矿山开采后高陡边坡生态绿化技术

杨小鹏

矿产资源是我国经济社会发展不可或缺的一项重要资源，工业的进步离不开矿产资源的开发利用，而对矿产品的开采不可避免地会造成生态环境的破坏。对于治理修复因矿产资源开发造成的生态环境破坏是我国一项重要而又艰巨的任务。采矿活动引发的地质环境问题主要有矿山地质灾害（采空区塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流）、含水层破坏、地形地貌景观破坏、土地资源破坏等四大类，这与我国提出的生态文明建设理念相背而行。在地质环境问题中，高陡岩质边坡最为常见，其坡度陡、坡面长、坡面力学性质不稳定、坡面温差昼夜变化幅度大，对其进行治理和复绿都存在一定困难。本文在前人研究的基础上归纳总结了对于高陡岩质边坡的生态修复技术，可以为矿山生态修复工作提供一定的参考依据。

1 岩质边坡的分类及特点

岩质边坡是岩体结构在自然重力或者人为因素作用条件下形成具有一定倾斜度的临空面。分析不同岩质边坡的结构特征对于后期的治理和生态修复尤为重要，目前对于岩质边坡的常见分类主要是依据岩性和岩体结构，按照岩性可分为岩浆岩边坡、沉积岩边坡、变质岩边坡等；按照岩体结构可分为块状结构边坡、层状结构边坡、破碎状结构边坡和散体结构边坡等。在矿山长期无序的开采过程中易形成高陡的岩质边坡，其基岩裸露、结构松散、基本处于失稳状态，存在一定的复杂性、多样性和差异性。影响边坡不稳定性的因素主要包括内部因素和外部因素，内部因素主要为边坡的结构特征（坡角、坡高、岩体的松散程度等）；外部因素主要包括自然条件下的风化、构造运动、降雨、温度变化、地下水以及人类活动等。岩质边坡在多种因素的耦合作用下，会产生一些地质灾害隐患（崩塌、滑坡、地裂缝、泥石流），严重威胁周边群众生命财产安全。

2 岩质边坡破坏模式

分析岩质边坡的破坏模式是研究边坡稳定性的基础工作，稳定的边坡对于矿山地质环境生态修复工作非常必要。岩体结构是引起岩质边坡破坏的主要成因，不同构造的岩质边坡可能引发的破坏模式也不尽相同。常见破坏模式主要包括平面滑动、圆弧滑动、楔形破坏和倾倒破坏。

3 高陡岩质边坡的工程治理与生物治理技术

3.1 工程治理

稳定的边坡结构对于后期的施工和植护工程具有重大的意义。通过现场调查观察高陡边坡的山体形态、岩体结构、结构面分布、产状以及填充情况等，分析高陡边坡的稳定性及危岩分布，采用科学合理的工程治理方式提高高陡边坡的稳定性，可以有效防止矿山出现地质灾害问题，再进行下一步生态复绿工作，只有这样才能科学合理地达到生态修复效果。常用的稳定高陡边坡的方法有支撑、SNS防护系统、锚固、灌浆等。

3.2 生物治理技术

植物防护主要是指利用植草、植树等来防护边坡表层并起到美化环境的目的。矿山生态修复工程主要以矿区植被恢复为主，因此高陡岩质边坡上的复绿工程就顺理成章地成为生态修复的主要任务。对于高陡岩质边坡而言，土壤瘠薄，直接种植植被，成活率较低。因此，高陡岩质边坡生态修复的主要重点为在边坡上营造一种适宜植被长期生长的生活环境。

（1）放坡分台阶绿化。在矿山生态修复工作中，放坡分台阶绿化作为一种传统的矿山治理技术，广受矿山工作者的关注。通过放坡分台阶，在边坡上覆土撒播草籽或种植攀爬类植物，在平台上覆土植树，结合挡土墙和排水沟等工程，可以有效地恢复矿区生态环境，科学合理地设计以及后期定期的养护还能促使矿山环境具有一定的景观效应。但对于高陡岩质边坡来说，放坡分台阶会再次造成矿产资源的开采，在某些现状条件下，是被不允许的。因此，在不改变陡立岩壁现有坡度条件下，寻求高陡边坡的生态修复技术也逐渐成为工程技术人员追求的焦点。

（2）喷砼植生绿化。喷砼植生技术适用于非光滑岩质坡面。其主要以生物学理论和工程力学为依据，采用特制喷射机将配置好的植被混凝土基材均匀喷撒至高陡坡面上，植被混净土基材主要由土壤、肥料、有机物质、保水材料、粘结材料、植物种子、水等混合搅拌而成。喷射从岩壁上部开始，自上而下进行。喷射完成后，岩壁表面形成近10cm厚度的具有连续空隙的硬化体。这就在岩石坡面上营造一个既能让植物生长发育，而种植基质又不容易被冲刷的多孔稳定结构，使建植层固、液、气三相物质基于平衡。从而达到恢复植被、生态恢复的目的。采用PMS植生基质喷射技术对滨湖区的废弃采石场进行生态修复，绿化景观效果理想，得到了专家的一致好评，解决了长期以来废弃采石场存在的生态环境问题。通过铺设镀锌铁丝网结合喷植技术对北京燕山腹地某裸露高陡岩壁进行治理，绿化面积达8101m2，后期采用喷灌系统进行养护，达到了良好的生态修复效果。使用喷砼植生技术能快速达到矿山复绿的效果，但投入的成本以及后期的维护成本较高，很难长期坚持下去。

（3）凿穴（槽）植生绿化。在岩质陡坡同一等高线位置开凿向下倾斜45°的种植穴（槽），这样有利于固定穴内的土壤和水分，利用常绿灌木的生物学特点和藤本植物的上爬下挂特点，按照设计的栽培方式在穴（槽）内栽植，从而发挥其生态效应和景观效应。采用凿坑喷播植树，藤蔓攀网辅助等方法对杭州某边坡进行绿化治理，最终边坡绿化覆盖率达到90%以上，有效提升了废弃采坑的治理水平，具有一定的参考价值。通过在岩壁上凿大孔径岩孔（300mm），合理设计相临孔外缘距离（30cm、60cm、90cm）进行试验，通过实际工程半年的验证，得到了和计算结果基本吻合的效果，为干旱少雨地区高陡岩质边坡的修复提供了全新的思路。凿穴（槽）植生技术适应范围广，成本较低，但施工难度较大，植被的多样性较差，由于槽穴的空间较小，严重限制了植物后期的生长。

（4）飘台植生绿化。采用工程措施将锚杆呈一定方向锚入高陡岩壁中，锚入深度约1m，外伸约0.5m，与岩壁形成一个“V”型槽，槽内填充土壤、营养物质、腐殖质等材料，充分搅拌混合后种植灌木或攀爬植物。也可在槽上安装模板形成飘台，使用废弃的容器固定在飘台上，在废弃容器内填充植被混凝材料，从而达到绿化的效果。研究了适用于高陡岩质坡面的飘台种植槽技术，并给出了其在华南地区的具体应用范例，对于高陡边坡的治理提供了方案。采用喷砼飘台技术，解决了矿山及采石场生态恢复治理过程中高陡峭边坡施工难的技术问题，施工迅速，见效快，同时有效缓解了矿区内存在的地质灾害问题。飘台植生技术保水保肥性能较好，但飘台间隔区的植被覆盖率较低，一旦遇到大风天气容易造成局部坍塌。

（5）植生袋绿化。植生袋又名绿化袋，近年来，逐渐演变为生态袋，是一种新兴的高陡边坡生态修复技术。多用于地形不规则的陡坡。其要点首先是制备植被混合材料，将土壤、有机质、种子、肥料以及保水材料等充分搅拌混合均匀，然后通过机器将植被混合材料均匀填充在两层可降解的无纺布中间，并铺上一层遮阳网，然后缝制成袋状。沿坡体自上而下进行铺设，同时还要通过工程措施使植生袋与岩壁紧密相连。植生袋技术多用于铁路、公路等边坡修复，可以全面地覆盖整个坡面，快速达到治理的效果，同时植被的成活率和多样性较好。永平铜矿采用植生袋技术进行边坡复绿，施工半年后，有效地重建了矿山边坡的生态系统，边坡复绿的同时还提高了边坡的稳定性。

3.3 科学设置截水、排水设施

在高陡岩质边坡生态修复工作中，设置截水和排水设施是一项重要的任务。若边坡的截水、排水设备没有布置好，就很容易造成地表水流进岩体的内部，严重影响了岩体的稳定结构，最终导致矿山出现地质灾害等情况，前边的边坡整治和绿化工作前功尽弃。因此，在充分考察矿区环境地形的基础上，科学合理地设置截水、排水设施可以有效促进生态修复效果。同时，后期应定期对设施进行检查，确保设施能正常运行。

4 植被混凝土技术应用研究

植被混凝土结构、植生基层配方分析。

4.1 植被混凝土结构分析

植被混凝土技术在矿山边坡生态修复的实施利用植生基层和封闭层的双层结构。封闭层主要对矿层和雨水的接触进行有效隔绝，避免产生污水，主要厚度可以保持在2cm，对于材料可以采用1：3的水泥砂浆。植生基层主要是对后续的生态修复起到良好的作用，可以保持8cm的厚度，主要有植生基层、水泥砂浆、坡面植物、局部凹凸不平处堆码生态袋、镀锌铁丝网和长储杆结构。

4.2 植生基层配方分析

（1）植生基层配方的主要成分为土壤。土壤在植被混凝土的基材中占据最大的比例，通常情况下选择具有良好的水分、养分、热和气条件的沙壤土，同时对于沙壤土具有一定的要求，保证沙壤土中的砂粒含量不能超过5%，同时最大的粒径需要不能超过8mm，土壤中的含水量要低于20%。另外土壤的厚度要全面更好地满足植物生长发育的实际需求，对基材层在坡面上能够有效达到稳定要求进行保障，一般情况下土壤的厚度是保持在8cm～12cm。

（2）植生基层配方中的水泥能够有效地起到胶结作用，通常情况下对水泥的选择，需要使用P.O.32.5普通硅酸盐水泥，或者根据矿山边坡生态修复工程的实际情况，选择相适应的其他强度等级水泥，充分发挥水泥的重要作用，保证植被混凝土技术应用的实际质量和效率。

（3）植生基层配方中一般选择使用新鲜的有机质，如稻壳、树枝和秸秆等的粉碎物，这些粉碎物中包含大量新鲜的有机质，在使用之前需要进行一定的发酵处理，或者根据实际情况选择草炭土、木纤维等当做有机质，充分发挥有机质的重要作用。

（4）植生基层中的最重要组成部分是植物的种子，需要根据矿区边坡的具体情况进行全面综合性分析，选择合适的植被，提高矿山边坡生态修复质量和效率。工作人员选择合适的植物，结合灌木、草、藤进行有效结合的原则，同时需要兼顾景观，对当地矿山的地质、地形地势、植被生长实际环境、自然气候条件等相关影响因素进行全面综合性考量，可以采用科学合理的搭配方法，进行冷、暖两型混合种子的有效搭配，并且要考虑配置当地可喷植草种。另外，植被混凝土喷层中，在封闭层是不包含草种，在植生基层包含草种。

（5）植生基层中的肥料一般选择复合肥和有机肥进行有效搭配使用，能够为草籽发芽生长的重要阶段提供充足的肥力，更好地满足草籽出苗的实际需求，提升草籽的出苗率和成活率。肥料的使用过程中可以采用1：2的复合肥：有机肥，对草籽的生长发育提供科学合理的肥力。

（6）植生基层中保水剂一般采用吸水树脂。吸水树脂作为保水剂能够有效吸收数倍自身体积的水分，在植被混凝土中增加适量的吸水树脂，能够明显的提升喷播层中的抗旱功能，充分发挥吸水树脂在植生基层中的重要作用，取得显著的应用效果。

5 植被混凝土技术在矿山边坡生态修复中施工工艺

5.1 坡面清理工作

施工现场需要专业技术人员进行精准的测量放线，可以采用白灰当做标记，有利于更加精准的布孔。测量放样工作有效完成之后，需要做好坡面清理工作，对于矿区边坡的实际情况进行实地考察，对于存在明显突出的岩石进行全部有效地击落，工作人员可以选择铁锹对边坡上的杂物进行全面清除，同时可以人工操作对施工现场的杂草进行清理，保证施工现场的干净整洁。工作人员可以从上向下的进行清除作业的开展，对松动岩石和杂草、杂物进行全面清除，同时对边坡坡面的转角处和坡顶的棱角采用专业技术进行修整，保证其呈现出弧形，最大限度地保证施工作业面的干净平整。坡面中存在比较低洼的现象，可以采用覆土夯实回填的方法，或者采用填充生态袋，保证施工作业面凹凸度平均±10cm，最大的凹凸度不能超高±15cm。

5.2 安装锚钉工作

施工人员需要根据设计深度和角度要求开孔。可以采用Φ50的钻孔机进行准确的钻孔，在开孔之后进行锚钉的放置。锚钉选择可以采HRB400直径18mm的螺纹钢筋，同时对材料进行防腐处理。锚钉可以使用1：2的水泥砂浆进行有效固定，保证灌浆的饱满密实。锚钉的纵横向的实际间距可以保持在2m，同时可以根据边坡四周、低凹位置和节理、缝隙发育位置的实际情况进行分析，对钢筋的间距进行适当调整。另外，锚杆和坡面的布置呈现垂直状态，将主锚杆和辅助锚杆进行交叉布置，对于辅助锚杆Φ14，在孔内注入M30水泥浆，将锚钉在外露出的长度保持在8cm，将排水孔间距保持在3m×3m，在施工过程中发现具有明显渗水点的位置应该设置凭空排水管进行引导。

5.3 镀锌铁丝网铺设工作

施工过程中选择菱形网孔规格为5cm×5cm、直径是2.5mm的镀锌铁丝网，对于网片的铺设可以采用从上到下的方式开展工作，对于铁丝网之间的重叠部分不能低于10cm，同时应用18#的铁丝进行有效绑扎，对于锚钉接触中也要采用18#铁丝将其进行牢固绑扎，同时和坡面保持在3cm～5cm的距离，或者采用垫块进行支撑。

5.4 喷植植被混凝土

植被混凝土主要分成封闭层，具有2cm的厚度，植生基层，具有8cm的厚度。施工人员利用喷锚机对植被混凝土进行喷植，可以分成3次进行实践操作，第一次对于封闭层进行喷射，厚度保持在2cm，使用的材料主要是1：3水泥砂浆；第二次对植生基层进行喷射，厚度爆出在6cm，其中喷射种子含量占据种子总量的70%；第三次进行植生基层的喷射，厚度保持在2cm，种子的含量占据总量的70%。

5.5 养护工作

植被混凝土在喷播结束之后，需要后续进行有效地养护工作，进行植物浇水，在基层表面铺设16g/m2的无纺布，可以使用固定式喷管系统，结合自然降水量，制定合理的灌溉时间，更加满足植被生长发育的实际需求，同时对植物种子发芽的实际情况进行及时观察，保证植物种子的出芽率。养护人员对于坡面局部出芽不齐的情况进行适当的补植工作，对于补种没有成活的苗木进行及时更换。

植被混凝土在养护工作期间需要进行科学的浇水灌溉、肥料管理和病虫害防治，保持一年时间的养护作业。养护人员根据当地的实际情况对于苗木可能存在的病虫害进行病理研究，制定针对性的策略进行有效地病虫害防治，最大限度地减少苗木受到病虫害的损坏，降低植被的出芽率和成活率，保证病虫害防治工作的质量和效率。另外，植被种子在出芽之后，部分坡面存在被鸟啄食的现象，采用适当的驱鸟措施，同时在当地无降水的情况下，科学合理的浇水，保证坡面湿润，不能造成水分过量，促进水分换面的在基质中渗透。养护人员在实践养护作业中要根据植被生长的实际情况，选择相应的肥料，按照一定的用量进行合理施肥，为植物生长发育提供充足的肥力，保证植物健康茁壮成长，提升植物混凝土技术使用的实际成效。

6 结语

近年来，开展矿山地质环境恢复治理工作逐渐得到了社会及企业的重视。高陡岩质边坡生态修复工程是一项涉及多学科的复杂工作，针对不同岩体结构的高陡边坡，分析其可能存在的破坏模式，进行稳定性评价和工程治理，科学合理地选择不同模式的生态修复技术可以准确、高效地达到矿山地质环境生态修复的目的。除此之外，越来越多的科研工作者将高分子材料学、植物学、动物学等引入该领域，研究实施新型的生态修复技术，并应用于实际，不断进行优化和改进。