废弃矿山生态环境修复技术研究——以唐山市玉田县为例

刘德成，李玉倩，刘学贤，张永雷，李慧，高雪媛

废弃矿山生态环境修复技术研究——以唐山市玉田县为例

刘德成1,2，李玉倩1，刘学贤1，张永雷1,2，李慧1，高雪媛1

（1.北京市地质矿产勘查开发总公司，北京，100050；2.中国地质大学（北京）工程技术学院，北京，100083）

以玉田县26个废弃矿山为例，通过调查和测绘手段，对废弃矿山生态环境问题进行了综合研究，提出了废弃矿山生态系统功能修复的工程技术措施，进行了修复效益预期分析。研究表明：玉田县地处京津冀协同发展腹地，由于历史上矿产开采、选矿等活动集中，导致地形地貌景观（含植被）改变、压占与损毁土地资源、大气及水土污染、等矿山生态环境问题突出。采用依山势重塑地形、导疏导水流、柔性防护稳定边坡、喷播挂网坡面绿化等矿山生态修复工程技术措施，达到废弃矿山生态景观恢复目的。以期与开展类似废弃矿山生态环境系统修复的同志分享与参考。

矿山生态修复；景观破坏；土地资源压占；水土污染；植被破坏

党的十九大报告明确将“美丽”作为社会主义现代化强国的基本特征，把“坚持人与自然和谐共生”纳入新时代坚持和发展中国特色社会主义基本方略，指出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”（马涛，2018）。

矿山地质环境作为重要组成部分，生态修复治理是践行“绿水青山就是金山银山”的体现。目前通过人工措施开展矿山生态修复技术不很成熟。修复治理技术主要有以下方面：回填整平技术（赵爱军等，2009；周惠荣，2012；唐伟和韩菲，2013），如削坡、护坡、场地整治等；加固工程技术（李建，2009），如，浆砌片石骨架、土工网、土工格室等手段；生物加固工程技术（李欣，2006；朱红霞等，2012；陈芳孝，2007），如，植生卷铺盖法、喷混植生、挂网客土喷播技术等。植物配置养护技术（倪应才，2012），如，从生态性、经济性和美观性等方面进行物种选择与种群配置。

1-行政界线；2-修复治理区及编号；3-铁路；4-高速公路；5-普通道路

本文以唐山市玉田县北部山区26个废弃矿山为研究对象，对废弃露天采坑、破损山体、土地占损等地质环境问题，提出矿山态景观恢复对策。

1 研究区概况

研究区为唐山市玉田县北部山区。南临玉田县城，北临遵化市，东临丰润区，西临天津市。区内有大秦铁路、京秦铁路、G102国道、S203和S264省道，在建京秦高速由东向西横贯整个北部山区，乡镇间公路交错分布，交通便利（如图）。属温带大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热且雨量集中。冬季盛行西到西北风，夏季盛行东到东南风。年平均气温11.2 ℃；历年极端最高气温40.4 ℃，最低气温-22.9 ℃。多年平均降水量682.3 mm。出露中上元古界蓟县系雾迷山组及新生界第四系上更新统和全新统。地震烈度为Ⅻ度。地下水主要为岩溶裂隙水和孔隙水，矿化度低，为重碳酸钙镁型水质。海拔在100 m以上，为褐土，岩石裸露。

矿山属露天开采，形成了大片采区，按照集中连片、便于修复原则，将相连采区统一规划，将矿山修复划分为23处修复治理区。修复治理区5319亩（表1）。

2 矿山生态环境问题

表1 修复治理区破坏面积统计表

2.1 矿山环境现状

26个废弃矿山基岩裸露，毁损面积大，多年开采使地形地貌发生巨大改变。形成大量废弃边坡、渣堆、遗留采面、平台、大量采坑及建（构）筑物，分布与多个矿山生产布局相关。

2.1.1 废渣边坡

废渣边坡为采矿废石废渣堆积而成。一是矿渣沿山体顺坡倾倒形成废渣边坡，二是运输到坡脚下压占土地形成废渣边坡。废渣以破碎白云质灰岩以及灰岩为主，含少量泥岩。粒径在2～35cm，偶见粒径50～150 cm大块石；边坡坡度25°～50°，坡高5～50m，厚1～5m。渣坡面基本无植被，偶见坡度较小土质边坡处少量植被生长，以荆条和杂草为主。

2.1.2 渣堆

大量渣堆位于山体坡脚及采矿平台，部分位于矿山周边空旷地，成分以灰岩及渣土为主，偶见白云质灰岩，粒径3～25 cm为主，有遗留成品石料，粒径35cm，偶见60～100cm大块石。渣堆无植被发育或少量植被发育，以荆条、榆树及杂草为主。

2.1.3 采面

大量高陡裸露开采面由灰岩及少量白云质灰岩组成。呈长条状或不规则状，以微风化-中风化为主，少量采面顶部达强风化。少量开采成台阶状，局部节理裂隙发育，稳定性较差，整体稳定。采面坡度70°～90°，采面5～120m，风化裂隙发育采面局部可见零星榆树、臭椿等乔木及少量灌木。

2.1.4 平台

废弃平台分为开采裸露岩石平台、矿渣堆积平台两种。裸露岩石平台较平整，堆积平台凹凸不平。由中风化灰岩及白云质灰岩组成，平台高程有较大变化。矿区施工已全部停止，大部分矿山大型开采设备已拆除，遗留少量废弃建筑，平台堆积有废弃碎石块及矿渣，平台植物覆盖较少，偶见零星荆条、榆树、臭椿、杠柳以及酸枣树等。

2.1.5 采坑

多处露天采坑均无积水，大多以裸露基岩或者碾压碎石而成，个别采坑内碎石土成分较多，植被发育较好，以荆条、榆树、槐树、臭椿等为主；偶见零散分布废弃碎石，汛期易形成积水，对周边边坡造成不利影响。

2.1.6 建（构）筑物

矿区及周边有大量建（构）筑物，为施工临时居住板房、灰窑、遗留水电设施以及猪、羊养殖场等。

2.2 矿山环境问题

研究区矿山环境问题突出，主要为：地形地貌景观严重改变、压占及损毁土地资源、大气及水土环境污染、植被覆盖率下降及生态景观改变等四大方面。

2.2.1 地形地貌景观改变

裸露采面边坡大多高30～70 m，最高120 m，坡度70°～90°。多矿山建设开采边界十分复杂，对原有地形地貌景观改变很大。统计形成高陡边坡坡面面积396700 m2。“白茬山”与周边环境极不协调，尤其对城市风貌产生了负面影响。

2.2.2 土地资源压占与损毁

研究区严重损毁土地投影面积4081亩，其中损毁林地200亩，损毁耕地103亩，压占损毁草地和工矿用3778亩。辐射影响范围226亩。

2.2.3 大气及水土污染

堆积大量废弃渣堆、渣坡固体废弃物遇微风沙尘飞扬，成为粉尘源头，造成大气污染。

2.2.4 植被破坏

露天采矿剥离表层土壤，造成地表岩石裸露，植被覆盖率下降及生态景观改变，导致功能及稳定性降低，加剧水土流失。山体水源涵养能力减退，生态涵养功能受损。

3 修复治理

3.1 指导思想

以习总书记“两山”理念为指导，贯彻“山水林田湖是一个生命共同体”以及“绿水青山就是金山银山”的理念。结合《关于推进山水林田湖生态保护修复工作的通知》（财建[2016]725号）“整体保护、系统修复、综合治理，真正改变治山、治水、护田各自为战的工作格局”的治理理念（龚西征，2019），对研究区内的矿山环境及辐射影响区进行山上山下统一规划，采取综合修复治理方式，统一组织实施。

1）以研究区露天废弃矿山生态修复治理，编制设计方案。从指导思想、矿山生态环境状况、治理目标、规划分区、实施保障措施等方面系统地明确生态修复目标任务和要求。

2）严格落实强化机制：一是强化严格按修复治理设计方案开展工作；二是强化资金保障。把残次资源再利用收益作为修复治理工程专项资金。三是强化工程质量。健全完善工程施工养护管理制度，把好监管和验收关口。

3）形成“玉田县政府主导、部门配合、社会联动、层层落实”的矿山生态修复治理工作新局面。采取EPC模式，县政府负总责，总承包方负责矿山生态修复治理勘查、设计、施工及采购，各相关职能部门按各自职责，加强监督指导。

4）修复治理工作以矿山环境治理、生态修复为平台，集聚环境治理、空间拓展、景观再造、生态修复于一体；促进产业结构调整、振兴乡村战略实施等；实现矿山生态环境治理“1+N”效应；对接县域发展规划、最大优化国土空间。

3.2 修复治理原则

3.2.1 一矿一策、因矿施策、分类治理

按照“宜耕则耕、宜建则建、宜景则景、宜林则林”原则，实现治理效益最大化。一是将废弃矿地直接复垦成建设用地。二是保留和利用部分特殊地形地貌进行人工景观再造，形成新的生态环境景观。三是进行植被重建和生态修复。四是对废弃矿山整平，复垦耕地，助力现代农业发展。

3.2.2 矿山修复、土地整治、有机结合

对研究区矿山进行山上山下、地上地下统一规划，统一组织实施，采取综合治理的方式，修复裸露边坡及被损毁、压占土地资源。

3.2.3 统筹规划、突出重点、分步实施

率先治理高速铁路、高速公路等交通干线可视范围，城区及周边、对人民群众生命和财产安全造成严重安全隐患。

3.2.4 集中连片、景观再造、突出效果

结合玉田县经济发展规划、京津冀协同发展理念，通过集中连片，实现矿山治理与周边土地利用统筹协调，实现生态景观修复再造与土地开发利用融合，提升治理效果。

3.3 修复治理总体思路

把研究区26个矿山划分为23个修复治理单元，因地制宜，实现矿山生态环境修复目的。

对23个治理单元进行修坡整形、地质灾害隐患消除，为后续治理打下基础。对高陡岩质边坡采取台阶法、挂网喷播或立体绿化；对采坑、坡脚平台、残山及周边未利用地进行地形整治；土地整治平台，进行简单覆土植草绿化，留给当地政府调规导入产业。

4 修复治理工程总体设计

确定采用土石方工程+挡墙工程+分级放坡+挂网喷播+绿化工程等措施进行修复治理。

4.1 土石方工程

包含坡面浮石清理、边坡整治、平台整治及缓坡回填等。测算清理方量56.6万m3。岩质边坡采取分级削坡。每级边坡坡高4～120m，台阶宽5～40m，坡度控制在40°～60°。对矿区内采矿平台进行最大程度整合。对采矿平台及残山进行削高填低，修坡削方量45.5万m3，整形削方量363.8万m3，场地平整方量470.74 m3，回填量4.1万m3。

4.2 挡墙工程

在采面坡脚布置浆砌石挡土墙：矩形断面，墙高0.5 m，宽0.5 m，砌筑于台阶基岩上；采用M10浆砌块石结构。布设浆砌石挡墙13000m。干砌石挡墙高0.8 m，顶宽0.4m，底宽0.6m，背坡度1∶0.25。布设干砌石挡墙10000m。

4.3 排水工程

布置在边坡坡顶、坡面两侧、分级台阶、平台衔接边坡坡脚以及道路内侧。I类排水沟断面为矩形，沟底厚0.3m，沟壁厚0.4m，沟宽0.5m，深0.5m。采用M10水泥砂浆、MU30毛石砌筑，排水沟裸露面采用1∶3水泥砂浆抹面，抹面厚度20 mm。排水沟基底设0.1 m厚C15混凝土垫层，垫层超出排水沟两侧各0.1 m。排水沟应保证最小0.01的坡降比。每隔15m设置变形缝，缝宽20mm。布置I类排水沟17000m。II类排水沟为U型槽结构，采用预制C20混凝土结构，长0.8 m，上口宽0.5m，深0.45m，壁厚0.04m。布置II类排水沟19000m。

4.4 耕作层地力保持工程

对乔木种植区覆土0.6 m，对灌木、攀援植被区域覆土0.3 m，播草籽区域覆土0.1 m。客土覆土量65.4万m3。施肥标准1t/亩，采用人工均匀撒铺于格田，需有机肥1584.03t。

4.5 联络线工程

尽量利用原有道路基础。联络线路面宽3.5 m，路面为素土夯实，纵坡基本与自然山坡坡度保持一致。新建联络线长9873.66 m。

4.6 边坡喷播工程

边坡坡面采取挂网喷播恢复坡面植被。喷播种子包含高羊茅、早熟禾、紫花苜蓿、狗尾草、荆条、胡枝子等。布置挂网喷播面积24.1万m2，喷播厚度8～10 mm。

4.7 绿化工程

对裸露岩面、设计平台、边坡及缓坡布置绿化工程，恢复生态。选取侧柏、金叶榆及毛白杨，灌木类选取荆条，坡脚攀缘类植物选用五叶地锦，草籽选用波斯菊、紫花苜蓿、高羊茅、荆条、紫穗槐等混合草籽播种。种植乔木8.5万株，播撒草籽面积59.9×104m2，草籽1.1×104kg，五叶地锦种植8.9万株。

4.8 拆除工程

对原选矿废旧设备及房屋遗留等进行拆除，破碎就地掩埋，拆除工程量1.4万m3。

4.9 标志牌工程

在各治理单元入口处新建标志牌1座，共28座。标志牌尺寸：宽2 m，高3 m，厚0.26 m；底座长2.3 m，高0.25 m，宽0.56 m。基础长2.6 m，宽0.86 m，高0.75 m，埋深0.5 m。

采用浆砌石主体，墙体用M10砂浆抹面，厚20 m，标志牌正面标注项目简介。

5 预期效益分析

5.1 社会效益

玉田县北部山区废弃矿山地形地貌景观得到恢复，裸露边坡披上绿装，改善“三区两线”视觉范围内景观。提高了玉田县生态环境价值总量；消除了地质灾害隐患和污染源，改善了人居环境。

5.2 经济效益

净产生浮石废料800余万m3，按2.5t/m3计算，产生石料2000余万t，根据玉田县周边地区原石价格为17.5元/t，浮石废料可回收资金3.5亿元。

5.3 环境效益

种植8万余株乔木，近900亩采矿破坏区复垦林地；栽植灌木5万余株，近400亩采矿破坏区复垦为灌木林地；覆土播撒草籽可以恢复或者改善被破坏的草地900亩；挂网喷播等可复绿高陡采面24.1×104m2，给“白茬山”换上绿装，改善了“三区两线”周围的生态环境及视觉效果。为当地居民创造一个安居乐业的生态环境。

6 结论

以玉田县北部山区26个废弃矿山为研究对象，针对其矿山生态环境问题，对地形地貌景观破坏、土地资源压占与损毁、大气及水土污染、植被毁损等；以恢复生态景观为主，采用有针对性的工程技术措施达到生态系统功能重构的目的。采用土石方工程+挡墙工程+分级放坡+挂网喷播+绿化工程等措施进行修复治理。生态修复治理可提高玉田县生态环境价值总量，浮石废料可回收资金3.5亿元，采矿区复垦为林地和灌木林地，恢复或改善被破坏草地，复绿高陡采面。社会效益、经济效益和环境效益显著。

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A Study on Ecological Environment Restoration Technology of Abandoned Mine——By the Example of Yutian County, Tangshan

LIU De-cheng1,2LI Yu-qian1LIU Xue-xian1ZHANG Yong-lei1,2LI Hui1GAO Xue-yuan1

(1-Beijing Geology & Mineral Exploration & Development Corp. , Beijing 100050; 2-School of Engineering and Technology, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083)

This papermakes a comprehensive study of the ecological environment problem of 26 abandoned mines in Yutian County, Tangshan and puts forward some engineering and technical measures of ecosystem function restoration and analyzes the expected restoration benefits. The study indicates that the problem of mine ecological environment such as changes in landscape (including vegetation), squashing and damaging land resources, air, water and soil pollution is prominent in Yutian County. Technical measures of mine ecological restoration engineering such as reshaping the landscape and channel the water, stable slope with flexible protection, slope greening with spray seeding and hanging mesh are put forward.

mine ecological restoration; landscape destroy; squashing land resources; water and soil pollution; vegetation destruction

2020-03-20

刘德成（1978 - ），男，北京人，博士研究生，研究方向：矿山生态环境修复、土地利用与规划、水土环境污染控制与治理、地质灾害评价与防治

P66；X5

A

1006-0995（2021）01-0098-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.020