矿山边坡复绿技术对减少水土流失的研究与应用--以磊鑫石场矿坑生态修复为例.pdf

194地质与勘探引言我国矿产资源丰富，对我国的工业化及现代化建设起着重要作用。随着矿产资源日益开发，矿山周边地质、生态环境受到了一定的影响，水土流失现象日趋加重。我国在对矿山生态修复方面做了大量研究，新时代背景下开展绿色矿业、建设生态矿山是矿业发展的必然趋势。根据国务院关于矿产资源开发项目“谁破坏，谁复垦”的原则，各级政府大力推进矿山生态环境治理工作，要求新建矿山必须达到绿色矿山标准，尤其在矿区地质环境保护、土地复垦及水土保持等工作方面有明确的意见和要求。积极做好矿山生态修复，减少矿山水土流失，是新形势下矿山开发的必经之路。一、矿山现状概况宁 乡 市 磊 鑫 石 场 石 灰 岩 矿 位 于 宁 乡 县 城 西 南约40km处，隶属宁乡市双凫铺镇双桂村。地理坐标：东经11217331121754，北纬280508280522。现有乡村公路通至矿区，交通较为便利。矿山已经开采多年，矿山供水、供电、交通设施备。矿山采用山坡露天开采，在采区内采用直进式公路开辟，机械装车，汽车运输。矿区范围内形成了两个开采平台，北部采坑开采平台存在超深越界开采现象，开采造成的土地破坏面积约2.0公顷，东北部形成高陡边坡，长约370m，高度1550m，近于直立，坡面堆积松散碎石，存有安全隐患。采坑面积1.2公顷，采坑内有积水，废石杂乱堆积，需要整体进行生态整治。矿区内地貌按其成因类型为剥蚀丘陵地形，海拔高程148325m，相对高差最大为177m。矿区内地形、坡度变化较大。矿区及其周边出露的地层主要为泥盆系中统棋子桥组（D2q）、泥盆系上统佘田桥组（D3s）、第四系残坡积层（Qesl）。矿区属温暖湿润的亚热带季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季潮湿炎热。根据气象部门常年观测资料，历年年平均气温16.8，最冷一月平均气温4.5，最热七月平均气温30.5，年平均降雨量1380mm，年最大降雨量1942.5mm，日最大降雨量145.4mm，小时最大降雨量69.7mm/h，年降水天数142164天，雨季多集中在47月；年平均降雪日数13.1天，最大积雪深度22cm；平均日照为717.3h，无霜期270300天；平均风速2.2m/s，最大可达20m/s，风向随季节变化，夏季多东南风，春季多西北风。区内没有大的地表水系，仅有山间小溪和零星分布于山脚的水塘及由水塘排泄的一条水沟（主要是灌溉用）。地下水的主要补给来源为大气降水。矿区周边最低侵蚀基准面标高为矿区北侧的山塘水面，标高150m左右。矿体为山坡露天开采，最低开采标高为170m，最终开采面高于当地侵蚀基准面。目前矿山已实施部分修复治理，但治理效果欠佳，存在部分高陡边坡裸露等问题，且矿山开挖坡面多处形成临空危岩体，受到雨水冲刷容易产生水土流失隐患。二、厚层基质试验工程上为减少水土流失，通常采用客土喷播技术、厚层基材喷播技术、植被混凝土技术等。对土壤基质进行改良，基本原理都是利用喷射机将有机基质喷射到坡面上，有机基质在压力的作用下与坡面紧密结合，形成一层可供植物生长发育的基质层。客土喷播及厚层基材喷播基质附着性一般，在高陡岩石坡面上喷射的基质受雨水冲刷易脱落，此工艺在矿山高陡岩石边坡治理中很难达到预期效果。植被混凝土技术及喷混植生技术是在基质里加入一定比例的水泥及特制添加剂，在一定程度上加大了基质与坡面的附着力，但是由于加入水泥，导致基质碱性偏高，乔、灌木无法生存，草本成活后却需要细致的养护，且易退化，后期养护成本过高。针对以上问题，通过采用聚丙烯酸矿山边坡复绿技术对减少水土流失的研究与应用以磊鑫石场矿坑生态修复为例杨涛宁乡市水利事务中心【摘要】以湖南省宁乡市磊鑫石场石灰岩矿北东侧矿坑整治及生态修复项目为研究对象，选取3个样地，采用实验法和对比分析法，探究不同矿山边坡复绿技术对水土流失的影响，以期通过优化“藤立方”+改良型厚层基材喷播植生复合技术，为矿山水土保持及水土流失治理提供一定的参考依据。【关键词】水土保持；生态修复；矿山整治；“藤立方”+改良型厚层基材喷播技术。【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.16.063195地质与勘探钾作为粘结剂及吸水树脂作为吸水剂，对普通厚层基材喷播技术进行改良，在不添加水泥的情况下增加厚层基材的附着力，提高基质的抗雨水冲刷能力，使得喷播基质结构团粒化，抗侵蚀能力增强，增加孔隙度，维持良好的渗透性及透气性。实验结果如下：降水对基质侵蚀量的影响基质中稳定团粒含量的影响基质中孔隙度的影响图1聚丙烯酸钾用量对基质理化性质影响变化图基质中饱和水含量的影响基质中最大有效含水量的影响图2吸水树脂用量对基质理化性质影响变化图根据以上实验结果，确定改良型厚层基材喷播的基质配比为：砂壤土0.40m3，纤维40kg，有机肥3kg，水50L，聚丙烯酸钾110g，吸水树脂1000g。厚层基材喷播改良后能有效解决普通喷播类基质附着性差、团粒性差的缺点，能够在一定程度上减少水土流失量。三、复绿技术试验样地1位于矿坑第二级边坡中间位置，该位置坡面倾角为75，局部存在反向坡，坡高为28m，生态恢复方式采用“藤立方”技术，坡脚种植藤本植物凌霄、何首乌、忍冬、五叶地锦。样地2位于矿坑第一级边坡中间位置，该位置坡面倾角为65，坡高为35m，生态恢复方式采用改良型厚层基材喷播植生技术对坡面进行喷播，喷播厚度为12cm，种子选择为草灌相结合。样地3位于矿坑第二级边坡左侧位置，该位置坡面倾角为75，局部存在反向坡，坡高为20m，采用“藤立方”改良型厚层基材喷播植生复合技术。“藤立方”是针对生态建设开发的一项以藤本植物为主的立体绿化技术系统，主要有四部分组成，即藤本植物、专用基质土、供藤本植物攀援的结构、生态养护。“藤立方”施工工序流程：藤立方专用基质土配置攀爬网铺设（同改良型厚层基材喷播挂网工艺）种植槽构筑藤本植物种植养护管网安装（同改良型厚层基材喷播管线安装工艺）养护管理。（1）藤立方专用种植基质土：藤立方基质土为专门研制生产，具备保水、保肥、透水透气、pH值适中四大特性，种植在专用种植基质土中的藤本植物生长速度快，且减少养护次数，节省养护费用。专用种植基质土主要由基质土、土壤改良剂、土壤pH值调节剂、土壤保水剂、植物抗蒸腾剂五个部分组成。基质土的主要成分为有机质，其主要有效营养基材成分为木屑、发酵剂、复合肥、菜饼、鸡粪等，具体配比及掺量依据施工图纸实际施工的需要，现场适配确定。（2）生态型种植槽砌筑：采用生态环保材料生态袋，袋体规格为810mm430mm。（3）藤本植物：为多年生控根容器苗，筛选根系发达、无病虫害感染、生长迅速且经修剪整形的健壮苗。结合本工程实际需要，优选藤本植物8个品种混植，品名分别为何首乌、南蛇藤、美国凌霄、金银花、三叶木通、五叶地锦、常春油麻藤及意大利络石，品质为多年生控根美植袋容器苗，圃地规格要求地径在12cm、株长12m，经短截修剪整形后移栽，藤本植物定植密度5盆/米。196地质与勘探四、试验结果与分析样地1施工完成后4个月，植被覆盖率为20，土壤侵蚀模数为1056t/(kma)。样地2施工完成后4个月，植被覆盖率为90，土壤侵蚀模数为677t/(kma)。样地3施工完成后4个月，在坡面形成了草、灌、藤复合植物群，植被覆盖率为95，土壤侵蚀模数为487t/(kma)。通过对3种样地采用不同的生态恢复方式的施工，生态恢复及水土保持效果总结如下：表1三样地生态恢复对比序号实验样地选点及生态恢复方法优缺点绿化效果土壤侵蚀模数t/(kma)样地1岩质边坡；坡面倾角为75，坡高为28m采用“藤立方”技术优点：适用区域广，施工简便，尤其在边坡陡峭区域，优势明显，耐干旱贫瘠。缺点：植物种类单一，施工季节有所限制。短期植被覆盖率低，长时间植被覆盖率高，植物多样性不佳。1056样地2岩质边坡；坡面倾角为70，坡高为35m采用改良型厚层基材喷播技术优点：施工机械化程度高、效率高、护坡整体稳定性好；缺点：对坡面平整度要求高，一般喷播技术的植物选型多以草本为主后期养护需求高。短期植被覆盖率高，长时间植被覆盖率降低；坡度较陡区域植被容易退化。植物多样性不佳。677样地3岩质边坡；坡面倾角为75，坡高为20m采用“藤立方”+改良型厚层基材喷播植生复合技术优点：施工机械化程度高、效率高、护坡整体稳定性好、植被选型丰富、养护需求不高、后期可免养护；缺点：相对单一技术成本稍高乔、灌、草及藤本植物搭配，有助于增进与周边环境的融合，还可根据需要融入景观效果。景观可塑性强。植物覆盖率高；植物多样性好。487通过对3个样地采用不同的生态恢复方式施工，跟踪观察、对比分析，发现采用“藤立方”+改良型厚层基材喷播植生复合技术，适用范围广，植物选型丰富，植物覆盖率高，大幅度降低了土壤侵蚀模数。藤本植物能较好地弥补边坡陡峭甚至反坡的坡面复绿难的问题。植物多样性好，乔、灌、草及藤本植物搭配，有助于增进与周边环境的融合，还可根据需要融入景观效果，景观可塑性强，复绿效果好，可用于高陡岩质边坡，大幅度减少水土流失量，水土保持效果显著。五、结语探索更加科学的生态修复技术应用到水土保持生态建设中，在更快防治水土流失的同时，又起到了美化生态环境、涵养水源、调节小范围气候的作用，不仅带来更好的经济、社会以及生态效益，也是落实可持续发展，促进生态文明建设，守住“金山银山”的必要手段。参考文献：1魏旭，夏琼，高东升，等.安徽含山县清溪镇应村建筑石料用白云岩矿矿山地质环境影响和土地损毁研究J.安徽地质，2021，31(1):76-80,85.2张进德，郗富瑞.我国废弃矿山生态修复研究J.生态学报，2020，40(21):7921-7930.3谭兴元.废弃矿山的生态复绿技术的应用研究J.世界有色金属，2019(10):224-226.4张少才.露采矿山边坡治理设计方法探讨以郎溪县某露采萤石矿为例J.安徽地质，2021，31(2):169-172.5刘宇潇.马鞍山市矿山地质环境景观化治理可行性评价J.安徽地质，2018，28(1):66-68.6陈林，何创民，张元瑞.马钢集团南山矿业公司凹山采场西北帮高危边坡治理施工实例J.安徽地质，2006，16(3):212-214.7何家宝，汪定圣.皖北露天闭坑矿山地质环境治理工作实践以萧县某水泥用石灰岩矿为例J.安徽地质，2021，31(1):63-6670.8李建中，张进德.我国矿山地质环境调查工作探讨.水文地质工程地质，2018，45(04):169-17.9赵其国，黄国勤，马艳芹.中国生态环境状况与生态文明建设J.生态学报，2016，36(19):6328-6335.10黄敬军，倪嘉曾，赵永忠，等.绿色矿山创建标准及考评指标研究J.中国矿业，2008，17(7):36-39.11于增宝.露天采矿矿山地质环境治理与恢复的意义、原则及核心思路分析J.工程建设与设计，2021(10):83-8489.12李玉芳.生态修复在水土保持生态建设中的优化作用J.农村经济与科技，2023,34(06):37-40.13赵金涛.水利工程水土保持中生态修复技术的应用J.智慧中国，2023(Z1):98-99.14郑少华.生态修复在水土保持生态建设中的应用J.大众标准化，2023(06):133-135.作者简介：杨涛（1980），男，汉族，湖南宁乡人，本科，高级工程师，研究方向：水土保持监督管理。