基于双层勾花网的高次团粒喷播技术在矿山生态环境治理中的应用

多晓松

(1.华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000；2.河北省矿山地质灾害预警技术创新中心，河北 承德 067000)

当前，环境为经济发展付出巨大代价，间接的影响了人类的方方面面，只有经济发展与生态环境协调才能促进社会发展进步。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央统筹全局，大力推进生态文明建设，统筹推进“五位一体”，将生态文明建设提升至国家战略。党的十九大提出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”。同时在习近平新时代生态文明思想的指导下，“两山”论理念深入人心，已经成为全中国每个人的共识。矿山生态环境作为环境中的一环，有着特殊的地位。矿业活动为国民经济发展做出了巨大的贡献，同时，也破坏了矿山生态环境，主要表现在水土气的污染、地质环境的扰动、生态环境的破坏等。矿山生态环境的修复，对经济可持续、高质量发展至关重要。

矿山生态环境治理修复理论方法较多，在实践中，国内多家企业研制出多种新技术、新方法，通过矿山生态环境勘查，分析环境特征及发展趋势，制定治理方案[1-2]。在选定治理方案时，围绕技术可行、经济可行、社会环境影响等从“安全、适用、经济、美观”方面进行评价，可采取定性的Delphi法、优缺点列举法等进行综合评价，也可采取定量化的价值工程原理法、加权评分法等方法进行方案比选，选择最适合矿山本身的方案措施。本文就是从定量化的价值工程原理中选取双层勾花网高次团粒喷播绿化技术作为最优方案，进行某矿山生态环境修复工程[3]。

1 露天采坑边坡概述

该矿山边坡属历史遗留灭失矿山，问题较多，矿山生态环境较脆弱，主要矿山地质环境问题为地质灾害隐患、地形地貌景观破坏、土地以及植被资源损毁等[4]。

矿山边坡多年裸露，风化严重，发育两组裂隙，调查发现坡面底部有大量掉块及倒石堆，坡面处于欠稳定状态。由于当时矿山无序开采，技术落后，形成多处爆破裂隙，爆破张裂隙呈不规则状、锯齿状，以陡倾为主，分布无规律，裂开0.1～3 cm，断续延展，部分裂隙中充填泥土及水垢，将岩石整体切割成块体状，降低了岩体完整性。矿山开采形成最大高度60 m的高陡边坡，坡面近直立，坡度50°～90°，部分形成反倾面，在自重作用下，岩石逐渐倾斜失稳，岩块可进一步沿节理面分离发生倾倒式崩塌。在暴雨及连续降雨条件下，雨水沿裂隙渗入，雨水冲击力和裂隙水侧压力使岩块稳定性进一步降低，当达到一定程度，岩块失稳可发生倾倒式崩塌地质灾害，同时在地震或爆破工况下，可造成山体上下和左右震动，因陡坡已出现大量裂缝，节理较发育，在震动下很容易沿结构面分离掉落，形成崩塌。

矿山经过长期无序开采，改变了原有的地形地貌特征及自然景观，形成裸露的边坡、平台及采坑等，对区域内生态景观造成非常严重的破坏，边坡坡面经过风化，形成白茬山，基岩裸露区，岩石外露，呈灰白色，与周边的翠绿色群山反差较大，片片色斑与周围环境极不协调，形成的渣堆、料堆杂乱堆积，地形地貌景观遭到极大破坏，严重影响到区域整体形象，具有强烈的视觉冲击，视觉污染严重。由于矿山开采缺乏合理规划，采坑布置无序，开采较深，类似串珠状塌陷坑，坑壁陡立，同时矿区内渣堆任意堆积，对地形地貌造成严重破坏，自然景观遭到损毁，地质环境影响程度严重。

调查发现区内原始植被类型主要以荆稍等低矮灌木为主，同时分布有点状乔木，由于矿山的不规范开采，对土地及植被资源造成损毁较为严重。治理区内植被覆盖率较低，平台及采坑裸露面积较大，治理区内的矿山开采方式为露天开采，废渣堆堆放随意，废渣堆下方无拦挡措施，废渣堆顶部也没有排水工程，大强度降雨及连续降雨条件下，废渣堆为水土流失提供物源，对治理区的生态环境造成一定程度的破坏。区内水土流失类型以水力侵蚀为主，侵蚀方式为面蚀，若不及时进行植被恢复，水土流失程度将进一步加剧，同时渣质边坡、平台及渣堆，在大风天气条件下，容易造成扬尘污染，严重影响当地环境。

2 治理思路

根据勘查结论并分析研究，首先需要对岩质边坡上碎石、危岩、浮石进行清理，消除地质灾害隐患，同时达到地形地貌整治工程目标，为边坡绿化工程创造立地条件。针对治理区内绿化，情况较好的区域尽量减少人工干预，依靠植被生态系统本身的恢复能力使其向当地的自然植被系统顺向演替，尊重自然生态演化，从而成功实现土地的植被恢复与重建，地形条件不好的区域，通过人工干预，采用双层勾花网高次团粒喷播技术进行绿化，并通过灌溉管网进行养护[5]。

通过对治理区矿山生态环境恢复治理，消除崩塌等地质灾害隐患，恢复区内生态植被和景观，本着适量、适度的原则，以矿山生态环境恢复为中心，合理布局，因地制宜，在矿山复绿的基础上进行景观提升，形成与周边自然环境融合的生态景观。

3 高次团粒喷播绿化技术

高次团粒喷播主要是利用客土掺混粘结剂和固网技术，使包括土壤、草籽、有机质、肥料、保水材料、粘合剂等的基质材料与边坡坡面贴合，创造植物生长环境，以恢复坡面生态功能[6-7]。工程主要工艺流程包括：坡面修整—植生孔—铺网作业—基质混配—机械喷播—铺设椰纤维毯—养护。

3.1 坡面修整

施工前，清除作业面杂物及松石、浮石、突石等，对坡面进行修整，改造微地貌单元，使作业面平整，也能消除崩塌地质灾害隐患，同时，对光滑的岩面进行凿毛处理，保证边坡的稳定性、挂网的可操作性及基质的附着性。

3.2 植生孔

为保证后续喷播植被生长，达到较好的立地条件，在边坡坡面喷播前设置植生孔。植生孔设计孔径不小于15 cm，孔深不小于40 cm，孔口中心竖向或与坡面成约45°，间距2 m×2 m，按品字形布置(见图1)，孔内回填营养土(由黏土、缓释肥、保水剂、腐殖土、纤维、草籽等的混合物)，按照土肥3∶1拌和入孔。

3.3 铺网作业

铺网作业包括锚杆施工、坡面固定内层网、布设生态棒、坡面固定外层网等步骤。

锚杆：采用电钻实施锚孔，孔向与坡面基本垂直(见图2)。锚孔布设应根据单张勾花网的大小设置，在勾花网卷边缘1 m内不少于一个。采用Φ14 mm螺纹钢主次锚杆固定，呈“7”字形，主锚杆锚入深度0.5 m，次锚杆锚入深度0.3 m，锚杆整体间距1.5 m×1.5 m，锚杆呈梅花状布置(可根据实际地形调整，个别不平顺的坡面，增加锚杆密度)，锚杆外露0.1 m，同时锚杆弯钩长度0.1 m，利于绑扎生态棒，反倾面锚杆要加密。

图2 锚杆示意图

铺设内层勾花网片，勾花网丝径Φ2.0 mm，网孔5 cm×5 cm，铺网沿坡体自上而下放卷铺设，将整张网在坡面上展开，固定好网体的上端部(网片顶端外翻不小于1 m，用锚杆固定)，再向下用铁丝绑扎锚杆固定。相邻网之间平行搭接，用绑扎铁丝连接固定，搭接宽度不小于15 cm，网应与坡面保持一定的间距，间距2～3 cm。边坡起伏较大时，勾花网紧贴坡面铺设并固定；当边坡较平整时，使用木质垫块把勾花网垫起，垫块厚度2～3 cm。

生态棒布设：为保证喷播厚度，在坡面增设生态棒，用于支撑内外两层勾花网，形成喷播基质空间，增加基质附着性、稳定性。生态棒采用直径10 cm无纺布材质，生态棒长不小于1.5 m，上下排间距1.5 m，直径10 cm，内部填充营养土、有机肥、草灌籽等，生态棒与勾花网片、锚杆绑扎连接，反倾面生态棒布设要加密(见图3)。

图3 生态棒示意图

铺设外层勾花网片，铺设方法同内层勾花网片。外层网铺设要将网与生态棒、锚杆绑扎固定，使外网与内网形成10 cm左右的空隙间距。

3.4 基质混配

基质主要为黏土、纤维、掺和剂等混合物，黏土含沙量不超过30%，无病菌，无杂质；植物纤维以稻壳、精干纤维等腐生材料为主；有机肥需发酵处理过的有机物，比如牛羊粪等。

高次团粒喷播技术分为基底喷播和表层喷播，因此基质混配分为基底基质混合和表层基质混合，基质材料总体质量标准pH值6～8[8]，含盐量小于0.1%，饱和含水量大于80%，黏聚力大于15 kPa，内摩擦角大于20°，优级离析度。

基底基质混合：组成主要为黏土85%、植物纤维10%、有机肥1%、复合肥料1‰、黏合剂1.5%、水5%、土壤稳定剂2‰、保水剂1‰、混合纤维素1‰[9]。

表层基质混合：组成为优质客土75%左右、植物纤维8%、水5%，黏合剂3.5%、有机肥3%、土壤稳定剂2‰、保水剂1‰、复合肥料1‰、混合纤维素1‰、植物种子4.0 kg/100 m2。

植物种子配比：为混合籽种，草、灌搭配使用。籽种选用耐旱、耐寒的乡土草灌木。根据绿化坡面的水源与气候条件，将狗尾草、高羊茅、紫穗槐、荆条、黑麦草、紫花苜蓿、臭椿等籽种按适当比例，同时搭配波斯菊等野花组合混拌基质中进行喷播[10]。

利用人工及机械设备将基质材料、植物种子等混拌均匀，混基质中的客土土壤选定好后，孔径以1～2 cm的振动筛进行筛制，去除土壤中的杂物和石块，以满足喷播要求。

3.5 机械喷播

喷播分为基底喷播和表层喷播，本次设计喷播基底厚12～13 cm，表层种子层设计喷播厚度为2～3 cm。

喷播顺序为先喷播基底层，后喷播种子层。将搅拌好的基质材料均匀地喷射到基层上，顺序自上而下，左右来回多次覆盖(见图4)，最终将生态棒完全覆盖，喷播后，坡面微地貌不明显，坡面基本平整。

图4 机械喷播现场施工

3.6 铺设椰纤维毯

为保障植物能够顺利出芽生长，种子覆盖防冲刷层，防冲刷层采用椰纤维生态植被毯(以下简称“椰丝毯”)，同时椰丝毯也能减缓坡面水分蒸腾。椰丝毯呈正方体网孔状结构，厚度为1～2 mm，纤维直径为0.2～0.9 mm、纤维长度10～30 cm，搭接幅宽5～10 cm，采用“U”型钉与坡面固定。纤维毯从上至下竖向铺设，铺展平顺，搭接时将下一级网压在上一级网之下，椰丝毯与坡面完全接触(见图5)。

图5 椰丝毯铺设后效果

4 绿化养护

植物种子从出芽到幼苗期间、幼苗生根期，浇水养护，保持高次团粒基质湿润。每天观察喷播层墒情，出苗前期发现干燥层大于3 cm时及时浇水，出苗后逐渐拉长浇水间隔时间，锻炼植物适应干旱环境；第一年的生长季节浇水时每次浇透、均匀、全面，往后生长季节随植物的生长可逐渐减少浇水次数，并根据降水情况调整。

采用喷灌系统进行浇水养护，喷灌系统由蓄水池、主供水管道、供水支管、摇臂喷头和控制阀组成。浇水时严格控制水量，切不可造成径流和喷播层滑坡。在后期中，如发现植物发芽率不足500株/m2及时补救(养护2个月后效果见图6)。

图6 养护2个月后的效果

5 结论

1)该方法由于掺入纤维、保水剂、黏合剂等，基质固定后呈蜂窝状，抗旱性好，利于植物根系生长。同时，该方法施工简便，施工工期短，工作效率高，降低了成本，绿化效果明显，后期养护简单，在植被完全长好后，可不再进行人工养护，植物在自然选择的条件下，适应当地环境，与原始环境协调。

2)由于高次团粒基质在喷射时呈泥糊状，且含黏合剂、稳定剂等高分子材料，在设备高压喷射下，可充填坡面缝隙，利于坡面的稳定性、完整性，固结后可防止雨水入渗，减缓坡面风化速度。

3)双层勾花网相比单层勾花网，在治理初期没有明显差别，但在3～5年后，单网出现掉皮、冲沟等现象较多，双网基本不会出现，因为双网能使基质粘贴坡面更有效，在降雨时也不易被冲刷。

4)通过该方法的实施，有效增加治理区内可绿化土地面积，恢复大部分裸岩绿化面积，有效提高植被覆盖率，解决了矿区因露天采矿遗留的地形地貌景观破坏、原生植被破坏和土地资源损毁等问题，达到净化空气的目的、有效提升了当地居民的生活环境质量，恢复了治理区内生态环境，社会、经济效益明显。

5)通过以往项目对比发现，高次团粒喷播绿化技术，在第一个生长季节内，植物长势不明显，但关键是第一年的养护，待植物根系深入岩土裂隙后，可减少浇水次数，直至不再人工干预，靠自然规律进行自然选择，最终被原始植被同化，草本退化，乔灌木将占主导地位。

6)该方法也存在一定的缺陷，比如喷射高度受控于机械设备，如坡面高于设备的限高，施工难度增加。同时对大于70°坡面及反倾面施工无法达到理想效果。

7)该方法由于客土与坡面结合牢固，可用于土质(沙质)边坡、土石混合渣坡及砂石渣堆等的固坡绿化，同时该方法用土量比直接覆土用量少，尤其适合内蒙古草原土源少的采坑治理工程，对沙漠固化也能起到很好的效果，尤其是能防止在春季大风较多的季节覆土被吹走。