北京密云某废弃石灰岩矿山生态修复措施

刘训良，侯秋丽

（北京市矿产地质研究所，北京 101500）

北京市矿产资源丰富，种类齐全，矿产资源的开发能够带来巨大的物质财富，但在开发利用过程中会造成一系列的生态环境破坏，制约着经济和社会的可持续发展（贾晓青等，2013；张进德等，2020；胡振琪等，2012；韩宝富等，2021）。在开发矿产资源的过程中，长期高强度的开采活动对环境造成了不同程度的破坏，如：露天开采遗留的裸露岩壁、矿坑、废渣堆和尾矿库等问题（李玉倩等，2021）；井工开采出现的地面塌陷、地裂缝、地下采矿诱发地震和破坏地下含水层等问题（王利群，2015；武强，2003）。

矿山生态修复是指将采矿破坏的生态环境利用生态修复、人工修复相结合的方法，因地制宜地使矿山生态环境恢复到与周边环境相协调的行动和过程（董莹等，2021；李晓艳等，2021；Bradshaw，1997）。北京市密云区东邵渠镇大石门村老爷庙废弃矿山属于石灰岩矿山，1979年开始开采，2000年关闭，开采方式为露天开采，开采规模为8000 t·a-1。该矿区经过长期粗放露天开采，毁坏了原生的植被，破坏了山体结构，造成一系列的矿山地质环境问题，改变原有地形地貌景观，使之与周边环境极不协调，影响景观和视觉，该类矿山环境问题亟待解决。因此，本文在查明矿区主要地质环境问题的基础上，采取相应措施进行矿山生态环境修复治理，不仅对矿山环境修复治理具有重要实际意义，而且能为类似矿山的生态修复提供借鉴和指导。

1 矿区概况

密云区东邵渠镇大石门村石灰岩矿区位于密云区东邵渠镇大石门村老爷庙北520 m（图1），东西长90 m，南北长290 m，面积约2.2 hm2。该区降雨主要集中在夏季，降雨量504.5 mm，占全年降雨量的76%，且在地形影响下，多局部暴雨，山地易受洪水冲淤（贾芳等，2016）。无地表径流经过。矿区位于低山丘陵区，受构造剥蚀，地形起伏较大，最高山峰高程达640 m，相对高差一般为200～300 m。沟谷形态大都为较开阔的U型谷，个别沟谷发育有宽20～30 m、深10～30 m的较宽沟谷。区内出露新生界第四系上更新统（QP3）和中元古界长城系高于庄组（Chg）。

图1 研究区具体位置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资料收集，地形测量，工程地质测绘，专项环境地质、地质灾害测量和槽探。

1）资料收集：主要收集矿区及周边的区域地质资料及气象、水文等基础资料，为本次勘查提供基本依据。

2）地形测量：采用RTK动态直接测量法。执行GB50026-2007《工程测量规范》，内容包括GPS控制测量、地形图测量、地质剖面测量。地形图测量精度为1∶500，采用2000国家大地坐标系，高程为1985国家高程基准。

3）工程地质测绘：本次专项工程地质测绘工作严格按照DB11/T 1732-2020《矿山地质环境恢复治理工程技术规程》执行，以1∶500地形图为手图，查明了工程地质条件。共完成1∶500专项工程地质测绘面积约0.022 km2，完成1∶500专项工程地质剖面测量0.19 km（3条），完成1∶200专项工程地质剖面测量0.19 km（3条）。

4）专项环境地质、地质灾害测量：严格按照DB11/T 1732-2020《矿山地质环境恢复治理工程技术规程》执行，采用1∶2000地形图为手图，对区域内的环境地质、地质灾害、地质环境问题进行调查，并在手图上勾勒，查明勘查区内的环境地质问题和地质灾害条件。填写地质点、不良地质现象，野外记录簿1本，拍摄数码照片137张，无人机航拍25张航片，调查面积0.44 km2。

5）槽探：探槽为本次勘查的主要岩土工程勘察手段，通过探槽揭示坡积层和废渣层厚度、颗粒特征、结构特征、物质成分及物理力学性质和松散堆积层边界条件等。探槽挖好后进行了编录，绘制探槽四壁一底展布图，并及时进行回填。达到了规范和设计要求。沿勘探线共开挖探槽3个，开挖总方量20.4 m3。

3 地质环境问题

矿区由于采矿活动产生的矿山地质环境问题主要有地形地貌景观破坏、土地资源压占与损毁。

3.1 地形地貌景观破坏

地形地貌景观破坏主要为开采边坡3处，开采平台1处，采坑1处，实测破坏面积6750 m2（图2）。

图2 地形地貌景观破坏区域Fig.2 landform and landscape damage area

1）开采边坡

矿区内共有3处开采边坡，其中1处为岩质边坡，2处为岩土混合边坡，总计实测破坏面积3980 m2。

BP01为岩质边坡，坡面为深灰色和浅灰色相间的石灰岩，坡宽135 m，边坡整体北高南低，坡高2～16 m，坡度70～90°，坡向115°，坡面面积1832 m2。坡顶第四系坡积物厚0.3～0.5 m，坡积物主要为黏土与砾石粗砂组成。坡面凹凸不平，中等风化，局部强风化，节理裂隙发育，岩体较破碎。

BP02为岩土混合边坡，坡宽125 m，坡高9 m，坡度为60°，坡向125°，坡面面积1278 m2。坡顶松散废渣覆盖，厚度1～2 m，废渣下部第四系碎石土厚度约0.5 m，较密实，下部基岩出露高1～4 m，中风化，岩面破碎。坡面上有少量荆条、杂草。

BP03为岩土混合边坡，坡宽91 m，坡体北高南低，坡 高1～11 m，坡 度50～65°，坡 向90°，坡 面 面 积870 m2。坡顶覆盖人工堆积的废石渣，厚约0.3 m，废渣层下面为第四系黏土与碎石层厚0.5～1.5 m。坡顶植被主要为酸枣、荆条。坡面局部有石灰岩出露，出露高1～3 m，大部分被废渣和碎石土覆盖，厚度约为0.3 m。

依据GB50330-2013《建筑边坡工程技术规范》，对BP02、BP03边坡稳定性进行判定，评价结果表明，边坡整体基本稳定，但在降雨、地震、人工开挖等不利因素下，局部可能会有废石渣坍落。

2）开采平台

区内存在1个较大开采平台，编号PT01。PT01宽11～40 m，长127 m，高程185～188 m，实测破坏面积2250 m2，整个平台废石渣覆盖，废石渣厚0.5～2.0 m。平台上长有荆条和杂草。

3）采坑

区内有1个采坑，编号CK01。CK01长80 m，宽4～10 m，深1.0～5.0 m，实测面积破坏520 m2，坑底高程177 m。CK01两侧可见基岩出露，出露高度1.0～3.0 m，采坑宽窄不一，坡面不平整，且有废渣堆积。

3.2 土地资源压占与损毁

区内由于粗放采石，形成了高陡裸岩边坡、开采裸露平台，同时大量废渣随意堆积在平台、坡面及山坡各处上，容易发生水土流失，破坏原有的植被，而且压占破坏了大量土地资源，造成了土地资源的极大浪费，破坏了当地生态环境。

经过调查，岩土混合边坡、开采平台、采坑压占损毁土地实测总面积4918 m²。

4 治理依据

通过资料收集和现场勘查，治理区属于浅山区，降雨量较小。本次治理工程主要有地形地貌整治工程、植被恢复工程。地形地貌整治工程主要参照DB11/T 1732-2020《矿山地质环境恢复治理技术规程》，植被恢复工程主要参照DB11/T 211-2017《园林绿化用植物材料木本苗》、DB11/T 213-2003《城市园林绿化养护管理标准》。

通过勘查，本次矿山生态修复主要治理内容为地形地貌景观破坏、土地资源压占与损毁等地质环境问题，其中高陡岩质边坡治理为老爷庙治理区的治理技术难点。通过对区内矿山生态环境现状及存在问题、恢复植被的各项特征参数以及当前岩质边坡治理、渣坡治理的各种工艺方法进行了调研，为了达到废弃矿山生态修复治理项目的总体治理目标，同时实现对矿山生态修复治理思路的多元化考虑和治理工程安全耐久、经济高效、生态环境融合的目标，选择坡顶坡脚种植攀缘植物垂直绿化，坡度较缓的基岩区域采用植生格室、种子拌合土和椰丝毯覆盖等方法进行综合恢复。该治理方案因地制宜，可以充分利用空地和空间，施工可不考虑坡面特征条件，施工可操作性强，相对其他工程措施便于实施。

5 治理措施

根据现场环境问题，选取的治理措施主要有削坡整形、采坑整治和挡墙和绿化等。各区域整治实测工作量统计见表1，矿区生态修复治理前后对比见图3，矿区治理措施工程布置见图4。

图3 研究区生态修复治理前后对比图（a镜向220°，b镜向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°)

图4 研究区治理措施工程布置图Fig.4 engineering layout of treatment measures in the study area

表1 整治区工作量统计Tab.1 Workload statistics of regulation area

5.1 削坡整形

1）边坡削坡

BP01节理裂隙发育、岩石较破碎，坡面上不同程度存有部分浮石、碎石和欠稳固块石，平均厚度0.1～0.3 m不等。在进行植被恢复工程前，需人工进行坡面清危，清除坡面的浮石、碎石和欠稳固块石。对坡面的废渣堆进行清运，对坡脚处垮塌、滑塌堆积体进行清理，以消除其隐患。实测平整面积1832.0 m2，清理渣堆方量366.42 m3。

BP02坡面凹凸不平，坡顶上覆盖有废石、废渣且局部坡度较大，在暴雨、地震、人工开挖等不利因素影响下易发生坡体的局部垮塌或滑塌，需要对坡面进行适当修整。对坡面凸起块石及突出影响工程治理的部位采用机械方法进行清除，对坡顶废渣进行削坡修整，放坡坡比为1∶1.3，减少可能发生塌落破坏的风险，降低边坡的荷载，消除其隐患，对局部垮塌部位进行回填（图5）。实测平整面积746.5 m2，清理渣堆方量452.3 m3。

图5 削坡工程示意图Fig.5 Schematic diagram of slope cutting project

BP03坡脚有垮塌、滑塌堆积体，需要对坡面进行适当修整。对坡面的废渣堆进行清运，对坡脚处垮塌、滑塌堆积体进行清理，以消除其隐患。实测平整面积77.4 m2，清理渣堆方量38.7 m3。边坡削坡前后对比见图6。清理盈余的浮石、碎石及第四系松散堆积物不得外运，需场地内土石方平衡，可回填至矿区地势低洼处。

图6 边坡削坡前后对比图（a镜向170°，b镜向210°）Fig.6 Comparison of slope before and after cutting(a mirror direction 170°,b mirror direction 210°)

2）平台整形

针对PT01场地不平整，在现有地貌的基础上，根据原有平台的高程，进行地形整平，尽可能形成集中连片、面积较大的可利用土地资源。平台向内倾3‰的坡度，有利于蓄水，减少水土流失；平台中部应略高于平台两侧，有利于平台汇水随地势向两侧排出。回填土时，需要对填土进行分层碾压夯实，压实度不宜小于90%。平台原有乔灌木应当保留。实测平整面积2250.0 m2，清理渣堆方量2100.0 m3。平台整形前后对比见图7。

图7 平台整形前后对比图（a镜向280°，b镜向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、宽窄不一，需对采坑进行适当修整，作为排水沟槽使用。地形整平宽度不小于4.8 m，整平后采坑起始高程182.1 m，终止高程177.8 m；对CK01外侧坑壁进行削坡修整，放坡坡比为1∶1.3。回填土时，需要对填土进行分层碾压夯实，压实度不宜小于90%。整治盈余的土方量不得外运，需场地内土石方平衡，可回填至矿区地势低洼处。实测整治面积为520.0 m2，挖方量为407.0 m3。采坑整治前后对比图（图8）。

图8 采坑整治前后对比图（a镜向300°，b镜向260°）Fig.8 Comparison before and after pit renovation(a mirror direction 300°,b mirror direction 260°)

5.3 挡墙工程

为了保护BP02南侧坡底道路安全，巩固坡体，防止坡面渣土滑落，对斜坡上松动土石清除后，沿斜坡坡脚边缘砌筑一道浆砌石挡土墙进行防护，编号DQ01。CK01段用作坡脚种植槽，长度75.1 m。挡土墙总长157.6 m，高度3.5 m，地上墙高2.5 m，顶宽0.6 m，底宽1.35 m，基础埋深1.0 m，背坡坡率1∶0.2，面坡坡率1∶0.1，基础底板浇筑一层厚0.1 m的C20素混凝土垫层，基础以冲洪积碎石土作为持力层。

挡土墙采用强度等级应不低于MU30的块石，黏结材料采用DM10-MR砌筑砂浆。墙身设置2排直径为0.11 m的CPVC塑料管泄水孔，下排水孔呈“品”字排列，排水孔行间距2 m，外斜度5%，排水管伸出墙外一定长度，一般3～5 cm。上排出水口端距基础1.5 m，下排出水口端距基础0.5 m，进水侧设置滤水层，滤水层选用卵石、砂砾石等透水性材料。挡土墙每隔10 m处设置伸缩变形缝，缝宽2～3 cm，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青麻筋或其他有弹性的防水材料，塞入深度不得小于0.2 m（图9）。

图9 DQ01浆砌石挡土墙结构图Fig.9 DQ01 mortar masonry retaining wall structure diagram

修建工程措施时绕开灰窑遗址区域，对灰窑遗址区域周边进行加固，保留现存的遗址原貌。

5.4 绿化

对整治后的岩质边坡、缓坡平台及边坡坡脚进行绿化，恢复生态。主要选用耐寒耐旱的乡土草种与小灌木，适宜生长并且能保证较好的成活率，坡顶种植爬藤植被为三叶地锦和五叶的锦；坡脚种植攀缘植被为扶芳藤；其他籽种选用耐寒耐旱的乡土草种与小灌木，主要物种有紫花苜蓿、野牛草、结缕草、马莲、臭椿、刺槐、紫穗槐、荆条和二月兰等，矿区各区域绿化工作量统计见表2。

表2 矿区绿化工作量统计Tab.2 Statistics of greening workload in each region of the study area

针对BP01岩质边坡因地制宜，综合考虑环保、造价、施工可行性和绿化效果等因素，采用坡顶种植爬藤垂直绿化、坡脚种植攀缘植物绿化、坡脚坡度较缓的基岩区域植生格室+种子拌合土+椰丝毯覆盖进行综合恢复（图10），多种工艺相结合综合治理，工艺间相互辅助，实现恢复绿化最大效果。

图10 绿化工程示意图Fig.10 Schematic diagram of afforestation project

BP02靠CK01侧为岩土混合边坡，在坡脚种植槽砌筑完成后，槽内种植攀缘植物、喷播植草（灌木）籽进行绿化，种植槽长75.1 m。

PT01和BP03坡脚空地经过地形地貌整治结束后，采用喷播植草（灌木）籽进行简单绿化。

5.5 截排水工程

矿区上游沟谷流水经采坑CK01区域北侧沟谷汇入下游现有蓄水池中，蓄水池满足收集的雨水及上游沟谷汇水的要求。利用区内已有蓄水池作为水源地，采用水罐车输水到蓄水池中，从蓄水池中采用人机结合的方式对治理区植被进行养护。

6 预期效益分析

1）环境效益

通过地形地貌整治工程和绿化措施，平整土地5425.9 m2，喷播植草3395.0 m2，种植藤本植物（地锦、扶芳藤）共5803株。使矿区裸露岩壁及整理的绿化场地植被得到恢复，最大程度减少矿区周边扬尘污染、水土流失问题，恢复矿区生态环境，使之与周围的自然生态环境相融合，构建基本一致的生态环境景观。

2）社会效益

修复措施实施后，废弃矿山生态景观得以修复，将有效改善处于西北风下风向老爷庙村居民的人居环境、发挥首都生态涵养区功能，且能更好地造益于当地百姓。该矿山生态修复措施的实施可以为其他地区的废弃矿山生态环境修复治理工作提供经验。

3）经济效益

一方面清理渣堆方量3364.42 m3，能够就地取材，大大节省了施工开销；另一方面，该项目地处北京北部生态涵养区，是密云生态涵养发展带的重要组成部分，完成大石门村石灰岩矿矿山生态修复且保留了灰窑遗址，为以后的矿山生态公园建设预留了空间，不仅提升了东邵渠镇附近景点的生态环境，还能够带动地方旅游业发展，有效提高治理区周边土地资源的利用价值，间接产生可观的经济效益。

7 结语

对废弃矿山进行生态修复能够极大地缩短矿山恢复的周期，快速改善废弃矿山生态环境，是践行社会主义生态文明建设的必然要求。本研究通过对北京密云区东邵渠镇大石门村老爷庙石灰岩矿山采用工程措施和绿化措施相结合的综合治理方式进行生态修复，解决了其地形地貌景观破坏、土地资源压占与损毁等主要地质环境问题。工程措施主要体现在充分利用空地和空间的基础上保证边坡的稳定性和安全性，施工可操作性强；绿化工程主要采用植生格室+种子拌合土+椰丝毯覆盖，植被选用三叶地锦和五叶地锦、扶芳藤、当地耐寒耐旱的乡土草种与小灌木等，不仅施工快、经济效益好，且有利于边坡稳定性。综合生态修复治理使得矿区的生态环境恢复到与周边生态环境相协调的地步，达到废弃矿山生态景观恢复目的。不仅获得了良好的环境、社会和经济效益，同时为保障首都生态环境安全作出了重要贡献。