付啟剛

（甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司西溝礦，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 引言

生態(tài)環(huán)境是礦山企業(yè)生存和發(fā)展的前提，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，環(huán)境問題已經(jīng)成為世界各國無法規(guī)避的重要問題，尤其我國礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理問題更值得我們深慮。礦山作為環(huán)境恢復(fù)治理責(zé)任主體，當(dāng)務(wù)之急必須對已破壞的生態(tài)環(huán)境開展修復(fù)，而在生態(tài)環(huán)境恢復(fù)中如何有效地對已破壞的危險(xiǎn)陡峭的棄渣山坡面開展治理更是成為一項(xiàng)亟待解決的課題。由于礦山高陡邊坡存在坡度陡峭、水土流失嚴(yán)重等惡劣地形地貌條件，導(dǎo)致山體表層植被難以在短期之內(nèi)自然恢復(fù)并形成植物群落，采用工程手段對其進(jìn)行治理，又受到氣候、資金等多重因素制約，因此已成為礦山生態(tài)修復(fù)工作中的難題和焦點(diǎn)[1]。

酒鋼西溝礦位于嘉峪關(guān)市西南方向約43 km處的祁連山北麓肅南裕固族自治縣境內(nèi)，平均海拔2 800 m，工業(yè)場地和采場分布于海拔2 000～3500 m的高寒山區(qū)?？v觀全礦區(qū)的地勢，具有東高西低的特點(diǎn)，西溝礦區(qū)內(nèi)最高海拔3 588 m，最低海拔2 873 m，相對高差715 m，屬溫帶大陸性氣候帶祁連山高寒半干旱氣候，本地區(qū)多年平均氣溫7.0～8.1℃，每年10月至次年的5月為干寒期，極端最低氣溫-31.6 ℃；6—9月為干熱高溫期，極端最高氣溫38.6 ℃。多年平均降水量85.4～181.8 mm，降水多集中在6—9月，這個(gè)期間的降水量占全年降水量的81%左右。多年平均蒸發(fā)量2 205 mm，主要集中在6—9月，10月下旬至下一年5月上旬為凍結(jié)期，最大凍土深度1 400 mm。礦區(qū)氣候主要特點(diǎn)是四季變化不甚明顯，冬春季長而冷，夏秋季短而涼爽。植物的生長周期短，不利用被破壞歷史遺留渣坡面的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理。

2 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

2.1 客土噴播技術(shù)的應(yīng)用

客土噴播技術(shù)是一種相對較為普遍且適用的植被恢復(fù)治理方法，在各綠化領(lǐng)域迅速推廣和應(yīng)用，目前已經(jīng)成為道路邊坡植被綠化防護(hù)、河岸生物防護(hù)、綠地重建、礦山地質(zhì)環(huán)境治理等方面的有效植被種植方法。此方法可較好地用于無土、無巖土、無砂的有機(jī)土壤表面，也可用于運(yùn)輸、噴灑由土壤、種子、肥料等添加劑組成的混合物，是目前較為理想的生態(tài)修復(fù)方式。同時(shí)，客土噴播技術(shù)也有效解決了投入成本高、參與人員多、作業(yè)過程復(fù)雜等方面的缺點(diǎn)。

2.2 客土噴播技術(shù)的原理

客土噴播是當(dāng)前礦山領(lǐng)域應(yīng)用最快捷、最普遍、見效快、成本最低的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理方法。原理就是通過專業(yè)的噴射機(jī)械，將攪拌均勻的“基層材料”（采用當(dāng)?shù)胤N植土，摻入一定量的種子、緩效性肥料、保水劑、黏結(jié)劑、pH調(diào)節(jié)劑、水等），噴射到經(jīng)過處理后穩(wěn)定的巖質(zhì)坡面上，形成一定厚度的土層和綠化基質(zhì)，為植被生長創(chuàng)造適宜的立地條件，從而實(shí)現(xiàn)裸露坡面植被恢復(fù)的目的[1-3]。在土壤被改良的同時(shí)，覆蓋物借助水溶液的黏合性和纖維物的混合性相互作用并附著在坡面，這樣既能夠保證原渣坡面的水分和養(yǎng)分，也是種子生長發(fā)芽的基礎(chǔ)，還有利于環(huán)境的恢復(fù)、土壤的改善、水土的流失、生態(tài)的變化，恢復(fù)被破壞生態(tài)區(qū)域的自然植被，如圖1所示。

圖1 客土噴播實(shí)施后效果圖

2.3 客土噴播技術(shù)具體實(shí)施流程

首先對高陡的渣坡面通過挖掘機(jī)等設(shè)備自上而下進(jìn)行預(yù)處理，開展刷幫、削坡減載、清理大塊巖石、平整及分臺階等工作，改善邊坡輪廓形狀。然后，在修整好的坡面上開挖排水溝槽、掛網(wǎng)，加強(qiáng)坡體的疏水和排水。其次，在坡面上均勻鋪墊腐殖土，并將選用好的草籽、黏合劑、保水劑、草纖維、羊糞、類壤土基質(zhì)等（類壤土基質(zhì)中包括上繁草、下繁草和高羊茅等草籽），通過與清水充分?jǐn)嚢杌旌虾?，用噴播機(jī)的壓力泵將其噴播在需要治理的坡面上。為了防止被雨水沖刷和陽光照射，再用稻草墊覆蓋至已施工完畢的高陡坡面上。最后，通過輸水管道引至修復(fù)后的渣坡面上進(jìn)行微噴養(yǎng)護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)對治理坡面自然植被的恢復(fù)生長，如圖2所示。

圖2 客土噴播技術(shù)工藝流程圖

2.4 客土噴播技術(shù)的具體實(shí)施方法

2.4.1 坡面平整

為保證歷史遺留高陡渣坡面的安全穩(wěn)定，為后期的環(huán)境恢復(fù)治理提供條件，首先在客土噴播前對渣坡面通過挖掘機(jī)等設(shè)備和人工進(jìn)行全面削坡減載，清除坡面所有突兀的巖石、碎石和其他可能使網(wǎng)在地面被頂起的障礙物，保證噴播掛網(wǎng)與坡面的平整[4]。

2.4.2 坡面穩(wěn)定

坡面穩(wěn)定有2種方法，根據(jù)實(shí)際情況合理選擇，一是為保證歷史遺留高陡渣坡面的穩(wěn)定，進(jìn)行放坡處理，利用兩級馬道的卸荷作用分散渣坡面的下滑力，同時(shí)減小歷史遺留渣坡面的坡度，增強(qiáng)其穩(wěn)定性；二是對渣坡面進(jìn)行“削坡減載”，改善邊坡輪廓形狀，從而提高邊坡的穩(wěn)定性。

2.4.3 對較陡渣坡面實(shí)施掛網(wǎng)處理

通過掛網(wǎng)增加噴播基材附著穩(wěn)定性。掛網(wǎng)主要采用高強(qiáng)塑料土工網(wǎng)或鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)孔的規(guī)格基本上選擇100 mm×100 mm。坡面較硬的地方使用沖擊鉆按1 m×1 m的間距設(shè)置梅花形錨桿，錨桿長度為800～1 200 mm，錨釘長度約200～400 mm。掛網(wǎng)采用自上而下的方式進(jìn)行，平行的兩卷土工網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)通過綁絲相互連接，交叉的兩網(wǎng)之間保持100～150 mm的重疊，每平方米不少于8只錨釘，坡面與網(wǎng)子之間還要留存間隙且布置均勻。對于陡坡面合理采用稻草繩編織在網(wǎng)子的表面，目的就是增加其附著力，使坡面土的厚度得到有效保證，這種方法可以使客土能夠在渣坡表面形成永久的附著力和實(shí)現(xiàn)治理區(qū)域的條塊管理。

2.4.4 修筑截排水溝

治理區(qū)若沒有排水設(shè)施，每逢降雨特別是大雨天氣，低洼處容易被雨水沖刷形成溝壑，水土流失嚴(yán)重。為防止雨水在坡面流動過程匯集對坡面的集中沖刷和土壤養(yǎng)分流失,在距坡頂邊緣線1 m處設(shè)置種植池作為截水溝起到擋水作用，減輕大氣降水形成的坡面流對坡面的沖刷[5]。同時(shí)，為了防止山體和坡面被雨水沖刷形成地表徑流，要在廢棄渣坡面的上方挖掘一條橫向截排水渠或抬高坡頂?shù)慕嵌?，使渣坡面上部的徑流水向邊坡面的兩?cè)和底部流淌，避免坡面上的植被因雨水沖刷而影響正常的生長。

2.4.5 選擇草籽

西溝礦地處祁連山北麓，高寒高海拔，冬長夏短，降水量少，植被的生存期較短，選擇適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件下易于生長的草種至關(guān)重要。通過對周邊草本市場的比對化驗(yàn)以及市草籽供求方面的實(shí)地調(diào)查，最終選擇了上繁草中披堿草籽和下繁草中的扁穗冰草籽、高羊茅，其優(yōu)勢就是不選土壤、不挑區(qū)域，具有較強(qiáng)的抗旱及抗寒性。

2.4.6 草籽播種前浸泡及晾曬

草籽浸泡是一種提高出芽率的方法，這樣做的目的是激活種子，讓種子更好地發(fā)芽。首先，將種子浸泡在溫度為20～30 ℃的水中，浸泡時(shí)在水中摻加生根劑，浸泡時(shí)間為24 h。然后在室內(nèi)控干水分進(jìn)行晾曬一天，晾曬的溫度保持在18～28 ℃。晾曬后的種子及草籽就可以做噴播使用了。

2.4.7 平整區(qū)腐殖土的選取

結(jié)合西溝礦業(yè)公司的土壤實(shí)際情況，選取了在采場開采過程中巖石夾含的土壤篩取后作為基土。對于腐殖土來說，粒徑不應(yīng)過大，應(yīng)選擇周邊較肥沃的土質(zhì)為宜，保證土壤的含鹽量低于1%、pH控制在5～7，這樣更有利于提高植被的成活率。對于顆粒較大的腐殖土需要用孔徑為2 mm×3 mm篩土機(jī)進(jìn)行篩選，保證土壤粒徑適當(dāng)，滿足渣坡面覆土的要求。

2.4.8 客土噴播

客土噴播就是將上繁草、下繁草和高羊茅草籽按照3∶2∶1比例進(jìn)行混合，再將草籽、灌木種子、鋸末、黏合劑、保水劑、草纖維及羊糞等按一定比例攪拌均勻，通過噴播機(jī)的壓力泵噴播在掛有鐵絲網(wǎng)的坡面上。噴播的厚度可根據(jù)坡面的實(shí)際情況控制在100～200 mm。為保證噴播后的種子不被雨水沖刷，再使用稻草墊進(jìn)行覆蓋，這樣即可保溫保濕又可以避免太陽照射[6]。

2.4.9 噴淋系統(tǒng)安裝

在坡面治理區(qū)域的上部架設(shè)水罐連接DN75PE管為主水管線，坡面鋪設(shè)DN25PE管為支管，按照2 m間距安裝配套的噴淋裝置，對修復(fù)治理區(qū)域進(jìn)行微噴澆灌。

2.4.10 坡面養(yǎng)護(hù)

種子從出芽到幼苗期間要微噴養(yǎng)護(hù)，保持坡面土壤的潮濕。通過井下裂隙水經(jīng)過水池沉淀過濾，管道引至噴播后的渣坡面，同時(shí)借助時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)自動控制水閥門的啟停，從而達(dá)到對恢復(fù)治理坡面的微噴灑水。從開始每天的早、中、晚各噴灑一次，幼苗生長至50 mm以上可逐漸減少微噴的頻次，為了保證植被的正常生長速度，還要定期對坡面進(jìn)行施肥（主要以化肥、有機(jī)羊糞為主）。在噴播完成后的一個(gè)月內(nèi)，還應(yīng)全面檢查草種的生長情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾偏。如果植物出苗在2個(gè)月內(nèi)的覆蓋率未能達(dá)到75%，則必須進(jìn)行補(bǔ)噴，確保整體生長率。一般養(yǎng)護(hù)期限滿一年，植物的養(yǎng)護(hù)效果達(dá)到最佳[7]，如圖3所示。

圖3 坡面治理效果

3 試驗(yàn)結(jié)果

通過客土噴播技術(shù)完成了西溝礦2 880 m水平斜坡道硐口廢棄渣坡面的治理，對坡面進(jìn)行了削坡減載，最終形成了四層階梯式穩(wěn)定臺階，并在坡面和臺階上覆土、植被、覆蓋稻草墊，架設(shè)噴淋系統(tǒng)進(jìn)行人工養(yǎng)護(hù)；其次，實(shí)施了西溝礦采場3 242 m水平廢棄渣坡面的治理，共客土噴播土方約430 m、噴灑羊糞鋸末和草纖維共計(jì)3.85 t，播撒披堿草、扁穗冰草、高羊茅等草籽約300 kg，架設(shè)用于養(yǎng)護(hù)的噴淋管線約800 m，恢復(fù)治理面積約17 980 m2。最后，也完成了A系統(tǒng)回風(fēng)平硐口廢棄渣坡面的生態(tài)恢復(fù)治理，坡面通過削坡減載形成四層穩(wěn)定式臺階，治理面積約7 525.71 m2。通過實(shí)踐驗(yàn)證在高寒高海拔礦山實(shí)施渣坡面的客土噴播技術(shù)，保證了治理區(qū)域的植被成活率達(dá)到了82%以上。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

西溝礦地處高海拔高寒地區(qū)，生態(tài)屏障脆弱、自然環(huán)境惡劣，部分區(qū)域很難依靠自然修復(fù)原貌，所以絕大部分區(qū)域通過人為干預(yù)進(jìn)行生態(tài)治理恢復(fù)。針對西溝礦廢棄渣坡面區(qū)域?qū)嶋H情況，首先，對坡面進(jìn)行預(yù)處理，開展對坡面的刷幫、平整、削坡減載及分臺階等工作，改善邊坡輪廓形狀。然后在坡面上開挖排水溝槽、掛網(wǎng)，加強(qiáng)坡體的疏水和排水。其次，在休整后的“一”字型坡面上將選用的草籽、黏合劑、保水劑、草纖維及羊糞等有機(jī)肥料，通過與清水充分?jǐn)嚢杌旌虾?，用噴播機(jī)的壓力泵將其噴播在需要治理的坡面上。類壤土基質(zhì)中包括上繁草、下繁草和高羊茅等草籽。最后利用井下的裂隙水通過水池沉淀過濾、輸水管道引至修復(fù)后的廢棄渣坡面，同時(shí)借助時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)控制水閥門的啟停，從而達(dá)到對恢復(fù)治理坡面植被的灌溉澆水。通過以上舉措能夠有效遏制生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，恢復(fù)被破壞區(qū)域的自然植被，控制水土流失，使礦山地質(zhì)生態(tài)環(huán)境改善步入良性循環(huán)軌道。

5 結(jié)論

通過實(shí)施削坡減載、改善邊坡輪廓、植被恢復(fù)等措施，消除了雨季泥石流的影響，有效防止了渣堆邊坡發(fā)生滑塌等地質(zhì)災(zāi)害，提高了山體的穩(wěn)定性和安全性，遏制了治理區(qū)域生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，恢復(fù)被破壞區(qū)域的自然植被，控制水土流失，使礦區(qū)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)入良性循環(huán)軌道。將西溝礦打造成為規(guī)劃合理、景觀別致、環(huán)境優(yōu)美、具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益的綠色礦山。

實(shí)施過程安全可靠、技術(shù)可行、施工簡便、經(jīng)濟(jì)合理、效果良好，經(jīng)實(shí)踐適用于礦山各種類型的廢棄渣坡面的生態(tài)恢復(fù)治理。修復(fù)后只需要1～2個(gè)周期的人工養(yǎng)護(hù)，便可形成長期穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。