北京市門頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)石港村石灰?guī)r礦山生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

鄧園園，許 莽，李 峰

（1.北京巖土工程勘察院有限公司，北京 100029；2.北京首創(chuàng)環(huán)境科技有限公司，北京 100037；3.北京四維遠(yuǎn)見信息技術(shù)有限公司 中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830）

長期的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用給經(jīng)濟(jì)帶來極大發(fā)展，同時(shí)誘發(fā)許多地質(zhì)環(huán)境問題。礦山開采形成的地質(zhì)環(huán)境問題主要包括地形地貌破壞、土地資源占壓和生態(tài)破壞等[1]，已經(jīng)對人類的生存和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重威脅。北京市門頭溝區(qū)存在經(jīng)過多年開采且廢渣隨意堆放的礦山，造成地形地貌的嚴(yán)重破壞、水土流失、次生地質(zhì)災(zāi)害等礦山地質(zhì)環(huán)境問題，同時(shí)影響城市及周邊居民生產(chǎn)生活安全。因此，要采取合理的治理措施進(jìn)行礦山修復(fù)，使治理后的礦山與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，并持續(xù)提升治理區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[2-3]。

1 治理區(qū)概況

治理區(qū)位于北京市門頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)石港村北1.0 km處，距離門頭溝區(qū)政府4 km、龍泉鎮(zhèn)政府3 km。治理對象為龍泉鎮(zhèn)石港村煤矸石堆，門頭溝煤礦早期開采煤炭，堆積大量煤矸石。礦山多年來隨意堆放煤矸石，導(dǎo)致植物無法生長，造成水土流失現(xiàn)象，對門頭溝區(qū)生態(tài)環(huán)境和景觀造成影響，破壞門頭溝新城的村容村貌。按照國家相關(guān)政策文件和北京市城市總體規(guī)劃的要求，門頭溝煤礦已于2019 年關(guān)閉，結(jié)束了上千年的采煤歷史。

2 治理區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景

2.1 地層巖性

治理區(qū)主要出露地層有侏羅系中統(tǒng)上窯坡組砂巖（J2sh）和第四系坡積物（Q4）。治理區(qū)地處九龍山向斜，屬于侏羅系中統(tǒng)上窯坡組，由中-厚層狀含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖組成。第四系坡積物主要為殘坡積物覆蓋層，分布于自然植被區(qū)的平臺和局部邊坡上，厚度為0.1～0.5 m，主要成分為碎石土和風(fēng)化砂，表層夾帶少量植物根系，下伏基巖為強(qiáng)風(fēng)化砂巖。人工填土包括煤矸石和雜填土。煤矸石主要分布在坡上和平臺的渣堆上，厚度為0.2～10.0 m，呈黑褐色，粒徑為2～50 cm，占80%～90%。坡面堆積厚度較小，部分坡頂堆積厚度較大，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)。雜填土主要分布在坡腳和平臺，厚度為2～10 m，呈黃色、灰褐色，粒徑為2～5 mm，夾雜碎石、磚頭等雜物。

2.2 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及問題

2.2.1 治理區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

治理區(qū)面積共計(jì)5.7 hm2，區(qū)內(nèi)共分布渣坡9 處（編號ZP1 至ZP9）、巖質(zhì)邊坡4 處（編號YP1 至YP4）、平臺6 處（編號PT1 至PT6）、采坑2 處（編號CK1、CK2）和渣堆2 處（編號ZD1、ZD2）[4]。

（1）渣坡。渣坡主要分布于治理區(qū)周邊，坡面主要成分為煤矸石，坡面堆積厚度較小，局部有基巖出露，部分坡頂堆積厚度較大，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)，坡面無植被生長。部分渣坡為人工填土，坡面無植被生長。典型渣坡如圖1 和圖2 所示。治理區(qū)內(nèi)渣坡基本特征如表1 所示。經(jīng)計(jì)算，渣坡投影面積合計(jì)34 559.7 m2。

圖1 ZP2 現(xiàn)狀（鏡像西）

圖2 ZP3 現(xiàn)狀（鏡像西）

表1 治理區(qū)渣坡基本特征

（2）巖質(zhì)邊坡。治理區(qū)內(nèi)巖質(zhì)邊坡共有4 處，邊坡巖質(zhì)為砂巖，呈強(qiáng)風(fēng)化，坡面節(jié)理裂隙發(fā)育，存在少量碎塊狀危巖體，整體較穩(wěn)定。巖質(zhì)邊坡坡面節(jié)理裂隙較多，幾乎未見植被生長。巖質(zhì)邊坡基本特征如表2 所示。經(jīng)計(jì)算，巖質(zhì)邊坡面積合計(jì)3 980.49 m2。

表2 治理區(qū)巖質(zhì)邊坡基本特征

（3）平臺及采坑。治理區(qū)內(nèi)有平臺6 處。需要治理的平臺表面為碎石土平臺，平臺上無明顯植被生長，平均植被覆蓋率約為5%。治理區(qū)內(nèi)有2 個(gè)采坑，采坑長時(shí)間受地壓、巖石風(fēng)化的影響，形成多處邊坡。采坑內(nèi)無積水，無雜物。典型平臺及采坑分別如圖3和圖4 所示。平臺及采坑基本特征分別如表3、表4所示。平臺整體近似不規(guī)則長條狀，東側(cè)低、西側(cè)高。平臺表面為碎石土及煤矸石等，整體植被覆蓋率較低，以灌木及雜草為主。采坑整體植被覆蓋率低，可填方體積為7 064.66 m3。經(jīng)計(jì)算，平臺投影面積合計(jì)10 011.3 m2，采坑投影面積合計(jì)4 812.49 m2。

表3 治理區(qū)平臺基本特征

表4 治理區(qū)采坑基本特征

圖3 PT1 現(xiàn)狀（鏡像東）

圖4 CK2 現(xiàn)狀（鏡像西）

（4）渣堆。治理區(qū)內(nèi)存在2 處渣堆，堆放于平臺上，主要物質(zhì)為塊石、碎塊石等，其結(jié)構(gòu)松散，長期占壓土地，對治理區(qū)內(nèi)地表生態(tài)造成破壞。渣堆由棄渣堆積而成，表面裸露。典型渣堆如圖5 和圖6 所示。渣堆基本特征如表5 所示。經(jīng)計(jì)算，渣堆面積合計(jì)1 127.73 m2，方量合計(jì)6 190.53 m3。

表5 治理區(qū)渣堆基本特征

圖5 ZD1 現(xiàn)狀（鏡像西）

圖6 ZD2 現(xiàn)狀（鏡像西）

2.2.2 治理區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境問題

（1）地形地貌景觀破壞。治理區(qū)原始地貌皆為自然山體，區(qū)內(nèi)煤矸石和人工填土的堆積區(qū)表面無植被生長，形成大面積裸露區(qū)域，與周邊的翠綠色群山反差較大，片片色斑與周圍環(huán)境極不協(xié)調(diào)，形成的平臺、邊坡對地形地貌景觀造成極大破壞，嚴(yán)重影響區(qū)域整體形象，視覺污染嚴(yán)重。

（2）生態(tài)環(huán)境破壞。治理區(qū)長年堆積煤矸石，對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。煤矸石堆積破壞了原始植被，植被失去生長的立地條件，造成大面積植物死亡，邊坡渣石下方無擋土墻，上方又無截、排水溝，一旦遇到雨水，就會造成嚴(yán)重的水土流失。此外，裸露的渣堆在大風(fēng)天氣條件下容易造成揚(yáng)塵污染，對北京市空氣及生態(tài)造成極大的危害。

3 治理區(qū)主要工程設(shè)計(jì)

治理區(qū)面積約為5.7 hm2，本設(shè)計(jì)采用地形地貌整治、植被恢復(fù)及后期養(yǎng)護(hù)等工程措施，對治理區(qū)內(nèi)渣坡、平臺、采坑及渣堆等進(jìn)行綜合治理，以恢復(fù)地形地貌和地表植被，改善生態(tài)環(huán)境。

3.1 地形地貌整治工程

治理區(qū)地形地貌整治工程包括修坡工程、平臺（緩坡）整治工程和擋墻工程。

3.1.1 修坡工程

修坡工程主要針對治理區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀較陡、較高的渣堆邊坡，而巖質(zhì)邊坡坡度較陡且較為穩(wěn)定，不采用修坡工程措施。根據(jù)治理區(qū)內(nèi)巖石風(fēng)化程度、坡面現(xiàn)狀及周邊地形，首先清理渣堆邊坡表層煤矸石，然后按照設(shè)計(jì)坡比逐級削坡放緩，針對高差較大的邊坡，本方案設(shè)計(jì)對邊坡進(jìn)行臺階式分級放坡，整治后設(shè)計(jì)高差每10 m 左右設(shè)計(jì)一級臺階（見圖7），采用寬3 m 的安全平臺連接。

圖7 安全臺階大樣圖

3.1.2 平臺（緩坡）整治工程

本方案設(shè)計(jì)從土石方角度對治理區(qū)內(nèi)多處平臺、采坑、渣堆等進(jìn)行綜合整治，地勢相對較高的平臺和渣堆進(jìn)行土石方開挖，將其就近回填至低洼處的采坑?；靥钸^程中，先將削坡產(chǎn)生的煤矸石回填至低洼處，然后上層通過人工回填土，使平臺（緩坡）表面平整并達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。最終整治成坡度小于20°的緩坡和平臺。

3.1.3 擋墻工程

治理區(qū)內(nèi)存在高陡堆渣邊坡，對邊坡進(jìn)行臺階式分級放坡，整治后設(shè)計(jì)高差每10 m 左右設(shè)計(jì)一級臺階，采用安全平臺連接。邊坡臺階均由煤矸石堆積而成，為保證煤矸石渣堆的穩(wěn)定性，防治雨季松散堆渣的流失，同時(shí)營造良好的植被生長環(huán)境，在攔擋坡面煤矸石的同時(shí)保證坡體排水通暢，本工程設(shè)計(jì)在坡腳處修建漿砌擋墻，如圖8 所示。

圖8 漿砌擋墻大樣圖

3.2 植被恢復(fù)工程

經(jīng)過地形地貌整治后，根據(jù)治理區(qū)實(shí)際情況，選擇適合本地的鄉(xiāng)土植被實(shí)施綠化工程。樹種主要選擇側(cè)柏和山桃；藤類植物主要選擇五葉地錦；草籽主要選擇高羊茅、多年生黑麥草、紫花苜蓿、波斯菊和連翹。治理區(qū)缺少種植土，綠化工程需要在門頭溝附近區(qū)域購買種植土。

3.2.1 整理綠化用地

綠化用地的整地工作內(nèi)容包括適當(dāng)清理地形、摟平耙細(xì)、去除雜物、場地清理等。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行客土進(jìn)場，整地方法應(yīng)根據(jù)治理區(qū)的實(shí)際而定。治理區(qū)綠化用地主要為地形地貌整治形成的邊坡、逐級放坡形成的平臺和巖質(zhì)邊坡坡腳。苗木種植需要采用局部穴狀整地，整地深度為60 cm。

（1）鋪設(shè)防滲膜。治理區(qū)內(nèi)煤矸石空隙較大，為防止客土淋溶，下滲至煤矸石空隙，本方案選擇在客土前鋪設(shè)防土不防水的可降解防滲膜。

（2）穴坑工程。針對治理區(qū)內(nèi)逐級放坡形成的平臺和巖質(zhì)邊坡坡腳，采用穴狀整地方式栽植苗木進(jìn)行綠化，根據(jù)門頭溝區(qū)氣候條件、行間距易疏不易密的原則，本方案平臺、巖質(zhì)邊坡坡腳設(shè)計(jì)的樹穴間距為3 m，種植穴坑的開挖規(guī)格為：直徑70 cm，深60 cm。治理區(qū)地貌是煤矸石堆積形成的，因此在穴坑底部及側(cè)壁鋪設(shè)防滲膜，在膜上覆客土。

（3）客土覆土工程。本工程需要對地形整治后的渣堆邊坡和逐級放坡形成的平臺進(jìn)行覆土，根據(jù)治理區(qū)的實(shí)際情況，覆土厚度設(shè)定為0.2 m，覆土后撒播草籽，同時(shí)在平臺上采取穴植方式栽植苗木。

（4）土地平整工程。針對治理區(qū)覆土區(qū)域進(jìn)行地形整理，合理調(diào)配土方，同時(shí)要與水土保持和土壤改良相結(jié)合，滿足植被生長需要。本方案采用機(jī)械方式對覆土區(qū)域進(jìn)行平整。

3.2.2 植被恢復(fù)工程

（1）覆土植草+覆蓋椰絲毯。為了改善治理區(qū)生態(tài)環(huán)境，提高治理效果，在治理區(qū)撒播草籽進(jìn)行綠化。覆土厚度為0.2 m，撒播混合草籽，草籽比例約為高羊茅2 g/m2、多年生黑麥草2 g/m2、紫花苜蓿2 g/m2、波斯菊2 g/m2、連翹2 g/m2，合計(jì)10 g/m2，覆土植草后需要覆蓋椰絲毯作為防沖刷層，如圖9 所示[5]。為保障植物順利出芽生長，種子覆蓋椰絲毯是必不可缺的措施，椰絲毯使用U 形卡固定于坡面，U 形卡采用8#硬鐵絲加工制成。椰絲毯鋪設(shè)相鄰處搭接10 cm，并用細(xì)扎絲綁扎，U 形卡間距為1 m，采用品字形布置。

圖9 覆土植草+覆蓋椰絲毯大樣圖

（2）栽植山桃、側(cè)柏。在治理區(qū)安全平臺上穴植山桃，在坡腳區(qū)域挖圓穴栽植一排側(cè)柏，圓穴規(guī)格為直徑70 cm、深60 cm，株行距為3 m。在種植圓穴坑底及側(cè)壁鋪設(shè)防滲膜，在膜上覆客土，適宜在春秋季栽植。

（3）五葉地錦。本方案設(shè)計(jì)在巖質(zhì)邊坡坡腳種植五葉地錦，五葉地錦抗逆性強(qiáng)，耐寒、耐旱、適應(yīng)性強(qiáng)，并且可以向上攀爬，對陡坡起到攔擋綠化的作用。五葉地錦適合在春、秋季栽植，采用穴植方式，圓穴的直徑、高均為20 cm，間距為0.5 m。采用三年生苗株栽植，種植時(shí)將植株梢端固定于坎壁，以利于后期攀爬。

4 結(jié)論

針對北京市門頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)石港村石灰?guī)r礦山生態(tài)修復(fù)，本文結(jié)合治理區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景，分析治理區(qū)主要工程設(shè)計(jì)。經(jīng)綜合分析，其經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益突出。一是經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目實(shí)施后，可以充分恢復(fù)、挖掘和利用礦區(qū)的土地資源，有效提高廢棄礦山土地資源的利用價(jià)值，充分發(fā)揮閑置土地的作用。二是社會效益。礦山地質(zhì)環(huán)境治理設(shè)計(jì)方案實(shí)施后，可以有效改善村容村貌，為治理區(qū)周邊村莊創(chuàng)造良好的人居環(huán)境。三是生態(tài)效益。治理區(qū)采用工程手段，結(jié)合生物措施，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，可以減少露天堆積的煤矸石等固體廢物造成的揚(yáng)塵污染。廢棄礦山生態(tài)修復(fù)可以減少水土流失，有效改善采礦破壞的生態(tài)環(huán)境，為提升北京市空氣質(zhì)量、促進(jìn)綠色北京建設(shè)做出貢獻(xiàn)。