北京密云某廢棄石灰巖礦山生態修復措施

劉訓良，侯秋麗

（北京市礦產地質研究所，北京 101500）

北京市礦產資源豐富，種類齊全，礦產資源的開發能夠帶來巨大的物質財富，但在開發利用過程中會造成一系列的生態環境破壞，制約著經濟和社會的可持續發展（賈曉青等，2013；張進德等，2020；胡振琪等，2012；韓寶富等，2021）。在開發礦產資源的過程中，長期高強度的開采活動對環境造成了不同程度的破壞，如：露天開采遺留的裸露巖壁、礦坑、廢渣堆和尾礦庫等問題（李玉倩等，2021）；井工開采出現的地面塌陷、地裂縫、地下采礦誘發地震和破壞地下含水層等問題（王利群，2015；武強，2003）。

礦山生態修復是指將采礦破壞的生態環境利用生態修復、人工修復相結合的方法，因地制宜地使礦山生態環境恢復到與周邊環境相協調的行動和過程（董瑩等，2021；李曉艷等，2021；Bradshaw，1997）。北京市密云區東邵渠鎮大石門村老爺廟廢棄礦山屬于石灰巖礦山，1979年開始開采，2000年關閉，開采方式為露天開采，開采規模為8000 t·a-1。該礦區經過長期粗放露天開采，毀壞了原生的植被，破壞了山體結構，造成一系列的礦山地質環境問題，改變原有地形地貌景觀，使之與周邊環境極不協調，影響景觀和視覺，該類礦山環境問題亟待解決。因此，本文在查明礦區主要地質環境問題的基礎上，采取相應措施進行礦山生態環境修復治理，不僅對礦山環境修復治理具有重要實際意義，而且能為類似礦山的生態修復提供借鑒和指導。

1 礦區概況

密云區東邵渠鎮大石門村石灰巖礦區位于密云區東邵渠鎮大石門村老爺廟北520 m（圖1），東西長90 m，南北長290 m，面積約2.2 hm2。該區降雨主要集中在夏季，降雨量504.5 mm，占全年降雨量的76%，且在地形影響下，多局部暴雨，山地易受洪水沖淤（賈芳等，2016）。無地表徑流經過。礦區位于低山丘陵區，受構造剝蝕，地形起伏較大，最高山峰高程達640 m，相對高差一般為200～300 m。溝谷形態大都為較開闊的U型谷，個別溝谷發育有寬20～30 m、深10～30 m的較寬溝谷。區內出露新生界第四系上更新統（QP3）和中元古界長城系高于莊組（Chg）。

圖1 研究區具體位置Fig.1 The specific location of the study area

2 勘查方法

本次勘查工作采取的方法包括資料收集，地形測量，工程地質測繪，專項環境地質、地質災害測量和槽探。

1）資料收集：主要收集礦區及周邊的區域地質資料及氣象、水文等基礎資料，為本次勘查提供基本依據。

2）地形測量：采用RTK動態直接測量法。執行GB50026-2007《工程測量規范》，內容包括GPS控制測量、地形圖測量、地質剖面測量。地形圖測量精度為1∶500，采用2000國家大地坐標系，高程為1985國家高程基準。

3）工程地質測繪：本次專項工程地質測繪工作嚴格按照DB11/T 1732-2020《礦山地質環境恢復治理工程技術規程》執行，以1∶500地形圖為手圖，查明了工程地質條件。共完成1∶500專項工程地質測繪面積約0.022 km2，完成1∶500專項工程地質剖面測量0.19 km（3條），完成1∶200專項工程地質剖面測量0.19 km（3條）。

4）專項環境地質、地質災害測量：嚴格按照DB11/T 1732-2020《礦山地質環境恢復治理工程技術規程》執行，采用1∶2000地形圖為手圖，對區域內的環境地質、地質災害、地質環境問題進行調查，并在手圖上勾勒，查明勘查區內的環境地質問題和地質災害條件。填寫地質點、不良地質現象，野外記錄簿1本，拍攝數碼照片137張，無人機航拍25張航片，調查面積0.44 km2。

5）槽探：探槽為本次勘查的主要巖土工程勘察手段，通過探槽揭示坡積層和廢渣層厚度、顆粒特征、結構特征、物質成分及物理力學性質和松散堆積層邊界條件等。探槽挖好后進行了編錄，繪制探槽四壁一底展布圖，并及時進行回填。達到了規范和設計要求。沿勘探線共開挖探槽3個，開挖總方量20.4 m3。

3 地質環境問題

礦區由于采礦活動產生的礦山地質環境問題主要有地形地貌景觀破壞、土地資源壓占與損毀。

3.1 地形地貌景觀破壞

地形地貌景觀破壞主要為開采邊坡3處，開采平臺1處，采坑1處，實測破壞面積6750 m2（圖2）。

圖2 地形地貌景觀破壞區域Fig.2 landform and landscape damage area

1）開采邊坡

礦區內共有3處開采邊坡，其中1處為巖質邊坡，2處為巖土混合邊坡，總計實測破壞面積3980 m2。

BP01為巖質邊坡，坡面為深灰色和淺灰色相間的石灰巖，坡寬135 m，邊坡整體北高南低，坡高2～16 m，坡度70～90°，坡向115°，坡面面積1832 m2。坡頂第四系坡積物厚0.3～0.5 m，坡積物主要為黏土與礫石粗砂組成。坡面凹凸不平，中等風化，局部強風化，節理裂隙發育，巖體較破碎。

BP02為巖土混合邊坡，坡寬125 m，坡高9 m，坡度為60°，坡向125°，坡面面積1278 m2。坡頂松散廢渣覆蓋，厚度1～2 m，廢渣下部第四系碎石土厚度約0.5 m，較密實，下部基巖出露高1～4 m，中風化，巖面破碎。坡面上有少量荊條、雜草。

BP03為巖土混合邊坡，坡寬91 m，坡體北高南低，坡 高1～11 m，坡 度50～65°，坡 向90°，坡 面 面 積870 m2。坡頂覆蓋人工堆積的廢石渣，厚約0.3 m，廢渣層下面為第四系黏土與碎石層厚0.5～1.5 m。坡頂植被主要為酸棗、荊條。坡面局部有石灰巖出露，出露高1～3 m，大部分被廢渣和碎石土覆蓋，厚度約為0.3 m。

依據GB50330-2013《建筑邊坡工程技術規范》，對BP02、BP03邊坡穩定性進行判定，評價結果表明，邊坡整體基本穩定，但在降雨、地震、人工開挖等不利因素下，局部可能會有廢石渣坍落。

2）開采平臺

區內存在1個較大開采平臺，編號PT01。PT01寬11～40 m，長127 m，高程185～188 m，實測破壞面積2250 m2，整個平臺廢石渣覆蓋，廢石渣厚0.5～2.0 m。平臺上長有荊條和雜草。

3）采坑

區內有1個采坑，編號CK01。CK01長80 m，寬4～10 m，深1.0～5.0 m，實測面積破壞520 m2，坑底高程177 m。CK01兩側可見基巖出露，出露高度1.0～3.0 m，采坑寬窄不一，坡面不平整，且有廢渣堆積。

3.2 土地資源壓占與損毀

區內由于粗放采石，形成了高陡裸巖邊坡、開采裸露平臺，同時大量廢渣隨意堆積在平臺、坡面及山坡各處上，容易發生水土流失，破壞原有的植被，而且壓占破壞了大量土地資源，造成了土地資源的極大浪費，破壞了當地生態環境。

經過調查，巖土混合邊坡、開采平臺、采坑壓占損毀土地實測總面積4918 m2。

4 治理依據

通過資料收集和現場勘查，治理區屬于淺山區，降雨量較小。本次治理工程主要有地形地貌整治工程、植被恢復工程。地形地貌整治工程主要參照DB11/T 1732-2020《礦山地質環境恢復治理技術規程》，植被恢復工程主要參照DB11/T 211-2017《園林綠化用植物材料木本苗》、DB11/T 213-2003《城市園林綠化養護管理標準》。

通過勘查，本次礦山生態修復主要治理內容為地形地貌景觀破壞、土地資源壓占與損毀等地質環境問題，其中高陡巖質邊坡治理為老爺廟治理區的治理技術難點。通過對區內礦山生態環境現狀及存在問題、恢復植被的各項特征參數以及當前巖質邊坡治理、渣坡治理的各種工藝方法進行了調研，為了達到廢棄礦山生態修復治理項目的總體治理目標，同時實現對礦山生態修復治理思路的多元化考慮和治理工程安全耐久、經濟高效、生態環境融合的目標，選擇坡頂坡腳種植攀緣植物垂直綠化，坡度較緩的基巖區域采用植生格室、種子拌合土和椰絲毯覆蓋等方法進行綜合恢復。該治理方案因地制宜，可以充分利用空地和空間，施工可不考慮坡面特征條件，施工可操作性強，相對其他工程措施便于實施。

5 治理措施

根據現場環境問題，選取的治理措施主要有削坡整形、采坑整治和擋墻和綠化等。各區域整治實測工作量統計見表1，礦區生態修復治理前后對比見圖3，礦區治理措施工程布置見圖4。

圖3 研究區生態修復治理前后對比圖（a鏡向220°，b鏡向190°）Fig.3 Comparison diagram of ecological restoration and governance in the study area before and after(a mirror direction 220°,b mirror direction 190°)

圖4 研究區治理措施工程布置圖Fig.4 engineering layout of treatment measures in the study area

表1 整治區工作量統計Tab.1 Workload statistics of regulation area

5.1 削坡整形

1）邊坡削坡

BP01節理裂隙發育、巖石較破碎，坡面上不同程度存有部分浮石、碎石和欠穩固塊石，平均厚度0.1～0.3 m不等。在進行植被恢復工程前，需人工進行坡面清危，清除坡面的浮石、碎石和欠穩固塊石。對坡面的廢渣堆進行清運，對坡腳處垮塌、滑塌堆積體進行清理，以消除其隱患。實測平整面積1832.0 m2，清理渣堆方量366.42 m3。

BP02坡面凹凸不平，坡頂上覆蓋有廢石、廢渣且局部坡度較大，在暴雨、地震、人工開挖等不利因素影響下易發生坡體的局部垮塌或滑塌，需要對坡面進行適當修整。對坡面凸起塊石及突出影響工程治理的部位采用機械方法進行清除，對坡頂廢渣進行削坡修整，放坡坡比為1∶1.3，減少可能發生塌落破壞的風險，降低邊坡的荷載，消除其隱患，對局部垮塌部位進行回填（圖5）。實測平整面積746.5 m2，清理渣堆方量452.3 m3。

圖5 削坡工程示意圖Fig.5 Schematic diagram of slope cutting project

BP03坡腳有垮塌、滑塌堆積體，需要對坡面進行適當修整。對坡面的廢渣堆進行清運，對坡腳處垮塌、滑塌堆積體進行清理，以消除其隱患。實測平整面積77.4 m2，清理渣堆方量38.7 m3。邊坡削坡前后對比見圖6。清理盈余的浮石、碎石及第四系松散堆積物不得外運，需場地內土石方平衡，可回填至礦區地勢低洼處。

圖6 邊坡削坡前后對比圖（a鏡向170°，b鏡向210°）Fig.6 Comparison of slope before and after cutting(a mirror direction 170°,b mirror direction 210°)

2）平臺整形

針對PT01場地不平整，在現有地貌的基礎上，根據原有平臺的高程，進行地形整平，盡可能形成集中連片、面積較大的可利用土地資源。平臺向內傾3‰的坡度，有利于蓄水，減少水土流失；平臺中部應略高于平臺兩側，有利于平臺匯水隨地勢向兩側排出。回填土時，需要對填土進行分層碾壓夯實，壓實度不宜小于90%。平臺原有喬灌木應當保留。實測平整面積2250.0 m2，清理渣堆方量2100.0 m3。平臺整形前后對比見圖7。

圖7 平臺整形前后對比圖（a鏡向280°，b鏡向280°）Fig.7 comparison diagram before and after platform plastic treatment(a mirror direction 280°,b mirror direction 280°)

5.2 采坑整治

由于CK01凹凸不平、寬窄不一，需對采坑進行適當修整，作為排水溝槽使用。地形整平寬度不小于4.8 m，整平后采坑起始高程182.1 m，終止高程177.8 m；對CK01外側坑壁進行削坡修整，放坡坡比為1∶1.3。回填土時，需要對填土進行分層碾壓夯實，壓實度不宜小于90%。整治盈余的土方量不得外運，需場地內土石方平衡，可回填至礦區地勢低洼處。實測整治面積為520.0 m2，挖方量為407.0 m3。采坑整治前后對比圖（圖8）。

圖8 采坑整治前后對比圖（a鏡向300°，b鏡向260°）Fig.8 Comparison before and after pit renovation(a mirror direction 300°,b mirror direction 260°)

5.3 擋墻工程

為了保護BP02南側坡底道路安全，鞏固坡體，防止坡面渣土滑落，對斜坡上松動土石清除后，沿斜坡坡腳邊緣砌筑一道漿砌石擋土墻進行防護，編號DQ01。CK01段用作坡腳種植槽，長度75.1 m。擋土墻總長157.6 m，高度3.5 m，地上墻高2.5 m，頂寬0.6 m，底寬1.35 m，基礎埋深1.0 m，背坡坡率1∶0.2，面坡坡率1∶0.1，基礎底板澆筑一層厚0.1 m的C20素混凝土墊層，基礎以沖洪積碎石土作為持力層。

擋土墻采用強度等級應不低于MU30的塊石，黏結材料采用DM10-MR砌筑砂漿。墻身設置2排直徑為0.11 m的CPVC塑料管泄水孔，下排水孔呈“品”字排列，排水孔行間距2 m，外斜度5%，排水管伸出墻外一定長度，一般3～5 cm。上排出水口端距基礎1.5 m，下排出水口端距基礎0.5 m，進水側設置濾水層，濾水層選用卵石、砂礫石等透水性材料。擋土墻每隔10 m處設置伸縮變形縫，縫寬2～3 cm，縫內沿墻內、外、頂三邊填塞瀝青麻筋或其他有彈性的防水材料，塞入深度不得小于0.2 m（圖9）。

圖9 DQ01漿砌石擋土墻結構圖Fig.9 DQ01 mortar masonry retaining wall structure diagram

修建工程措施時繞開灰窯遺址區域，對灰窯遺址區域周邊進行加固，保留現存的遺址原貌。

5.4 綠化

對整治后的巖質邊坡、緩坡平臺及邊坡坡腳進行綠化，恢復生態。主要選用耐寒耐旱的鄉土草種與小灌木，適宜生長并且能保證較好的成活率，坡頂種植爬藤植被為三葉地錦和五葉的錦；坡腳種植攀緣植被為扶芳藤；其他籽種選用耐寒耐旱的鄉土草種與小灌木，主要物種有紫花苜蓿、野牛草、結縷草、馬蓮、臭椿、刺槐、紫穗槐、荊條和二月蘭等，礦區各區域綠化工作量統計見表2。

表2 礦區綠化工作量統計Tab.2 Statistics of greening workload in each region of the study area

針對BP01巖質邊坡因地制宜，綜合考慮環保、造價、施工可行性和綠化效果等因素，采用坡頂種植爬藤垂直綠化、坡腳種植攀緣植物綠化、坡腳坡度較緩的基巖區域植生格室+種子拌合土+椰絲毯覆蓋進行綜合恢復（圖10），多種工藝相結合綜合治理，工藝間相互輔助，實現恢復綠化最大效果。

圖10 綠化工程示意圖Fig.10 Schematic diagram of afforestation project

BP02靠CK01側為巖土混合邊坡，在坡腳種植槽砌筑完成后，槽內種植攀緣植物、噴播植草（灌木）籽進行綠化，種植槽長75.1 m。

PT01和BP03坡腳空地經過地形地貌整治結束后，采用噴播植草（灌木）籽進行簡單綠化。

5.5 截排水工程

礦區上游溝谷流水經采坑CK01區域北側溝谷匯入下游現有蓄水池中，蓄水池滿足收集的雨水及上游溝谷匯水的要求。利用區內已有蓄水池作為水源地，采用水罐車輸水到蓄水池中，從蓄水池中采用人機結合的方式對治理區植被進行養護。

6 預期效益分析

1）環境效益

通過地形地貌整治工程和綠化措施，平整土地5425.9 m2，噴播植草3395.0 m2，種植藤本植物（地錦、扶芳藤）共5803株。使礦區裸露巖壁及整理的綠化場地植被得到恢復，最大程度減少礦區周邊揚塵污染、水土流失問題，恢復礦區生態環境，使之與周圍的自然生態環境相融合，構建基本一致的生態環境景觀。

2）社會效益

修復措施實施后，廢棄礦山生態景觀得以修復，將有效改善處于西北風下風向老爺廟村居民的人居環境、發揮首都生態涵養區功能，且能更好地造益于當地百姓。該礦山生態修復措施的實施可以為其他地區的廢棄礦山生態環境修復治理工作提供經驗。

3）經濟效益

一方面清理渣堆方量3364.42 m3，能夠就地取材，大大節省了施工開銷；另一方面，該項目地處北京北部生態涵養區，是密云生態涵養發展帶的重要組成部分，完成大石門村石灰巖礦礦山生態修復且保留了灰窯遺址，為以后的礦山生態公園建設預留了空間，不僅提升了東邵渠鎮附近景點的生態環境，還能夠帶動地方旅游業發展，有效提高治理區周邊土地資源的利用價值，間接產生可觀的經濟效益。

7 結語

對廢棄礦山進行生態修復能夠極大地縮短礦山恢復的周期，快速改善廢棄礦山生態環境，是踐行社會主義生態文明建設的必然要求。本研究通過對北京密云區東邵渠鎮大石門村老爺廟石灰巖礦山采用工程措施和綠化措施相結合的綜合治理方式進行生態修復，解決了其地形地貌景觀破壞、土地資源壓占與損毀等主要地質環境問題。工程措施主要體現在充分利用空地和空間的基礎上保證邊坡的穩定性和安全性，施工可操作性強；綠化工程主要采用植生格室+種子拌合土+椰絲毯覆蓋，植被選用三葉地錦和五葉地錦、扶芳藤、當地耐寒耐旱的鄉土草種與小灌木等，不僅施工快、經濟效益好，且有利于邊坡穩定性。綜合生態修復治理使得礦區的生態環境恢復到與周邊生態環境相協調的地步，達到廢棄礦山生態景觀恢復目的。不僅獲得了良好的環境、社會和經濟效益，同時為保障首都生態環境安全作出了重要貢獻。