露天矿山边坡稳定化治理与生态修复技术探究
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作者:武剑
摘要：露天矿山在开采过程中形成的采场边坡，不仅存在较大的地质灾害风险而且对采区植被会造成毁灭性破坏。露天采场边坡给矿山生产带来巨大安全隐患的同时，还会引发地质灾害，给矿山企业经济及工作人员造成严重的威胁。为此，本文从保护生态和消除地质灾害隐患的角度出发，探讨了露天采场边坡稳定化与生态修复的技术手段，为矿山地质环境与生态环境治理提供科学依据。
关键词：露天矿山；生态修复；边坡；稳定化治理
随着我国经济的飞速发展与人类对资源的迫切需求，越来越多的矿产资源被开采。矿产资源作为推动工业经济发展的必需品，在推动区域经济发展的同时，也对生态环境与自然资源造成了一定的破坏。目前，我国冶金矿山的开采方式，大多以露天开采的形式M行。露天矿山的开采破坏了区域的地形地貌，使植被遭到毁灭性破坏，从而加剧了水土流失的程度。矿山在开挖过程中，造成山体严重破坏、岩石裸露、边坡失稳等现象，这些现象不仅给矿山生产带来巨大的安全隐患，还会引发地质灾害，给矿山企业经济及工作人员造成严重的威胁。因此，对露天矿山开采所形成的边坡及其他诱发地质灾害的因素，进行监测与修复治理，对消除安全隐患，确保矿山安全生产与改善区域生态环境，具有十分重要的意义。
1.露天矿山边坡特点
露天矿山边坡，是露天采场在开采过程中，对采场周围形成的、具有一定坡度的斜面，它由许多阶段开采结束形成的阶段平台台阶与边坡所组成[1]。露天矿山边坡具有以下特点：1.1边坡高度高，走向长。其高度一般从几米到数十米不等，走向由数十米到数百米不等；1.2边坡岩石主要为沉积岩，其岩石强度较低，分层显著；1.3矿山在开采过程中，采用穿孔爆破以及生产机械开凿冲击振动等因素，对边坡的稳定性造成一定影响；1.4矿山开挖过程中，造成边坡岩石裸露且长期处于自然环境，缺少维护易遭受风化，出现裂缝；1.5随着开采阶段的推进，露天矿山边坡自上而下形成，不同阶段的边坡，稳定性与保留时间不同。
2.露天矿山边坡地质环境问题
2.1边坡失稳引发滑坡、崩塌等自然灾害
开采过程中对山体的开挖，破坏了表土层并使位于表土层内部的岩石裸露出来，改变了边坡岩体内部应力，其在重力与应力的作用下发生位移。当边坡岩体强度大时，位移不明显，边坡处于稳态；当边坡强度小，岩体弹性模量小不足以消除重力与应力联合作用时，就会产生较大位移，造成滑坡[2-3]。
造成边坡失稳的因素有很多，其自身因素有水文地质、边坡岩性、岩体结构、地质结构、应力等因素。外界因素主要有自然因素，如气候变化、风化速度等；还有人为因素，如生产方式等。
2.2边坡破坏地貌植被恶化生态环境
矿山开采形成的高陡边坡，由于其坡度大、基岩石裸露、缺乏土层，使得在开采过程中遭到破坏的地表植被，很难通过自然修复的方式进行生态恢复。植被的破坏加剧了水土流失的程度，进入多雨季节，在暴雨强度较大的降水条件下，极易发生水土流失现象。水土流失的加剧改变了土壤有机质含量，破坏了土壤微生物群落。植被的减少，使得很多生物资源失去了赖以生存的自然环境，使区域生态系统遭到破坏，从而影响生物物种的多样性。
3.边坡稳定化治理技术
露天采场边坡稳定化治理，是矿山地质环境治理的重要组成部分；其目的是消除地质灾害隐患，改善区域地质环境，确保矿山安全生产。目前，常用的稳定化治理技术有：混凝土灌浆喷射、索杆锚固、修筑挡土墙抗滑桩、防水治水、削坡减载等技术[4-6]。
3.1混凝土灌浆喷射
混凝土灌浆喷射技术，是边坡稳定化治理中常用的技术手段。当边坡表面有裂缝时，可以将混凝土作为裂缝填充物进行充填。它可以改善边坡的力学性能，增强岩体的内部抗裂强度，从而提高边坡的稳定性。另外，对边坡表面进行挂网喷浆，还可以保护边坡表面，起到封闭裂缝的效果坡面经挂网喷浆治理后，可以提高边坡的抗地表径流冲刷强度和抗风化强度。混凝土喷浆结合长锚锚固技术，可以改变坡面岩体的内部受力情况，提高其抗拉强度、抗冲击强度和抗剪切强度，从而达到稳定边坡的效果[7]。
3.2抗滑桩、挡土墙
抗滑桩也是边坡处治工程中，常见常用的处置方案之一从早期的木桩到近代的钢桩和目前在边坡工程中常用的钢筋混凝土桩，断面形有圆形和矩形，施工方法有打入、机械成孔和人工成孔等方法，结构有单桩、排桩、群桩，有锚桩和预应力锚索桩等。边坡处治工程中的抗滑桩，是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体，依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力，从而使边坡保持平衡或稳定（图1）。
挡土墙是指支撑路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的构造物。根据其刚度及位移方式不同，可分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。抗滑挡土墙主要优势在于，对于山体天然平衡破坏小，而且稳定滑坡体效率高。在一些小型或者中型边坡中，挡土墙可以单独使用；在一些大型边坡中，单独的挡土墙不能够满足设计要求，经常需要与其他的支护方式结合在一起使用。
3.3防水治水
当边坡发生失稳造成边坡滑动，主要原因跟水有关，包括地表水以及地下水活动。因此，在边坡防治中，往往首先要做的是排除地表水和地下水对坡体的作用，减少地表水对边坡岩体的冲蚀以及地下水对边坡的浮托，排除减少岩体抗剪强度的现象[8]。地表水径流主要来源于大气降水，对边坡危害主要是雨水冲刷和内渗，通常采用修筑截排水沟进行防治。地下水防治，主要是采取降低地下水水位，疏干地下水，尽量减少甚至消除地下水对边坡岩土体的影响。在实际勘查设计中，通常根据地下水的类型、埋藏条件以及工程地质条件，来决定具体采用的方式，包括：截水盲沟、支撑盲沟、排水廊道、集水沟和排水孔等。
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3.4削坡减载
削坡减载是指采用对边坡及时平整和刷帮，改善边坡轮廓形状，以便提高边坡稳定性的边坡危害防治方法。平整边坡可减少积水对边坡的危害，刷帮可减少边坡滑坡体上的载荷，以利边坡稳定[9]。对边坡进行削坡处理，减小坡度，降低地表径流的冲刷强度和边坡的纵向受力。另外，在边坡上方进行荷载运输时，要降低荷载，使运输设备的荷载力控制在合理范围内。
4.边坡生态修复技术
矿山开采过程中，对地表植被造成了毁灭性的破坏。开采后形成的边坡、基岩裸露缺乏土层，且由于采区边坡坡度较陡难以保持水土，植物难以落脚生根，植被很难通过自然生态恢复的方式达到修复效果。因此，必须采取适宜的技术手段来实施生态修复。目前，边坡生态修复采用的工程技术方法主要有：覆土绿化、植生袋绿化、钻孔绿化、挂网绿化、客土喷播绿化等[10-12]。
4.1覆土绿化
覆土绿化适合采区地势平坦、面积较大的采场平台，对矿山开采过程中形成的边坡阶段平台或者终了平台，进行废渣清理、土地平整、覆土绿化的方式进行植被恢复。根据不同的修复地类，分别选取不同的覆土厚度。覆土绿化是矿山生态修复技术中最常用，也是最基本的修复技术。
4.2植生袋绿化
由于边坡坡面缺少土壤植被难于生存，因此采用植生袋的方法进行绿化。将植物的种子附着在植生袋的内侧，在袋内装填经过复配的种植土。将坡面修整好并在坡底做好稳定基层，把封好口的植生袋按照一定的顺序和方法铺设在坡面上，后期对其进行洒水管护以达到边坡绿化的效果。植生袋绿化技术适用于缺乏土层且高度不大的边坡，其成本低、适用范围广、易于施工，可在短期内达到绿化的效果，但后期需要人工管护且需水量较大。
4.3钻孔绿化
对于坡度较大的高陡边坡，常采取钻孔绿化的方式进行生态修复。在高陡边坡坡面上，钻直径25mm～300mm口径不等的钻孔，在钻孔内回填复配好的营养基质，在孔内种植攀爬类藤本植物，使边坡达到绿化[13]。该技术适用于坡度大的高陡边坡，但施工难度大、绿化率较低，而且受藤本植物自然攀爬方向的限制。
4.4挂网绿化
挂网绿化是在治理坡面上，设置钢丝网并用铆钉锚固；在挂网上铺设有机植土层，使坡面上形成一个整体的有机层；将草种撒入有机层，经过一段时间的管护后，达到边坡绿化的效果。这种方法，适用于坡度较缓缺乏土层的边坡；对于坡度较大的高陡边坡，不适宜采用这种技术。
4.5客土喷播绿化
客土喷播技术，就是将植物种子和按一定比例配置好的复合基质，采取喷射的方法将复合材料附着在边坡坡面上，在边坡表面形成一个类似于表土层结构的有机质层，从而满足植物的生长条件，达到绿化的效果[14]。客土喷播所使用的复合基质，主要是由营养基质、保水剂、黏结剂和植物种子按照一定比例进行混合，其可根据绿化的植物类型和矿区的自然气候，以及边坡的地层和坡度进行调整[15]。该技术适应性较强，施工方便，可以在短期内达到绿化。
5.结语
矿山开采所形成的边坡，不仅存在地质灾害隐患而且对区域生态环境造成了一定的破坏。对其采取合理的工程技术手段进行稳定化治理，借以消除地质灾害隐患并进行生态修复，能有效改善矿山区域生态环境，减少水土流失，提高矿区植被覆盖率，改善矿山自然景观，实现矿山区域经济、环境和生态和谐发展。在解决矿山地质和生态环境问题的同时，具有一定的经济效益和社会效益。
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