矿山开采在提供有用矿产资源的同时，也对矿区及其周边生态环境造成了严重的破坏，尤其是露天矿开采后形成的裸露岩质边坡，是矿山闭坑后生态恢复与重建的难点与重点区域[1]。就国内而言，到目前为止，大部分露天铁矿、煤矿和石灰岩矿的边坡几乎没有得到有效的生态恢复与重建[2]，产生这种困境的主要原因有多方面，但最主要的原因是植物很难适应高陡岩质边坡这种极端恶劣的立地条件[3]。当前，露天矿岩质边坡生态恢复与重建大多借鉴较为成熟的公路边坡植被恢复技术，如客土喷播技术[4]、植被混凝土防护技术[5]、三维植被网喷播技术[6]、飘台法[7]、植生袋法[8]、厚层基材喷播技术[9]、爆破燕窝生态重建技术[10]、藤本护坡技术等[11]。上述各技术在高速公路岩质边坡生态恢复与重建中得到了广泛的应用，对指导岩质边坡生态恢复与重建具有重要的指导意义。在露天矿岩质边坡生态重建技术选取方面，夏冬等[12]提出一种新的思路，即在露天矿岩质边坡生态重建方案选取时，在考虑气候、生物、土壤、开采现状等矿区基本资料的同时，应充分考虑边坡岩体结构空间几何信息及岩体质量对生态恢复与重建方案选取的影响。对于大型露天矿，边坡所处的开采水平或区域不同，岩性及岩体质量也不完全一致，如矿山全部边坡采用同一生态重建技术方案，势必会影响生态恢复的最终效果与成本。因此，本文以研山铁矿东帮边坡为研究对象，根据岩性、岩体质量与岩体结构面发育情况对矿山边坡进行分区，并在不同区域采用与之相适应的生态重建方案，研究成果为大型露天矿岩质边坡生态重建技术方案选取提供了新思路。
1 工程概况
研山铁矿位于河北省唐山滦州市，隶属于河北钢铁集团矿业有限公司。该矿采场东帮是矿体下盘，为非工作帮。通过详细分析矿区地质勘察资料可知，组成东帮边坡的主要岩石为黑云变粒岩、混合岩化黑云变粒岩，其间有晚期顺片理、片麻理侵入的花岗质岩墙、岩脉和基性岩岩席，另有少量不均匀分布的伟晶岩脉呈大角度穿切片理、片麻理。变质岩系之上局部有中元古界长城系大红峪组砾岩、石英砂岩等呈角度不整合覆盖，局部低洼处有第四系黄土、泥砂堆积。边坡产状(倾向、倾角)与片状、片麻状黑云变粒岩、混合岩化黑云变粒岩片理、片麻理产状一致。总体产状为倾向270°，倾角50°～60°。黑云变粒岩、混合岩化黑云变粒岩的片理、片麻理呈波状起伏，绝大多数倾向变化于260°～320°，其中南段倾向多在260°～290°、北段多在290°～320°，即南段总体倾向西，北段总体倾向北西。
东帮边坡开采阶段高度12～15 m，最终并段高度24～30 m，平台宽度10～21 m，阶段边坡角65°。根据矿山最终边坡设计方案，矿山边坡最终阶段高度24～30 m。到目前为止，该边坡尚未采取相应的生态恢复与重建技术措施，矿山开采现状图与东帮边坡现状图分别如图1，2所示。
图1 矿山开采现状
Fig.1 Mining status chart
图2 东帮边坡整体与局部现状
Fig.2 Whole and part status map of east side slope
2 东帮边坡DTM模型构建与界线划分
利用澳大利亚Maptek公司生产的 I-SITE 8810 长距离三维激光扫描仪对东帮边坡进行扫描，根据扫描结果直接生成DTM模型，该模型的构建，为东帮边坡岩体质量评价及分区提供可靠的保障。将DTM模型导入3dsMax后进行纹理映射，纹理来自于激光扫描仪自带相机拍摄的影像和补充拍摄的照片，激光扫描仪采集到的东帮边坡影像如图3所示。对东帮边坡进行纹理映射，精确贴图处理后的效果如图4所示。
图3 东帮边坡影像
Fig.3 Image of east side slope
图4 东帮边坡纹理映射结果
Fig.4 Texture mapping results of east side slope
在三维激光扫描纹理映射结果与地质平面图对比分析的基础上，结合现场工程地质调查资料，在边坡三维模型中圈定地质界线，圈定依据为:如果岩性不同，则不同岩性的岩体交界处为地质界线，如岩性相同，则岩体结构面发育情况、结构面填充物或岩石风化程度发生突变的地质界面为地质界线，根据上述圈定依据，对地质界线进行划分，并将划分的结果与地质简图进行对比，划分结果如图5所示。
图5 东帮边坡三维模型地质界线与地质简图对比
Fig.5 Comparison of 3D model geological boundary and geological sketch of east side slope
根据对比结果可知，除局部需要微调外，边坡三维模型与地质剖面具有较高的吻合度。用不同的颜色代表不同的划分区域，则东帮边坡地质界线划分详图如图6所示，根据划分结果，将东帮边坡划分为北区、中区和南区3个区域，由表面上看，南区岩体完整性较好、中区较破碎，北区风化程度高。各区域以矿区运输公路为边界，又可细分为上、下两个半区，因该矿东帮为非工作帮，矿山开采到公路后，开始开采西部矿体，而公路下部的矿体暂时并未开采，因此，公路上下坡面岩体的风化程度存在较大差异，故以公路为上、下边坡的分界线。对于同一区域而言，公路上部岩体风化程度较下部严重。
图6 东帮边坡地质界线划分
Fig.6 Detailed outline of geological boundary of east side rock slope
3 东帮边坡岩体质量评价
3.1 现场取样与岩石力学参数测试
为测定岩石物理、力学参数，在研究区域选取有代表性的位置进行取样，取样位置如图7所示。
图7 东帮边坡岩石取样位置
Fig.7 Sampling location of rock slope of east side slope
边坡浅部岩石主要为混合岩化黑云变粒岩，深部为黑云变粒岩。观察岩芯发现，混合岩化黑云变粒岩因风化程度不同大致可分为3种:强风化、中等风化和微风化混合岩化黑云变粒岩，且混合岩化黑云变粒岩和黑云变粒岩顺层节理面较发育。为获取干燥与饱水岩样的单轴抗压强度，将现场取得的岩块加工成直径50 mm，高100 mm的标准圆柱体试件后，进行单轴抗压强度试验，试验结果见表1(表中，σc,σw分别为干燥与饱水岩样的单轴抗压强度)。
3.2 岩体结构面测试
采用结构面数字识别系统ShapeMetriX 3D对边坡岩体进行结构面调查分析，获取不同区域结构面的详细信息，为边坡岩体质量评价与分区提供数据支持。本次在东帮边坡选取+20 m平台、-20 m运输线路平台、-60 m平台、-90 m平台等6处测量区域，选取地点的结构面发育状态能代表其附近区域岩体结构面发育状况，共选测点48个，测点位置与岩石取样点位置相同。岩体结构面测试的主要内容包括:结构面的组合关系、成因类型，结构面产状、延展性、形态、性质、间距、接触性质、充填物特性、数量统计等。
表1 干燥与饱水岩石单轴抗压强度
Table 1 Summary of uniaxial compressive strength of dry and saturated rock
取样平台取样位置岩性σc/MPaσw/MPa北区北区上混合岩化黑云变粒岩47.632.3北区下黑云变粒岩62.944.1中区中区上混合岩化黑云变粒岩72.952.4中区下黑云变粒岩89.159.8南区南区上混合岩化黑云变粒岩99.678.6南区下黑云变粒岩107.288.9
以东帮-60 m平台的测点1为例，介绍结构面调查的基本流程。现场获取该测点左、右视图(图8)。将左、右两视图导入ShapeMetrix 3D软件分析系统，手动圈定出测量范围内的岩体后，分析系统自动进行匹配、合成，可得岩体表面的三维视图，如图9所示。
图8 -60 m平台测点1处左、右视图
Fig.8 -60 m platform test point 1 left and right view
图9 边坡测点1处合成的三维视图
Fig.9 Slope measuring Point 1 synthesis of 3D map
在合成三维视图的基础上，系统根据节理裂隙分布情况进行分组，并以不同的颜色加以区分。通过软件系统分析可知，该测点结构面分为3组，如图10中红、绿、蓝(面域)所示，其中优势结构面的产状为:59.6°∠35.8°，347.4°∠89.4°，240.6°∠48.9°。
图10 模型中节理分布情况
Fig.10 Joint distribution of the model
结构面密度可反映岩体节理裂隙的发育程度，根据结构面空间分布信息，可计算结构面的面密度，实际应用中，常采用体密度表征岩体的完整性，可通过经验公式将结构面的面密度换算成体密度。经计算，可得测点1处结构面的体密度为6.35条/m3。
采用上述方法，统计出每一测量区域内结构面体密度的平均值和优势结构面的产状信息，所得边坡岩体结构面数据调查结果见表2。表2数据为岩体质量评价提供了基本的数据依据。
表2 岩体结构面信息
Table 2 Rock structure information summary table
取样平台测试位置产状/(°)倾向/倾角体密度/(条·m-3)备注356.5/88.1北区上19.1/23.319.04强风化北区276.7/47.1262.4/26.6北区下149.6/78.014.76强风化273.2/53.8184.8/38.3中区上39.9/67.89.34强风化中区269.2/56.439.9/67.8中区下260.2/56.48.24中风化50.6/34.5285.7/52.6南区下99.9/57.97.52微风化南区279.7/39.759.6/35.7南区上347.4/89.36.96微风化240.5/48.9
3.3 岩体质量评价
依据饱水岩石单轴抗压强度试验结果，结合岩体结构面空间结构几何信息，根据《工程岩体分级标准》GB 50218—94，对岩体质量进行评价，可按式(1)计算岩体基本质量指标BQ[13]。
BQ=90+3σw+250Kv
(1)
式中，Kv为岩体完整性系数，可按式(2)进行计算。
式中，JV为体积节理数。
根据表1，2，可计算BQ值，根据BQ值对岩体质量进行评价，评价结果见表3。
表3 岩体质量分级结果
Table 3 Results of rock mass quality classification table
取样平台取样位置Kv值BQ值岩体质量等级北区北区上0.369279Ⅳ北区下0.455336Ⅳ中区中区上0.566389III中区下0.598419III南区南区上0.618480II南区下0.635515II
由表3可知，东帮边坡北区、中区和南区岩体质量等级分别为Ⅳ级、III级和II级，同一区域下半区岩体质量略好于上半区。
4 东帮边坡生态重建技术
本文对边坡岩体质量评价、结构面测试与分区的目的是:能够根据岩体质量级别、岩体风化程度、结构面发育情况等信息，对各区域岩体质量有一个宏观的了解，对坡面岩体的整体稳定性做出评价;优势结构面产状对岩质边坡生态重建技术方案的选取具有一定的指导作用;根据边坡岩体质量分级结果及结构面发育情况，在不同的区域采用与该区域岩体质量等级及节理裂隙发育情况相适应的生态重建方案，对提高边坡生态重建的成功率及降低生态重建成本具有重要的指导意义。
4.1 北区生态重建技术
北区以公路为界分为上下两半区，上半区主要为混合岩化黑云变粒岩、下半区主要为黑云变粒岩，且黑云变粒岩呈层状分布，层理与坡面近于平行(图11)，坡体内的优势结构面与边坡具有相同的倾向。
图11 东帮边坡黑云变粒岩层理分布
Fig.11 Stratigraphic distribution of black cloud granulite of east side slope
北区上、下半区结构面体密度分别为19.04和14.76条/m3，岩体均较破碎。现场地质资料调查结果表明，上、下半区的岩体均呈强风化状态，上、下半区坡面局部特征如图12所示。
图12 北区公路上、下半区岩体局部照片
Fig.12 Partial photographs of rock mass in upper and lower half of north area highway
由图12可知，坡面起伏度较小，节理、裂隙较发育。纵、横向分布的裂隙将岩体切割为大小不一的块体，总体而言，横向裂隙密度高于纵向。上半区裂隙密度虽较下半区大，但上半区裂隙切割深度较下半区浅，岩块间存在一定的机械咬合力。该区坡面节理面很粗糙，大多数节理张开度>5 mm，且基本呈连续状态分布，部分节理含有2～3 mm厚的软弱夹层，部分裂隙中充填有岩石风化物，岩石表面较为粗糙。
根据该区边坡岩体结构的上述特点，优选的生态重建技术主要有客土喷播技术、厚层基材喷播技术、三维网植被技术和植被混凝土生态防护技术等。对比上述技术的优缺点及矿区的实际情况，初步确定北区上半区采用客土喷播技术，这主要是由于该半区边坡坡面节理较为发育，且细小节理纵横交错，为植物根系进入节理、裂隙创造了有利条件，根系与喷播基材、边坡表层岩体可构成统一体，这有利于喷播基材与坡面间的整体稳定性。下半区采用厚层基材喷播技术，这是由于该半区边坡坡面节理、裂隙虽较发育，但裂隙密集度较上半区小，虽有部分植物根系能进入节理、裂隙内部，但进入的数量少于上半区，故下半区采用厚层基材喷播技术，以增强基材与边坡表层岩体间的整体稳定性。在喷播材料选择方面，以因地制宜、就地取材为原则，尽量减少搬运距离，以降低生态重建成本。
在喷播施工前，要先清除坡面浮石、危石和杂物等。采用人工和爆破相结合的方式清除坡面较为凸出的大块岩石，采用回填植生袋的方式填平坡面的低洼处，使坡面较为平整，以利于后继挂网锚固和喷播工作的开展。
上半区边坡客土喷播技术的主要施工工艺为：
(1)挂锚固网。在坡面平整施工完成的基础上挂网锚固，挂网采用直径2 mm的镀锌铁丝编织而成，其网孔不大于6 cm×6 cm。铁丝网采用自上而下的方式铺设，相邻两网片搭接处用绑扎铁丝固定，且搭接长度不小于10 cm。采用梅花形布置的锚杆固定铁丝网，锚杆间距根据坡面节理、裂隙的密集程度确定，但其间距不小于1 m×1 m。坡面与铁丝网之间留有3～5 cm的间隙，以利于发挥铁丝网的拉接作用。
(2)喷播基材的配制。根据矿山实际情况，喷播基材采用4～5份矿山开采时剥离的表土、2～3份腐熟的蚯蚓粪、1份城市污泥和1份微生物菌肥配制而成，在配制过程中，加入适量粉碎的稻草或麦秸等植物纤维、黏结剂、团粒剂、缓释肥料、保水剂等辅助材料。将上述配制好的喷播基材混合均匀后过15 mm筛，取筛下物备用。
(3)种子选择与处理。根据矿区的气候条件，结合边坡坡面节理、裂隙特征，初步选择的草本植物主要有多年生黑麦草、紫花苜蓿和狗牙根，灌木植物主要有胡枝子、紫穗槐、柠条等，喷播前，需对上述种子进行催芽和病虫害防治处理。
(4)喷播施工。喷播总厚度约为9～11 cm，待基层稳定后再喷播面层，基层厚度一般为7～9 cm，且基层中不含种子。面层厚度为2～3 cm，在喷播面层时将植物种子与喷播材料混合均匀，为保证喷播质量，基层和面层的厚度均不小于设计厚度的125%。喷播施工完毕后，采取合理的覆盖措施以保证出苗率。出苗后加强后期的管理与养护，尤其是要建立适宜的滴灌系统，以应对极端的天气条件。
下半区边坡厚层基材喷播技术的主要施工工艺流程为:坡面整理→锚固铁丝网→基层喷播→面层喷播→后期的管理和养护等。其中，坡面整理、锚固铁丝网的施工工艺与上半区的施工工艺相同;喷播基材配制同样以因地制宜、就地取材去为原则，其具体的配比为:4～5份矿山开采时剥离的表土、2～3份腐熟的蚯蚓粪、1份城市污泥或1份草炭土、或1份城市污泥与草炭土的混合物和1份微生物菌肥配制而成，在配制过程中，加入适量粉碎的稻草或麦秸等植物纤维、黏结剂、团粒剂、缓释肥料、保水剂等辅助材料，其中黏结剂和团粒剂的含量略高于客土喷播材料的配比，其他辅助材料的含量通过现场试验确定;初步选择的木本植物种子有紫穗槐、胡枝子、刺槐和榆树，草本植物种子主要有多年生黑麦草、紫花苜蓿、白三叶和狗牙根等;喷播总厚度10～12 cm，其中基层厚度约10 cm，面层厚度约2 cm，喷播工艺与后期的管理养护同客土喷播技术。
上、下半区的主要区别是下半区喷播基材中的黏结剂和团粒剂含量高于上半区，这主要是因为上半区岩体裂隙密度大于下半区，这就使得植物根系进入岩体裂隙内部的几率增加，从而增大了喷播基材与岩体表面的抗剪强度。
4.2 中区生态重建技术研究
边坡上、下半区结构面体密度分别为9.34和8.24条/m3，岩体均较破碎。现场地质资料调查结果表明，上半区岩体呈强风化状态，下半区岩体呈中等风化状态，上、下半区坡面局部特征如图13所示。
图13 中区公路上、下半区岩体局部照片
Fig.13 Partial photographs of rock mass in upper and lower half of centre ice highway
由图13可知，上、下半区边坡坡面起伏度相对较小，节理、裂隙均较发育。纵、横、斜向分布的节理、裂隙将边坡表层岩体切割为大小不一的块体，纵、横、斜向节理、裂隙密度基本接近，切割成的岩块间存在一定的机械咬合力。上半区裂隙切割深度较下半区浅，但上、下半区均有部分垂直于坡面的裂隙贯穿一层或多层平行于坡面的层理结构。上半区坡面岩体节理面很粗糙，大多数节理张开度>5 mm，且基本呈连续分布状态，部分节理含有>5 mm厚的软弱夹层，部分裂隙中充填有岩石风化物，坡面岩石表面较为粗糙。下半区坡面岩体密度小于上半区，节理面稍粗糙，张开度>5 mm，节理面岩石坚硬，坡面岩石表面稍微粗糙。
根据该区边坡岩体结构的上述特点，结合矿山的实际及绿色矿山建设理念的基本要求，在“利废恢复”绿色重建思想的指导下，该区边坡的上、下半区均采用华北理工大学李富平课题组研发的以铁尾矿为基质的人工土壤基质作为该区边坡生态恢复的植生基材[14]。根据该基材的特点，结合矿山的实际情况，可确定该区边坡植被恢复的主要施工流程为:坡面整理→植生基材配制→基层喷播→面层喷播→后期的管理和养护等。其中，坡面整理的施工工艺同客土喷播技术;植生基材配制:在一种人工土壤基质及其配制方法以及应用[15]的基础上，根据矿山实际情况，对部分成分进行了调整，其具体配比为(按质量计):铁尾矿1份(其他的按铁尾矿的质量百分比添加)，低碱度硫铝酸盐水泥6%～8%，粉碎的小麦秸秆或稻草1.5%～2.5%，用玉米芯生产糠醛所产生的糠醛渣6%～8%，用棉籽壳生产蘑菇产生的蘑菇渣1.5%～2.5%，黏合剂为聚丙烯酰胺与聚醋酸乙烯乳液的混合物，含量为0.5%～0.7%，保水剂0.1%～0.2%，有机肥1.5%～2.5%，速效肥料适量。将上述材料混合均匀后，加30%～40%的水后，制成植被混凝土植生基材。植被混凝土基材基层厚度约10 cm，面层厚度2～3 cm。植物配置采用草灌结合的方式，其中草本植物初步选择一年生黑麦草、多年生黑麦草和紫花苜蓿，灌木植物主要选择胡枝子和紫穗槐，喷播时，将灌木植物种子混入草本植物中。种子的用量，对于草本植物而言，在雨季以能覆盖坡面为宜，对于灌木植物，2～3株/m2为宜。植生基材施工完成后要加强后期的管理与养护。
4.3 南区生态重建技术
边坡上、下半区结构面体密度分别为7.52和6.96条/m3，宏观上来说，该区岩体相对完整。现场地质资料调查结果表明，上、下半区岩体呈微风化状态，上、下半区坡面局部特征如图14所示。
图14 南区公路上、下半区岩体局部照片
Fig.14 Partial photographs of rock mass in upper and lower half of Southern Highway
由图14可知，上、下半区边坡坡面起伏度相对较大，有大块的岩石突出，节理、裂隙密集度相对较小，但裂隙切割深度较深，部分裂隙可贯穿数层平行于坡面的层理。纵、横、斜向分布的节理、裂隙将边坡表层岩体切割为块度较大的结构体，结构体之间具有较强的机械咬合力，且上半区裂隙切割深度较下半区浅。结构面为刚性结构面，坡面节理面很粗糙，大多数节理张开度大于5 mm，分布不连续，节理面岩石坚硬，坡面岩石表面稍微粗糙。
根据该区边坡岩体结构的上述特点，如采取传统的客土喷播技术、厚层基材喷播技术等，生态恢复短期效果和边坡生态系统的长期稳定性均较差，这主要是由于该区坡面岩体裂隙相对较少且坡面粗糙度较小，植物根系很难深入到岩体裂隙中，且喷播基材与坡面表层岩体接触区域黏结力小，基材在强降雨及冻融循环作用下易发生剥离现象，进而影响生态重建效果，基于此，通过多方案比选，并结合绿色矿山建设的要求，该区上、下半区均采用一种集节理不发育硬质岩石边坡的喷播绿化方法[16]、爆破燕窝生态修复法[17]与具有高保水性的用于喷播绿化的植物生长基质及制备方法[18]3种方法优点于一体的边坡生态重建方法。该方法的主要施工工艺为:坡面整理→爆破燕窝与植生孔施工→喷播基材配制→爆破燕窝和植生孔内填充营养土→基材基层和面层喷播→爆破燕窝和植生孔内栽植藤本植物→后期的管理和养护等。其中，坡面整理与客土喷播施工工艺相同。下面简要说明爆破燕窝和植生孔施工、喷播基材配制，藤本植物栽植等工艺过程。
(1)爆破燕窝和植生孔施工。
爆破燕窝施工工艺。采用钻爆法进行爆破燕窝施工，其直径为30～40 cm，深度为40～50 cm，尽量呈梅花形布置，间距2.0～2.5 m，且尽量布置在完整的岩块上。在同一坡面上，底层和顶层爆破燕窝距坡底和坡顶的距离均为2 m左右。爆破燕窝的孔口高于孔底，其倾角与水平面的夹角为20°～25°。爆破燕窝施工完毕后，在其孔口附近区域形成一定数量的裂隙，该裂隙的存在，一方面削弱了坡面岩体的完整性，另一方面为植物根系的生长提供了一定的空间。植生孔施工工艺。用钻孔机在岩石表面钻凿植生孔，植生孔布置在两爆破燕窝大约中间的位置，孔径10～15 cm，孔深40～50 cm。爆破燕窝和植生孔施工完毕后，需清除孔内的岩屑。在两爆破燕窝之间钻凿植生孔的目的主要有两方面，一方面是增加栽植藤本植物的孔洞，另一方面是减少对边坡浅表层岩体完整性的破坏。
(2)喷播基材配制。
喷播基材分为基层基材和面层基材，基层的厚度为8～10 cm，基材的配制同样遵循因地制宜、就地取材的原则，以客土喷播基材为基础，在该基材的基础上，减少铁尾矿的含量，增加蚯蚓粪的用量，并在该基材中加入适量膨胀珍珠岩和蒙脱石等材料，其中膨胀珍珠岩在增加喷播基材孔隙率的同时，还可起到改造喷播基材、调节喷播基材板结的作用，蒙脱石具有强吸水性，可增强喷播基材的保水性。同时在该基材中加入稳定剂(阳离子乳化沥青)和团粒剂(聚丙烯酸酯)，调整缓释肥和速效肥料的用量，在喷播之前，通过现场试验的方式，确定上述材料的最优配比。面层的厚度为2～3 cm，其主要成分为腐熟的玉米秸秆和稻草与黏结剂按25∶1混合而成的混合物，该层的主要作用是抑制水分蒸发和降低雨水对喷播基质的冲刷。植物种子优选草本植物，并以豆科植物为主，初步选择的植物种子为一年生黑麦草、多年生黑麦草和紫花苜蓿。
(3)爆破燕窝和植生孔内填充营养土。
营养土采用6～7份矿区剥离的表土、3～4份腐熟的蚯蚓粪，并加入适量的缓释肥料、保水剂。
(4)爆破燕窝和植生孔内栽植藤本植物。
藤本植物主要选择爬山虎，将成苗栽入爆破燕窝和植生孔内，并浇水养护。
施工完毕后，要加强后期的管理与养护。
4.4 平台生态重建技术
对于露天矿岩质边坡生态重建而言，平台较坡面的备选技术方案多，且平台处施工更为简单。根据矿区气候条件及绿色矿山规划建设要求，前期可将平台规划为林地、草地相结合的生态重建方案，待土壤熟化后，可将平台规划为林地、中药种植地相结合的生态重建方案。这一方案不仅能显著地改善矿区的生态环境，而且具有一定的经济效益和社会效益。该技术的主要施工工艺为:平台上岩石的清理→挡墙的砌筑→平台上、挡墙内覆土与整平→挡水埂的修筑→苗木的栽植与植物的种植→后期的管理与养护。具体的施工过程为:
(1)平台上大块岩石的清理。首先采用机械和人工相结合的方式，清除平台上可移动的大块岩石，为后继施工做好准备。
(2)挡墙的砌筑。采用浆砌毛石的方式砌筑挡墙，挡墙结构示意如图15所示。所用毛石为矿山开采过程中产生的形状相对规则的废石，且其单轴抗压强度不低于30 MPa，水泥砂浆等级为M7.5，砌筑完成后加强养护，确保挡墙的强度达到设计要求。
图15 浆砌挡墙结构示意
Fig.15 Schematic diagram of slurry retaining wall structure
(3)平台上、挡墙内覆土与整平。在矿区平台上覆盖0.5～0.6 m厚的矿山开采时剥离的表土后，进行整平;挡墙内回填厚度为0.8 m的矿山开采时剥离的表土。
(4)挡水埂的修筑。挡水埂采用矿山开采时剥离的表土分层压实而成，挡水埂断面呈梯形，底面边长不小于2 m，顶面边长不小于1 m，高度0.8～1.0 m。挡水埂的主要作用是防止强降雨时，边坡平台形成的地表径流沿坡面流动，减少水对坡面植生基材的冲刷作用。
(5)苗木的栽植与植物的种植。在挡土墙内栽植刺柏，其主要作用相当于防护林，在坡脚处栽植爬山虎，株距为30～50 cm;在挡水埂上栽植中药植物连翘(Forsythia suspensa)，株距为1.5～2.0 m，平台上主要种植豆科和禾本科牧草，并以豆科牧草为主，其主要作用是增加土壤中氮含量，牧草植物每年春季播种，在盛花期翻耕，以增加土壤有机质含量并加速土壤熟化，土壤熟化后平台上以种植中药等经济作物为主。在平台中线位置，栽植刺槐，株距为2 m，其主要作用同刺柏。
(6)后期的管理与养护。加强水肥管理，防范病虫害的发生。
4.5 滴灌系统设计
根据边坡最终境界与新河的相对位置关系，采用疏干排水的方式降低地下水对边坡稳定性影响的同时，排出的水可成为坡面和平台植物正常生长的滴灌水源。疏干排水采用平孔排水技术措施，其具体技术指标为:排水使用直径φ100 mm，孔内设φ80 mm滤水套管，以防孔壁坍塌堵死和有利于泄水;插入孔内的滤水管可用镀锌钢管、硬质韧性的塑料管或竹管;除管底部分作流水槽外，上部约3/4范围，均钻φ0.5～1.0 cm的孔眼以利排水，孔眼间距5 cm，呈梅花状排列;为防止孔眼被堵塞，管周应填以砂砾石，其颗粒直径级配视含水层岩土颗粒大小和孔眼大小而定;孔深以穿过潜在滑动面为宜。
排水孔施工完毕后，需将排出的地下水汇集于蓄水池，为后期生态重建工程提供滴灌水源。蓄水池在垂直方向上每隔2个平台修筑1个，每个蓄水池的容积不小于20 m3。在水平方向上，相邻2个蓄水池之间的距离为80～100 m。上下两个蓄水池之间用槽形排水沟或管道相连，如上一级蓄水池中水满之后，水会沿排水槽或排水管道流到下一级，各蓄水池全部注满水之后，水会沿排水槽或排水管道汇集于坑底，最后统一排出坑外。
5 结 论
(1)在详细分析研山铁矿东帮边坡地层分布特征，岩体岩性、产状及风化程度的基础上，采用三维激光扫描技术，构建东帮边坡DTM模型，在三维激光扫描结果与地质平面图对比分析的基础上，将东帮边坡划分为北区上、下半区，中区上、下半区和南区上、下半区，划分结果为岩体质量评价与生态重建技术方案的选取提供依据。
(2)在测得各区域岩体结构面空间几何信息的基础上，结合饱水岩石单轴抗压强度试验结果，采用BQ分类法对各区域岩体质量进行评价，结果表明:边坡北区、中区和南区岩体质量等级分别为Ⅳ级、III级和II级，且下半区的岩体质量略好于上半区。
(3)优势结构面产状对岩质边坡生态重建技术方案的选取具有重要的指导作用，根据边坡岩体质量分级结果，在不同区域采用与该区域岩体质量等级及节理、裂隙发育情况相适应的生态重建方案。其中，北区上、下半区分别采用客土喷播技术和厚层基材喷播技术;中区上、下半区均采用以铁尾矿为基质的人工土壤喷播技术;南区上、下半区均采用爆破燕窝、植生孔与高保水绿化喷播相结合的岩质边坡生态重建技术方案。
(4)边坡平台在前期采用林地、草地相结合的生态重建技术，待平台上土壤熟化后，采用林地、中药种植地相结合的生态重建技术，该技术不仅能显著地改善矿区的生态环境，而且具有一定的经济效益和社会效益，符合绿色矿山建设要求。
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