矿山地质环境治理中应用客土喷播技术
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摘要：治理矿山为露天开采矿山，坡面表层岩石风化破碎严重，基本无植被覆盖，易发生崩塌落石灾害。应用客土喷播技术，在岩石边坡上打锚杆、铺设铁丝网，采用专门喷播设备喷播有机基材及植物种子，加盖无纺布快速养护形成边坡生态防护层。边坡表面形成保护层及与表土相近的生长基础，破损山体边坡得到绿化，能起到涵养水源、保持水土、调节气候和净化大气的作用，具有巨大的生态环境效益。
关键词：客土喷播；生态防护；地质环境保护
随着我国对大气污染治理力度的加大，矿山地质环境问题被列入整治范围中。矿山地质环境治理以改善矿山环境和空气质量为目标，坚持标本兼治、突出重点、整体推进，以铁路、高速公路两侧和城市周边等露天矿山为重点，通过关闭取缔、停产整顿、恢复治理，集中开展矿山及环境治理问题[1]。
1工程概况
1.1地形地貌
矿区属燕山南麓丘陵地貌，位于近南北走向山脉东坡，最高海拔标高95m，最低海拔标高70m，相对高差25m。因受长期剥蚀切割作用，本区山势低缓，坡顶浑圆，地形坡度一般为20°～30°。
1.2地层岩性
矿区范围内及其附近出露的地层为蓟县系雾迷山组一段及第四系。蓟县系雾迷山组一段（Jxw1）下部为灰白色中厚层含粉砂泥晶白云岩，与燧石条带白云岩互层，偶夹纹层状沥青质白云岩；上部为灰色粗晶白云岩和沥青质白云岩，夹灰白色厚、巨厚层含粉砂泥晶白云岩，韵律性明显。第四系分布于坡麓边缘及缓坡地带，表层一般为粉土、粉质粘土，下部一般为碎石土，成因类型主要为残坡积物，厚约0.5～1.0m，自山麓边缘至山间盆地厚度逐渐加大。
1.3地质构造与地震
矿区所处构造单元为燕山台褶带（Ⅱ22）马兰峪复式背斜（Ⅲ72）遵化穹褶束南缘（Ⅳ252）。矿区未见断裂构造，节理裂隙不发育，地层呈单斜产出，倾向280°，倾角35°。地层单层厚一般0.5～4m，中厚层状为主。区域抗震设防烈度为7°。
1.4水文地质条件
矿区位于丘陵区，因长期受剥蚀切割作用，山势低矮、平缓，坡顶浑圆，地形有利于自然排水，矿区附近最低侵蚀基准面50m左右，矿体均位于侵蚀基准面以上。根据地下水的赋存条件和含水介质的不同，矿区附近地下水类型主要分为第四系松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水两种。
1.5矿山周边及人类工程活动
由于矿山目前已处于停产状态，矿区内人类工程活动主要为采场北侧工业场地料石运输，运输量较小。由于采场紧邻西侧采石场，目前采石场采坑正回填作业，且回填料石运输道路经过该矿山，回填方量较大，运输较频繁，人类工程活动较强烈。
2矿山地质环境问题分析
2.1地质灾害问题分析
矿区范围内存在地质灾害隐患地点共3处，分别为1号边坡1号陡坎、2号陡坎以及2号边坡坡顶处。1号边坡：矿区范围内仅坡顶边缘存在少量第四系覆盖，边坡岩性为中厚层白云岩，采面边坡与岩层呈顺向接触，不存在滑坡危害。但1号边坡由于开采形成2处陡坎，2处陡坎近直立状，坡顶岩石松动，易发生崩塌落石灾害。2号边坡：岩层与边坡呈斜向接触，坡顶陡坎边坡近直立状，表层岩石风化破碎严重，且顶部出现张拉裂隙，易发生崩塌落石[2]。
2.2地形地貌景观破坏
多年的矿山生产对地质环境造成了较大的破坏。开采区范围内，矿山采面边坡基岩裸露，植被消失，由于停采时间较长，现坡面局部已长有杂草。采面平台目前为水泥硬化地面，无植被覆盖。现场调查发现，采坑坡面及坡底种植杨树面，基本已覆绿，坡面较稳定。边坡边缘与采面平台砌有挡墙，由于修筑时间较长，局部已出现破损。故露天采场边坡对土地资源、地形地貌景观影响严重。
2.3水资源水环境破坏问题
该矿山未编制水土保持方案。矿区位于丘陵区，地形有利于自然排水，根据实地调查，采场底部无积水现象，采坑边帮亦无渗水现象。矿区最低开采标高70m，附近最低侵蚀基准面50m左右，仍处于地下水位以上，矿坑涌水来源不变，仍为大气降水，雨季降水可顺利排出矿区，对当地含水层影响较小，对周边生产、生活用水无影响。
2.4扬尘及视觉污染
矿区目前处于停产状态，但工业场地及道路未进行绿化覆盖，且石渣仍在售卖状态，石渣在装运过程中会产生大量扬尘；矿区内残留的白茬边坡也未进行山体覆绿，都会带来视觉污染[3]。
3矿山地质环境防治工程
3.1客土喷播技术的经济可行性
客土喷播技术本身是为石质边坡营造一种适宜植物快速生长的土壤营养层，其有机基材中采用高分子凝结剂，拌入泥炭土、纤维材料、本地沃土等，组成“客土”，利用高次团粒剂使客土形成密实结构，植物纤维在其中起到类似植物根茎的网络作用，造就具有耐降雨侵蚀、牢固且透气、与自然表土相近的生长基础。客土喷播适用于石质边坡等坡面高陡凹凸不平、传统种植工艺无法施工的地方；机械喷播可实现大面积快速绿化，施工效率高；由于覆盖料与稳定剂的膜状结构保护可以防止雨水冲刷、种子流失，绿化效果好；主要采用机械化操作，节省人工，成本低廉[4]。
3.2客土喷播技术的应用
客土喷播技术施工工艺流程见图1：
3.2.1坡面清理
对易产生崩塌的一号陡坎、二号陡坎进行削坡，削坡后坡面角≤60°，削坡后碎石回填于原坎下并压实。对坡面浮石进行清理。在一号边坡坡顶处设置双边丝护栏，防护网距离坡顶3.0m，丝径3.5mm，孔径9×17cm，立柱48mm（直径）×1.0mm（壁厚）×2.1m（高），网片外形尺寸1.8×3.0m，基础采用岩石钻孔，孔径0.2m，孔深0.3m，采用C15现浇混凝土灌注。防护网外围设置安全警示牌，警示牌间距50m。
3.2.2锚杆挂网
对清理后边坡坡面进行打锚，锚杆直径为16mm，锚杆长度0.5m，锚杆间距2.0m，梅花形布置。锚杆钻孔采用风钻或电钻，孔径42mm。水泥砂浆灌注。坡面敷设镀锌铁丝网，从坡顶沿坡面顺势铺下，坡顶留0.5m置于坡顶浆砌石下，坡顶浆砌石墙0.3m×0.3m。镀锌网搭接宽度为0.15m。
3.2.3客土喷播
主要工作步骤包括土料筛选，草炭土、复合肥、植物种子、保水剂、黏合剂等材料混合搅拌均匀，喷播机喷播。3.2.3.1土料筛选选取草炭土，颗粒直径不宜过大，用筛网过筛至尺寸小于15mm，筛选后备用。由于草炭土中有机质含量30%以上，土质松软均匀，比重0.7～1.05，以酸性为主，适合种子生长且通风透气。
3.2.3.2混合搅拌
将筛选后的土料中加入植物种子、复合肥、保水剂、黏合剂等材料混合搅拌均匀。种子选择适应矿区气候条件的灌木植物种子（荆条、沙棘）与草本植物种子（紫花苜蓿、沙打旺、草木樨）1:1混合，充分利用灌木植物的木质根系抗拉性能强、水土保持效果好，草本植物绿化效果均匀、美化环境的特点，达到护坡牢固快速绿化的目的。保水剂可以加速种子生根，提高种子活力，改善种子生存环境，增强种子的抗旱、抗逆功能。黏合剂可以防止基质材料流失，固水保温，保证种子的出苗率。复合肥料，主要包括氮（N）、磷（P）、钾（K）等，促进植物生长。
3.2.3.3喷播机喷播
喷播时采用专门喷播设备自上而下分两侧喷播，凹凸部分及死角部位要喷播均匀。喷播分两次进行，第一次喷播5～8cm厚基质底层，不含植物种子，增加草炭土、保水剂、复合肥的比例，保证能够提供植物生长所需水分及养分。待几个小时后客土稳定再喷播种子层3～5cm。分层喷播不仅成本降低，还大大提高了绿化效果。
3.2.4表层覆盖
对喷播后的坡面覆盖无纺布，不留边口，覆盖搭接宽度为15cm，用木桩固定，两端用土压埋固定。覆盖无纺布可以保证喷播层温湿度，减少水分蒸发，限制种子在发芽期的移动，防止雨水冲刷。当幼苗长至5～6cm时揭去无纺布。
3.2.5浇水养护
喷播后至少浇水养护4次，小水慢浇，如遇天然降雨应减少浇水次数。
4效益分析
4.1社会效益
矿山地貌景观得以治理、恢复，有利于构筑和谐社会，缓解地方政府、矿山企业与当地居民的关系，互惠互利，达到携手并进、共同繁荣的社会效应，社会意义深远。能有效地防御矿山地质环境问题，保护附近居民、企业员工的生命财产安全，创造良好的人居环境[5]。
4.2环境效益
通过对矿山地质环境治理和开发建设，矿区生态环境将会大大改善。破损山体边坡覆绿，环境优美，空气清新。植物的叶片可以洗尘、滞尘，吸收有毒物质，释放有益健康的杀菌物质，从而起到净化空气的作用。发达的根系可以固定砂土，减少水土流失，增加土壤的贮水能力。矿区生态系统将逐渐恢复涵养水源、保持水土、调节气候和净化大气的功能，具有巨大的生态环境效益。
4.3经济效益
通过对矿山地质环境治理恢复工程，有效地防御了矿山地质灾害的发生，起到了减灾防灾的目的；有效地减轻了矿山地质灾害造成的直接或间接的经济损失[6]。
5结语
对岩质边坡采用客土喷播技术进行治理，可固土护坡，有效防止崩塌落石，绿化效果明显，覆盖无纺布炼苗揭布养护管理客土喷播坡面清理喷播准备88环境监测与污染防治美化矿山环境。该技术适用范围广泛，成本较低。
参考文献
[1]段永侯.中国地质灾害[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.
[2]任改娟，郝文辉.秦皇岛市崩塌环境地质灾害特征及其防治对策[J].中国环境管理干部学院学报，2009，19（1）：9-11.
[3]刘鹤峰.河北省地质矿产环境[M].北京：地质出版社，2006.
[4]刘甲荣，舒安平，郭建民，等.半干旱区高速公路生态护坡技术[M].北京：人民交通出版社，2011.
[5]王得楷，胡杰.地质灾害预防[M].兰州：兰州大学出版社，2010.
[6]何继善.防灾减灾的理论与实践[M].长沙：中南工业大学出版社，2001.
作者：郭东升 张显 单位：河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队
