德興銅礦富家塢采區邊坡生態恢復工程實踐

李國平

（江西銅業集團公司 德興銅礦，江西 德興 334200）

1 引言

露采邊坡是露天礦開采過程中形成的一種特殊結構體。露天開采邊坡通常光巖裸壁，坡度較陡，一般在45°左右，由于長期處于自然環境中容易風化，邊坡巖面由于爆破作業產生大量的裂縫，給邊坡的穩定性帶來一定的影響，直接影響采礦區的安全與生產。鑒于有色金屬露天礦山采坑邊坡高重金屬與強酸性的環境條件，采用生態長袋填充礦區酸性水治理過程中產生的底泥進行邊坡生態恢復成功案例不多，礦山生態恢復工程對技術的使用需要對經濟性與適應性進行考慮［1］。因此研究探索有色金屬礦山資源開發與生態環境建設同步的新方法，對改善礦山生態環境、消除安全隱患意義重大。

2 工程概況

德興銅礦富家塢礦區生產規模為1485萬t/a，礦區面積3.9838km2，開采深度400m以上。礦區采用陡幫開采方式，采區南平山320以上邊坡已隨著開采活動出露終了邊坡。隨著采礦進程加快，為避免泥石流、坡面塌方等災害，確保邊坡的穩定性，實施邊坡的生態環境治理，以促進礦山綠色循環經濟發展。該工程項目于2017年10月底開工，至2018年1月底竣工，生態恢復總面積為42000m2。

3 生態恢復治理限制因素分析

3.1 地質環境

富家塢采區地質結構以地層千枚巖和花崗閃長班巖為主，邊坡結構復雜，巖面坑洼、凹凸。加之邊坡位于采礦場內，受采礦作業影響較大。開采活動不可避免地削弱了邊坡支撐，再加上開采爆破引發的震動，日積月累引起坡面異動，導致巖體結構不穩定。邊坡巖體長期暴露在露天環境中，在風化與氧化的雙重作用下，容易產生掉塊、滑坡現象，造成邊坡不穩定。并且，該地區5～7月降雨量大且集中，雨季大量的地表水集中，急速沖刷坡面，雨水滲入巖體裂縫，導致巖體膨脹改變巖體的力學性狀和應力狀態，巖體分化崩解造成邊坡巖石滑落，造成泥石流、坡面塌方等災害，加速邊坡不穩定。

3.2 土壤環境

大多數金屬礦山往往含有較高的金屬硫化物，裸露硬巖邊坡經風化淋溶和氧化作用產生酸性廢水，金屬硫化物氧化后產酸使得土壤pH降低，各類鐵硫氧化產酸菌過高導致土壤酸化加快［2］。礦業廢棄地土壤結構性差，有機質含量及植物生長必需的養分元素（尤其是氮磷鉀）缺乏，重金屬毒性強［3］。并且，巖石邊坡容易受到強陽光帶來的高溫及輻射，巖石邊坡植物容易被灼傷植物莖葉，不利植物生長，區域氣候條件十分惡劣，從而制約了植物的定居生長。

4 生態恢復治理措施

4.1 截排水措施

為防止上部地表水向下沖刷邊坡，消除降雨與地表水匯集在坑洼處沿裂縫滲入邊坡土層，使巖土的抗剪強度降低，造成坡體滑動的邊坡不穩定因素，減輕水對邊坡的持續破壞，各級平臺及坡頂均修建橫向截流排水溝。同時，對平臺裂縫進行注漿封固，夯填各級平臺坑洼處，并采用沙壤土封堵細小裂縫處，將平臺地表水引出至各級平臺排水溝，對部分下沉與斷裂地段構建鋼筋混凝土進行穩固。通過以上措施，確保區域排水、引水暢通，確保每級平臺排水不下滲、不沖刷坡面。

4.2 生態恢復措施

“以廢治廢”，綜合利用采區酸性水治理過程中產生的底泥，利用底泥摻混“FKB液態菌劑”作為邊坡植生土壤基質，因地制宜確定治理技術方案，一勞永逸，環境友好，經濟有效。

4.2.1 平臺生態恢復措施

平臺采用直接覆蓋采區酸性廢水處理廠底泥（厚度30cm）摻混“FKB液態菌劑”+直接植被的方法。底泥與改良基質的配比為3∶1，按2株/m2的用量直接栽種喬灌木袋苗與撒播植物種子。

4.2.2 邊坡生態恢復措施

邊坡采用生態長袋植生護坡方法。生態長袋是使用高分子聚丙烯PP材料制成，通常應用于惡劣環境，可達到50年以上不降解。生態長袋可按照坡長進行裁剪定制，安裝時順坡依次鋪裝，每隔一定距離打一根錨桿與邊坡連接進行固定。

（1）生態長袋植生護坡原理。

①生態長袋覆蓋整個巖體坡面，隔絕了一部分氧氣；巖體坡面遍撒石灰中和現有的酸性及覆蓋隔氧［4］；添加有機肥料進一步消耗一部分氧氣，一系列的控氧法降低群落中的好氧酸化微生物豐度，控制巖石酸化進程。植物根系錯綜相連可固定生態袋內土壤并深入巖體內，巖石風化中產生的風化碎片脫落留在生態長袋覆蓋的巖體內，加上生物與微生物的活動，巖體成土化進程加快。

②“FKB液態菌劑”應用于底泥摻混物中，堆漚過程中通過微生物的作用降解污染物并控制酸化。有機肥及先鋒植物枯枝落葉在分解中培養了大量有益微生物，豆科植物根際共生大量固氮微生物，厭氧微生物種群的大量繁殖與共同作用，不斷提高土壤生態系統的健康與免疫力。

③生態長袋抗高強抗紫外線抗凍融耐酸堿的合成材料，有利于調控微生物群落生長。

（2）生態長袋植生工藝流程。

生態長袋植生工序：坡面初步改良——土體和改良材料裝入生態袋——生態袋安裝——鋪草皮——挖穴種植營養袋植物——再覆蓋土壤種子庫——撒播草種——覆蓋遮蔭等。

①測量放線：按照坡面長度定制生態袋，放線按照設計要求還需加足工作面尺寸150cm。

②坡面修整、清理：先將坡面的松石、不穩定的土體清除；磨平坡面銳角巖體部分以免劃破生態袋表面；坡面有滲水處做好導水盲溝。每級坡頂、平臺修建截水溝防止雨水對坡面的直接沖刷。

③配置植生土：長袋鋪設前，將底泥及混合改良基質、保水劑、生長劑、FKB等一些微生物菌劑、谷殼鋸末等植物纖維材料摻合料轉運至坡頂平臺混合堆漚成植生土。底泥與改良基質的配比為：底泥：改良基質（3∶1），以改善植生土的透水、透氣性，防止土體板結影響植物生長。

④安裝生態長袋：生態長袋安裝時先從坡頂開始往下坡方向順邊坡放下未裝植生土的生態長袋，然后在邊坡頂部填裝植生土，當填充土至錨孔附近時打錨桿進行錨固，錨桿在邊坡外保留一定長度，繼續填充植生土直至坡腳，每隔2米進行鋼筋錨固。生態長袋應填充飽滿（厚度約23～25 cm），使其生態袋形成長方形狀，相鄰兩排生態袋要緊密靠攏并排，將坡面生態長袋連成一體。

⑤坡頂處理：坡頂生態袋體安裝前可布設好防水膜，阻止坡頂水流直接滲入坡體破壞坡體穩定。根據設計圖或實際情況，坡頂生態長袋延長錨掛一定長度，并嵌入坡面實體，封閉頂面，選用較好的粘土夯實做成5%的流水順坡,控制地表水下滲破壞坡體結構。

⑥植被：在已填充安裝好的生態袋上植被，每隔一米種植一株袋苗，呈梅花點布置，對照植物土球大小用刀將生態袋切一“丁”字小口，揭開袋片將植物植入袋中，蓋好袋片。每隔20cm用刀將生態袋切小口，點播種子袋苗，呈梅花點布置，將粘合劑、保水劑均勻灑在生態袋上，然后將土壤種子細土鋪設在生態袋上、固定。

圖1 生態長袋安裝示意圖

營養袋苗以當地野生植物為主，種子植物以生長快、種子產量高的豆科植物為主，快速覆蓋地表，滿足生物多樣性和群落穩定性的要求，形成初期先鋒群落再逐步實現植物的自然演替。

選擇的植物品種包括松樹、臭椿、大葉女貞、小葉女貞、木荷、樟樹、鹽膚木、刺槐、胡枝子、刺槐、金合歡、苧麻、狗牙根、百喜草、黑麥草等。

4.3 土壤改良措施

底泥適用于礦區邊坡生態恢復，其弱堿性能夠中和一部分邊坡巖土的酸性，并且不會產酸，避免了可能的產酸風險。同時，由于底泥中含有大量的鈣，這可以在一定程度上降低重金屬對植物的毒害作用。針對底泥營養成分如氮、磷等元素匱乏，以及底泥顆粒細小、物理結構不良、極易板結，微生物很少，缺乏碳、氮、磷等元素循環相關的微生物的特點，通過添加改良材料，從而改善其物理結構，增加營養成分［5］，引入有益功能微生物進行底泥改良。底泥直接運輸至邊坡現場摻混含“FKB液態菌劑”的改良基質。

5 實施效果

（1）截排水工程措施的實施有效降低大氣降水的入滲量，實現了清污分流；通過土壤改良措施的實施減少酸性廢水對周圍環境的污染，從源頭上減少污染的產生。

（2）生態長袋柔性護坡方法解決了傳統護坡方法難以解決的礦山環境特殊問題，生態長袋通過錨桿固定整齊緊貼于巖體坡面，阻止坡面巖石崩落與淺表層巖土體的滑動，提高邊坡整體穩定性，實現消除滑坡或泥石流地質災害隱患的目標，有效地控制了水土流失。

（3）土壤改良措施有效地控制了土壤產酸，pH調整至6.0左右，同時，降低了重金屬毒害作用，提升了土壤營養物質含量水平。

（4）通過項目實施，實現快速綠化效果，實施半年后坡面基本實現植被覆蓋，覆蓋度接近100%，生態環境和自然景觀效果得到明顯提升。

生態恢復前后對比效果附圖如下圖2。

圖2 南平山320以上邊坡生態恢復半年前后對比效果

6 總結

有色金屬露天礦山開采使地表植被遭到破壞，導致地質災害、水土流失，甚至造成嚴重的環境污染問題。礦山開采對環境的破壞依靠自然力量恢復是一個漫長的過程。本項目采用一種以聚丙烯為主的高分子聚合物PP材料生態長袋，同時“以廢治廢”，綜合利用采區酸性水治理過程中產生的底泥，利用底泥摻混“FKB液態菌劑”作為邊坡植生土壤基質填充生態長袋，控制產酸這一根源問題，在生態長袋上采用種播相結合進行植被，建立喬灌草相結合的人工植物生態系統，進一步穩固邊坡，長期保持良好恢復效果。從經濟性上分析，底泥的使用減少了原有改良材料的添加量，相比可降低約6%的修復成本，同時可節約底泥處理的費用；從適用性方面考慮，本方法無需覆蓋或充填好土，而是二次利用礦山廢水處理產生的大量廢棄底泥，不存在取土問題，因而適用性較強。

露天采場邊坡治理從傳統的硬質工程、地質災害方法治理解決方案，轉移到柔性治理技術的模式［6］。利用生態長袋強度高、不容易降解、植物可穿透生長的特點構建坡面植物墻，同時利用植物群落的效果，固土防蝕，改善巖體的抗沖性與穩定性。采用生態的方法治理邊坡環境，既增加邊坡的穩定性，有效地控制水土流失，同時減少了環境污染，提升了自然生態景觀環境效果。該模式能夠一攬子解決邊坡穩定、水土流失、環境污染治理等問題，為解決礦區酸性水處理底泥的堆置、礦山露采邊坡覆土的土源等困擾綠色礦山發展的難題提供了有益嘗試。