北京市门头沟区门头口村煤矿矿山环境治理

张会昌，唐磊, 赵中锋

(1.北京市国土资源局门头沟分局，北京 102300；2.北京市地质工程设计研究院，北京 101500；3.北京市地质研究所，北京 100011)

北京市门头沟区门头口村煤矿矿山环境治理

张会昌1，唐磊2, 赵中锋3

(1.北京市国土资源局门头沟分局，北京 102300；2.北京市地质工程设计研究院，北京 101500；3.北京市地质研究所，北京 100011)

本文简述了门头沟区龙泉镇门头口村煤矿自然地理状况和区域地质环境条件，分析了矿区存在的主要矿山地质环境问题和次生地质灾害。根据现场实际条件，提出了治理工程设计。矿山环境治理工程与园林工程相结合，为矿山环境治理与人居环境改善相结合提供经验。

煤矿；矿山环境；治理

北京市门头沟区龙泉镇门头口村煤矿矿山地质环境治理项目 是财政部、国土资源部批准，由北京市国土资源局门头沟分局承担的矿山地质环境治理项目。其主要任务是对区内大面积堆弃的煤矸石挖填整理、削坡平整，消除潜在地质灾害隐患，恢复矿区生态环境。

1 自然地理与区域地质

1.1 矿山环境治理区位置和治理面积

龙泉镇门头口村煤矿位于京市门头沟区龙泉镇门头口村南侧的龙凤坡，面积0.2km2，治理区面积0.03km2。治理区周边交通状况良好，距门头沟城区中心约4km，距北京市区约20km，108、109国道分别在治理区南、北部经过。

1.2 气象与水文

治理区为温带大陆性半干旱气候，最高气温40.5℃(8月份)，最低气温为零下22.8℃(1月份)。年降水量550mm，年最大降雨量904.5mm(1964年)，年最小降雨量493.8mm(1980年)；雨季(6、7、8月)降水量占全年降水量的60～80%。年平均水面蒸发量1586.6mm。夏秋两季多东南风，冬季多西北风，最大风速16.5m/s，一般风速1.3～2.0m/s。

治理区内只有小冲沟，雨季有少量暂时性流水，水量很小。本区火山岩之岩体裂隙发育，渗透性好，区内降水多渗入岩体裂隙内，地表流水极少。

1.3地形地貌与区域地质

（1）地形地貌

矿区位于北京西山地区九龙山南侧沟谷中的中南部，属中低山丘陵地区。南部最高海拔291.0m，谷地比较开阔，沟谷形态多呈放射状分布。治理区属于低山丘陵剥蚀地貌，海拔高度100～250m。丘陵平缓，坡度一般在15～30 ，少数35 以上。

（2）地质构造及地层岩性

①地质构造

矿区属九龙山向斜，区内次一级构造发育，褶皱多并伴有倒转。西部有玄武岩基底隆起，东北部九龙山地层与下伏地层呈不整合接触（图1、图2）。

图1 治理区地质平面图

（a）断层：治理区受永定河大断裂影响次一级断层发育，有东于正断层、三家店正断层及河西正断层，断层走向NE20～30 ，倾向NW。

图2 治理区A-A、B-B地质剖面图

（b）褶皱：九龙山向斜之轴向NE～SW，两翼倾角北陡南缓，次一级褶皱达20个以上。

②地层岩性

治理区位于九龙山向斜南翼，出露地层主要有侏罗系及第四系，其中侏罗系南大岭组地层出露范围较大。

（a）侏罗系

南大岭组火成岩（Jn1）在治理区分布面积约为0.18km2。主要岩性为灰绿、灰紫色杏仁状变玄武岩，其中夹3～5层白色石英砂岩、粉砂岩。岩层顶部曾遭受长期风化剥蚀，形成隆起、凹陷，有厚达10～30m的古风化壳。

（b）第四系

第四系(Q)残坡积、洪积土层，主要分布于治理区山坡坡面、坡脚以及冲沟、低洼地带。岩性为褐黄色、杂色粉土，夹砂、碎石，一般厚度0.30～0.50m, 最厚达9～12m。

（c）人工废石弃渣。以碎石块为主，含粉土、粘性土和少量杂填土。碎石由砂岩、页岩组成，其含量>50%；碎石块直径2～5cm，大的可20cm以上，多呈棱角状。其堆积厚度一般0.5～4m，最大约10m，总堆积量约22万m3。区内长期产生的废石弃渣，随意堆放山坡坡脚或山腰处，结构松散，无任何支挡措施，稳定性差。

1.4 区域工程地质特征

南大岭组玄武岩坚硬致密、块状，质地坚硬，强度较高；其表层受长期风化，强度较低，局部形成粘土岩。石英砂岩、粉砂岩呈中厚层状。第四系风化剥蚀土层和崩塌碎石，结构松散、稳定性差，易滑动、流动。人工矸石弃渣随意堆放，结构松散，渗透性较大，又无任何支挡措施，稳定性差。

1.5 区域水文地质

由于玄武岩层原生裂隙密集均匀，连通良好，构成储水丰富、导水通畅的裂隙含水系统。地下水主要靠大气降水补给，地下水径流自山谷向沟道流动。受煤矿开采的影响，区内地下水埋藏较深，没有地下水出露。

2 矿山开采产生的主要环境问题

2.1 次生地质灾害

(1)不稳定边坡

区内因多年煤炭开采，人工堆积的煤矸石形成了危险斜坡，位于治理区北侧，简称 1号斜坡 (图3)。该坡体高9m、长77m，坡角60 ；原为煤矸石堆放地，坡角处修建的挡石墙，但因年久失修，现在已基本失去作用。紧临坡体北侧30m为门头口村的民居，人口密集，受危险斜坡的威胁较大。

图 3 治理区北侧不稳定斜坡（1号）

1号斜坡下伏较坚硬块状侏罗系下统南大岭玄武岩夹粉砂岩组。岩石坚硬，发育多组节理，块状结构，气孔较发育。经勘查分析，该矸石坡处于欠稳定状态，需进行削坡处理。

（2）潜在泥石流危险

治理区沟坡上堆积了22万m3煤矸石，平均厚度4m，均处于松散堆积状态（图4）。治理区沟谷平均坡度6。，植被覆盖率小于10%；北东向的簸箕状地形有利于雨季地表水汇集，在暴雨季节潜在泥石流灾害，对下游门头口村居民安全构成威胁，其中直接威胁32户，164人；间接威胁5户、31人。

图4 治理区内大量松散堆积的煤矸石

2.2 资源损毁

（1）占压土地资源

治理区煤矸石堆积量共约22万m3，占压土地面积约0.03km2（图5）。

图5 堆积的煤矸石占压土地面积

（2）损毁植被资源

矿区的生产活动常使其周边植被损害，生物量减少，生态系统受损，引发水土流失和沙化。

矸石的堆放不仅埋压植被，而且产生粉尘和有毒物质，导致植物生长缓慢、种类减少、病虫害增多等，严重危害矿区的生态环境。

矿压植被覆盖率减少使土壤抗蚀指数降低，加剧水土流失和土地沙化。水土流失导致下游河湖淤积。

（3）损害环境

矿区矸石山破坏自然景色。另外，矸石山风蚀扬尘，降低空气清洁度和光照度，使矿区环境浑浊不清，破坏了生态环境。

3 矿山环境治理工程类型

在治理区范围内进行了1:500专项地形测量、地质环境调查和工程地质勘察，确定了工程治理方案和设计。

（1）护坎工程

为了治理山坡上失稳的松散物质，减轻崩塌、滑坡和泥石流灾害，对坡度较陡的废石堆进行削坡及加固。

在治理区内拟建浆砌石护坎Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。结合实际工程地质条件，各护坎均采取梯形断面，其具体设计参数见表1，坎体结构图见图6。

表1 护坎设计参数表

各护坎基础埋置在弱风化基岩或坚硬土层内，护坎体采用浆砌块石，石料质地坚硬、新鲜，不得有剥落层或裂纹；粘结材料采用M10水泥砂浆，须砂浆饱满，粘结牢固；在距护坎坎顶部约1/4墙高处，设置Φ100mm的PVC泄水孔，外斜度10%，泄水孔后用卵石做直径不小于500mm的滤水堆；在护坎结构变化处设置沉降缝，沥青麻绳充填。

图6 护坎横断面图

（2）削坡卸载工程

对需治理的山坡松散、零乱堆积的煤矸石，在其前缘修建护坎、削坡。降低矸石堆的高度和坡度，提高稳定性，恢复生态环境（图7）。

本工程系根据原有地形，在4道护坎之间进行挖削、回填平整，使护坎Ⅱ、Ⅲ之间以及Ⅲ、Ⅳ之间，分别形成一坡度较小的稳定斜坡面（记为1号坡面和2号坡面），每级坡面的前缘有护坡工程（分别记为1号护坡工程和2号护坡工程）。

为防止水土流失，应在护坎与斜坡（马道）相交处修建排水沟。

（3）护坡工程

为保证护坡工程坡面的稳定性并增加其美观性，常采用空心六棱花砖护坡。

护坡工程坡高9m，分两级放坡，每级高4.5m，放坡坡比为1：1.4，中间留设3m宽的马道。坡顶和坡底均留设截、排水沟。

（4）排水工程

由于治理区区域降雨量相对较大，为了使雨季坡面径流排泄顺畅，减轻泥石流危害，保护护坎和矸石治理区的安全，在治理区东部由南向北依据原有地形修建浆砌石排水沟。

依据《水土保持综合治理技术规范-小型蓄排引水工程》（GB/T164534-1996），结合矿区沟谷实际情况，设计浆砌石排水沟。

①排水沟断面

图7 坡面整形工程剖面图

排水沟采用梯形断面：排水沟底宽100cm，深100cm，内侧坡面坡比为1：0.3，纵坡随沟谷地形而变化。根据区内的汇水面积，按50年一遇洪水标准进行验算。

②排水沟开挖和护坡

为保障排水沟稳定，所有排水沟均座落于挖方之上。开挖深度，视不同沟段的断面结构和微地貌设计。

排水沟上边坡开挖临时边坡比一般为1：0.3，可根据具体的微地貌进行适当的调整。排水沟衬砌两侧应进行必要的回填和夯实，保证边坡稳定（图8）。

③排水沟衬砌

排水沟的底板和侧墙皆用M10水泥砂浆砌块石铺砌加固，厚0.3m。砌石的基底应敷设粘土垫层并夯实。砌石的纵横、缝应互相错开，每层横缝厚度保持均匀，排水沟内侧采用M10水泥沙浆抹面。

图8 排水沟典型剖面图（单位：m）

4 矿山园林工程

在实施治理工程的基础上，进行园林工程的设计。园林工程的设计方案，本着简单、实用、美观的原则制定。设计方案包括庭院工程和绿化工程两大类的7个单项工程，即六角亭工程、园路及健身广场工程、园凳、垃圾桶工程。

(1)庭院工程

①六角亭工程

设计建造六角亭一个，位于1号平台的东侧，主要为休憩之用。亭高4.26m，宽3.5m，主要材质为原木。

②园路及健身广场工程

园路有四种样式，即花岗岩步道、水洗石步道、汀步1及汀步2。花岗岩步道宽1.5m，长110m，中间为1.2m宽的200mm 200mm 20mm的米黄色火烧板饰面，两侧走边为0.15m宽的150mm 150mm 20mm的米黄色火烧板；水洗石步道宽1.2m，长360m，中间为1m宽的水洗石饰面，两侧走边为0.10m宽的米色毛面花岗石；汀步1及汀步2采用50mm厚青石板为饰面，间距分别是2cm及3cm，其间种植草坪。

健身广场为正方形：10m 10m，采用20cm方形花岗岩铺地，周边为0.5m的毛面晶黑火烧板，四角留有0.9m 0.9m的种树池。

园路及健身广场工程的基础工程均为素土夯石、150mm厚碎石垫层夯实、50mm厚混凝土基层、30mm厚水泥砂浆粘和层。

③园凳、垃圾桶工程

设计建造园凳7个、垃圾桶8个。

(2)绿化工程

绿化工程设计方案，包括坡面绿化工程和园林苗木绿化两大类的5个单项工程，即坡面攀援植物种植与养护、大树移植与养护、苗木种植与养护、草皮铺种与养护及花卉种植与养护。

苗木和花草按性状分以下几种：

乔木类：包括油松、黄栌等，此类树木主要分布在治理区的南侧和东侧，在步道两侧及1、2号平台上亦进行了零星布置，共计703株。

灌木类、草坪类：在1、2号平台上主要以冬青、冷季型草坪为主。冬青共计3039株，冷季型草坪3290m2，金盏菊，长寿菊等2100株。

5 结论

本项目作为矿山环境治理工程与休闲健身等园林工程相结合的一个试点，将为北京市矿山环境治理工作方式、拓宽思路，为矿山环境治理与人文居住环境改善相结合方向发展提供宝贵的经验。项目实施后，可以使门头沟区龙泉镇门头口村生产生活减轻潜在泥石流、崩滑塌等矿山地质灾害的威胁，并恢复土地使用面积0.03km2。实施后建立起的休闲健身场所，将使附近居民享受国家矿山环境恢复所带来的巨大效益。

[1] 北京市门头沟区龙泉镇门头口村煤矿矿山地质环境治理项目设计方案，北京市国土资源局门头沟分局，2009.

[2] 北京市门头沟区龙泉镇门头口村煤矿矿山地质环境治理项目勘查报告,北京市地质研究所，2009.[3]《开发建设项目水土保持方案技术规程》92204-98.

[4]《水土保持综合治理技术规范》GB/T16-453-1996等规程规范.

[5]《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T 0219-2006）.

[6]《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2002）.

[7]《砌体结构设计规范》（GB 50003-2001）.

[8]《地质矿产勘查规范与地质环境调查、灾害监测评估使用手册》（2003）.

[9]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）.

[10]《水利水电工程等级划分及洪水标准》 SL 252-2000；

[11]《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）.

[12]《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91).

[13]《砌体工程施工及验收规范》(GB50203-98).

[14]《建筑装饰工程施工及验收规范》(JGJ7 3-91).

[15]《屋面工程技术规范》(GBJ50207-94).

[16]《建筑机械使用安全技术规程》(JGJ 33-86).

[17]《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-99).

[18]《城市绿化工程施工及验收规范》(CJJ／T 82 99).

Study on the Environmental management of Mentoukou Village Coal Mine in the Mentoukou District of Beijing

ZHANG Huichang1TANG Lei2ZHAO Zhongfeng3

(1.Mentougou Branch of Beijing Municipal Bureau of Land and Resources, Beijing 102300;2 Beijing Institute of Geological Engineering Design & Research, Beijing 101500; 3.Beijing Institute of Geology, Beijing 100011)

This paper briefly introduces the natural geography and regional geological conditions of the Mentoukou Village Coal Mine, Longquan Town, Mentougou District, Beijing, and analyzes the problems of the mining geological environment and secondary geological disasters. According to the actual site conditions, we put forward the engineering design of treatment and management. Through combining Mining Environmental Engineering and Landscape Architecture Engineering design, it provides valuable experience for both the management of mining environments and amelioration of living environments.

Coal mine; Mining environment; Management

X5

A

1007-1903（2011）03-0054-06

张会昌(1982-)，男，硕士，毕业于中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，主要从事地质灾害防治、地质环境治理项目管理工作。