礦區(qū)綠色生態(tài)修復治理分析

文/中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心湖北總隊 李玉標

1 礦區(qū)綠色生態(tài)修復治理技術

礦區(qū)綠色生態(tài)修復技術是指在礦區(qū)內重新構建植物群落，實現(xiàn)控制地表徑流、降低水土流失、減少揚塵、降低礦區(qū)地質災害發(fā)生概率等效果。礦區(qū)綠色生態(tài)修復可提高礦區(qū)土地空間的綜合利用率，將無法使用的國土空間轉化為綠化用地、旅游開發(fā)用地等具備一定開發(fā)利用價值的空間[1]。

目前礦區(qū)綠色生態(tài)修復治理技術按修復對象差異分為礦區(qū)邊坡修復、礦區(qū)作業(yè)平臺修復、坑底生態(tài)修復、排土場生態(tài)修復、礦區(qū)道路生態(tài)修復、工業(yè)廣場生態(tài)修復、開采境界周圍受開采影響區(qū)域生態(tài)修復七大類型。生態(tài)修復應用技術大致分為客土噴播技術、三維植被網噴播技術、厚層基材噴播技術、植生袋法、植被混凝土防護技術、噴混植生技術、飄臺法、藤本護坡技術、爆破燕窩、植物纖維毯防護技術等。

2 案例分析

2.1 項目概況

某項目位于湖北省武穴市沿江采石場，該采石場作為武穴市開展綠色礦山創(chuàng)建和廢棄礦區(qū)治理行動的試點區(qū)域，計劃應用不同的生態(tài)修復技術，并對各類技術的成效進行驗證，從而探索適合武穴市地質、水文等環(huán)境特征的礦山生態(tài)技術。雖然該試驗場地面積僅400m2，但其中包含高約20m，坡降比為4∶1的陡峭石質邊坡及坡腳處平臺，地形變化豐富，地質特征極具代表性（見圖1）。針對邊坡與坡腳處平臺分別采取不同的修復技術。

1 礦山治理航拍

2.2 邊坡處理

該項目邊坡不僅落差較大，且整個坡面接近75°。由于礦區(qū)為石料開采場，故在邊坡上幾乎看不到土壤，且光滑的邊坡上還附著大量采石留下的礦石粉末，使植生袋、客土綠化等生態(tài)處理技術無法穩(wěn)定地將種植基質和植物留存在陡峭且光滑的坡面上，導致生態(tài)處理技術應用成效較差。如何讓種植基質和植物種苗留存在邊坡上是決定生態(tài)處理技術能否成功的關鍵。

試驗人員嘗試利用風鎬對坡面進行開槽處理，但高20m，寬約20m的坡面如全部開槽處理需耗費大量時間和財力，開槽期間產生的粉塵和石渣對礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞[2]。因此，在進行局部試驗后，該種邊坡處理方式被試驗人員放棄。試驗人員測試多種邊坡處理技術均未到達預期效果后，受高速公路鋼筋網邊坡防護技術啟發(fā)，決定用鋼筋錨桿將鍍鋅鐵絲網固定在邊坡上，從而達到穩(wěn)定種植基質和植物種苗的效果。

1）清坡處理 鑒于項目邊坡存在大量碎石和石屑，對今后種植基質的置留產生影響，故施工前對邊坡進行清坡處理。清坡時使用高壓水泵進行沖刷，減少揚塵，清坡前應在坡腳處挖設截水溝以免泥漿外溢造成環(huán)境污染。

2）鋼筋網放樣 通過測算邊坡面積，得出所需施打的鋼筋錨桿間距為1m，放樣時可采用油漆噴繪標注。測量時發(fā)現(xiàn)該處邊坡局部區(qū)域出現(xiàn)高50cm的落差，為保證上述區(qū)域的錨桿受力平衡，需在局部進行錨桿適當加密。

3）錨桿安裝 放樣完成后可安排施工人員進行鋼筋錨桿插打，插打時不使用風鎬挖掘，而應使用手持式鉆機，從而減少對邊坡表面松散巖石層的進一步破壞。為保證錨桿能提供足夠的支撐力，鉆孔時應確保每個鉆孔深度不小于60cm。同時，針對少數(shù)需安裝加長錨桿的鉆孔須加大鉆孔深度，具體深度不低于錨桿安裝完成后露出巖石層外的長度。鉆孔時可采取間隔式作業(yè)，以減少相鄰鉆孔間的擾動。如果遇到某鉆孔在鉆進時出現(xiàn)巖石層崩塌現(xiàn)象，可在崩塌區(qū)域外圍重新布設鉆孔。鉆孔完成后可插入相對應的鋼筋錨桿，并使用鋼制膨脹螺栓將錨桿固定在鉆孔中，部分較深的鉆孔可采用砂漿進行灌孔，以增強錨桿的應力強度。在完成錨桿安裝后可使用拉力計對錨桿進行抽樣檢測，不符合強度要求的錨桿進行重新固定。

4）鐵絲網鋪設 鍍鋅鐵絲網常以卷材形式運輸和儲存，為便于施工，每卷鐵絲網可自上而下鋪設，相鄰兩卷鐵絲網間必須進行搭接處理，搭接長度按上下兩層10cm、左右兩層5cm進行控制，鐵絲網與錨桿之間可使用螺栓固定。

2.3 植被混凝土鋪設

為提高植被混凝土的穩(wěn)定性，施工人員除適當提高混凝土中凝固劑含量外，還在部分邊坡凹陷處增設1層塑料網，使噴射的植被混凝土附著于邊坡表面。

植被混凝土中所使用的砂質壤土應提前過篩，去除砂質壤土中顆粒較大的碎石、植物根系等雜質，以免堵塞噴管。拌制植被混凝土的過程可根據混凝土噴播速度合理調節(jié)，切不可一次性完成所有混凝土的拌制工作，以免植被混凝土在拌制完成后出現(xiàn)和易性下降，從而影響泵機工作。在正式施工前可對特殊區(qū)域進行試驗，如邊坡頂端、邊坡凹陷或凸起處等，以驗證所使用的植被混凝土是否具有較好的附著性與穩(wěn)定性，以及施工所使用的真空泵機是否能將植被混凝土送至邊坡頂端等[3]。

在進行植被混凝土噴鋪時需結合氣候變化合理安排工期，較為理想的施工期為春秋兩季，且持續(xù)晴天達5d以上，以保證所噴射的植被混凝土在降雨前完成凝固劑的固化反應。在噴鋪結束后可在邊坡表面鋪設遮陽網以減少風力和降水對植被混凝土基質的影響，植被混凝土在泵噴時含有較多水分，故在泵噴完后不必立即對基質層進行灌溉作業(yè)，即便夏季施工，也可采用噴霧法對基質層進行灌溉養(yǎng)護。

2.4 坡腳平臺生態(tài)修復

場地坡腳處土壤在長期采礦作業(yè)下，其土壤物力特性、肥力等指標受到影響，如直接在此處種植植物，將造成植物長勢不良甚至死亡現(xiàn)象。為改善修復區(qū)域土壤狀況，試驗人員依次應用深耕、換填等土壤改良技術。

1）在坡腳處設置截水溝，吸納礦區(qū)邊坡處產生的地表徑流，既可避免邊坡地表徑流所夾帶的礦渣和泥沙對平臺處的土壤造成破壞，又可減少地表徑流對平臺的沖刷。

2）使用大型翻耕機對試驗區(qū)域內的土壤進行深耕，場地翻耕的平均深度為60cm，在深耕過程中需對板結狀原土進行徹底破碎，還應去除碎石等雜質。同時，利用翻耕機將適量的有機肥添加至土壤中，以提高強土壤肥力。

3）為進一步提高土壤肥力，試驗人員針對不同區(qū)域的植物品種進行換填。例如，在喬木與灌木種植穴中全部采用富含有機質的營養(yǎng)土進行回填；在種植草坪或地被植物區(qū)域重新鋪設厚10cm的營養(yǎng)土。

平臺區(qū)域的土壤改良完成后，試驗人員在此種植以本土樹種為主的喬灌木及地被植物，如馬尾松、刺槐、烏桕、多花木蘭、紫穗槐、大花金雞菊、狗牙根、高羊茅等。

3 項目成效

為進一步評估礦區(qū)生態(tài)修復成效，試驗人員分別在施工完成后的1，3，6個月對項目生態(tài)修復效果進行記錄和比對，并從種植基質穩(wěn)定性、生態(tài)修復植物生長情況等方面進行評價。

3.1 種植基質穩(wěn)定情況

項目中所噴射的種植基質穩(wěn)定性較好，尤其是邊坡坡腳處噴射的基質受平臺處土壤回填的支撐，未出現(xiàn)坍落；在邊坡中部的局部出現(xiàn)種植基質厚度下降現(xiàn)象，尤其在部分巖層凸出部分，基層厚度下降明顯；由于邊坡頂部坡度略低于邊坡中部，故基質厚度下降趨勢小于中部。

3.2 生態(tài)修復植物生長情況

在完成修復后的1個月，種植基質中的草本植物生長迅速，尤其是狗牙根30d內已全部長成，植株高度平均約20cm，該時期灌木與藤本植物長勢緩慢；在完成修復后的3個月，藤本植物與灌木長勢加速，尤其以葛藤為代表的藤本植物，其生長速度與種群數(shù)量遠高于以多花木蘭為代表的灌木，該時期藤本植物與灌木生長加速，從而擠占草本植物的生長空間，其種群密度和長勢有所下降；在完成修復的6個月，以多花木蘭為代表的灌木生長開始占據主導地位，對草本植物和藤本植物表現(xiàn)出抑制效果（見表1）。

表1 項目不同時期修復植物覆蓋率 %

項目礦區(qū)邊坡上種植的各類植物經過6個月左右的生長期后，總體植物覆蓋率達90%以上，通過不同類型植物在不同階段的生長差別，構建合理的修復系統(tǒng)，即實施前期以草本植物為主導，利用其生長迅速特點，對礦區(qū)邊坡進行快速復綠；在實施中期，藤本植物充分發(fā)揮其延展性佳、適應性強的優(yōu)勢，其枝條沿邊坡區(qū)域蔓延，進一步提升植物的覆蓋率；在實施后期，灌木作為修復植物中根系組織較發(fā)達的植物，其根系組織經過一段時間的生長，植株品種的競爭優(yōu)勢充分顯現(xiàn)，并在邊坡的植物群落中占據主導地位。

3.3 建議

雖然試驗取得較好成效，但也有不足，如在邊坡部分凸起的巖層處，種植基質鋪設厚度不足，造成生態(tài)修復效果較差。針對此類問題，試驗人員計劃采取如下改進措施。

1）在邊坡整理時，對于部分凸出的邊坡進行修整，使整個坡面的平整度始終保持在同一水平線上。

2）其他項目的邊坡平整度也存在凹凸不平問題，如全部采取修坡處理會增加修復成本，故可結合邊坡實際情況采取階梯式放坡處理，從而降低邊坡修復成本。

3）適當增加錨桿長度，進而提升鐵絲網與邊坡表面間距，使其可容納更多種植基質。

4 結語

試驗結果表明，在項目邊坡及坡腳平臺處實施生態(tài)修復技術效果較好，區(qū)域范圍內地表徑流流量和流速控制較好，地表徑流中泥沙等小顆粒物質含量明顯降低，實現(xiàn)良好的水土保持和生態(tài)修復功能。