廖志剛

（江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦，江西上饒 334505）

永平銅礦露天采場邊坡柔性生態(tài)治理技術探討

廖志剛

（江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦，江西上饒 334505）

文章結合永平銅礦露天采場邊坡的實際，探索了柔性生態(tài)治理的機理與方法。通過生態(tài)長袋柔性防護材料在永平銅礦護駕山采場邊坡生態(tài)治理工程中的研究與應用，旨在探討治理有色金屬露天采場邊坡生態(tài)環(huán)境的技術。

露天采場邊坡；柔性生態(tài)治理；生態(tài)長袋

由于人類對資源的需求量越來越多，礦山開采的速度和規(guī)模也越來越大。然而，礦山開采對土地和環(huán)境的破壞相當驚人。據(jù)統(tǒng)計，截至2012年底，我國合法采礦用地面積約227萬hm2，歷史遺留礦山開采損毀土地面積約280萬hm2，而其中未治理面積多達231萬hm2左右［1］。

大多金屬礦山露天開采過程中會形成作業(yè)面，主要包括開采邊坡、開采平臺、開采坑底等幾大部分。露天開采邊坡通常光巖裸壁，坡度較陡，一般在45°～55°之間。邊坡巖面常因爆破作業(yè)而產(chǎn)生大量裂隙，并且表層坑洼較為豐富、糙率大，常有浮石存在。另外，開采作業(yè)形成的開采平面，也容易導致開采邊坡局部坡腳欠穩(wěn)定。以上因素造成采場邊坡在強降雨以及其它干擾下容易發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災害，影響礦區(qū)生產(chǎn)安全。同時，大多數(shù)金屬礦山往往含有較高的金屬硫化物，金屬硫化物氧化后產(chǎn)酸使得土壤pH降低，導致鉛、鋅、銅等重金屬離子被溶出并釋放到環(huán)境中，帶來嚴重的重金屬污染問題［2］。

近十多年來，國內(nèi)外已成功開發(fā)出多種裸露邊坡的治理技術，并廣泛應用于非酸性土壤的高速公路邊坡、采石場邊坡護坡工程中。然而，鑒于有色金屬露天礦山采坑邊坡的高度重金屬與強酸性環(huán)境條件，繼續(xù)沿用高速公路邊坡與采石場邊坡生態(tài)治理技術成功案例極少。隨著礦山生態(tài)環(huán)境治理技術的進步與發(fā)展，目前裸露巖面治理已經(jīng)從單純的硬體工程解決方案轉移到軟體柔性生態(tài)治理技術［3］。如何有效地治理有色金屬露天采場邊坡這類特殊的土地類型，研究出適宜的柔性生態(tài)治理技術，目前已成為我國當前環(huán)境治理所面臨的緊迫任務之一。

1 研究區(qū)域概況

1.1 自然概況

研究地點位于江西省上饒市鉛山縣永平鎮(zhèn)永平銅礦。該地區(qū)屬中亞熱帶溫濕型氣候，日照充足，雨量充沛，四季分明。平均氣溫在17.2℃至19.6℃之間，年均降水量1 700～2 100 mm，常年主導風向為東南風。永平銅礦地處武夷山脈北麓，是一家采用露天開采方式、浮選工藝選礦的處理規(guī)模為10 000 t／d的大型采、選聯(lián)合企業(yè)［4］。

1.2 露天采場邊坡概況

永平銅礦護駕山邊坡位于露天采場的東北側，邊坡坡角約為45°～55°，其中巖質(zhì)邊坡占45%左右。治理區(qū)域包括整個護駕山邊坡，面積共計12.4萬m2。由于邊坡坡頂多有礦區(qū)露天開采形成的素填土及風化巖石碎塊松散堆積，坡面風化脫落現(xiàn)象較為普遍。在雨季來臨時，坡面普遍出現(xiàn)嚴重的沖刷破壞，樹枝狀、網(wǎng)格狀沖溝鱗次櫛比。隨著雨水的沖刷以及受到下部采礦爆破震動的影響，坡面巖石風化層易失穩(wěn)產(chǎn)生滑塌。該邊坡坡高較陡，以往采取了多種地質(zhì)災害治理工程的措施進行邊坡穩(wěn)定治理，但由于邊坡高嶺土質(zhì)以及土壤條件等各類原因，治理效果不佳，已出現(xiàn)山體整體滑塌以及沖刷拉溝現(xiàn)象。坡面沖刷導致坡腳采場排水溝淤堵嚴重，一旦發(fā)生失穩(wěn)滑塌、泥石流，將嚴重威脅坡腳采礦作業(yè)人員安全，是礦區(qū)安全生產(chǎn)的極大隱患。

1.3 原始土壤情況分析

為了了解護駕山邊坡的原始土壤情況，于治理前（2015年6月）進行了采樣分析。依據(jù)樣品采集原則，并最大限度地代表整個區(qū)域的整體情況，在邊坡的上、中、下部進行采樣，共采集30個土壤樣品。每個樣品由3～5個子樣品混合而成，采集深度為0～20 cm。樣品采集完成后，分析相關理化指標，檢測結果見表1?？梢钥闯?，本次研究的護駕山邊坡區(qū)域，原始土壤表現(xiàn)為強酸性，pH均值低達3.2，具有高酸化潛力，同時存在大量游離的酸性離子；并且也存在十分嚴重的銅離子毒性危害；土壤營養(yǎng)元素十分匱乏，有機質(zhì)、總氮、總磷均為甚缺乏水平，遠遠滿足不了生態(tài)治理過程中植物萌發(fā)生長所必須的各類營養(yǎng)元素。

表1 永平銅礦護駕山邊坡治理前后土壤理化性質(zhì)對比（n＝30，均值±標準誤差）

1.4 生態(tài)制約因子分析

根據(jù)該區(qū)域土壤理化性質(zhì)的分析結果，并結合現(xiàn)場踏勘的情況，總結出該區(qū)域的生態(tài)治理主要面臨的幾大難題：

1.全巖質(zhì)邊坡，坡度大；坡面基巖裸露、部分懸?guī)r，巖體結構復雜；表面坑洼，巖性堅硬。

2.坡面節(jié)理裂縫明顯且分布無規(guī)律，并且由于雨水的侵蝕，導致巖體膨脹產(chǎn)生大量的裂縫，從而促使巖體發(fā)生分化崩解；另外，開采活動以及開采爆破引發(fā)的震動，都影響了巖體結構穩(wěn)定。

3.巖石邊坡物理結構不良，持水能力差，區(qū)域氣候條件惡劣；表面溫度高，陽光直射帶來的高溫灼傷容易破壞植物莖葉，不利植物生長。

4.巖體內(nèi)產(chǎn)生的高濃度酸性水通過坡面裂縫滲出并沿坡面流下，對表面進行侵蝕。酸性是影響金屬礦業(yè)廢棄地治理的最大難題。極端酸性及鹽害能直接傷害植物，同時，極端酸性還會加劇金屬離子的溶出和毒害作用，導致土壤板結。

5.巖石邊坡營養(yǎng)元素嚴重匱乏，不能滿足植物正常生長的基本需求，制約了植物的定居生長。

6.一般邊坡常用的客土噴播技術難以直接應用于采坑邊坡生態(tài)治理，這主要是由于：（1）礦區(qū)難以提供足夠的土源以滿足大面積采坑邊坡的噴播用土需求；（2）采坑邊坡巖體的自身特性，包括各類裂縫、坡面異動、熱脹冷縮等問題，都容易造成噴播土與巖體表層發(fā)生脫落，再加上噴播土厚度有限，經(jīng)不起大雨沖刷；（3）采坑邊坡巖體表面往往溫度很高，容易灼傷幼小植物。

2 柔性生態(tài)治理技術機理分析

在借鑒國內(nèi)外先進技術的基礎上，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，利用周圍酸性排土場的廢棄土摻混土壤改良基質(zhì)材料，就近調(diào)制營養(yǎng)土裝生態(tài)袋。采用一種以聚丙烯為主的高分子聚合物生態(tài)長袋的鋪設方法，在金屬礦山采坑邊坡建造永久性與穩(wěn)固性的柔性生態(tài)墻；同時，在生態(tài)長袋上直接進行植被，建立多層植物立體人工生態(tài)系統(tǒng)，進一步穩(wěn)固邊坡，實現(xiàn)效果的持久性。

這種柔性生態(tài)治理方法的機理主要包括以下幾點：

1.生態(tài)長袋對整個巖體坡面的覆蓋、摻混的改良劑中各種有機肥料的氧化分解以及建立植被后根系區(qū)域形成的耗氧層，都能夠降低邊坡巖體表面接觸的氧氣濃度，從而降低好氧的鐵硫氧化微生物（礦山土壤酸化過程的主要參與者）的相對豐度，達到控制酸化的效果。

2.引入有機肥以及先鋒植物提供的水肥養(yǎng)基礎，培育有益微生物，通過添加各種改良劑創(chuàng)造有益微生物的生長環(huán)境，迅速繁育有益微生物優(yōu)勢種群。通過有益微生物的作用，逐漸改善下層的理化性質(zhì)，使得下層條件逐漸得到提升。

3.生態(tài)長袋透水不透土、抗高強、抗紫外線、抗凍融、耐酸堿等特性，有利于為植物生長提供充足的營養(yǎng)與水分。

4.巖石在物理、化學和生物的作用下逐漸風化，通常分化成兩類物質(zhì)：穩(wěn)定性的礦物質(zhì)以原生礦物留下，不穩(wěn)定的礦物質(zhì)一部分形成不溶性物質(zhì)土壤細粒，一部分形成可溶性物質(zhì)土壤溶液粒子。裸露巖面風化形成的穩(wěn)定與不穩(wěn)定的礦物質(zhì)都會隨雨水沖刷殆盡，因此巖體無法自然形成土壤。而生態(tài)長袋對整個巖體坡面的覆蓋、阻擋，使得巖石風化中產(chǎn)生的原生礦物、土壤細粒都能存留在巖體內(nèi)，再加上生物活動的作用，加快巖體成土化進程。

5.生態(tài)長袋采用錨桿與鋼筋加肋將整個邊坡連成一體，利用植物根系錯綜相連固定生態(tài)袋內(nèi)土壤，同時，由于植株莖葉對邊坡的覆蓋，能夠減少水流對坡面的直接沖刷，以上這些因素都大大增強了坡面的穩(wěn)定性。

3 柔性生態(tài)治理技術流程

3.1 排水措施

1.為減少雨水對坡頂?shù)闹苯記_刷，在坡頂平臺設置截水天溝進行分流減排，采用C15細石混土抹面厚10 cm形成淺梯形排水溝，底寬0.5～0.6 m，深0.5～0.6 cm。

2.在坡腳設置集水溝（0.5 m×0.5 m，C15素砼抹面）。

3.坡面裂縫明顯滲酸水處銼槽設置導水盲溝，縱向引流酸性水。槽底采用水泥抹面，底寬3 cm，深3 cm，在坡面生態(tài)袋鋪設后形成暗槽使酸水有序流下，同時封堵細小裂縫以確保酸性水不滴流。

3.2 生態(tài)長袋鋪裝

1.整理邊坡：清理坡面浮石、危石，邊坡雜物，并磨平鈍角、銳利的巖石，確保坡面穩(wěn)定安全。

2.土方平衡后，首先在坡面上進行初步的改良工作，包括先覆石灰作隔離，再覆綜合改良劑、土壤改良基質(zhì)等土壤改良混合材料

3.酸性排土場的廢棄土及混合改良基質(zhì)、保水劑、生長劑、菌劑等轉運至坡頂平臺混合堆漚成植生土。配比為酸性排土場的廢棄土（70%），改良基質(zhì)（30%）。

4.鋪設前首先掛線，按設計距離0.8 m掛線，縱橫線之間的交點即為所有錨桿鉆孔點，鉆孔點呈梅花點分布。

5.邊坡放下未裝植生土的生態(tài)長袋，然后在邊坡頂部填裝植生土。當填充土至錨孔附近時距錨孔位置進行錨桿錨固，錨桿在邊坡外保留一定長度，繼續(xù)填充植生土，填充完長袋后，錨桿打入設計的深度。生態(tài)袋應填充飽滿（厚度約23～25 cm），填充安裝后的袋體厚度、寬度應大體一致，大面平整、線形順直、連接緊固，相鄰兩排生態(tài)袋要緊密靠攏并排。間距3 m加軸鋼筋連錨桿焊接加固，將坡面生態(tài)長袋連成一體，如圖1所示。

圖1 生態(tài)長袋鋪裝施工示意圖

6.植生袋內(nèi)按2株／m2直栽喬灌木袋苗與點播種子，面鋪草皮，實現(xiàn)快速綠化。樹、草種應具有適應性強、發(fā)達的根系、耐貧瘠、較強的抗旱能力、固土及改良土壤理化性狀能力等特點，主要以鄉(xiāng)土植物為主，起到防治水土流失、實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定的作用。

4 生態(tài)治理效果分析

永平銅礦護駕山露天采場邊坡生態(tài)治理項目分兩期實施，主要采用“原位基質(zhì)改良＋植被技術”［5］，并針對巖質(zhì)邊坡大面積存在的實際情況引進了生態(tài)袋的方法，柔性治理巖質(zhì)邊坡，克服了無土的原始條件。項目完成一年后，坡面的植物覆蓋率達到90%以上，已初步形成自然演替的生態(tài)系統(tǒng)。同時，采集了治理一年后的土壤樣品30個，分析結果見表1。與原始土壤相比，治理一年后的土壤情況明顯好轉。pH顯著升高，目前已達到5.7左右，酸化現(xiàn)象得到較好控制；重金屬污染降低，其中有效銅含量顯著下降；各類營養(yǎng)元素含量顯著增加。從現(xiàn)場的觀測情況看，該區(qū)域的水土流失現(xiàn)象基本得到了有效的控制，極大地保障了下方采礦區(qū)域的安全生產(chǎn)。項目成功實現(xiàn)了一攬子解決邊坡穩(wěn)定、水土流失、環(huán)境污染治理等問題，帶來了良好的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。

5 總 結

永平銅礦護駕山露天采場邊坡治理打破了傳統(tǒng)地質(zhì)災害方法治理邊坡的模式，以生態(tài)的方法治理邊坡環(huán)境。項目堅持以植物措施為主，工程措施為輔，分步控制，逐步恢復生態(tài)系統(tǒng)。同時，不構筑鋼筋水泥結構體，充分發(fā)揮生態(tài)袋的的柔性治理作用，增加邊坡的穩(wěn)定性，同時利用植物群落的作用，固土防蝕，改善巖體的抗沖性與穩(wěn)定性來有效控制水土流失。因此，大大降低了工程措施成本占比，邊坡修復單價得到較好控制。護駕山露天采場邊坡綜合治理單價約為135元／m2，包含邊坡整理、柔性生態(tài)袋鋪裝、土壤改良、植物種植、后期養(yǎng)護等人工以及材料等所有的相關費用，用柔性材料與生態(tài)的方法一攬子解決邊坡治理問題。

對有色金屬礦山露天采場邊坡的柔性生態(tài)治理技術的探索，并成功應用于永平銅礦護駕山采場邊坡的環(huán)境治理工程中，為有效地解決有色金屬礦山露天采場邊坡的治理難題提供了示范與有益參考。

［1］ 陳偉，寧平，黎慧娟，等.礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境恢復治理進展［J］.環(huán)境工程技術學報，2017，7（1）：78－87.

［2］ 覃朝科，農(nóng)澤喜，黃偉，等.廣西某廢棄鉛鋅礦重金屬污染調(diào)查及治理對策［J］.有色金屬工程，2016，6（3）：87－92.

［3］ 石金鵬，曲華峰.淺談礦山高陡巖石邊坡生態(tài)恢復軟體技術［J］.城市建設理論研究（電子版），2012，（20）.

［4］ 吳亞君，周連碧，喬樹潭，等.永平銅礦酸性排土場復墾植被的研究［J］.采礦技術，2002，2（2）：66－68.

［5］ 藍崇鈺，束文圣.礦業(yè)廢棄地植被恢復中的基質(zhì)改良［J］.生態(tài)學雜志，1996，15（2）：56－60.

Discussion on Flexible Ecological Treatment Technology of Slope in Open-pit Stope of Yongping Copper M ine

LIAO Zhi-gang
（Yongping Copper Mine of Jiangxi Copper Co.，Ltd.，Shangrao 334505，China）

Based on the situation of Yongping copper mine open pit slope，this paper studied the mechanism and method of flexible ecological treatment.We introduced the application of flexible protective material such as ecological long bag in slope ecological treatment project of Yongping copper mine，and to explore the ecological treatment technology of non-ferrousmetal open-pit stope slope.

slope of the open-pit stope；flexible ecological treatment；ecological long bags

X53

A

1003－5540（2017）04－0064－04

2017－06－22

廖志剛（1977－），男，工程師，主要從事礦山工程管理研究工作。