废弃矿山生态修复技术及环境地质灾害治理研究

华法恩，谢 珊

（江西省地质局第九地质大队（原江西省核工业地质局二六三大队），江西 吉安 343000）

多为露天开采的早期矿产小规模开采活动对环境破坏较为严重，主要矿山地质环境问题及危害表现为，一是地形地貌景观破坏表现为山体破损、土地毁坏（主要指土壤侵蚀和毁损）、植被破坏等，矿区距国道、省道、高速公路、铁路较近，可视创面十分醒目；二是矿山边坡容易发生地质灾害，如滑坡、崩塌等；三是采场周边平缓区、低洼处有矿渣堆积，一方面压占大量土地，造成土地资源浪费；另一方面，堆放造成严重的水土流失、局部形成滑坡。为尽可能弥补以往矿产无序开发催生的地质灾害和环境破坏问题，环境地质灾害治理和生态修复工作必须科学开展。

1 矿山环境地质灾害治理方法

矿山环境地质灾害治理应围绕重点防治区、次重点防治区、一般防治区分别入手，有针对性地选用不同治理方法。

1.1 重点防治区治理方法

矿山环境地质灾害治理需重点开展边坡监测，做好边坡参数设计，可设置挡墙稳固边坡，有针对性地开展工程地质勘察也较为关键。需围绕具体灾害点开展预防，做好边坡加固，为预防泥石流可设置拦渣坝，渣场的充分利用也需要得到重视。监测点的设置、监测记录及分析也需严格开展，同时做好统一规划，保证生态功能逐步恢复[1]。

1.2 次重点防治区治理方法

矿山生活区、进场公路建设会形成大量弃渣和边坡，边坡失稳问题可能随之出现，引发塌方和滑坡，弃渣则可能引发水土流失、泥石流。因此必须对边坡参数进行合理设计，做好支护和加固处理，排水沟可设置于边坡上方，拦挡滚石设施设置、植树还林等方法也需要科学应用。

1.3 一般防治区治理方法

一般防治区治理需解决地表岩体破碎引发的水土流失等问题，具体可从水土保持、植被保护等方面入手，削方减载护坡、前缘支挡、生物防治、搬迁避让、雨天避让等均属于常用治理方法。

2 常用废弃矿山生态修复技术

2.1 活性土壤修复技术

活性土壤修复技术可实现矿体岩石土壤化地加速，该技术大多配合客土喷播技术使用，岩层在两种技术地支持下快速向有机状态转变，生态土壤环境也将随之形成。废弃矿山往往残留大量矿渣和混凝土，为保证植物获得稳定根系生长空间，活性土壤修复技术地科学应用极为关键。技术的具体应用需做好对土壤生物菌群多样性的调查研究，以此设法废弃矿山土壤活性度，常用措施包括机械化削坡、客土喷播，以此实现废弃矿山供养能力激活。削坡角度需结合废弃矿山不同区域针对性选定，监测设备的科学设立、植物种类优选及阶梯状分布设置也需得到重视[1]。

2.2 挂网客土喷播技术

将保水剂、粘合剂、调节剂、植物纤维、泥炭土、缓释复合肥、水等通过喷播机械按比例搅拌均匀后，利用喷播液压设备将搅拌后混合料送至喷射管口，喷射到钉网处理后的岩面上。对坡面采用挂网客土喷播的工艺在岩面边坡坡面建立生态层，该技术在道路工程等边坡绿化中的应用较为广泛，同样适用于废弃矿山边坡生态修复。挂网客土喷播技术适用于40°～70°的边坡，种子和基材属于该技术应用地关键，需保证其与周围自然环境一致，技术应用还需把握坡面处理、材料配置、养护等要点，如清除坡面岩石等危岩体、梅花型排列挂网、定期浇水养护等。

2.3 三维土工网技术

对坡度较平缓区的坡面采用三维土工网播种复绿，该技术分为以下几个部分：①坡面处理：将坡面上的浮石、碎石、覆土清理干净，将低洼处回填夯实平整，确保坡面平顺，此阶段在地形整治过程中进行。②铺设三维网：首先将三维植被网沿坡面由上至下铺于坡面上，网与坡面之间保持平顺结合，单条三维网铺设面积不宜过大。三维网铺于坡顶时需延伸40cm～80cm，埋于土中并压实。随后将三维网自下而上用ф6mm以上的U型钢筋将三维网固定，U型钢筋长15cm～30cm，宽约8mm，U型钢筋间距1.5m～2.5m，中间用8﹟U型铁钉或竹钉进行辅助固定。③覆土：三维植被网铺设完毕，将耕植土均匀覆盖于三维网上，将网包覆盖住，直至不出现空包，确保三维网上耕植土厚度不小于10cm。客土肥力不足时需将肥料、生长素、粘固剂按一定比例混合均匀，施洒于表层。肥料复合肥，复合肥量为50g/m2。④播种：待覆土完毕后，均匀播撒混合草籽和灌木种子，草种可选用宽叶草、黑麦草、狗牙根、芒萁、假俭草等，灌木可选用胡枝子、多花木兰、小叶女贞、火棘、盐肤木等品种。草籽播撒量为20g/m2，灌木种子播撒量为15g/m2。⑤养护：在边坡表面覆盖薄膜，以保持坡面水分并减少降雨对种子的冲刷，促使种子生长；若温度太高，则无需覆盖，以免病虫害的发生；依据植物生长规律和气候，定期、定量浇水和施肥，同时加强防虫害的管理[2]。

2.4 客土、植树、撒播草灌籽复绿技术

针对废弃场地平缓区和平台区，对地形整治后进行客土或土壤改良、撒播草灌籽、植树复绿，需采用客土工艺改良土壤，构筑绿化带种植乔灌木绿化，以提高矿地的土地再利用。

2.5 喷灌技术

喷灌技术主要利用水泵加压或自然落差形成的有压水，通过管道、喷头向灌区均匀散落，以此实现灌溉，废弃矿山生态修复中喷灌技术同样具备较高地应用价值。喷灌技术可细分为机组式喷灌、管道式喷灌两类，在废弃矿山生态修复中需结合地域实际优选，测量放线、沟槽开挖、铺设和安装管道、安装喷灌系统、管道冲洗和试压、砌筑蓄水池、试喷等均属于喷灌技术应用要点，在喷灌技术应用下，废弃矿山生态修复可在节约水资源的同时完成，该技术同样可配合客土喷播技术、活性土壤修复技术共同使用。

3 实例分析

3.1 项目概况

以关闭多年的江西省吉安市井冈山经济技术开发区梨塘村废弃砂岩矿的全域废弃矿山生态修复治理项目为研究对象，项目区域属于剥蚀丘陵地貌，地形起伏较大，斜坡形态多为凸形，山顶多为浑圆状，相对高差44m～70m，山体自然坡度22°～30°，微地貌为陡坡，区域内沟谷较发育，矿山周边植被发育。该项目实际损毁面积11830㎡，露采形成高陡岩质边坡及露采平台，岩质边坡高55m～70m，坡度50°～62°，见一级露采平台，宽13m～18m，平台高程标高180m～190m（见全景图图1）。露采边坡基岩裸露，主要为石炭系下统梓山组石英砂岩，岩层产状296°∠50°，坡向322°～340°，斜坡坡向结构为斜向坡，露采边坡出露为强-中风化岩体，节理裂隙较发育，岩体较破碎，见2组节理裂隙，分别为①325°∠80°，长0.8m～0.9m，间距0.4m～0.5m，平直闭合，与坡向呈反向关系；②254°∠74°，长度0.5m，间距0.3m～0.4m，隙宽1mm～2mm，泥质充填，与坡向呈横向关系；项目所在地震烈度小于VI度，区域地壳较稳定，地质构造不发育。

图1 梨塘村废弃砂岩矿全景图

3.2 地质环境问题分析

受早期无序开采影响，该项目基岩裸露，存在高陡岩质边坡，坡面存在的孤石、浮石崩塌等地质灾害隐患。易风化剥落的石英砂岩存在临空面，可能导致平面滑动，但产生破坏的可能性不高。因此，最终可确定项目区域存在边坡斜向滑动可能性，岩体破碎的坡面容易引发局部崩塌，稳定性不足。

受山体破坏、无序开发等因素影响，项目区域基本不存在原始植物资源，山体基岩裸露、地表土剥落使得植物缺乏生长条件，场地内高低不平且存在废弃渣土，水土流失问题严重，现已废弃的采矿用地存在未能充分利用的土地资源，土地资源浪费严重。

3.3 地质环境整治

治理项目的地质环境整治主要采用四种措施：第一，浮石清理工程。对坡面上的松动岩块、不良结构面、浮石和浮碴以及坡顶陡立坡面进行全部清除。坡面上的浮石、浮碴为残存于坡面上大小不等的块石，其直径在0.1～2m不等。清理施工应采用自上而下的方式进行，禁止任何部位采取自下而上的施工方式；以机械和人工撬挖相结合的方法清除松动岩块。浮石清理时做好安全防护措施，依据清理坡面的高度和坡度设置警戒线，防止落石损伤人员及器械的安全，同时尽可能降低斜坡坡度。边坡坡顶存在陡立岩面时应对其进行清除，同时确保沿坡顶斜坡上无堆积物存在。第二，地形整治工程。对采场平缓区C1、C2、C3区采用推土机、挖掘机等机械设备平整土方，填平低洼处，降低C2、C3平台连接处高度和坡度，方便车辆通行。对采场底部遗留的碎石、土方进行就地平整处理，在地形整治时对较大块石就地破碎平整，填平低洼处。第三，截排水工程。通过设置科学合理的截、排水系统，做到“水流通畅，分流合理”，避免地表及地下水对边坡面场地造成影响，有利于边坡的永久稳定，又解决了区内水土流失现象[3]。根据地形特点，斜坡汇水面积分布及自然排水特点，在采场西侧和工业场地内外侧设置排水沟。治理区内地表径流通过纵横交叉的截排网络排向治理区地势低洼处的自然沟谷。第四，蓄水池工程。在排水沟汇集处开挖一处蓄水池兼做沉砂池，用于场地浇水养护。

3.4 生态修复方法

对于受破坏严重的原有山体、生态，生态景观的恢复需要优选不同方法，露采边坡近直立（＞70°）采用边坡钻孔植藤复绿，植生槽（盆）复绿、燕巢复绿；露采边坡（35°～70°）采用覆网客土喷播、普通喷播、生态植被毯、台阶种植、植生带、鱼鳞坑穴种等植被重建方法；露采边坡（15°～35°）的基岩区采用三维土工网播种复绿、生态植被毯复绿、票台种植方法；平缓区（≤15°）采用穴种、播种方法；

基于上述方法，本治理项目主要复绿方法为：①坡底平缓地带植树、撒播草灌籽复绿，本项目的C1、C2、C3区覆土植树撒播草籽复绿；②坡脚和坡顶种植爬藤复绿，T区种植爬藤向坡上生长对坡面进行复绿，因露采场基岩裸露，切坡高陡，大部分近直立状，机械设备难以施工，坡顶原始植被发育，不具备削坡条件，在T区切坡底部采取机械挖沟槽，再回填耕植土种植爬藤植物复绿，分别沿坡脚挖沟槽，沟槽规格0.3*0.3*0.3m。开挖后回填耕植土，耕植土厚度不少于0.3m，种植爬藤植物，种植间距为0.5m一株。肥料复合肥，复合肥量为0.1kg/株。为让葛藤更快地往上生长，管护期要加强人工干预，引导爬藤往坡面生长。；③挂网客土喷播复绿，P1、P2区坡面经修整坡面、挂网锚固、基质混配、喷播基质、喷播植物种子、覆盖无纺布等步骤复绿；④补种复绿，B1、B2区对未达到复绿直观效果区域，补种种植的乔灌草，使其成活率及植被覆盖率60%以上（见平面布置图图3）；岩质坡面复绿主要应用挂网客土喷播等技术，为灌木、草木提供生存条件。采用14#规格的镀锌铁丝网进行挂网施工，设置5cm×5cm网孔，网宽200cm；将镀锌铁丝网向坡顶上方延伸60cm以上，用短锚钉固定后，回土压实；坡顶固定好后，自上而下进行挂网，搭接距离不小于10cm，确保铺网贴附坡面，坡面与网面间孔隙控制为3～4cm。锚钉采用L型钢筋，规格为6mm，150mm长，具体布置按照50cm×50cm进行[4]。挂网完成后开展喷播，按照8～12cm控制喷射厚度，以营养液、植物种子、植生基质的混合料为喷播材料，植物品种包括盐肤木、刺槐、火棘、马棘、胡枝子、紫穗槐、狗牙根、百慕大、多花木兰、紫花苜蓿，需结合季节调整配比。

图2 治理平面布置图

3.5 治理效果

结合地区经验开展边坡稳定性验算，具体的稳定性分析由软件模拟完成，选择软件Slide6.0，计算方法使用Morgen-stern-Price，基于折线滑动面的土岩截面形态，对最危险界面自动搜索。通过软件模拟可确定，治理后一般工况、地震工况的边坡安全系数分别＞1.35与＞1.15，一级边坡等级要求得到满足，案例区域地质隐患通过地质环境整治消除；在应用上述生态修复方法后，将该区域的生态景观及山体形态恢复，当地环境得以改善，符合当前政府提倡可持续发展政策，可促进经济和社会的可持续发展，有利于和谐矿区、和谐社会的建设，土地资源因此实现充分利用[5]。

4 结论

综上所述，废弃矿山环境地质灾害治理及生态修复需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的地质环境问题分析、地质环境整治、生态修复方法等内容，则提供了可行性较高的治理和修复路径。为更好地开展地质环境治理和生态修复，新型技术的积极应用、软件模拟的科学开展、各部门的通力协作同样需要得到重视。