北京市門頭溝區龍泉鎮石港村石灰巖礦山生態修復設計

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.北京首創環境科技有限公司，北京 100037；3.北京四維遠見信息技術有限公司 中國測繪科學研究院，北京 100830）

長期的礦產資源開發利用給經濟帶來極大發展，同時誘發許多地質環境問題。礦山開采形成的地質環境問題主要包括地形地貌破壞、土地資源占壓和生態破壞等[1]，已經對人類的生存和社會經濟的可持續發展造成嚴重威脅。北京市門頭溝區存在經過多年開采且廢渣隨意堆放的礦山，造成地形地貌的嚴重破壞、水土流失、次生地質災害等礦山地質環境問題，同時影響城市及周邊居民生產生活安全。因此，要采取合理的治理措施進行礦山修復，使治理后的礦山與周邊環境相協調，并持續提升治理區生態環境質量[2-3]。

1 治理區概況

治理區位于北京市門頭溝區龍泉鎮石港村北1.0 km處，距離門頭溝區政府4 km、龍泉鎮政府3 km。治理對象為龍泉鎮石港村煤矸石堆，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，導致植物無法生長，造成水土流失現象，對門頭溝區生態環境和景觀造成影響，破壞門頭溝新城的村容村貌。按照國家相關政策文件和北京市城市總體規劃的要求，門頭溝煤礦已于2019 年關閉，結束了上千年的采煤歷史。

2 治理區地質環境背景

2.1 地層巖性

治理區主要出露地層有侏羅系中統上窯坡組砂巖（J2sh）和第四系坡積物（Q4）。治理區地處九龍山向斜，屬于侏羅系中統上窯坡組，由中-厚層狀含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖、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化砂，表層夾帶少量植物根系，下伏基巖為強風化砂巖。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，結構松散，透水性強。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 礦山地質環境現狀及問題

2.2.1 治理區礦山地質環境現狀

治理區面積共計5.7 hm2，區內共分布渣坡9 處（編號ZP1 至ZP9）、巖質邊坡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，結構松散，透水性強，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。治理區內渣坡基本特征如表1 所示。經計算，渣坡投影面積合計34 559.7 m2。

圖1 ZP2 現狀（鏡像西）

圖2 ZP3 現狀（鏡像西）

表1 治理區渣坡基本特征

（2）巖質邊坡。治理區內巖質邊坡共有4 處，邊坡巖質為砂巖，呈強風化，坡面節理裂隙發育，存在少量碎塊狀危巖體，整體較穩定。巖質邊坡坡面節理裂隙較多，幾乎未見植被生長。巖質邊坡基本特征如表2 所示。經計算，巖質邊坡面積合計3 980.49 m2。

表2 治理區巖質邊坡基本特征

（3）平臺及采坑。治理區內有平臺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%。治理區內有2 個采坑，采坑長時間受地壓、巖石風化的影響，形成多處邊坡。采坑內無積水，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。平臺整體近似不規則長條狀，東側低、西側高。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。經計算，平臺投影面積合計10 011.3 m2，采坑投影面積合計4 812.49 m2。

表3 治理區平臺基本特征

表4 治理區采坑基本特征

圖3 PT1 現狀（鏡像東）

圖4 CK2 現狀（鏡像西）

（4）渣堆。治理區內存在2 處渣堆，堆放于平臺上，主要物質為塊石、碎塊石等，其結構松散，長期占壓土地，對治理區內地表生態造成破壞。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。經計算，渣堆面積合計1 127.73 m2，方量合計6 190.53 m3。

表5 治理區渣堆基本特征

圖5 ZD1 現狀（鏡像西）

圖6 ZD2 現狀（鏡像西）

2.2.2 治理區礦山地質環境問題

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

（2）生態環境破壞。治理區長年堆積煤矸石，對生態環境造成嚴重的破壞。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，就會造成嚴重的水土流失。此外，裸露的渣堆在大風天氣條件下容易造成揚塵污染，對北京市空氣及生態造成極大的危害。

3 治理區主要工程設計

治理區面積約為5.7 hm2，本設計采用地形地貌整治、植被恢復及后期養護等工程措施，對治理區內渣坡、平臺、采坑及渣堆等進行綜合治理，以恢復地形地貌和地表植被，改善生態環境。

3.1 地形地貌整治工程

治理區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內現狀較陡、較高的渣堆邊坡，而巖質邊坡坡度較陡且較為穩定，不采用修坡工程措施。根據治理區內巖石風化程度、坡面現狀及周邊地形，首先清理渣堆邊坡表層煤矸石，然后按照設計坡比逐級削坡放緩，針對高差較大的邊坡，本方案設計對邊坡進行臺階式分級放坡，整治后設計高差每10 m 左右設計一級臺階（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

本方案設計從土石方角度對治理區內多處平臺、采坑、渣堆等進行綜合整治，地勢相對較高的平臺和渣堆進行土石方開挖，將其就近回填至低洼處的采坑。回填過程中，先將削坡產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）表面平整并達到設計標高。最終整治成坡度小于20°的緩坡和平臺。

3.1.3 擋墻工程

治理區內存在高陡堆渣邊坡，對邊坡進行臺階式分級放坡，整治后設計高差每10 m 左右設計一級臺階，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定性，防治雨季松散堆渣的流失，同時營造良好的植被生長環境，在攔擋坡面煤矸石的同時保證坡體排水通暢，本工程設計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 植被恢復工程

經過地形地貌整治后，根據治理區實際情況，選擇適合本地的鄉土植被實施綠化工程。樹種主要選擇側柏和山桃；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。治理區缺少種植土，綠化工程需要在門頭溝附近區域購買種植土。

3.2.1 整理綠化用地

綠化用地的整地工作內容包括適當清理地形、摟平耙細、去除雜物、場地清理等。根據設計標高進行客土進場，整地方法應根據治理區的實際而定。治理區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）鋪設防滲膜。治理區內煤矸石空隙較大，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防土不防水的可降解防滲膜。

（2）穴坑工程。針對治理區內逐級放坡形成的平臺和巖質邊坡坡腳，采用穴狀整地方式栽植苗木進行綠化，根據門頭溝區氣候條件、行間距易疏不易密的原則，本方案平臺、巖質邊坡坡腳設計的樹穴間距為3 m，種植穴坑的開挖規格為：直徑70 cm，深60 cm。治理區地貌是煤矸石堆積形成的，因此在穴坑底部及側壁鋪設防滲膜，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行覆土，根據治理區的實際情況，覆土厚度設定為0.2 m，覆土后撒播草籽，同時在平臺上采取穴植方式栽植苗木。

（4）土地平整工程。針對治理區覆土區域進行地形整理，合理調配土方，同時要與水土保持和土壤改良相結合，滿足植被生長需要。本方案采用機械方式對覆土區域進行平整。

3.2.2 植被恢復工程

（1）覆土植草+覆蓋椰絲毯。為了改善治理區生態環境，提高治理效果，在治理區撒播草籽進行綠化。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。椰絲毯鋪設相鄰處搭接10 cm，并用細扎絲綁扎，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、側柏。在治理區安全平臺上穴植山桃，在坡腳區域挖圓穴栽植一排側柏，圓穴規格為直徑70 cm、深60 cm，株行距為3 m。在種植圓穴坑底及側壁鋪設防滲膜，在膜上覆客土，適宜在春秋季栽植。

（3）五葉地錦。本方案設計在巖質邊坡坡腳種植五葉地錦，五葉地錦抗逆性強，耐寒、耐旱、適應性強，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，種植時將植株梢端固定于坎壁，以利于后期攀爬。

4 結論

針對北京市門頭溝區龍泉鎮石港村石灰巖礦山生態修復，本文結合治理區地質環境背景，分析治理區主要工程設計。經綜合分析，其經濟效益、社會效益和生態效益突出。一是經濟效益。項目實施后，可以充分恢復、挖掘和利用礦區的土地資源，有效提高廢棄礦山土地資源的利用價值，充分發揮閑置土地的作用。二是社會效益。礦山地質環境治理設計方案實施后，可以有效改善村容村貌，為治理區周邊村莊創造良好的人居環境。三是生態效益。治理區采用工程手段，結合生物措施，恢復生態環境，可以減少露天堆積的煤矸石等固體廢物造成的揚塵污染。廢棄礦山生態修復可以減少水土流失，有效改善采礦破壞的生態環境，為提升北京市空氣質量、促進綠色北京建設做出貢獻。