北京市門頭溝區門頭口村煤礦礦山環境治理

張會昌，唐磊, 趙中鋒

(1.北京市國土資源局門頭溝分局，北京 102300；2.北京市地質工程設計研究院，北京 101500；3.北京市地質研究所，北京 100011)

北京市門頭溝區門頭口村煤礦礦山環境治理

張會昌1，唐磊2, 趙中鋒3

(1.北京市國土資源局門頭溝分局，北京 102300；2.北京市地質工程設計研究院，北京 101500；3.北京市地質研究所，北京 100011)

本文簡述了門頭溝區龍泉鎮門頭口村煤礦自然地理狀況和區域地質環境條件，分析了礦區存在的主要礦山地質環境問題和次生地質災害。根據現場實際條件，提出了治理工程設計。礦山環境治理工程與園林工程相結合，為礦山環境治理與人居環境改善相結合提供經驗。

煤礦；礦山環境；治理

北京市門頭溝區龍泉鎮門頭口村煤礦礦山地質環境治理項目 是財政部、國土資源部批準，由北京市國土資源局門頭溝分局承擔的礦山地質環境治理項目。其主要任務是對區內大面積堆棄的煤矸石挖填整理、削坡平整，消除潛在地質災害隱患，恢復礦區生態環境。

1 自然地理與區域地質

1.1 礦山環境治理區位置和治理面積

龍泉鎮門頭口村煤礦位于京市門頭溝區龍泉鎮門頭口村南側的龍鳳坡，面積0.2km2，治理區面積0.03km2。治理區周邊交通狀況良好，距門頭溝城區中心約4km，距北京市區約20km，108、109國道分別在治理區南、北部經過。

1.2 氣象與水文

治理區為溫帶大陸性半干旱氣候，最高氣溫40.5℃(8月份)，最低氣溫為零下22.8℃(1月份)。年降水量550mm，年最大降雨量904.5mm(1964年)，年最小降雨量493.8mm(1980年)；雨季(6、7、8月)降水量占全年降水量的60～80%。年平均水面蒸發量1586.6mm。夏秋兩季多東南風，冬季多西北風，最大風速16.5m/s，一般風速1.3～2.0m/s。

治理區內只有小沖溝，雨季有少量暫時性流水，水量很小。本區火山巖之巖體裂隙發育，滲透性好，區內降水多滲入巖體裂隙內，地表流水極少。

1.3地形地貌與區域地質

（1）地形地貌

礦區位于北京西山地區九龍山南側溝谷中的中南部，屬中低山丘陵地區。南部最高海拔291.0m，谷地比較開闊，溝谷形態多呈放射狀分布。治理區屬于低山丘陵剝蝕地貌，海拔高度100～250m。丘陵平緩，坡度一般在15～30 ，少數35 以上。

（2）地質構造及地層巖性

①地質構造

礦區屬九龍山向斜，區內次一級構造發育，褶皺多并伴有倒轉。西部有玄武巖基底隆起，東北部九龍山地層與下伏地層呈不整合接觸（圖1、圖2）。

圖1 治理區地質平面圖

（a）斷層：治理區受永定河大斷裂影響次一級斷層發育，有東于正斷層、三家店正斷層及河西正斷層，斷層走向NE20～30 ，傾向NW。

圖2 治理區A-A、B-B地質剖面圖

（b）褶皺：九龍山向斜之軸向NE～SW，兩翼傾角北陡南緩，次一級褶皺達20個以上。

②地層巖性

治理區位于九龍山向斜南翼，出露地層主要有侏羅系及第四系，其中侏羅系南大嶺組地層出露范圍較大。

（a）侏羅系

南大嶺組火成巖（Jn1）在治理區分布面積約為0.18km2。主要巖性為灰綠、灰紫色杏仁狀變玄武巖，其中夾3～5層白色石英砂巖、粉砂巖。巖層頂部曾遭受長期風化剝蝕，形成隆起、凹陷，有厚達10～30m的古風化殼。

（b）第四系

第四系(Q)殘坡積、洪積土層，主要分布于治理區山坡坡面、坡腳以及沖溝、低洼地帶。巖性為褐黃色、雜色粉土，夾砂、碎石，一般厚度0.30～0.50m, 最厚達9～12m。

（c）人工廢石棄渣。以碎石塊為主，含粉土、粘性土和少量雜填土。碎石由砂巖、頁巖組成，其含量>50%；碎石塊直徑2～5cm，大的可20cm以上，多呈棱角狀。其堆積厚度一般0.5～4m，最大約10m，總堆積量約22萬m3。區內長期產生的廢石棄渣，隨意堆放山坡坡腳或山腰處，結構松散，無任何支擋措施，穩定性差。

1.4 區域工程地質特征

南大嶺組玄武巖堅硬致密、塊狀，質地堅硬，強度較高；其表層受長期風化，強度較低，局部形成粘土巖。石英砂巖、粉砂巖呈中厚層狀。第四系風化剝蝕土層和崩塌碎石，結構松散、穩定性差，易滑動、流動。人工矸石棄渣隨意堆放，結構松散，滲透性較大，又無任何支擋措施，穩定性差。

1.5 區域水文地質

由于玄武巖層原生裂隙密集均勻，連通良好，構成儲水豐富、導水通暢的裂隙含水系統。地下水主要靠大氣降水補給，地下水徑流自山谷向溝道流動。受煤礦開采的影響，區內地下水埋藏較深，沒有地下水出露。

2 礦山開采產生的主要環境問題

2.1 次生地質災害

(1)不穩定邊坡

區內因多年煤炭開采，人工堆積的煤矸石形成了危險斜坡，位于治理區北側，簡稱 1號斜坡 (圖3)。該坡體高9m、長77m，坡角60 ；原為煤矸石堆放地，坡角處修建的擋石墻，但因年久失修，現在已基本失去作用。緊臨坡體北側30m為門頭口村的民居，人口密集，受危險斜坡的威脅較大。

圖 3 治理區北側不穩定斜坡（1號）

1號斜坡下伏較堅硬塊狀侏羅系下統南大嶺玄武巖夾粉砂巖組。巖石堅硬，發育多組節理，塊狀結構，氣孔較發育。經勘查分析，該矸石坡處于欠穩定狀態，需進行削坡處理。

（2）潛在泥石流危險

治理區溝坡上堆積了22萬m3煤矸石，平均厚度4m，均處于松散堆積狀態（圖4）。治理區溝谷平均坡度6。，植被覆蓋率小于10%；北東向的簸箕狀地形有利于雨季地表水匯集，在暴雨季節潛在泥石流災害，對下游門頭口村居民安全構成威脅，其中直接威脅32戶，164人；間接威脅5戶、31人。

圖4 治理區內大量松散堆積的煤矸石

2.2 資源損毀

（1）占壓土地資源

治理區煤矸石堆積量共約22萬m3，占壓土地面積約0.03km2（圖5）。

圖5 堆積的煤矸石占壓土地面積

（2）損毀植被資源

礦區的生產活動常使其周邊植被損害，生物量減少，生態系統受損，引發水土流失和沙化。

矸石的堆放不僅埋壓植被，而且產生粉塵和有毒物質，導致植物生長緩慢、種類減少、病蟲害增多等，嚴重危害礦區的生態環境。

礦壓植被覆蓋率減少使土壤抗蝕指數降低，加劇水土流失和土地沙化。水土流失導致下游河湖淤積。

（3）損害環境

礦區矸石山破壞自然景色。另外，矸石山風蝕揚塵，降低空氣清潔度和光照度，使礦區環境渾濁不清，破壞了生態環境。

3 礦山環境治理工程類型

在治理區范圍內進行了1:500專項地形測量、地質環境調查和工程地質勘察，確定了工程治理方案和設計。

（1）護坎工程

為了治理山坡上失穩的松散物質，減輕崩塌、滑坡和泥石流災害，對坡度較陡的廢石堆進行削坡及加固。

在治理區內擬建漿砌石護坎Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。結合實際工程地質條件，各護坎均采取梯形斷面，其具體設計參數見表1，坎體結構圖見圖6。

表1 護坎設計參數表

各護坎基礎埋置在弱風化基巖或堅硬土層內，護坎體采用漿砌塊石，石料質地堅硬、新鮮，不得有剝落層或裂紋；粘結材料采用M10水泥砂漿，須砂漿飽滿，粘結牢固；在距護坎坎頂部約1/4墻高處，設置Φ100mm的PVC泄水孔，外斜度10%，泄水孔后用卵石做直徑不小于500mm的濾水堆；在護坎結構變化處設置沉降縫，瀝青麻繩充填。

圖6 護坎橫斷面圖

（2）削坡卸載工程

對需治理的山坡松散、零亂堆積的煤矸石，在其前緣修建護坎、削坡。降低矸石堆的高度和坡度，提高穩定性，恢復生態環境（圖7）。

本工程系根據原有地形，在4道護坎之間進行挖削、回填平整，使護坎Ⅱ、Ⅲ之間以及Ⅲ、Ⅳ之間，分別形成一坡度較小的穩定斜坡面（記為1號坡面和2號坡面），每級坡面的前緣有護坡工程（分別記為1號護坡工程和2號護坡工程）。

為防止水土流失，應在護坎與斜坡（馬道）相交處修建排水溝。

（3）護坡工程

為保證護坡工程坡面的穩定性并增加其美觀性，常采用空心六棱花磚護坡。

護坡工程坡高9m，分兩級放坡，每級高4.5m，放坡坡比為1：1.4，中間留設3m寬的馬道。坡頂和坡底均留設截、排水溝。

（4）排水工程

由于治理區區域降雨量相對較大，為了使雨季坡面徑流排泄順暢，減輕泥石流危害，保護護坎和矸石治理區的安全，在治理區東部由南向北依據原有地形修建漿砌石排水溝。

依據《水土保持綜合治理技術規范-小型蓄排引水工程》（GB/T164534-1996），結合礦區溝谷實際情況，設計漿砌石排水溝。

①排水溝斷面

圖7 坡面整形工程剖面圖

排水溝采用梯形斷面：排水溝底寬100cm，深100cm，內側坡面坡比為1：0.3，縱坡隨溝谷地形而變化。根據區內的匯水面積，按50年一遇洪水標準進行驗算。

②排水溝開挖和護坡

為保障排水溝穩定，所有排水溝均座落于挖方之上。開挖深度，視不同溝段的斷面結構和微地貌設計。

排水溝上邊坡開挖臨時邊坡比一般為1：0.3，可根據具體的微地貌進行適當的調整。排水溝襯砌兩側應進行必要的回填和夯實，保證邊坡穩定（圖8）。

③排水溝襯砌

排水溝的底板和側墻皆用M10水泥砂漿砌塊石鋪砌加固，厚0.3m。砌石的基底應敷設粘土墊層并夯實。砌石的縱橫、縫應互相錯開，每層橫縫厚度保持均勻，排水溝內側采用M10水泥沙漿抹面。

圖8 排水溝典型剖面圖（單位：m）

4 礦山園林工程

在實施治理工程的基礎上，進行園林工程的設計。園林工程的設計方案，本著簡單、實用、美觀的原則制定。設計方案包括庭院工程和綠化工程兩大類的7個單項工程，即六角亭工程、園路及健身廣場工程、園凳、垃圾桶工程。

(1)庭院工程

①六角亭工程

設計建造六角亭一個，位于1號平臺的東側，主要為休憩之用。亭高4.26m，寬3.5m，主要材質為原木。

②園路及健身廣場工程

園路有四種樣式，即花崗巖步道、水洗石步道、汀步1及汀步2。花崗巖步道寬1.5m，長110m，中間為1.2m寬的200mm 200mm 20mm的米黃色火燒板飾面，兩側走邊為0.15m寬的150mm 150mm 20mm的米黃色火燒板；水洗石步道寬1.2m，長360m，中間為1m寬的水洗石飾面，兩側走邊為0.10m寬的米色毛面花崗石；汀步1及汀步2采用50mm厚青石板為飾面，間距分別是2cm及3cm，其間種植草坪。

健身廣場為正方形：10m 10m，采用20cm方形花崗巖鋪地，周邊為0.5m的毛面晶黑火燒板，四角留有0.9m 0.9m的種樹池。

園路及健身廣場工程的基礎工程均為素土夯石、150mm厚碎石墊層夯實、50mm厚混凝土基層、30mm厚水泥砂漿粘和層。

③園凳、垃圾桶工程

設計建造園凳7個、垃圾桶8個。

(2)綠化工程

綠化工程設計方案，包括坡面綠化工程和園林苗木綠化兩大類的5個單項工程，即坡面攀援植物種植與養護、大樹移植與養護、苗木種植與養護、草皮鋪種與養護及花卉種植與養護。

苗木和花草按性狀分以下幾種：

喬木類：包括油松、黃櫨等，此類樹木主要分布在治理區的南側和東側，在步道兩側及1、2號平臺上亦進行了零星布置，共計703株。

灌木類、草坪類：在1、2號平臺上主要以冬青、冷季型草坪為主。冬青共計3039株，冷季型草坪3290m2，金盞菊，長壽菊等2100株。

5 結論

本項目作為礦山環境治理工程與休閑健身等園林工程相結合的一個試點，將為北京市礦山環境治理工作方式、拓寬思路，為礦山環境治理與人文居住環境改善相結合方向發展提供寶貴的經驗。項目實施后，可以使門頭溝區龍泉鎮門頭口村生產生活減輕潛在泥石流、崩滑塌等礦山地質災害的威脅，并恢復土地使用面積0.03km2。實施后建立起的休閑健身場所，將使附近居民享受國家礦山環境恢復所帶來的巨大效益。

[1] 北京市門頭溝區龍泉鎮門頭口村煤礦礦山地質環境治理項目設計方案，北京市國土資源局門頭溝分局，2009.

[2] 北京市門頭溝區龍泉鎮門頭口村煤礦礦山地質環境治理項目勘查報告,北京市地質研究所，2009.[3]《開發建設項目水土保持方案技術規程》92204-98.

[4]《水土保持綜合治理技術規范》GB/T16-453-1996等規程規范.

[5]《滑坡防治工程設計與施工技術規范》（DZ/T 0219-2006）.

[6]《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330-2002）.

[7]《砌體結構設計規范》（GB 50003-2001）.

[8]《地質礦產勘查規范與地質環境調查、災害監測評估使用手冊》（2003）.

[9]《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）.

[10]《水利水電工程等級劃分及洪水標準》 SL 252-2000；

[11]《水工擋土墻設計規范》（SL379-2007）.

[12]《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-91).

[13]《砌體工程施工及驗收規范》(GB50203-98).

[14]《建筑裝飾工程施工及驗收規范》(JGJ7 3-91).

[15]《屋面工程技術規范》(GBJ50207-94).

[16]《建筑機械使用安全技術規程》(JGJ 33-86).

[17]《建筑施工安全檢查標準》(JGJ59-99).

[18]《城市綠化工程施工及驗收規范》(CJJ／T 82 99).

Study on the Environmental management of Mentoukou Village Coal Mine in the Mentoukou District of Beijing

ZHANG Huichang1TANG Lei2ZHAO Zhongfeng3

(1.Mentougou Branch of Beijing Municipal Bureau of Land and Resources, Beijing 102300;2 Beijing Institute of Geological Engineering Design & Research, Beijing 101500; 3.Beijing Institute of Geology, Beijing 100011)

This paper briefly introduces the natural geography and regional geological conditions of the Mentoukou Village Coal Mine, Longquan Town, Mentougou District, Beijing, and analyzes the problems of the mining geological environment and secondary geological disasters. According to the actual site conditions, we put forward the engineering design of treatment and management. Through combining Mining Environmental Engineering and Landscape Architecture Engineering design, it provides valuable experience for both the management of mining environments and amelioration of living environments.

Coal mine; Mining environment; Management

X5

A

1007-1903（2011）03-0054-06

張會昌(1982-)，男，碩士，畢業于中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，主要從事地質災害防治、地質環境治理項目管理工作。