北京露天废弃矿山地质环境治理模式探讨

李 岩，赵中锋



北京露天废弃矿山地质环境治理模式探讨

李 岩1，赵中锋2

（1.北京市地质研究所，北京 100102；2.北京中色资源环境工程有限公司，北京 100012）

北京地区许多废弃的无主老矿山未实施矿山环境治理和土地资源恢复工程，矿区内地质环境和生态条件恶劣。本文对废弃矿山及其治理工程特点进行了分析，运用灰色关联度分析法，阐述了矿山废弃地土地资源破坏效应的四个因素——地表景观效应、土体污染效应、次生灾害效应、生态环境之间的联系。以房山区石窝大理石矿山废弃地治理工程为例，提出了矿山废弃地治理以矿山环境、灾害治理为主，以园林景观绿化为辅相结合的二维治理模式，在地形整治、挡土墙、绿化等措施的基础上进行园林景观的设计，结合周边居民生活需求，利用矿区内的正负地形渣堆和采石坑，进行景观的再生和组合，将采石坑设计成下沉式休闲公园和健身广场，希望通过园林景观绿化工程的实施，改善矿区及周边地表景观和生态环境。

废弃矿山；生态环境；土地资源破坏效应；园林景观绿化

0　引言

北京地区蕴藏有丰富的地质矿产资源，开发利用历史悠久，矿业开发为首都经济发展做出了重要贡献，同时也给北京市的生态环境带来了较大的负面影响。在矿产资源开发过程中，因挖损、压占等采矿活动对矿山地质环境造成了不同程度的破坏。露天采矿，由于闭坑后无人管理，裸露的基岩坡面和采矿废弃物随意堆砌形成的高陡边坡容易诱发崩塌、滑坡和泥石流等次生地质灾害，露天采矿后采面裸露、易风化，严重影响了地形地貌景观。然而，中国矿山地质环境保护工作起步较晚，在采矿—闭坑的总体规划和设计理念上落后于发达国家，许多已废弃关闭的矿山未实施地质环境治理和土地恢复工程，矿区内的环境恶劣（徐友宁，2008；张进德等，2007）。

自2004年以来，为响应北京市“两轴两带多中心”的发展格局，保护首都生态环境，北京实施政策性停产，陆续关闭矿山807家，并逐步对闭坑矿山开展矿山地质环境治理，主要针对矿山开发引起的地质灾害及隐患进行防治。2010年，国家提出发展 “绿色矿山”要求，将土地复垦和景观绿化理念引入环境保护治理工作中。针对北京市矿山关闭遗留下的地质环境问题，北京市国土资源局多方筹措资金对矿山地质环境进行治理，截止2013年总治理面积50413亩，恢复可利用土地面积9276亩，使北京地区的矿山生态环境得到了明显的好转。本文在总结露天废弃矿山治理工程特点的基础上，分析了采矿造成的土地资源破坏效应影响因素以及相互之间的联系，提出以矿山环境、灾害治理为主，以园林景观绿化为辅相结合的二维治理模式，并选取了房山区石窝大理石矿山废弃地治理进行模式说明。

1　露天废弃矿山治理工程特点

矿山废弃地（waste land of mining）从土地利用的角度来说，在采矿活动中破坏和占用、不经整治而无法使用的土地。矿山废弃地的形成，既有自然的因素，如地貌、矿产类型、矿山规模，也有人为的因素，人为破坏是主要因素。因此，矿山废弃地的形成是自然因素和人为因素综合作用的结果，对矿山废弃地的认识与治理也应当从这两个方面综合考虑。

（1）露天废弃矿山存在的矿山地质环境问题种类多、危害（影响） 情况复杂（武强，2003），治理工程设计涉及到多个学科。矿山地质环境问题可分为地质灾害、资源损毁和环境污染三大类，治理工程是在消除地质灾害及隐患的前提下，恢复土地资源，保护生态环境。涉及环境地质、生态地质、工程地质、岩土工程、环境工程和景观工程等多个学科的内容。

（2）露天废弃矿山治理工程的治理目标除了消除地质灾害及隐患，还要在很大程度上注重经济效益、社会效益和环境效益，恢复可利用土地面积，宜林或宜草，作为林业用地或农业用地。

（3）一般来说，此类矿山地质环境治理项目由国家财政或市财政批复资金进行治理，治理工程范围、工程措施、工程量需要考虑批复资金的额度，同时要根据治理区存在的矿山地质环境问题，结合地方土地利用规划，因地制宜进行治理。

2　土地资源破坏效应及关联度分析

矿山开采对环境的影响是多方面的，最直观的是对土地资源的占用和破坏，与此同时引发一系列的土地资源破坏效应。根据露天废弃矿山地质环境特点，土地资源破坏效应分为地表景观效应、土体污染效应、次生灾害效应和生态环境效应。

利用灰色关联度分析法，对土地资源破坏效应的四个影响因素进行分析。

（1）关联度数学模型（MA Yalong et al.，2002；耿红等，2000；邓聚龙，2005；Chen Yaokai et al.，1995；肖新平，1997）

（（x0（1）， x0（2），…， x0（n）

（x1（1）， x1 （2），…， x1（n）

……………………………………

（xi（1）， xi （2），…， xi（n）

灰色关联四个公理：

②整体性：体现环境对关联度比较的影响

(2)土地资源破坏效应各组成因子之间的关联度

在分析土地资源破坏效应各组成因子之间的关联度时，用同一矿山在土地资源破坏评价中由8 位专家确定各因子在土地资源破坏效应中所占的比例来分析，数据见表1。

表1　土地资源破坏效应因子比例表Tab.1 Scale about effect factors of land resource destruction

原始钜阵为：

进行初值变换：

绝对差值钜阵：

3　露天矿山废弃地治理模式

露天开采将覆盖在矿床上的表土和岩层完全剥离，破坏了大量的土地，表现为露天采场直接挖损，废石堆及排土场压占周围土地。露天开采破坏土地面积为露天采场本身面积的2～11 倍，这其中排土场的面积要占到40％～60％（张伟，20113。露天矿山废弃地治理的关键是排土场对土地的占用和破坏，因此，深入探讨排土场的治理模式，包括地质灾害的防治措施、绿化措施、景观再生整合研究，以及治理后的土地再利用途径，形成露天矿山废弃地恢复治理的完整模式。

3.1治理原则

（1）以人为本，安全第一的原则：矿产资源露天开采带来了一系列的地质灾害或潜在地质灾害，主要有崩塌、滑坡、泥石流等（梁德辉，1992）。由于经济原因，露天开采边坡的设计较陡，往往只能保证在开采期间的安全，而对于闭坑后的发展没有规划，并且随着露天开采向深部发展，开采深度不断增加，边坡的出露范围和出露高度也不断扩大，严重破坏了地应力的自身平衡，导致边坡变形、滑移，边坡的稳定性逐步恶化，很容易引发地质灾害。露天矿排土场集中堆放着矿山开采排弃的废弃物，是一种人工堆积的巨型松散体，排土场坡体整体性差、抗扰动能力低的特点，极易产生局部失稳，引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，存在着严重的安全隐患。排土场滑坡是排土场引发的地质灾害中较为普遍，发生频率较高的一种，由于排土场一般常选在山坡、山谷等荒地，在外因的作用下极易诱发排土场滑坡，在条件具备时甚至还会引发泥石流等地质灾害（梁德辉，1992）。因此矿山环境治理首先要保证消除地质灾害及隐患对人居的安全影响。

（2）综合全面系统的原则：矿山环境治理是一项系统的治理工程，治理时应综合考虑治理区内各类矿山地质环境问题以及相关性，工程部署有整体性。

（3）因地制宜的原则：在选择合适的工程措施时，充分考虑治理区的区位条件、土地利用状况及规划。

（4）经济实用原则：受到治理费用的约束，进行治理设计时在不影响治理效益的前提下，选择经济的、合理的措施手段。

（5）环境和谐和经济协调相结合：治理工程应与周边环境和谐，并且发挥矿区土地的经济效益。

3.2治理模式

矿山环境治理不仅要消除地质灾害，同时要恢复治理区的可利用土地资源，使得治理区与周边地形地貌景观相协调，使社会效益、环境效益得到明显的体现，本文提出对露天废弃矿山选取地质灾害治理和园林景观绿化相结合的治理模式。该模式不同于偏重地质灾害治理的矿山环境治理模式，也不同于偏重于生态恢复的绿化治理模式，而是把矿山和外部环境看作一个整体，在地质灾害治理和绿化治理中加入景观元素，把园林景观绿化治理模式作为单独的一个治理体系，使得治理后的矿区看起来不是突兀的个体而是跟周围环境更加和谐的整体，该模式体现了一种动态的、协调的、整体的发展观。

4　露天矿山废弃地治理案例

4.1自然地理位置

治理区位于房山区大石窝镇，距房山区中心36km，地理坐标为东经115°47′33.3″～115°48′00″， 北 纬39°33′14.8″～39°33′40.4″，治理区面积约0.78km2。

4.2矿山地质环境问题

由于长期的矿山开采活动，治理区内存在9处基岩裸露坡面，最大的一处开采陡面长约240m，高5～12m，坡面基本垂直（图1）； 其余8处采面面积均在100～500m2。采矿废渣随意堆砌，形成大小23处渣堆，废石块径最大可达100cm，块径在20～30cm之间的约占总量的40%，废渣总体积80 万m3，占地面积800000m2（图2）。随着露天开采向深部发展，开采深度不断增加，治理区内形成多处采坑，采坑呈东西向展布，最深达31m，其余8～12m，采坑四壁高陡，积水成塘，夏季散发异味（图3）。

图1　基岩裸露采面Fig.1 Bare rock mining face

治理区存在的矿山地质环境问题主要是对生态环境（土地资源压占破坏、水资源、大气环境）的影响以及潜在的次生地质灾害。造成这些问题的根源在于治理区内大量的废弃渣石的存在。

图2　采矿形成的废弃渣堆Fig.2 Waste pile of mining

图3　采坑Fig.3 Mining

4.3治理工程设计

针对治理区内受到采剥破坏的山体及散乱堆积的废石堆，依据因地制宜的原则，采用机械挖除等方法进行削坡、回填整理形成可利用台地；采石坑的治理主要是利用治理区内堆积的废石、剥离表土为主要填充物，分层碾压、回填，并结合周边地形地貌进行整理，形成台地和坡地，以备绿化和利用，同时在形成的台地和坡地边缘修建干砌石挡土墙，提高坡体稳定性。在采石坑完成回填平整等基础的工程措施后进行整体的园林景观绿化设计。

（1）地形地貌整治工程

针对开矿形成的基岩裸露坡面，利用原地形围绕坡面清理平整废弃渣土，就近原则按照设计标高削高填低将采面附近的废渣进行回填平整形成多级缓斜坡平台，在平台边缘设置干砌石挡土墙。多余的渣土分别回填至采石坑中，有积水的采石坑将积水抽干，坑体周边设置护栏与警示牌。

（2）挡土墙工程

在整理后的缓坡平台和阶地下部修建干砌石挡土墙，以减缓地形坡降，形成缓坡及阶梯台地，加强坡体稳定性，有效防止水土流失，提高土地的利用效率。

（3）绿化工程

地形地貌整治工程和挡土墙工程完成后，在平台边缘种植适宜当地生长的经济林（枣树和柿子树），平台撒播草籽，选择生长快速成坪快、根系发达且入土深、扩张性强、耐贫瘠、生长强健抗逆性强的草种。

图4　治理区采石坑景观设计图Fig.4 Landscape design of management area mining pit

（4） 园林景观工程

为了提高社会效益与环境效益，充分考虑矿山环境与周边村庄居住环境的和谐统一，为附近居民提供休闲活动的场所，达到改善周边生态环境并在一定程度上保存矿山开采遗迹的目的，对治理区内的负空间（采石坑）清理平整完成后实施园林景观绿化工程，达到资源可持续利用，扩大社会效益和影响力。

依据整理后的几个采石坑的地形地势，修建下沉式休闲公园和绿地，包括休闲活动场、娱乐广场、下沉式健身广场、停车场、门球场、花架、欧式园亭、景观膜亭、花台座椅、休憩平台、连廊等（图4）。

5　结语

本文以石窝大理石矿为例，指出露天矿废弃地存在的矿山地质环境问题，对治理区内存在的景观特征进行了深入分析，提出了消除地质灾害和园林景观绿化设计的双重治理模式。在景观设计中，把露天矿山废弃地作为一个系统的整体进行考虑。本次的矿山地质环境治理不仅恢复了矿区的生态环境，同时园林景观绿化工程考虑周边的人居环境、地形地势条件，为当地开辟出新的休闲娱乐健身场所。矿山环境治理就是将采矿废弃地通过工程措施和绿化、景观设计变为可利用的资源，将破坏的环境进行治理，重新焕发价值，使矿区附近的人居环境得到良好的改善。

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Discussion on the Geological Environment Management Mode of the Abandoned Open-pit Mine in Beijing

LI Yan1， ZHAO Zhongfeng2
（1. Beijing Institute of Geology， Beijing 100102； 2. Beijing Zhongse Environmental Engineering Co. Ltd.， Beijing 100012）

For many abandoned unowned old mine in Beijing， the environment management and land resources restoration project have not been implemented yet， and geological environment and the ecological conditions are bad in the mine. In this paper， the abandoned mine and engineering characteristics of treatment are analyzed，and using grey correlation analysis method this paper expounds the destruction of land resources of abandoned lands of mines effect of four factors - the landscape effect， effect of soil pollution and secondary disaster effect，the relationship between the ecological environment. In fangshan district marble stone nest engineerings of abandoned lands of mines， for example， puts forward the management on mine environment， disaster management of abandoned lands of mines is given priority to， with the combination of landscape greening as the auxiliary two-dimensional governance model， the terrain regulation， retaining wall， such as green measures on the basis of landscape design， combined with the surrounding residents living demand， using the plus or minus within the mining area terrain slag heap and quarries， landscape regeneration and combination， quarry pit into subsided and fitness leisure park plaza， hope that through the implementation of the landscape greening projects to improve the mining area and around the landscape and ecological environment.

Abandoned mines； Ecological environment； Land resources damage effect； Landscape greening

TD167

A

1007-1903（2016）02-0020-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.005

北京市房山区大石窝大理石矿矿山地质环境治理

李岩（1979- ），女、硕士，工程师，主要从事矿山环境治理、地质灾害治理等相关工作。E-mail：812092055@qq.com