北京周口店镇葫芦棚地区废弃矿山治理模式研究

2018-10-17栗豫丰刘兴德

四川有色金属 2018年3期

栗豫丰，刘兴德

（1.成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059；2.核工业二八〇研究所，四川广汉 618300）

由于早期矿产资源开发监督管理机制不健全，普遍存在重开发、轻治理，注重经济效益、忽视生态效益的思想。曾经大规模的开采活动造成了很多生态环境问题，严重影响了生态环境和生活环境。笔者以北京市房山区葫芦棚地区废弃矿山恢复治理工程为例，分析研究其治理模式及相关效益。

1 治理区基本情况

1.1 地形地貌

周口店镇地处太行山系东南麓，地势西高东低，境内山峦起伏，沟壑纵横，山体走向为东北-西南。治理区地势起伏较大，其海拔高度400m～825m，总地势为东北高、西南低，地形坡度约30°～50°。山坡地表多被第四系残、坡积地层覆盖，覆盖厚度在0.1m～1.8m，治理区沟道中堆积有大量石灰石弃渣及煤矸石堆，堆积厚度1m～25m。由于石灰石矿和煤矿开采，治理区内形成了规模不等的岩体陡壁和废渣石坡，使部分地区原始地形地貌发生了很大变化。

1.2 水文条件

区内沟道坡面第四系覆盖厚度较薄，第四系孔隙水含量极低，地下水类型主要为基岩裂隙水，地下水的补给来源主要为大气降水垂直入渗补给及周围岩层裂隙水的侧向径流补给，其次为地表水的入渗补给，区内地下水流向总体由西向东流动。由于第四系结构松散，厚度较薄，不含水，而残坡积层富水性差，对治理工程施工影响小。

1.3 工程地质条件

根据区内地层分布情况，以及岩土工程地质特征等因素，可划分为两个工程地质岩组，即基岩类和松散岩类。基岩类：在区内分布范围较大，以寒武、奥陶系灰岩和石炭系煤层、砂岩为主，岩石承载力高。松散岩类：在区内广泛分布，以第四系崩积物、残坡积土、冲洪积及人工堆积土为主，地基承载力低。

第四系残坡积土主要分布在区内山体、沟谷斜坡地带的表层，为岩体风化残积、坡积碎石土，结构松散～稍密，透水性强、稳定性差，抗剪强度较低，土体中含有基岩风化产物，粒径0.1cm～0.3cm，土层较薄，厚约0.1m～1.8m，土体物理力学性能较差。人工堆积物：主要为矿山开采遗留的渣石及修建道路开挖坡脚堆积的土石混合物质，揭露厚度不均匀，最大厚度大于20m，粒径大小不均，一般为0.1m～0.7m，沿坡随意堆积，局部区域渣堆由于堆积坡度较大，结构松散［1］。

2 地质灾害隐患及环境破坏问题

2.1 地质灾害隐患

由于石灰石及煤矿长期开采，治理区内原有的自然地形地貌破坏严重，掌子面基岩裸露，坡面陡倾，松动危岩块零星分布其间。修建运输道路而形成的边坡长期裸露，基岩呈强风化状态坡面破碎，植物无生长条件，与周围山体形成了强烈反差，地形地貌遭到破坏。

不稳定边坡主要位于道路以上废弃渣石大量堆积区见图1，由于渣土堆积体厚度大，坡度陡，顶底高差大，堆积物为废弃渣石，块石大小不一，且成分单一，固结较差，堆积体结构较为松散，在流水冲刷作用下中上部凸起部位块石、渣堆易产生滑塌滚落，对坡脚下村庄及道路交通造成安全隐患。

崩塌隐患区，紧邻坡脚道路沿线，灰岩开挖形成高陡边坡。经调查，坡体小构造及岩体节理裂隙发育，多组结构面将坡面切割成块状或碎裂状，同时，受爆破开挖扰动，边坡坡面分布较多的松动碎块石，在自重及外界因素影响下容易发生崩落掉块。

图1 采矿形成的废弃渣坡Fig.1 Abandoned slags formed by mining.

2.2 环境破坏

治理区内开采平台坡脚及沟谷间有大量的废弃渣石、煤矸石堆积，未经压实处理的渣石在大风天气下形成大量扬尘，污染大气。堆积的矿渣掩埋了原生植被资源，造成大面积植物死亡；矿山道路的修建开挖自然边坡，使道路一侧边坡岩石裸露，植被无法自然修复而死亡，严重破坏了治理区内原有的植被。

3 治理模式选择

在矿山环境恢复治理中应秉承科学治理的原则，治理模式应遵循以下几点：①以人为本的原则，环境恢复治理的目的在于保障人民的生命财产安全，在治理过程中着重研究地质灾害隐患大的区域，防止人身或者财产遭到伤害；②因地制宜原则，不同的矿山存在不同的环境破坏问题及特征，在研究治理模式时应根据其自身特点以及区域环境特征选择适宜的方案；③科学规划原则，废弃矿山的治理还应着眼未来，尽量符合该地区未来的发展趋势；④节约原则，尽量减少资金的投入来获取最大的效益。通过以上原则结合区内实际，决定采用灾害整治型与生态复绿型相结合的治理模式。

4 灾害整治型治理模式

该种模式以区内自然地形标高为准，采用机械挖除等方法，将陡坡所堆积的废矿渣机械挖运移至低洼处，分层碾压形成可利用的平台或缓坡，平台与周边自然沟谷及平台之间削坡形成连接斜坡，减缓坡度消除陡坡上塌方崩塌等地灾隐患，最终适合覆土，植草种树。区内地质灾害治理工程为：渣坡整治工程、裸露基岩边坡整治及挡墙工程三种［2］。

4.1 渣坡整治工程

针对沟谷间陡坡上堆积的渣堆，首先根据自然地形及渣堆分布情况进行就地平整，对于堆积于沟渠、道路附近高陡渣堆采取削坡减缓坡面的措施，通过该措施降低渣坡坡度，提高稳定性，降低不稳定边坡滑塌的可能，达到绿化用地基本标准见图2。

图2 代表性地段工程布置剖面图Fig.2 Representative engineering layout profile

4.2 裸露基岩边坡整治

区内裸露的岩质边坡，均为开采矿石及修建道路所形成。局部坡面风化严重，松动危岩块零星分布，对行人存在一定的安全隐患。针对该类型隐患，选择进行局部坡面清理后，在坡脚处修砌种植槽，种植爬山虎进行绿化覆盖，增加岩层面稳定性。

4.3 挡墙工程

治理区内分级平台高差较大且不具备放坡条件的区域，在坡脚修筑压脚挡墙对边坡进行加固，确保斜坡稳定性并且满足斜坡绿化要求。

5 生态复绿型治理模式

生态复绿技术是以景观生态学原理为指导，在稳定边坡上重新建立利于植物生长的土层和小环境，科学地选择植物，使坡面形成一道以植物根茎交织的保护网，起到护坡作用［3］。

5.1 绿化植物的选定

根据区内的自然条件，应选择适应性强、耐旱、生长速度快，根系发达的树种，以便养护容易成活率高。通过研究选择侧柏为主要种植树种，在局部种土层覆盖层较薄不宜种植树木的地方，采用播撒草籽的绿化措施。

5.2 绿地整治工程

在地形破碎、集流线、侵蚀沟和土层薄的地段，修建种植鱼鳞坑的办法来分散拦截坡面径流，以提高坡面雨水的利用率，然后进行树苗种植、播撒草籽见图3。此次共计种植侧柏15258株、植草12470m2。

图3 治理后效果图Fig.3 Effect after governance

6 治理工程预期效益分析

6.1 直接经济效益计算

侧柏生长20年后，存活率预计85%，按照现行市场价，树龄20年的侧柏市场均价为500一株：则15258株侧柏直接经济效益为648.45万元。

6.2 固定CO2及释放O2的经济效益

根据北京城市园林绿化生态的研究［4］，先计算出区内年固定CO2及释放O2总量为：吸收CO2：8729.29吨，释放O2：7817.70吨，见表1。

表1 年固定CO2及释放O2总量计算表Tab.1 Calculation table of total amount of fixed CO2and released O2

在当前国际上，主要采用碳税法和造林成本法评价CO2经济价值。碳税法是有关部门为了尽量减少向大气中排放CO2而征收的税费，按照征税的标准计算森林固定CO2的价值，目前国际上瑞典的碳税率150美元/吨，得到普遍认同。造林成本法把森林看成是固定二氧化碳的一种手段，依据所造林吸收大气中的CO2的数量与造林的费用之间的关系来推算森林固定CO2的价值，我国造林固碳成本大约为272.65元/吨［5］。以我国的造林成本272.65元/吨，和瑞典碳税标准150美元/吨（1美元＝6.38人民币元）的平均值614.85元/吨作为计算参数，年固定CO2的总经济价值为536.70万元。释放氧气价值采用工业制氧平均成本1000元/吨估算为年781.77万元。