永平铜矿露天采场边坡柔性生态治理技术探讨

廖志刚

（江西铜业股份有限公司永平铜矿，江西上饶 334505）

永平铜矿露天采场边坡柔性生态治理技术探讨

廖志刚

（江西铜业股份有限公司永平铜矿，江西上饶 334505）

文章结合永平铜矿露天采场边坡的实际，探索了柔性生态治理的机理与方法。通过生态长袋柔性防护材料在永平铜矿护驾山采场边坡生态治理工程中的研究与应用，旨在探讨治理有色金属露天采场边坡生态环境的技术。

露天采场边坡；柔性生态治理；生态长袋

由于人类对资源的需求量越来越多，矿山开采的速度和规模也越来越大。然而，矿山开采对土地和环境的破坏相当惊人。据统计，截至2012年底，我国合法采矿用地面积约227万hm2，历史遗留矿山开采损毁土地面积约280万hm2，而其中未治理面积多达231万hm2左右［1］。

大多金属矿山露天开采过程中会形成作业面，主要包括开采边坡、开采平台、开采坑底等几大部分。露天开采边坡通常光岩裸壁，坡度较陡，一般在45°～55°之间。边坡岩面常因爆破作业而产生大量裂隙，并且表层坑洼较为丰富、糙率大，常有浮石存在。另外，开采作业形成的开采平面，也容易导致开采边坡局部坡脚欠稳定。以上因素造成采场边坡在强降雨以及其它干扰下容易发生滑坡、泥石流等地质灾害，影响矿区生产安全。同时，大多数金属矿山往往含有较高的金属硫化物，金属硫化物氧化后产酸使得土壤pH降低，导致铅、锌、铜等重金属离子被溶出并释放到环境中，带来严重的重金属污染问题［2］。

近十多年来，国内外已成功开发出多种裸露边坡的治理技术，并广泛应用于非酸性土壤的高速公路边坡、采石场边坡护坡工程中。然而，鉴于有色金属露天矿山采坑边坡的高度重金属与强酸性环境条件，继续沿用高速公路边坡与采石场边坡生态治理技术成功案例极少。随着矿山生态环境治理技术的进步与发展，目前裸露岩面治理已经从单纯的硬体工程解决方案转移到软体柔性生态治理技术［3］。如何有效地治理有色金属露天采场边坡这类特殊的土地类型，研究出适宜的柔性生态治理技术，目前已成为我国当前环境治理所面临的紧迫任务之一。

1 研究区域概况

1.1 自然概况

研究地点位于江西省上饶市铅山县永平镇永平铜矿。该地区属中亚热带温湿型气候，日照充足，雨量充沛，四季分明。平均气温在17.2℃至19.6℃之间，年均降水量1 700～2 100 mm，常年主导风向为东南风。永平铜矿地处武夷山脉北麓，是一家采用露天开采方式、浮选工艺选矿的处理规模为10 000 t／d的大型采、选联合企业［4］。

1.2 露天采场边坡概况

永平铜矿护驾山边坡位于露天采场的东北侧，边坡坡角约为45°～55°，其中岩质边坡占45%左右。治理区域包括整个护驾山边坡，面积共计12.4万m2。由于边坡坡顶多有矿区露天开采形成的素填土及风化岩石碎块松散堆积，坡面风化脱落现象较为普遍。在雨季来临时，坡面普遍出现严重的冲刷破坏，树枝状、网格状冲沟鳞次栉比。随着雨水的冲刷以及受到下部采矿爆破震动的影响，坡面岩石风化层易失稳产生滑塌。该边坡坡高较陡，以往采取了多种地质灾害治理工程的措施进行边坡稳定治理，但由于边坡高岭土质以及土壤条件等各类原因，治理效果不佳，已出现山体整体滑塌以及冲刷拉沟现象。坡面冲刷导致坡脚采场排水沟淤堵严重，一旦发生失稳滑塌、泥石流，将严重威胁坡脚采矿作业人员安全，是矿区安全生产的极大隐患。

1.3 原始土壤情况分析

为了了解护驾山边坡的原始土壤情况，于治理前（2015年6月）进行了采样分析。依据样品采集原则，并最大限度地代表整个区域的整体情况，在边坡的上、中、下部进行采样，共采集30个土壤样品。每个样品由3～5个子样品混合而成，采集深度为0～20 cm。样品采集完成后，分析相关理化指标，检测结果见表1。可以看出，本次研究的护驾山边坡区域，原始土壤表现为强酸性，pH均值低达3.2，具有高酸化潜力，同时存在大量游离的酸性离子；并且也存在十分严重的铜离子毒性危害；土壤营养元素十分匮乏，有机质、总氮、总磷均为甚缺乏水平，远远满足不了生态治理过程中植物萌发生长所必须的各类营养元素。

表1 永平铜矿护驾山边坡治理前后土壤理化性质对比（n＝30，均值±标准误差）

1.4 生态制约因子分析

根据该区域土壤理化性质的分析结果，并结合现场踏勘的情况，总结出该区域的生态治理主要面临的几大难题：

1.全岩质边坡，坡度大；坡面基岩裸露、部分悬岩，岩体结构复杂；表面坑洼，岩性坚硬。

2.坡面节理裂缝明显且分布无规律，并且由于雨水的侵蚀，导致岩体膨胀产生大量的裂缝，从而促使岩体发生分化崩解；另外，开采活动以及开采爆破引发的震动，都影响了岩体结构稳定。

3.岩石边坡物理结构不良，持水能力差，区域气候条件恶劣；表面温度高，阳光直射带来的高温灼伤容易破坏植物茎叶，不利植物生长。

4.岩体内产生的高浓度酸性水通过坡面裂缝渗出并沿坡面流下，对表面进行侵蚀。酸性是影响金属矿业废弃地治理的最大难题。极端酸性及盐害能直接伤害植物，同时，极端酸性还会加剧金属离子的溶出和毒害作用，导致土壤板结。

5.岩石边坡营养元素严重匮乏，不能满足植物正常生长的基本需求，制约了植物的定居生长。

6.一般边坡常用的客土喷播技术难以直接应用于采坑边坡生态治理，这主要是由于：（1）矿区难以提供足够的土源以满足大面积采坑边坡的喷播用土需求；（2）采坑边坡岩体的自身特性，包括各类裂缝、坡面异动、热胀冷缩等问题，都容易造成喷播土与岩体表层发生脱落，再加上喷播土厚度有限，经不起大雨冲刷；（3）采坑边坡岩体表面往往温度很高，容易灼伤幼小植物。

2 柔性生态治理技术机理分析

在借鉴国内外先进技术的基础上，根据现场实际情况，利用周围酸性排土场的废弃土掺混土壤改良基质材料，就近调制营养土装生态袋。采用一种以聚丙烯为主的高分子聚合物生态长袋的铺设方法，在金属矿山采坑边坡建造永久性与稳固性的柔性生态墙；同时，在生态长袋上直接进行植被，建立多层植物立体人工生态系统，进一步稳固边坡，实现效果的持久性。

这种柔性生态治理方法的机理主要包括以下几点：

1.生态长袋对整个岩体坡面的覆盖、掺混的改良剂中各种有机肥料的氧化分解以及建立植被后根系区域形成的耗氧层，都能够降低边坡岩体表面接触的氧气浓度，从而降低好氧的铁硫氧化微生物（矿山土壤酸化过程的主要参与者）的相对丰度，达到控制酸化的效果。

2.引入有机肥以及先锋植物提供的水肥养基础，培育有益微生物，通过添加各种改良剂创造有益微生物的生长环境，迅速繁育有益微生物优势种群。通过有益微生物的作用，逐渐改善下层的理化性质，使得下层条件逐渐得到提升。

3.生态长袋透水不透土、抗高强、抗紫外线、抗冻融、耐酸碱等特性，有利于为植物生长提供充足的营养与水分。

4.岩石在物理、化学和生物的作用下逐渐风化，通常分化成两类物质：稳定性的矿物质以原生矿物留下，不稳定的矿物质一部分形成不溶性物质土壤细粒，一部分形成可溶性物质土壤溶液粒子。裸露岩面风化形成的稳定与不稳定的矿物质都会随雨水冲刷殆尽，因此岩体无法自然形成土壤。而生态长袋对整个岩体坡面的覆盖、阻挡，使得岩石风化中产生的原生矿物、土壤细粒都能存留在岩体内，再加上生物活动的作用，加快岩体成土化进程。

5.生态长袋采用锚杆与钢筋加肋将整个边坡连成一体，利用植物根系错综相连固定生态袋内土壤，同时，由于植株茎叶对边坡的覆盖，能够减少水流对坡面的直接冲刷，以上这些因素都大大增强了坡面的稳定性。

3 柔性生态治理技术流程

3.1 排水措施

1.为减少雨水对坡顶的直接冲刷，在坡顶平台设置截水天沟进行分流减排，采用C15细石混土抹面厚10 cm形成浅梯形排水沟，底宽0.5～0.6 m，深0.5～0.6 cm。

2.在坡脚设置集水沟（0.5 m×0.5 m，C15素砼抹面）。

3.坡面裂缝明显渗酸水处锉槽设置导水盲沟，纵向引流酸性水。槽底采用水泥抹面，底宽3 cm，深3 cm，在坡面生态袋铺设后形成暗槽使酸水有序流下，同时封堵细小裂缝以确保酸性水不滴流。

3.2 生态长袋铺装

1.整理边坡：清理坡面浮石、危石，边坡杂物，并磨平钝角、锐利的岩石，确保坡面稳定安全。

2.土方平衡后，首先在坡面上进行初步的改良工作，包括先覆石灰作隔离，再覆综合改良剂、土壤改良基质等土壤改良混合材料

3.酸性排土场的废弃土及混合改良基质、保水剂、生长剂、菌剂等转运至坡顶平台混合堆沤成植生土。配比为酸性排土场的废弃土（70%），改良基质（30%）。

4.铺设前首先挂线，按设计距离0.8 m挂线，纵横线之间的交点即为所有锚杆钻孔点，钻孔点呈梅花点分布。

5.边坡放下未装植生土的生态长袋，然后在边坡顶部填装植生土。当填充土至锚孔附近时距锚孔位置进行锚杆锚固，锚杆在边坡外保留一定长度，继续填充植生土，填充完长袋后，锚杆打入设计的深度。生态袋应填充饱满（厚度约23～25 cm），填充安装后的袋体厚度、宽度应大体一致，大面平整、线形顺直、连接紧固，相邻两排生态袋要紧密靠拢并排。间距3 m加轴钢筋连锚杆焊接加固，将坡面生态长袋连成一体，如图1所示。

图1 生态长袋铺装施工示意图

6.植生袋内按2株／m2直栽乔灌木袋苗与点播种子，面铺草皮，实现快速绿化。树、草种应具有适应性强、发达的根系、耐贫瘠、较强的抗旱能力、固土及改良土壤理化性状能力等特点，主要以乡土植物为主，起到防治水土流失、实现边坡稳定的作用。

4 生态治理效果分析

永平铜矿护驾山露天采场边坡生态治理项目分两期实施，主要采用“原位基质改良＋植被技术”［5］，并针对岩质边坡大面积存在的实际情况引进了生态袋的方法，柔性治理岩质边坡，克服了无土的原始条件。项目完成一年后，坡面的植物覆盖率达到90%以上，已初步形成自然演替的生态系统。同时，采集了治理一年后的土壤样品30个，分析结果见表1。与原始土壤相比，治理一年后的土壤情况明显好转。pH显著升高，目前已达到5.7左右，酸化现象得到较好控制；重金属污染降低，其中有效铜含量显著下降；各类营养元素含量显著增加。从现场的观测情况看，该区域的水土流失现象基本得到了有效的控制，极大地保障了下方采矿区域的安全生产。项目成功实现了一揽子解决边坡稳定、水土流失、环境污染治理等问题，带来了良好的经济、环境和社会效益。

5 总 结

永平铜矿护驾山露天采场边坡治理打破了传统地质灾害方法治理边坡的模式，以生态的方法治理边坡环境。项目坚持以植物措施为主，工程措施为辅，分步控制，逐步恢复生态系统。同时，不构筑钢筋水泥结构体，充分发挥生态袋的的柔性治理作用，增加边坡的稳定性，同时利用植物群落的作用，固土防蚀，改善岩体的抗冲性与稳定性来有效控制水土流失。因此，大大降低了工程措施成本占比，边坡修复单价得到较好控制。护驾山露天采场边坡综合治理单价约为135元／m2，包含边坡整理、柔性生态袋铺装、土壤改良、植物种植、后期养护等人工以及材料等所有的相关费用，用柔性材料与生态的方法一揽子解决边坡治理问题。

对有色金属矿山露天采场边坡的柔性生态治理技术的探索，并成功应用于永平铜矿护驾山采场边坡的环境治理工程中，为有效地解决有色金属矿山露天采场边坡的治理难题提供了示范与有益参考。

［1］ 陈伟，宁平，黎慧娟，等.矿山废弃地生态环境恢复治理进展［J］.环境工程技术学报，2017，7（1）：78－87.

［2］ 覃朝科，农泽喜，黄伟，等.广西某废弃铅锌矿重金属污染调查及治理对策［J］.有色金属工程，2016，6（3）：87－92.

［3］ 石金鹏，曲华峰.浅谈矿山高陡岩石边坡生态恢复软体技术［J］.城市建设理论研究（电子版），2012，（20）.

［4］ 吴亚君，周连碧，乔树潭，等.永平铜矿酸性排土场复垦植被的研究［J］.采矿技术，2002，2（2）：66－68.

［5］ 蓝崇钰，束文圣.矿业废弃地植被恢复中的基质改良［J］.生态学杂志，1996，15（2）：56－60.

Discussion on Flexible Ecological Treatment Technology of Slope in Open-pit Stope of Yongping Copper M ine

LIAO Zhi-gang
（Yongping Copper Mine of Jiangxi Copper Co.，Ltd.，Shangrao 334505，China）

Based on the situation of Yongping copper mine open pit slope，this paper studied the mechanism and method of flexible ecological treatment.We introduced the application of flexible protective material such as ecological long bag in slope ecological treatment project of Yongping copper mine，and to explore the ecological treatment technology of non-ferrousmetal open-pit stope slope.

slope of the open-pit stope；flexible ecological treatment；ecological long bags

X53

A

1003－5540（2017）04－0064－04

2017－06－22

廖志刚（1977－），男，工程师，主要从事矿山工程管理研究工作。