天津市宝坻区废弃砖瓦用粘土矿山地质环境恢复治理研究

潘 磊

（天津市地质环境监测总站，天津 300191）

宝坻区马家店镇砖瓦厂、旺民砖瓦厂和方兴砖瓦厂的粘土矿山均为历史遗留矿山，经历20余年的开采，矿坑多处积水、原始地形地貌受到严重破坏，日益恶化的地质环境问题影响周围居民的生产和生活，不仅造成土地资源流失，也严重阻碍了当地的经济发展和规划建设。

1 概况

宝坻区位于华北平原的东北部，为河流冲积型和滨海型平原地貌，地势比较平坦，西北高东南低；属北温带半湿润季风区大陆性气候，四季分明；降水时空分布不均，多年平均降雨量614mm，多集中于7、8 月份；河流纵横交错，水网交织，主要有潮白新河、青龙湾减河、引泃入潮、泃河、蓟运河、北京排污河等；矿产资源相对贫乏，主要为煤、地热、地下水、矿泉水、砖瓦用粘土矿；其中，粘土资源在全区均有分布，赋存在全新统地层上部，厚度5～7m，成因类型复杂，有冲积、湖沼积和海积，由于就地取土造成良田被毁、资源浪费和自然生态环境破坏等。

马家店粘土矿山位于马家店镇政府南侧，为国有建设用地，占地面积135.59亩，始建于1990年，2002年停产，矿坑积水面积为37252m2；旺民粘土矿山位于王卜庄镇白丝窝村，为集体所有，占地面积263.85 亩，始建于1989 年，2013 年停产，矿坑积水面积为121507.64m2；方家庄粘土矿山位于方家庄镇九园公路和通唐公路交口附近，为集体所有，占地面积130.20亩，始建于1976 年，2013 年停产，矿坑积水面积为40832.7m2。

2 地质环境条件

马家店粘土矿山为建设用地，周边为建设用地；旺民粘土矿山为工矿用地，周边为农用地；方兴粘土矿山为工矿用地，周边为农用地。

2.1 地质背景

马家店矿区位于冀中坳陷武清凹陷下伍旗斜坡，主要活动断裂为宝坻断裂、下伍旗断裂，处于次基本稳定区；旺民矿区位于沧县隆起王草庄凸起，方兴矿区位于马兰峪复式背斜开滦台凹鸭洪桥洼槽，主要活动断裂为工部断裂和蓟运河断裂，处于次较不稳定区。

矿区位于天津南部平原区，第四纪地层厚230～400m，自下而上分为：下更新统杨柳青组、中更新统佟楼组、上更新统塘沽组和全新统天津组（表1）。

表1 第四纪地层岩性特征一览表

2.2 水文地质条件

宝坻区河网发育，蓟运河、鲍丘河、潮白河、青龙湾河四条河流纵贯全区，自北西流向南东，河渠引灌量大，地表水对地下水的形成和分布有明显影响。地下水资源比较丰富，北部主要为孔隙淡水，下部有隐伏岩溶水；南部为咸水区深层淡水。

第四系孔隙水的分布主要受地质构造和古水系分布的控制，浅层地下水水位标高较浅，地下水埋深自北向南，自西向东水位标高逐渐升高；除浅层含水层为潜水至微承压水外，其它含水层均为承压水，划分为四个含水组：①第Ⅰ含水组：埋深48.5～52m；水位2～4m；②第Ⅱ含水组：最主要的地下水开采层，埋深185～200m；东北和西北部为主要含水层，中砂夹砾石层，厚60～90m，含水性好，导水系数600～800m2/d，中北部以中细砂为主，厚50～70m，含水性较好，导水系数400～600m2/d，南部以细砂为主，厚40～60m，导水系数250～350m2/d；③第Ⅲ含水组：埋深283～305m，水位20～30m，导水系数200～450m2/d；④第Ⅳ含水组：埋深370～420m，水位30～40m，强富水区与第Ⅱ含水组相似，但其范围变小。

浅层水埋藏较浅，接受大气降水、河渠入渗、灌溉回归水的入渗补给，再补给能力强，主要靠蒸发排泄，垂向越流等方式排泄。

2.3 工程地质条件

以马家店矿区1 号钻孔为例，20m 以浅地层属第四系全新统，地层特征及分布规律自上而下为人工填土层（灰褐色粉质粘土）、全新统上组河床—河漫滩相沉积层（黄褐色粉质粘土）、全新统上组湖沼相沉积层（黄灰色粉质粘土）、全新统中组浅海相沉积层（浅灰色粉质粘土）、全新统下组河床—河漫滩相沉积层（黄褐色粉质粘土、粘土）和上更新统五组河床—河漫滩相沉积层（灰黄色粉砂）。

2.4 土壤环境特征

本次在马家店粘土矿山和旺民粘土矿山分别布设2 个土壤采样点，方兴粘土矿山布设4 个土壤采样点，每个采样点分为3层（0～20m、40～60m、80～100m），采集土壤样品并进行分析；分析了pH、镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铜（Cu）、铅（Pb）、铬（Cr）、锌（Zn）、镍（Ni）常规因子，结果均满足土壤环境质量二级标准。

2.5 治理前状况

马家店矿山因开采形成矿坑4 个，矿坑深度6～7.5m；旺民矿山有矿坑5 个，矿坑深度10.23～15.18m；方兴矿山有矿坑3 个，矿坑深度11.2 ～14.6m；矿山作业场区内均存在废弃建筑物。

三个矿区露天开采形成了多处矿坑。矿坑、工业厂房和矿石堆放场对原生平坦的平原地貌景观影响和破坏程度较大；矿坑汇水面积较大，积水易被污染，影响地下水质量；生活垃圾、废弃碎砖块、量炉灰渣等随意排放对环境产生影响；废弃建筑物对土地资源影响较严重，造成土地资源浪费；采矿形成的矿坑，形成陡坎洼地，改变地表水径流条件、积水较深存在安全隐患、边坡松软易坍塌导致地质灾害隐患，严重影响附近居民生产生活等活动。同时产生路面及土地的下陷及开裂等一系列工程地质问题。

3 恢复治理工程

马家店矿山治理工程为拆除废弃建筑物、抽排积水、清运垃圾、填垫土方和平整土地等；旺民矿山治理工程为拆除废弃建筑物、抽排积水、清运垃圾、矿坑填埋、平整土地和边坡修整等；方兴矿山治理工程为拆除废弃建筑物、清运垃圾、平整土地和边坡修整等[1]。

3.1 拆除废弃建筑物

马家店粘土矿山治理工程和旺民粘土矿山治理工程分别拆除1座旧砖窑和烟囱、办公、住宿、临建房；方兴粘土矿山治理工程拆除2座旧砖窑和烟囱、办公、住宿、临建房。砖窑拆除主要为机械拆除，拆除时自上而下进行，确保人员安全；烟囱拆除采用爆破施工，爆破施工委托民爆公司对烟囱进行爆破拆除，施工时严格控制爆炸能量和规模，爆破时的声响、飞屑、振动、冲击波、破坏区域、坍塌范围、浮沉影响范围等，起爆方式为非电导爆管起爆，切口设计为“一”字型，经爆破飞石飞散距离计算和爆破后飞散效果，基本控制在60～80m范围内，场地较空旷，附近没有民宅，爆破时将相关人员撤离到安全区域外[2]。

3.2 抽排积水

由于降雨和地下水渗出等因素矿坑内积存大量积水，采用潜水泵对马家店粘土矿山全部矿坑内的积水和旺民粘土矿山部分矿坑内的积水予以排干。其中，马家店粘土矿山排水量约25×104m3，旺民粘土矿山排水量约14×104m3。

3.3 清运垃圾

清运马家店粘土矿山和旺民粘土矿山已排干积水的矿坑内的垃圾，并将三座矿山内无法用于回填的建筑垃圾予以清运出场。其中，马家店粘土矿山治理工程清运垃圾量约7×104m3，旺民粘土矿山治理工程清运垃圾量约3×104m3，方兴粘土矿山治理工程清运垃圾量约2000m3。清运垃圾时，使用推土机和挖掘机配合装车，统一运送至垃圾处理场所集中处理，杜绝随意倾倒导致二次污染的现象。

3.4 填垫矿坑

对马家店粘土矿山全部矿坑填埋，填埋面积约3.73×104m2，填垫土方量约26.18×104m3；对旺民粘土矿山部分矿坑填埋，填埋面积约1.36×104m2，填垫土方量约19.10×104m3。

在填垫矿坑的过程中，严格控制土源质量，除利用矿区内少部分小块建筑废料外，其他土方来源取自周边农田水利建设沟渠清土和房地产建设项目基坑开挖土，严禁将生活垃圾填入矿坑，避免对地下水造成污染。填垫土方采用了由浅到深、由矿坑边缘向中心逐步推进的堆填方法，边堆填，边碾压实，不留松土面。同步进行地坪测量，以保证填埋后场地的平整度，从而确保矿山地质环境恢复治理效果。

3.5 平整土地

在矿坑填垫工作结束后，对三个粘土矿山进行土地平整工作。其中，马家店粘土矿山土地平整范围是矿区内全部土地，平整土地面积约9.04×104m2；旺民粘土矿山土地平整范围是矿区内部分废弃土地和填垫区土地，平整土地面积约4.37×104m2；方兴粘土矿山土地平整范围是矿区内部分废弃的土地，平整土地面积约4.59×104m2。

土地平整施工前，先行清除场地内的树木、树桩树根、垃圾等影响工程机械施工的有碍物；土地平整工作中，采用挖掘机、推土机、平地机配合施工，将高处推出的土方填筑到低处，既保证了场地内土地平整度，又解决了弃土问题[3]。考虑到填垫土的后期固结沉降，马家店粘土矿山和旺民粘土矿山填土区域预留了沉降量，矿坑范围内填垫土的控制标高比现自然地面高出0.3m左右。

3.6 边坡修整

本项目边坡修整施工充分利用现有蓄水矿坑的自然条件，对未填埋的矿坑边坡进行了修整。旺民粘土矿山治理工程完成边坡修整779m；方兴粘土矿山治理工程完成边坡修整843m。

边坡修整施工参考土体工程地质性质，对陡峭土坎进行了适当的削土放坡，边坡角35°～45°，确保回填边坡的压实质量，保证边坡稳定，边坡3m 范围内严禁通行重载车辆，保证了人员和财产安全。旺民粘土矿山和方兴粘土山遗留矿坑周围设置安全警示牌，并根据当地的实际情况在矿坑边架设了防护围栏。

4 成果与效益分析

4.1 环境效益

矿山地质环境治理完成后，极大地消除了矿区范围内地质灾害隐患，避免了地质灾害给周边村民造成人员和财产损失，缓解了矿区及周边地区水土流失问题[4-6]，减轻了矿区粉尘、固体废物等对周边环境造成的污染，基本消除了矿区对地下水环境造成污染的隐患，地质地貌景观得到了有效的改善，提升了矿区及周边人居生态环境质量水平。

4.2 经济效益

宝坻区粘土矿山地质环境治理项目完成后，土地资源得到重新利用，在一定程度上缓解了宝坻区土地资源供需矛盾，有效增加可利用土地面积269.99亩。

马家店粘土矿山综合治理后有效增加可利用土地面积135.59亩，使原矿区土地达到居住用地要求，该地块将作为“宝坻浩润嘉苑住宅小区”的建设用地；旺民粘土矿山综合治理后有效增加可利用土地面积65.55亩，该地块将作为王卜庄镇养牛专业合作社用地；方兴粘土矿山有效增加可利用土地面积68.85亩，该地块将作为方家庄镇的农业生产用地。

4.3 社会效益

通过对宝坻区三个砖瓦粘土矿山的治理，改善了矿区周边居民生产、生活环境，有利于提升周边居民生活质量水平，实现城镇化建设健康发展；新增的土地资源得到有效的利用，为宝坻区工、农业建设生产提供了用地保障，有力地促进了宝坻区经济建设和农业生产；治理矿区内的项目建设完成后，对周边区域能够发挥辐射带动作用，可为周边居民提供就业岗位，增加税收，提升人均收入水平，带动邻近村集体全面、协调发展。

5 结语

（1）天津市宝坻区废弃砖瓦用粘土矿山主要环境问题为矿坑积水和边坡松软导致地质灾害隐患；矿坑、工业厂房和矿石堆放场对原生平坦的平原地貌景观破坏；矿坑陡坎洼地和积水影响地下水结构和质量；生活垃圾、废弃碎砖块、量炉灰渣等随意排放影响环境等。

（2）天津市宝坻区废弃砖瓦用粘土矿山恢复治理工程主要为拆除废弃建筑物、抽排积水、清运垃圾、填垫土方和平整土地和边坡修整，不仅解决了历史遗留矿山的环境地质问题，基本消除了地质灾害隐患，改善了矿区生态环境质量；而且有效增加可利用土地面积269.99 亩，使废弃的土地资源得到再利用。其中，填埋矿坑5.09×104m2，填垫土方45.28 ×104m3，拆除烟囱4座，拆除砖窑和房屋6670m2，修整边坡1622m，平整土地18×104m2。