筋。剖面上主次锚杆与坡面夹角95°～100°，锚杆深入原岩350～400 mm，伸出坡面150～200 mm，与勾花铁丝网片呈90°弯曲，弯曲长度50 mm。锚杆锚固按自上而下、从左到右的施工顺序逐一进行，深入固定，保证不脱落。杆锚固施工图见图3。

3.4 喷播施工

喷播是施工方案的关键环节，喷播质量的好坏直接影响修复植被的生长质量及生态修复效果。喷播施工应由专业技术人员操作。

（1）活性基质营养层施工。上料应采用人工上料方式，严格按照用料配比把基材（活性基质、黏土、土壤改良材料、团粒剂、保水剂、黏合剂、活性菌剂、多含量复合肥等）倒入专用客土喷播机中搅拌均匀，搅拌时间应大于10 min。喷播施工时按自上而下、从左到右的顺序逐一进行，喷出口应与坡面垂直，且距离保持在800～1 000 mm，喷射宽度5 000 ～6 000 mm，分2次进行，厚度为100 mm。

（2）种子层施工。喷播顺序应按自上而下、从左到右逐一进行，喷播按照从左到右、从上到下的顺序进行；喷播层厚30 mm，确保营养与水分供给，采用刺槐、胡枝子、紫穗槐、高羊茅、荆条、油松等植物种子进行喷播。每平方刺槐、胡枝子、紫穗槐、高羊茅、荆条、油松的质量喷播比为12∶12∶12∶15∶5∶3。喷播绿化显现效果顺序第1 年草坪绿化效果显现，第2 年灌木、乔木绿化效果显现，梯段凸显绿化效果。

3.5 喷淋铺设

为便于后期养护管理，绿化坡面设置自动喷漆系统，以满足养护期间洒水、施肥、病虫害处置需求。系统主平面矩形网度布置参数为4 000 mm×4 000 mm，主管道采用DN50 PE100 塑料管，分管分别采用DN25 和DN20 PE100 塑料管；主水泵型号WKX12.5-120，喷淋头覆盖直径5 000 mm，雾化喷水，实现绿化区域无死角覆盖；剖面主喷淋管道与边坡坡面平行，喷头支管道与边坡坡面呈90°夹角，深入客播土层700 mm，与锚杆相连，以防脱落。喷淋管道布置见图4。

3.6 养护工艺

养护期为喷播施工完成后第2天起，喷水养护应在每天早晨（10点之前）及下午（4点之后）进行，应始终保持坡面湿润，养护周期为60 d。植物扎根生长后，应注意杂草的清除，春初及秋末应集中施肥1次，平时根据生长需求灵活掌握施肥频次，确保绿化效果。

3.7 效果分析

经过2个月的初期养护，喷淋和种植草木已达到预期效果，后期在高海拔、低气温、低降水量、高陡岩石边坡无土等恶劣自然条件下依然长势良好。经过2 a 雨季验证，无明显冲沟现象发生，植被基材层、植物生长态势良好，达到单位覆盖率95%以上，植被成活率90%以上（图5），为国家级绿色矿山创建创造了良好的生态条件。

4 效益分析

4.1 经济效益

南泥湖钼矿针对高陡边坡进行客土喷播生态修复，秉承“降低成本，应绿则绿”的理念，初期设计规划按照三级养护标准布设了自动化喷淋养护设施，实现了南泥湖钼矿绿化区域的自动化养护。根据三级养护市场承包价格每年3.5 元/m2，若进行外包养护每年养护费用约4.2 万元，通过投用自动化喷淋养护设施，除每年约0.25 万元的电费成本外，年可节约养护费用3.95 万元。

高陡边坡未进行客土喷播生态修复前，边坡裸露的岩石经风化后易出现碎石滑落、浮石滑坡等现象，每年需动用挖掘机、装载机、工程车等工程机械设备对滚落积存的碎石进行清理，清理成本约1.6 万元。经客土喷播生态修复后的高陡边坡，边坡裸露的岩石受到了绿植的防护，避免了碎石的滚落和浮石滑坡现象的发生。综上所述，高陡边坡客土喷播生态修复项目实施后，每年可节省费用5.5 万元。