摘要：某铜矿老采区历经60年地下—露天联合开采，诱发滑坡4处、泥石流沟3条、地面塌陷2处，生态损毁面积1.8km2。本文以“灾害治理—基质重构—植被恢复—风险管控”为主线，构建抗滑桩+排水隧洞+格栅坝联合防控体系，提出注浆与回填协同治理塌陷技术，开发尾砂—生物炭—保水剂生态基材并建立草—灌—乔群落，最终形成雨量—位移—NDVI多源预警模型。无人机航测+InSAR显示，治理后坡体最大位移由42mm降至4mm，安全系数Fs由1.05提升至1.42；植被覆盖度由22%增至86%，土壤有机质由4.2g/kg升至13.8g/kg，有效态Cu、Cd分别下降57%与67%，维护成本降至0.18元/m2a。

　　关键词：矿山地质灾害；边坡稳定；注浆回填；生态基材；风险预警

　　金属矿山长期高强度开采不仅破坏了原有的地质结构稳定性，还导致滑坡、泥石流、地面塌陷等灾害链式发育，传统单灾种治理模式往往只关注单一灾害的应急处理，忽略了生态系统各要素之间的协同关系，难以满足生态系统整体恢复需求；随着国家“双碳”目标的深入实施以及绿色矿山建设的全面推进，如何在保障矿山安全生产的同时，将地质灾害防控与生态修复工作深度融合，成为矿区可持续发展亟待破解的难题。该铜矿老采区位于云南东北部的小江深断裂带，区域内断裂节理发育密集，且受季风气候影响降雨集中在雨季，经过数十年的开采活动遗留下来的1.8km2裸露高陡边坡和采空塌陷，既威胁下游村镇居民的生命财产安全，又导致周边土壤中重金属含量超标，进而影响植物生长和动物栖息，造成生物多样性的显著丧失；本研究选取这一具有代表性的矿区作为典型研究样本，通过现场勘查、实验分析和工程试点等方式，系统开展灾害治理、生态恢复与风险预警的一体化实践工作，希望能够提出一套既保障矿区安全稳定，又兼顾生态效益和经济可行性的综合技术体系，从而为我国西南地区地质条件相似、开采历史相近的同类矿山提供可复制、可推广的工程实践范式，同时丰富矿山生态修复的理论内涵与评价方法。

　　1工程概况

　　该铜矿老采区断裂构造以近南北向小江深断裂与北东向则木河断裂交汇为格架，次层褶皱、节理密集发育，岩体完整性差。矿区海拔1850m～2350m，年降水量1180mm，雨季集中在6月份～9月份，短时暴雨强度可达70mm/h，为地质灾害提供了充沛水动力。自1958年露天—地下联合开采以来，累计采出铜金属3.2×105t，形成露天坑1.2km2、地下采空区8.6×106m3，停采后未进行系统回填与支护。受断裂切割、降雨浸润及爆破震动耦合影响，区内已发滑坡4处，总体积6.3×105m3，滑体平均厚度12m，主滑方向与岩层倾向一致；泥石流沟3条，沟道总长度4.7km，物源动储量1.1×105m3，流通区纵坡降180‰；地面塌陷2处，呈椭圆形展布，长轴80m～110m，最大下沉3.5m，塌陷壁倾角近直立。灾害叠加导致原生常绿阔叶林损毁1.8km2，坡面裸露率由15%增至78%，土壤侵蚀模数升至6400t/km2a，重金属Cu、Cd有效态含量分别为420mg/kg、1.8mg/kg，生态屏障功能基本丧失。

　　2地质灾害治理技术在矿山生态修复中的关键应用

　　2.1滑坡—泥石流联合防控技术体系

　　该铜矿老采区4处滑坡均集中于露天坑北东帮与地下采空区的交界带，此处因采动影响易出现应力集中现象，滑体岩性以强风化玄武岩夹凝灰岩为主，天然重度22.5k/Nm3，饱和剪切强度参数c=45kPa、φ=18°；基于极限平衡法计算与现场裂缝动态追踪结果，确定滑面为基岩与覆盖层的界面，滑体平均厚度约12m，单坡滑体体积达1.6×105m3，因此设计采用悬臂式抗滑桩进行支挡，桩截面尺寸为1.5m×2m，沿滑动方向布置3排，纵向间距4.5m、横向排距6m，桩身嵌固段需深入稳定基岩不少于3m以确保支护效果；针对滑坡后缘及侧向补给区的地下水问题，布置两线排水隧洞，主洞长380m、支洞长160m，断面采用3m×3.5m的城门洞形，纵坡设置为5‰，衬砌选用0.25m厚的C30混凝土，洞周每隔1.5m设置φ50mm软式透水管环向盲沟，与纵向φ100mmHDPE排水管连通以集中引排基岩裂隙水，从而有效降低滑带处的孔隙水压力；隧洞出口接入坡脚急流槽，槽身采用0.3m厚C25混凝土浇筑，底宽1.2m、侧墙高1.5m，设计流速4.2ms-1，抗冲蚀配筋率为0.35%，施工时需注意槽体与隧洞出口的平滑衔接；对矿区内3条泥石流沟采取“上游固源—中段拦挡—下游排导”的三级防控策略，沟道平均纵坡180‰，物源动储量1.1×105m3，50年一遇暴雨洪峰流量Q50=42m3/s；在流通区布设2座钢筋混凝土格栅坝，1#坝高5m、顶长28m，格栅间距1.2m，拦石粒径≥0.6m，2#坝高4m、顶长32m，间距1m，拦石粒径≥0.4m，坝体基础采用扩大基础嵌入稳定基岩1.2m，按溢流式工作状态校核，单宽流量q=2.1m2s-1，下游设置消力池，池长10m、深1.5m，池底加设0.8m厚铅丝石笼防冲，格栅坝回淤坡降控制在原沟坡降的0.75倍，回淤长度80m，可拦截固体物源6.3×104m3，占动储量的57%，能显著削减泥石流峰量。坡面植被固坡采用‘草—灌—乔’立体配置模式，抗滑桩间格构梁内喷播10cm厚生态基材，基材由经过筛分去除大颗粒杂质的尾砂、生物炭、保水剂和黏结剂按70:15:0.3:0.2的比例混合而成，其饱和渗透系数为8×10-5m/s，抗冲刷流速≥3m/s；草种选用高羊茅与白三叶混播，播种量25gm-2，灌木选择车桑子与多花木兰，株距0.5m，乔木选用滇朴与华山松，株距2m，通过植物根系的加筋作用与基材的储水功能协同，预期3年内坡面根系分布深度≥0.6m，可显著提高浅层土体的抗剪强度，实现滑坡—泥石流灾害链的综合抑制。

　　2.2地面塌陷注浆-回填协同治理技术

　　该铜矿老采区2处采空塌陷分别位于Ⅱ号矿体南翼和Ⅲ号矿体北端，平面呈椭圆形，长轴走向与矿体一致，分别为95m与110m，短轴60m与78m，最大下沉3.5m，塌陷壁近直立，局部见0.8m宽拉裂缝，为精准掌握塌陷区的三维形态及变形特征，治理前采用无人机载三维激光扫描获取塌陷区厘米级地形数据，点云密度≥50pts/m2，通过与2015年DEM差分得到塌陷体积8.2×104m3；随后布置6条验证钻孔，孔深穿透塌陷影响带进入稳定基岩2m，岩芯RQD值>75%，确认塌陷腔顶板厚度5m～8m，具备注浆成拱条件，据此建立“扫描—钻探—成图”一体化模型，为后续注浆孔布设提供三维坐标与岩体裂隙率参数。

　　高压注浆阶段采用“外围封闭—内部填充—中心加压”三步顺序，旨在形成连续稳定的注浆帷幕以阻断裂隙通道，注浆材料选用P.O42.5普通硅酸盐水泥与Ⅱ级粉煤灰复合浆液，质量比水泥:粉煤灰:水=1:0.4:0.8，掺入2%微膨胀剂及0.8%高效减水剂，使浆液密度控制在1.55gcm-3，初始流动度220mm，28d单轴抗压强度≥15MPa，膨胀率0.3%，注浆孔按梅花形布置，孔距6m，排距5m，孔径φ110mm，倾角75°穿透塌陷影响带进入完整基岩1.5m，注浆压力采用分级递增，初始0.5MPa，每级递增0.3MPa，终压2.2MPa，稳压10min，吸浆率<5lmin-1即终止。

　　注浆结束后24h内实施尾砂骨料回填，利用矿山固废资源实现循环利用的同时增强塌陷区的结构稳定性，选用选厂全尾砂，粒径d50=0.12mm，不均匀系数Cu=6.5，含泥量<5%，与水泥按质量比8:1拌合，添加0.5%早强剂，制备成质量浓度70%的充填料浆，通过φ125mm耐磨钢管泵送至塌陷坑，分层回填厚度1.5m，层间设置φ6mm钢筋网片，网格150mm×150mm，提高整体抗剪性能，回填体28d强度≥1.2MPa，可满足后续表土荷载及机械碾压要求。

　　表土重构采用“分层碾压—营养改良—生态覆绿”工艺，兼顾工程稳定性与生态恢复需求，自下而上依次为0.3m厚5%水泥改良尾砂封底层、0.5m厚腐殖土与生物炭混合营养层、0.2m厚耕作表土层，总厚度1m，压实度90%，渗透系数1×10-6ms-1，营养层按腐殖土:生物炭:保水剂=75:20:0.5质量比配制，pH调至6.8，有机质含量≥5%，有效缓解重金属活性，覆绿选用狗牙根、紫穗槐、滇朴等本地种，结合当地气候条件与土壤特性选择适应性强的物种，喷播量25gm-2，1年内植被覆盖度可达85%，实现塌陷区地貌与生态功能同步恢复。

　　2.3生态基材喷播与植被重建技术

　　在滑坡—泥石流灾害体完成工程加固后，坡面仍裸露1.3km2，因土壤基质缺失、重金属活性高、持水能力弱等问题，亟需快速重建植被覆盖以防止二次侵蚀。生态基材以铜选全尾砂为主要骨架（作为工业固废资源化利用的重要途径，其颗粒级配适宜为植物根系提供支撑），利用其粒径0.05mm~0.25mm、孔隙率42%的特点，提供稳定根际结构；掺入15%粒径≤2mm竹质生物炭，比表面积380m2g-1，可提升阳离子交换量至18cmol/kg，有效吸附交换态Cu2+、Cd2+，降低毒性当量25%；再加入0.3%高分子聚丙烯酸钾保水剂，吸水倍率200g-1，在年降水1180mm、蒸发潜力1600mm的半湿润气候下，可将有效含水量由8%提升至22%，延长植物可利用水时长15d；三者按质量比尾砂:生物炭:保水剂=70:15:0.3干拌，现场喷射前加入3%羧甲基纤维素黏结剂及含嗜酸耐铜复合菌的有机营养液2lm-2，形成密度1.35g/cm3、无侧限抗压强度≥120kPa的蜂窝状植生层，满足30°坡面抗冲刷要求；喷播厚度依据坡向与岩面粗糙度差异化设置：阴坡蒸发弱、持水好，厚度8cm；阳坡蒸发强，厚度10cm；塌陷回填平台取6cm，整体平均厚度9cm，材料用量18kg/m2；施工采用干式喷播机，空压机风量12m3/min-1，出口压力0.6MPa，一次喷射完成，回弹率<5%；喷射后覆盖14g/m2可降解聚丙烯网，搭接宽度10cm，“U”型钉固定，减少雨水击溅；植物种筛选以本土、耐旱、耐重金属、根型互补为原则（本土物种适应性强且能维持区域生态系统的原真性），建立草—灌—乔立体群落；草本选择高羊茅Festuca arundinacea与白三叶Trifolium repens混播，质量比7:3，播种量25g/m2，前者须根密集可在3周内形成地表根网，后者根瘤固氮年增量达60kg/hm2，快速改良基质；灌木选用紫穗槐Amorpha fruticosa与车桑子Dodonaea viscosa，株距0.5m×0.5m，紫穗槐主根深1.2m，对Cu富集系数0.8，兼具重金属屏障功能；车桑子侧根发达，可提高浅层抗剪强度15kPa；乔木选用滇朴Celtis tetrandra与华山松Pinus armandii，株距2m×2m，滇朴冠幅大，可削减雨滴动能40%，华山松菌根增加土壤有效磷20%，二者深根锚固深度1.5m，与灌木根系形成纵横交错的网络结构，进一步增强坡面稳定性。

　　3修复效果评估与可持续管控机制

　　3.1边坡稳定性与生态指标量化评估

　　治理完成后，采用无人机载五镜头倾斜摄影获取0.05m分辨率DOM，叠加2019年至2023年Sentinel-1A升轨影像形成InSAR时序，对滑坡体表面位移进行反演。结果显示，治理前坡体最大视线向位移达42mm，年变形速率12m/ma1，位于抗滑桩连线以上15m处；治理后同一区域累积位移降至4mm，年速率<1m/ma1，变形收敛趋势明显。生态恢复指标于治理第18个月现场测定。采用无人机多光谱影像NDVI阈值法提取植被覆盖度，治理前裸露率78%，治理后覆盖度提升至86%；样方内实测草本、灌木、乔木株数分别为120株m-2、9株m-2、2株m-2，群落结构符合设计目标。土壤0～20cm层有机质由4.2g/kg升至13.8g/kg，增幅229%；有效态Cu、Cd由420mg/kg、1.8mg/kg分别降至180mg/kg、0.6mg/kg，降幅57%、67%，生物炭固定与稀释效应显著。综合判定，边坡稳定性与生态恢复等级均达到Ⅰ级标准，满足矿山生态修复要求。

　　3.2基于自然的后期维护与风险预警

　　为形成治理—修复—管理闭环，构建“雨量阈值—位移速率—植被长势”多源预警模型。模型以自动气象站10min降雨数据、InSAR日位移速率和无人机NDVI为输入，采用熵权法赋权，综合预警指数W为1。

　　其中，为当日累计雨量，为50年一遇日雨量基准118mm；为坡体平均位移速率，为允许速率阈值5mmd-1；为实时NDVI，为治理后稳定NDVI基准0.70。W≥0.80为Ⅲ级红色预警，0.60≤W＜0.80为Ⅱ级橙色预警，W＜0.60为Ⅰ级绿色常态。模型通过4GDTU每2h向县级自然资源云平台推送一次，实现阈值自动更新与短信分级发布。

　　后期维护推行“社区共管+季节性补植+微区补灌浆”低成本策略。由村委会与矿山企业签订共管协议，成立7人巡护队，每月对截排水沟、格栅坝进行清淤，雨季前完成。对植被覆盖度<80%的斑块的春季补播高羊茅15g/m2、秋季补植紫穗槐容器苗，株行距0.5m×0.5m，成活率要求≥90%。局部因雨水冲刷出现宽>5cm裂缝时，采用手持式注浆机进行微区补灌浆，水泥浆水灰比0.6，注浆压力0.3MPa，每延米注浆量控制在15l，单点完成时间<10min，实现裂隙快速封闭。

　　4结语

　　针对矿山开采后遗留的地质安全隐患与生态退化问题，该铜矿老采区工程实践表明，将地质灾害治理与生态修复同步设计、同步施工、同步管护，可显著缩短治理周期并降低长期维护成本。抗滑桩—格栅坝—排水隧洞体系有效抵御暴雨、地震等极端工况下的坡体失稳风险，为坡体提供长期静动力稳定条件；注浆—回填协同技术既解决了尾砂堆存的环境问题，又快速恢复了采区的地形连续性，利用尾砂固废实现塌陷区快速充填与地貌重塑；尾砂—生物炭—保水剂基材结合本地耐旱植物品种的筛选与种植技术优化，突破传统客土来源受限瓶颈，在30°陡坡实现植被存活率≥90%；雨量—位移—NDVI多源预警模型通过手机端简易界面推送预警信息，让社区居民能及时采取避险措施，把专业监测转化为社区可感知的分级响应，实现从“治理”到“智理”的跨越。