北京露天廢棄礦山地質環境治理模式探討

李 巖，趙中鋒

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北京露天廢棄礦山地質環境治理模式探討

李 巖1，趙中鋒2

（1.北京市地質研究所，北京 100102；2.北京中色資源環境工程有限公司，北京 100012）

北京地區許多廢棄的無主老礦山未實施礦山環境治理和土地資源恢復工程，礦區內地質環境和生態條件惡劣。本文對廢棄礦山及其治理工程特點進行了分析，運用灰色關聯度分析法，闡述了礦山廢棄地土地資源破壞效應的四個因素——地表景觀效應、土體污染效應、次生災害效應、生態環境之間的聯系。以房山區石窩大理石礦山廢棄地治理工程為例，提出了礦山廢棄地治理以礦山環境、災害治理為主，以園林景觀綠化為輔相結合的二維治理模式，在地形整治、擋土墻、綠化等措施的基礎上進行園林景觀的設計，結合周邊居民生活需求，利用礦區內的正負地形渣堆和采石坑，進行景觀的再生和組合，將采石坑設計成下沉式休閑公園和健身廣場，希望通過園林景觀綠化工程的實施，改善礦區及周邊地表景觀和生態環境。

廢棄礦山；生態環境；土地資源破壞效應；園林景觀綠化

0　引言

北京地區蘊藏有豐富的地質礦產資源，開發利用歷史悠久，礦業開發為首都經濟發展做出了重要貢獻，同時也給北京市的生態環境帶來了較大的負面影響。在礦產資源開發過程中，因挖損、壓占等采礦活動對礦山地質環境造成了不同程度的破壞。露天采礦，由于閉坑后無人管理，裸露的基巖坡面和采礦廢棄物隨意堆砌形成的高陡邊坡容易誘發崩塌、滑坡和泥石流等次生地質災害，露天采礦后采面裸露、易風化，嚴重影響了地形地貌景觀。然而，中國礦山地質環境保護工作起步較晚，在采礦—閉坑的總體規劃和設計理念上落后于發達國家，許多已廢棄關閉的礦山未實施地質環境治理和土地恢復工程，礦區內的環境惡劣（徐友寧，2008；張進德等，2007）。

自2004年以來，為響應北京市“兩軸兩帶多中心”的發展格局，保護首都生態環境，北京實施政策性停產，陸續關閉礦山807家，并逐步對閉坑礦山開展礦山地質環境治理，主要針對礦山開發引起的地質災害及隱患進行防治。2010年，國家提出發展 “綠色礦山”要求，將土地復墾和景觀綠化理念引入環境保護治理工作中。針對北京市礦山關閉遺留下的地質環境問題，北京市國土資源局多方籌措資金對礦山地質環境進行治理，截止2013年總治理面積50413畝，恢復可利用土地面積9276畝，使北京地區的礦山生態環境得到了明顯的好轉。本文在總結露天廢棄礦山治理工程特點的基礎上，分析了采礦造成的土地資源破壞效應影響因素以及相互之間的聯系，提出以礦山環境、災害治理為主，以園林景觀綠化為輔相結合的二維治理模式，并選取了房山區石窩大理石礦山廢棄地治理進行模式說明。

1　露天廢棄礦山治理工程特點

礦山廢棄地（waste land of mining）從土地利用的角度來說，在采礦活動中破壞和占用、不經整治而無法使用的土地。礦山廢棄地的形成，既有自然的因素，如地貌、礦產類型、礦山規模，也有人為的因素，人為破壞是主要因素。因此，礦山廢棄地的形成是自然因素和人為因素綜合作用的結果，對礦山廢棄地的認識與治理也應當從這兩個方面綜合考慮。

（1）露天廢棄礦山存在的礦山地質環境問題種類多、危害（影響） 情況復雜（武強，2003），治理工程設計涉及到多個學科。礦山地質環境問題可分為地質災害、資源損毀和環境污染三大類，治理工程是在消除地質災害及隱患的前提下，恢復土地資源，保護生態環境。涉及環境地質、生態地質、工程地質、巖土工程、環境工程和景觀工程等多個學科的內容。

（2）露天廢棄礦山治理工程的治理目標除了消除地質災害及隱患，還要在很大程度上注重經濟效益、社會效益和環境效益，恢復可利用土地面積，宜林或宜草，作為林業用地或農業用地。

（3）一般來說，此類礦山地質環境治理項目由國家財政或市財政批復資金進行治理，治理工程范圍、工程措施、工程量需要考慮批復資金的額度，同時要根據治理區存在的礦山地質環境問題，結合地方土地利用規劃，因地制宜進行治理。

2　土地資源破壞效應及關聯度分析

礦山開采對環境的影響是多方面的，最直觀的是對土地資源的占用和破壞，與此同時引發一系列的土地資源破壞效應。根據露天廢棄礦山地質環境特點，土地資源破壞效應分為地表景觀效應、土體污染效應、次生災害效應和生態環境效應。

利用灰色關聯度分析法，對土地資源破壞效應的四個影響因素進行分析。

（1）關聯度數學模型（MA Yalong et al.，2002；耿紅等，2000；鄧聚龍，2005；Chen Yaokai et al.，1995；肖新平，1997）

（（x0（1）， x0（2），…， x0（n）

（x1（1）， x1 （2），…， x1（n）

……………………………………

（xi（1）， xi （2），…， xi（n）

灰色關聯四個公理：

②整體性：體現環境對關聯度比較的影響

(2)土地資源破壞效應各組成因子之間的關聯度

在分析土地資源破壞效應各組成因子之間的關聯度時，用同一礦山在土地資源破壞評價中由8 位專家確定各因子在土地資源破壞效應中所占的比例來分析，數據見表1。

表1　土地資源破壞效應因子比例表Tab.1 Scale about effect factors of land resource destruction

原始鉅陣為：

進行初值變換：

絕對差值鉅陣：

3　露天礦山廢棄地治理模式

露天開采將覆蓋在礦床上的表土和巖層完全剝離，破壞了大量的土地，表現為露天采場直接挖損，廢石堆及排土場壓占周圍土地。露天開采破壞土地面積為露天采場本身面積的2～11 倍，這其中排土場的面積要占到40％～60％（張偉，20113。露天礦山廢棄地治理的關鍵是排土場對土地的占用和破壞，因此，深入探討排土場的治理模式，包括地質災害的防治措施、綠化措施、景觀再生整合研究，以及治理后的土地再利用途徑，形成露天礦山廢棄地恢復治理的完整模式。

3.1治理原則

（1）以人為本，安全第一的原則：礦產資源露天開采帶來了一系列的地質災害或潛在地質災害，主要有崩塌、滑坡、泥石流等（梁德輝，1992）。由于經濟原因，露天開采邊坡的設計較陡，往往只能保證在開采期間的安全，而對于閉坑后的發展沒有規劃，并且隨著露天開采向深部發展，開采深度不斷增加，邊坡的出露范圍和出露高度也不斷擴大，嚴重破壞了地應力的自身平衡，導致邊坡變形、滑移，邊坡的穩定性逐步惡化，很容易引發地質災害。露天礦排土場集中堆放著礦山開采排棄的廢棄物，是一種人工堆積的巨型松散體，排土場坡體整體性差、抗擾動能力低的特點，極易產生局部失穩，引發崩塌、滑坡、泥石流等地質災害，存在著嚴重的安全隱患。排土場滑坡是排土場引發的地質災害中較為普遍，發生頻率較高的一種，由于排土場一般常選在山坡、山谷等荒地，在外因的作用下極易誘發排土場滑坡，在條件具備時甚至還會引發泥石流等地質災害（梁德輝，1992）。因此礦山環境治理首先要保證消除地質災害及隱患對人居的安全影響。

（2）綜合全面系統的原則：礦山環境治理是一項系統的治理工程，治理時應綜合考慮治理區內各類礦山地質環境問題以及相關性，工程部署有整體性。

（3）因地制宜的原則：在選擇合適的工程措施時，充分考慮治理區的區位條件、土地利用狀況及規劃。

（4）經濟實用原則：受到治理費用的約束，進行治理設計時在不影響治理效益的前提下，選擇經濟的、合理的措施手段。

（5）環境和諧和經濟協調相結合：治理工程應與周邊環境和諧，并且發揮礦區土地的經濟效益。

3.2治理模式

礦山環境治理不僅要消除地質災害，同時要恢復治理區的可利用土地資源，使得治理區與周邊地形地貌景觀相協調，使社會效益、環境效益得到明顯的體現，本文提出對露天廢棄礦山選取地質災害治理和園林景觀綠化相結合的治理模式。該模式不同于偏重地質災害治理的礦山環境治理模式，也不同于偏重于生態恢復的綠化治理模式，而是把礦山和外部環境看作一個整體，在地質災害治理和綠化治理中加入景觀元素，把園林景觀綠化治理模式作為單獨的一個治理體系，使得治理后的礦區看起來不是突兀的個體而是跟周圍環境更加和諧的整體，該模式體現了一種動態的、協調的、整體的發展觀。

4　露天礦山廢棄地治理案例

4.1自然地理位置

治理區位于房山區大石窩鎮，距房山區中心36km，地理坐標為東經115°47′33.3″～115°48′00″， 北 緯39°33′14.8″～39°33′40.4″，治理區面積約0.78km2。

4.2礦山地質環境問題

由于長期的礦山開采活動，治理區內存在9處基巖裸露坡面，最大的一處開采陡面長約240m，高5～12m，坡面基本垂直（圖1）； 其余8處采面面積均在100～500m2。采礦廢渣隨意堆砌，形成大小23處渣堆，廢石塊徑最大可達100cm，塊徑在20～30cm之間的約占總量的40%，廢渣總體積80 萬m3，占地面積800000m2（圖2）。隨著露天開采向深部發展，開采深度不斷增加，治理區內形成多處采坑，采坑呈東西向展布，最深達31m，其余8～12m，采坑四壁高陡，積水成塘，夏季散發異味（圖3）。

圖1　基巖裸露采面Fig.1 Bare rock mining face

治理區存在的礦山地質環境問題主要是對生態環境（土地資源壓占破壞、水資源、大氣環境）的影響以及潛在的次生地質災害。造成這些問題的根源在于治理區內大量的廢棄渣石的存在。

圖2　采礦形成的廢棄渣堆Fig.2 Waste pile of mining

圖3　采坑Fig.3 Mining

4.3治理工程設計

針對治理區內受到采剝破壞的山體及散亂堆積的廢石堆，依據因地制宜的原則，采用機械挖除等方法進行削坡、回填整理形成可利用臺地；采石坑的治理主要是利用治理區內堆積的廢石、剝離表土為主要填充物，分層碾壓、回填，并結合周邊地形地貌進行整理，形成臺地和坡地，以備綠化和利用，同時在形成的臺地和坡地邊緣修建干砌石擋土墻，提高坡體穩定性。在采石坑完成回填平整等基礎的工程措施后進行整體的園林景觀綠化設計。

（1）地形地貌整治工程

針對開礦形成的基巖裸露坡面，利用原地形圍繞坡面清理平整廢棄渣土，就近原則按照設計標高削高填低將采面附近的廢渣進行回填平整形成多級緩斜坡平臺，在平臺邊緣設置干砌石擋土墻。多余的渣土分別回填至采石坑中，有積水的采石坑將積水抽干，坑體周邊設置護欄與警示牌。

（2）擋土墻工程

在整理后的緩坡平臺和階地下部修建干砌石擋土墻，以減緩地形坡降，形成緩坡及階梯臺地，加強坡體穩定性，有效防止水土流失，提高土地的利用效率。

（3）綠化工程

地形地貌整治工程和擋土墻工程完成后，在平臺邊緣種植適宜當地生長的經濟林（棗樹和柿子樹），平臺撒播草籽，選擇生長快速成坪快、根系發達且入土深、擴張性強、耐貧瘠、生長強健抗逆性強的草種。

圖4　治理區采石坑景觀設計圖Fig.4 Landscape design of management area mining pit

（4） 園林景觀工程

為了提高社會效益與環境效益，充分考慮礦山環境與周邊村莊居住環境的和諧統一，為附近居民提供休閑活動的場所，達到改善周邊生態環境并在一定程度上保存礦山開采遺跡的目的，對治理區內的負空間（采石坑）清理平整完成后實施園林景觀綠化工程，達到資源可持續利用，擴大社會效益和影響力。

依據整理后的幾個采石坑的地形地勢，修建下沉式休閑公園和綠地，包括休閑活動場、娛樂廣場、下沉式健身廣場、停車場、門球場、花架、歐式園亭、景觀膜亭、花臺座椅、休憩平臺、連廊等（圖4）。

5　結語

本文以石窩大理石礦為例，指出露天礦廢棄地存在的礦山地質環境問題，對治理區內存在的景觀特征進行了深入分析，提出了消除地質災害和園林景觀綠化設計的雙重治理模式。在景觀設計中，把露天礦山廢棄地作為一個系統的整體進行考慮。本次的礦山地質環境治理不僅恢復了礦區的生態環境，同時園林景觀綠化工程考慮周邊的人居環境、地形地勢條件，為當地開辟出新的休閑娛樂健身場所。礦山環境治理就是將采礦廢棄地通過工程措施和綠化、景觀設計變為可利用的資源，將破壞的環境進行治理，重新煥發價值，使礦區附近的人居環境得到良好的改善。

［1］徐友寧. 礦山地質環境調查研究現狀及展望［J］. 地質通報，2008，27（ 8） ：1235～1244.

［2］張進德，張德強，田磊. 全國礦山地質環境調查與綜合評估技術方法探討［J］. 地質通報，2007，26（ 2）：136～140.

［3］武強. 我國礦山環境地質問題類型劃分研究［J］. 水文地質工程地質，2003，30（ 5）：103～112.

［4］MA Yalong，WANG Jingye，XU Xiangzhong，et al.. Comprehensive Evaluation of Gray Correlation Analysis Based on Ideal Plans［J］. Systems Engineering & Electronics，2002，（7）：3～5.

［5］耿紅，王澤民. 基于灰色線性規劃的土地利用結構優化研究［J］. 武漢測繪科技大學學報，2000（4）：167～171

［6］鄧聚龍. 灰色系統基本方法［M］. 武漢：華中科技大學出版社，2005.

［7］Chen Yaokai，TAN Xuerui. Grey relational Analysis on Serum Markers of Liver Fibrosis［J］. The journal of Grey System，1995，7（l）：63～68.

［8］肖新平. 關于灰色關聯度量化模型的理論研究與評論［J］. 系統工程理論與實踐，1997，17（8）：76～81.

［9］張偉. 河北省礦山廢棄地治理模式與適宜性評價研究［R］. 2011.

［10］梁德輝. 寶山鉛鋅銀礦露天采場［C］. 我國有色冶金露天礦山邊坡穩定性調研報告及論文匯編.1992.

Discussion on the Geological Environment Management Mode of the Abandoned Open-pit Mine in Beijing

LI Yan1， ZHAO Zhongfeng2
（1. Beijing Institute of Geology， Beijing 100102； 2. Beijing Zhongse Environmental Engineering Co. Ltd.， Beijing 100012）

For many abandoned unowned old mine in Beijing， the environment management and land resources restoration project have not been implemented yet， and geological environment and the ecological conditions are bad in the mine. In this paper， the abandoned mine and engineering characteristics of treatment are analyzed，and using grey correlation analysis method this paper expounds the destruction of land resources of abandoned lands of mines effect of four factors - the landscape effect， effect of soil pollution and secondary disaster effect，the relationship between the ecological environment. In fangshan district marble stone nest engineerings of abandoned lands of mines， for example， puts forward the management on mine environment， disaster management of abandoned lands of mines is given priority to， with the combination of landscape greening as the auxiliary two-dimensional governance model， the terrain regulation， retaining wall， such as green measures on the basis of landscape design， combined with the surrounding residents living demand， using the plus or minus within the mining area terrain slag heap and quarries， landscape regeneration and combination， quarry pit into subsided and fitness leisure park plaza， hope that through the implementation of the landscape greening projects to improve the mining area and around the landscape and ecological environment.

Abandoned mines； Ecological environment； Land resources damage effect； Landscape greening

TD167

A

1007-1903（2016）02-0020-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.005

北京市房山區大石窩大理石礦礦山地質環境治理

李巖（1979- ），女、碩士，工程師，主要從事礦山環境治理、地質災害治理等相關工作。E-mail：812092055@qq.com