高寒旱陡南泥湖露天钼矿生态修复工艺研究

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。

4.2 安全效益

通过客土喷播生态修复技术治理后的边坡，因边坡喷播附着植被根系发达、均匀牢固，不易被雨水冲刷，使南泥湖钼矿北部边坡岩石结构得到有效加固，并通过植被层的覆盖使边坡岩体有效避免风化侵蚀，南泥湖钼矿北部边坡生产安全风险等级有效降低，从较大风险等级降为低风险等级，安全效益显著。危险源风险等级评价结果见表3。

表3 危险源风险等级评价结果

由表3可知，通过客土喷播生态修复技术治理后的边坡，发生边坡滑塌事故的可能性由“可能，但不经常分数值3”降为“可能性小，完全意外分数值1”。

4.3 环保社会效益

客土喷播修复工艺实施后，短期内可快速恢复生态环境，营造与周围和谐一致的绿色植被景观，生态修复效果逐步突显；同时，可避免水土流失、局部滑落等环境问题，不断改善矿区生态环境，为构建更加和谐的地企关系奠定了坚实的基础，提升了矿山整体形象。

5 结 论

（1）客土喷播边坡生态修复工艺适用于南泥湖钼矿高寒无水、高陡无土等生态条件，并通过锚固作业和植被修复，改善了边坡的安全等级，有利于矿山生产安全和环境保护。

（2）客土喷播边坡生态修复工艺的主要技术参数可满足矿山的生态修复需要，其基质与植被的配比具有高匹配性和适合性，通过土壤添加黏接剂、保水剂、木纤维，可提高客土喷播的附着性和保湿性。

（3）高陡边坡修复后效果显著，选择植被刺槐、胡枝子、紫穗槐、高羊茅、荆条、油松每平方的质量喷播比为12∶12∶12∶15∶5∶3，第1年草坪绿化效果显现，第2年灌木、乔木绿化效果显现。

（4）客土喷播工艺适合南泥湖钼矿高寒无水、高陡无土等恶劣生态条件，其修复工艺及效果、安全经济效益、环保社会效益等均达到了预期效果，为该矿后期的生态修复工程奠定了坚实基础，为同类矿山的生态修复积累了经验，具有一定的推广价值。