北京市门头沟区龙泉镇石港村石灰岩矿山生态修复设计

邓园园，许 莽，李 峰

（1.北京岩土工程勘察院有限公司，北京 100029；2.北京首创环境科技有限公司，北京 100037；3.北京四维远见信息技术有限公司 中国测绘科学研究院，北京 100830）

长期的矿产资源开发利用给经济带来极大发展，同时诱发许多地质环境问题。矿山开采形成的地质环境问题主要包括地形地貌破坏、土地资源占压和生态破坏等[1]，已经对人类的生存和社会经济的可持续发展造成严重威胁。北京市门头沟区存在经过多年开采且废渣随意堆放的矿山，造成地形地貌的严重破坏、水土流失、次生地质灾害等矿山地质环境问题，同时影响城市及周边居民生产生活安全。因此，要采取合理的治理措施进行矿山修复，使治理后的矿山与周边环境相协调，并持续提升治理区生态环境质量[2-3]。

1 治理区概况

治理区位于北京市门头沟区龙泉镇石港村北1.0 km处，距离门头沟区政府4 km、龙泉镇政府3 km。治理对象为龙泉镇石港村煤矸石堆，门头沟煤矿早期开采煤炭，堆积大量煤矸石。矿山多年来随意堆放煤矸石，导致植物无法生长，造成水土流失现象，对门头沟区生态环境和景观造成影响，破坏门头沟新城的村容村貌。按照国家相关政策文件和北京市城市总体规划的要求，门头沟煤矿已于2019 年关闭，结束了上千年的采煤历史。

2 治理区地质环境背景

2.1 地层岩性

治理区主要出露地层有侏罗系中统上窑坡组砂岩（J2sh）和第四系坡积物（Q4）。治理区地处九龙山向斜，属于侏罗系中统上窑坡组，由中-厚层状含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩组成。第四系坡积物主要为残坡积物覆盖层，分布于自然植被区的平台和局部边坡上，厚度为0.1～0.5 m，主要成分为碎石土和风化砂，表层夹带少量植物根系，下伏基岩为强风化砂岩。人工填土包括煤矸石和杂填土。煤矸石主要分布在坡上和平台的渣堆上，厚度为0.2～10.0 m，呈黑褐色，粒径为2～50 cm，占80%～90%。坡面堆积厚度较小，部分坡顶堆积厚度较大，结构松散，透水性强。杂填土主要分布在坡脚和平台，厚度为2～10 m，呈黄色、灰褐色，粒径为2～5 mm，夹杂碎石、砖头等杂物。

2.2 矿山地质环境现状及问题

2.2.1 治理区矿山地质环境现状

治理区面积共计5.7 hm2，区内共分布渣坡9 处（编号ZP1 至ZP9）、岩质边坡4 处（编号YP1 至YP4）、平台6 处（编号PT1 至PT6）、采坑2 处（编号CK1、CK2）和渣堆2 处（编号ZD1、ZD2）[4]。

（1）渣坡。渣坡主要分布于治理区周边，坡面主要成分为煤矸石，坡面堆积厚度较小，局部有基岩出露，部分坡顶堆积厚度较大，结构松散，透水性强，坡面无植被生长。部分渣坡为人工填土，坡面无植被生长。典型渣坡如图1 和图2 所示。治理区内渣坡基本特征如表1 所示。经计算，渣坡投影面积合计34 559.7 m2。

图1 ZP2 现状（镜像西）

图2 ZP3 现状（镜像西）

表1 治理区渣坡基本特征

（2）岩质边坡。治理区内岩质边坡共有4 处，边坡岩质为砂岩，呈强风化，坡面节理裂隙发育，存在少量碎块状危岩体，整体较稳定。岩质边坡坡面节理裂隙较多，几乎未见植被生长。岩质边坡基本特征如表2 所示。经计算，岩质边坡面积合计3 980.49 m2。

表2 治理区岩质边坡基本特征

（3）平台及采坑。治理区内有平台6 处。需要治理的平台表面为碎石土平台，平台上无明显植被生长，平均植被覆盖率约为5%。治理区内有2 个采坑，采坑长时间受地压、岩石风化的影响，形成多处边坡。采坑内无积水，无杂物。典型平台及采坑分别如图3和图4 所示。平台及采坑基本特征分别如表3、表4所示。平台整体近似不规则长条状，东侧低、西侧高。平台表面为碎石土及煤矸石等，整体植被覆盖率较低，以灌木及杂草为主。采坑整体植被覆盖率低，可填方体积为7 064.66 m3。经计算，平台投影面积合计10 011.3 m2，采坑投影面积合计4 812.49 m2。

表3 治理区平台基本特征

表4 治理区采坑基本特征

图3 PT1 现状（镜像东）

图4 CK2 现状（镜像西）

（4）渣堆。治理区内存在2 处渣堆，堆放于平台上，主要物质为块石、碎块石等，其结构松散，长期占压土地，对治理区内地表生态造成破坏。渣堆由弃渣堆积而成，表面裸露。典型渣堆如图5 和图6 所示。渣堆基本特征如表5 所示。经计算，渣堆面积合计1 127.73 m2，方量合计6 190.53 m3。

表5 治理区渣堆基本特征

图5 ZD1 现状（镜像西）

图6 ZD2 现状（镜像西）

2.2.2 治理区矿山地质环境问题

（1）地形地貌景观破坏。治理区原始地貌皆为自然山体，区内煤矸石和人工填土的堆积区表面无植被生长，形成大面积裸露区域，与周边的翠绿色群山反差较大，片片色斑与周围环境极不协调，形成的平台、边坡对地形地貌景观造成极大破坏，严重影响区域整体形象，视觉污染严重。

（2）生态环境破坏。治理区长年堆积煤矸石，对生态环境造成严重的破坏。煤矸石堆积破坏了原始植被，植被失去生长的立地条件，造成大面积植物死亡，边坡渣石下方无挡土墙，上方又无截、排水沟，一旦遇到雨水，就会造成严重的水土流失。此外，裸露的渣堆在大风天气条件下容易造成扬尘污染，对北京市空气及生态造成极大的危害。

3 治理区主要工程设计

治理区面积约为5.7 hm2，本设计采用地形地貌整治、植被恢复及后期养护等工程措施，对治理区内渣坡、平台、采坑及渣堆等进行综合治理，以恢复地形地貌和地表植被，改善生态环境。

3.1 地形地貌整治工程

治理区地形地貌整治工程包括修坡工程、平台（缓坡）整治工程和挡墙工程。

3.1.1 修坡工程

修坡工程主要针对治理区内现状较陡、较高的渣堆边坡，而岩质边坡坡度较陡且较为稳定，不采用修坡工程措施。根据治理区内岩石风化程度、坡面现状及周边地形，首先清理渣堆边坡表层煤矸石，然后按照设计坡比逐级削坡放缓，针对高差较大的边坡，本方案设计对边坡进行台阶式分级放坡，整治后设计高差每10 m 左右设计一级台阶（见图7），采用宽3 m 的安全平台连接。

图7 安全台阶大样图

3.1.2 平台（缓坡）整治工程

本方案设计从土石方角度对治理区内多处平台、采坑、渣堆等进行综合整治，地势相对较高的平台和渣堆进行土石方开挖，将其就近回填至低洼处的采坑。回填过程中，先将削坡产生的煤矸石回填至低洼处，然后上层通过人工回填土，使平台（缓坡）表面平整并达到设计标高。最终整治成坡度小于20°的缓坡和平台。

3.1.3 挡墙工程

治理区内存在高陡堆渣边坡，对边坡进行台阶式分级放坡，整治后设计高差每10 m 左右设计一级台阶，采用安全平台连接。边坡台阶均由煤矸石堆积而成，为保证煤矸石渣堆的稳定性，防治雨季松散堆渣的流失，同时营造良好的植被生长环境，在拦挡坡面煤矸石的同时保证坡体排水通畅，本工程设计在坡脚处修建浆砌挡墙，如图8 所示。

图8 浆砌挡墙大样图

3.2 植被恢复工程

经过地形地貌整治后，根据治理区实际情况，选择适合本地的乡土植被实施绿化工程。树种主要选择侧柏和山桃；藤类植物主要选择五叶地锦；草籽主要选择高羊茅、多年生黑麦草、紫花苜蓿、波斯菊和连翘。治理区缺少种植土，绿化工程需要在门头沟附近区域购买种植土。

3.2.1 整理绿化用地

绿化用地的整地工作内容包括适当清理地形、搂平耙细、去除杂物、场地清理等。根据设计标高进行客土进场，整地方法应根据治理区的实际而定。治理区绿化用地主要为地形地貌整治形成的边坡、逐级放坡形成的平台和岩质边坡坡脚。苗木种植需要采用局部穴状整地，整地深度为60 cm。

（1）铺设防渗膜。治理区内煤矸石空隙较大，为防止客土淋溶，下渗至煤矸石空隙，本方案选择在客土前铺设防土不防水的可降解防渗膜。

（2）穴坑工程。针对治理区内逐级放坡形成的平台和岩质边坡坡脚，采用穴状整地方式栽植苗木进行绿化，根据门头沟区气候条件、行间距易疏不易密的原则，本方案平台、岩质边坡坡脚设计的树穴间距为3 m，种植穴坑的开挖规格为：直径70 cm，深60 cm。治理区地貌是煤矸石堆积形成的，因此在穴坑底部及侧壁铺设防渗膜，在膜上覆客土。

（3）客土覆土工程。本工程需要对地形整治后的渣堆边坡和逐级放坡形成的平台进行覆土，根据治理区的实际情况，覆土厚度设定为0.2 m，覆土后撒播草籽，同时在平台上采取穴植方式栽植苗木。

（4）土地平整工程。针对治理区覆土区域进行地形整理，合理调配土方，同时要与水土保持和土壤改良相结合，满足植被生长需要。本方案采用机械方式对覆土区域进行平整。

3.2.2 植被恢复工程

（1）覆土植草+覆盖椰丝毯。为了改善治理区生态环境，提高治理效果，在治理区撒播草籽进行绿化。覆土厚度为0.2 m，撒播混合草籽，草籽比例约为高羊茅2 g/m2、多年生黑麦草2 g/m2、紫花苜蓿2 g/m2、波斯菊2 g/m2、连翘2 g/m2，合计10 g/m2，覆土植草后需要覆盖椰丝毯作为防冲刷层，如图9 所示[5]。为保障植物顺利出芽生长，种子覆盖椰丝毯是必不可缺的措施，椰丝毯使用U 形卡固定于坡面，U 形卡采用8#硬铁丝加工制成。椰丝毯铺设相邻处搭接10 cm，并用细扎丝绑扎，U 形卡间距为1 m，采用品字形布置。

图9 覆土植草+覆盖椰丝毯大样图

（2）栽植山桃、侧柏。在治理区安全平台上穴植山桃，在坡脚区域挖圆穴栽植一排侧柏，圆穴规格为直径70 cm、深60 cm，株行距为3 m。在种植圆穴坑底及侧壁铺设防渗膜，在膜上覆客土，适宜在春秋季栽植。

（3）五叶地锦。本方案设计在岩质边坡坡脚种植五叶地锦，五叶地锦抗逆性强，耐寒、耐旱、适应性强，并且可以向上攀爬，对陡坡起到拦挡绿化的作用。五叶地锦适合在春、秋季栽植，采用穴植方式，圆穴的直径、高均为20 cm，间距为0.5 m。采用三年生苗株栽植，种植时将植株梢端固定于坎壁，以利于后期攀爬。

4 结论

针对北京市门头沟区龙泉镇石港村石灰岩矿山生态修复，本文结合治理区地质环境背景，分析治理区主要工程设计。经综合分析，其经济效益、社会效益和生态效益突出。一是经济效益。项目实施后，可以充分恢复、挖掘和利用矿区的土地资源，有效提高废弃矿山土地资源的利用价值，充分发挥闲置土地的作用。二是社会效益。矿山地质环境治理设计方案实施后，可以有效改善村容村貌，为治理区周边村庄创造良好的人居环境。三是生态效益。治理区采用工程手段，结合生物措施，恢复生态环境，可以减少露天堆积的煤矸石等固体废物造成的扬尘污染。废弃矿山生态修复可以减少水土流失，有效改善采矿破坏的生态环境，为提升北京市空气质量、促进绿色北京建设做出贡献。