北京房山露天开采废弃大理石矿山地质环境治理与生态修复工程评价

袁昕，周华

（北京中地华安科技股份有限公司，北京 100085）

我国的矿山开采业，在初始很长一段时间内进行着无计划的原始开采，呈现出各种严峻的环境问题（杨毅，2008；马学利，2021）。大多的矿山企业重资源开采、轻环境保护的现象普遍存在，矿产资源开发的粗放式与低效利用引发了大量的矿山地质环境问题（张锐，2021）。特别是废弃矿山地质环境，因开发主体的消失矿山地质环境问题日益突出。

北京市房山区露天开采废弃大理石矿区，露天开采对周边环境产生相应的影响，大量剥离表土，砍伐植物，形成大面积的岩石裸露、采坑及周边高陡边坡，同时分布大量的固体废弃物形成零星分布的渣堆，占用了一定的土地资源，造成了部分农用地、林地荒废。大量废弃物常年搁置，造成了矿区大气污染、水土流失，土壤性质降低（王梦然，2018）。由此导致了生物多样性降低，生态环境遭受破坏。本文根据北京房山露天开采废弃大理石矿山存在的实际问题，结合施工环境，对比分析了2种治理方案，计算了治理区的工程量，采用层次分析法，建立地质灾害治理效果、生态环境恢复效果、矿山景观重建效果3个评价系统，对房山大理石矿进行矿山地质环境综合评价，并对治理前后的效果进行了对比分析。

1 研究区概况

矿区位于北京市房山区长沟镇黄元井村。矿坑边坡岩性主要为中元古界灰白色巨厚层—厚层状大理岩夹薄层页岩，大理岩致密坚硬，是良好的建筑装饰材料，表部分布有厚3～5 m的新生界黄土和风化碎石土（北京市地质研究所，2003）。区域地震峰值加速度值为0.15 g，反应谱特征周期0.40 s，地震设防烈度Ⅶ度。

矿区周边林地植被呈斑块状分布，覆盖率35%～40%，乔木主要为元宝枫、油松和国槐树等，灌木为荆条、狗尾草和苍耳等。土壤类型有2类：一类为山地褐色碎石土，分布于矿区地势低洼处，为主要土壤。其由风化碎石土、渣土组成，厚度一般为0.1～1.6 m，最小粒径小于1 cm，最大粒径达80 cm；黏土含量少，黏土矿物以水云母和蛭石为主，伴有少量蒙脱石和高岭石，偶含钙质层；透水强，不利保水保湿，腐殖质含量少，土壤呈碱性，pH值7.9～8.5，Ec值119～124 μs·cm-1，有机质3.75～11.7 g·kg-1，土壤肥力差，大多不太利于植被生长。另一类为黄土和黄土状土，分布治理区东北，属山前冲洪积沉积。其由粉土、粉质黏土组成，厚度0.2～0.6 m，垂直节理发育，结构疏松，遇水湿陷；土壤呈中性偏碱性，pH值7.7～7.8，Ec值251～130 μs·cm-1，有机质4.90～6.63 g·kg-1，适宜植物生长。

矿区黄元井村居民用电可满足施工和灌溉用电，并有居民生活用水井，取水层为基岩裂隙水，出水量30 m3·h-1，水量稳定，地下水水化学类型为HCO3-Ca·Mg型水，矿化度350 mg·L-1，可满足并符合施工和后续植被灌溉养护使用要求；距矿区约15 km长沟镇，有可供回填的碎石土和备用种植客土；水费、电费、碎石土、客土，依据有关部门和当地市场价确定；通往矿区交通方便，各类施工设备均可进场。

矿区为大理石露天开采，矿区面积0.05 km2。自2006年开采至2010年闭坑，形成3处不规则采坑和18处弃渣（图1）。其中Ⅲ区CK-3采坑规模最大，深度可达10.8 m，Ⅲ区弃渣最多有12处，矿坑内有少量积水。采坑影响周边村民人身安全，属地质灾害隐患；弃渣占用土地，农作物、林地减少，生物多样性也减少，植物种类单一，群落逆向演替；动物种类和数量也相继减少：生态环境遭受严重破坏，成为当地重大地质环境问题，应及早恢复治理（武强，2003；杨金燕等，2012）。

图1 大理石露天开采矿区采坑及渣堆航拍图Fig.1 Aerial view of mining pit and slag heap in marble opencast mining area

2 矿山恢复治理方案

2.1 治理原则与目标

本着矿区采坑保持原地层渗透性、不改变地下水渗流场、弃渣合理利用、保持水土稳定、熟化土壤、周边植物群落相协调的原则（于增宝，2021），达到消除地质安全隐患和恢复生态环境的目的（韩宝富等，2021）。

2.2 方案比选

治理方案A采用采坑回填+道路养护+回填后种树进行治理，治理方案B采用采坑分台阶回填+道路养护+回填后种树进行治理。从可行性、经济性析、功效性3方面进行了分析比选：

1）可行性分析。从操作可实施性考虑，方案A相比方案B容易实施，治理方案B需建三级平台，施工工期比方案A长。

2）经济性分析。从项目造价上估算，方案B项目造价相对方案A造价高出10%左右。

3）功效性分析。对比治理后生态恢复效果，2个方案均能达到生态恢复的效果。但是方案B绿化后呈台阶状，方案A与原地形相仿，与周围的自然景观更和谐。

通过综合对比考虑以上2套方案，方案A更适合该地区的恢复治理，能更好地达到废弃矿山生态环境修复治理项目的总体目标，因此选择方案A作为本项目的治理措施。

2.3 工程措施

1）采坑：采用封底、分层回填、碾压、覆土等措施。采用粉质黏土在坑底回填厚1.5 m，然后碾压，使其渗透系数小于0.02 m·d-1，密实度N120大于11，防止上部人为污水下渗污染下部含水层；采用粒径小于5 cm碎石土回填，厚度1.5 m，然后碾压，密实度N120大于6；采用粉质黏土回填厚1.5 m，然后碾压，使其渗透系数小于0.02 m·d-1，密实度N120大于11。以此方法轮回进行至距地面差1 m处，覆土1.3 m，适当碾压与地面整平。

2）弃渣：采坑回填碎石土可用矿区弃渣，大于5 cm的石块要破碎。

3）生态修复。熟土：对覆土施肥，使土壤熟化，以便植物生长。生态：种植乔、灌、藤、草，构建生态群落体系。

2.4 工程量计算

根据减少大填大挖、与区域整体地形一致的原则，Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区整治后地形为5～7°的缓坡。以Surfer软件将地形测量的Excel数据导入，3Dmaps进行地形测绘数据分析处理，形成原始地形3D模型图（图2），在此基础上，通过对比治理前后11条剖面，将平整后形成的地形数据整理输入，建立平整后3D地形模型（图3）。利用Surfer软件，将治理前后2个3D模型叠加计算，求得各治理区的工程量：治理总面积40921 m2、挖方量2612.10 m3、填渣量48538.2 m3、覆土量3406.75 m3、总填方量51944.95 m3，修复道路417 m，种植油松562株、元宝枫244株、国槐1003株、播草3 hm2。分区工程量见表1。

表1 矿山地质环境治理与生态修复主要工程量表Tab.1 Main quantities of mine geological environment treatment and ecological restoration

图2 矿山地质环境治理与生态修复前地形地貌3D模型图Fig.23D model map of topography and landform before mine geological environment treatment and ecological restoration

图3 矿山地质环境治理与生态修复后地形地貌3D模型图Fig.33D model map of topography and landform after mine geological environment treatment and ecological restoration

3 治理工程评价

矿区地质环境恢复治理工程效果应用层次分析方法，进行综合指数评价（高翔等，2019；姚文涛，2020）。

3.1 评价指标选取及权值权重

将治理工程分为3个子系统，包括地质灾害治理效果（D）、生态环境恢复效果（S）、矿山景观重建效果（J）（刘宏磊等，2016），共9个评价指标。地质灾害治理效果子系统的二级评价指标包括崩塌的治理效果（F1）、滑坡的治理效果（F2）；生态环境恢复效果子系统二级评价指标包括矿坑治理效果（F3）、弃渣堆治理效果（F4）、土地平整治理效果（F5）、植被恢复治理效果（F6）（袁哲路，2013）；矿山景观重建效果子系统的二级评价指标包括道路修整效果（F7）、景观建设效果（F8）、经济社会价值恢复效果（F9）（魏忠义等，2012）。参评因子对3个等级评价标准的基准值是根据有关规范、标准，结合矿区治理效果给出，尽量使其量化。权重值：治理效果“好”为10分，治理效果“一般”为5分，治理效果“较差”为2分。采用层次分析法（王斌，2014；胡博文等，2015）确定各因子的权重见表2。

表2 矿山地质环境治理与生态修复效果评价权重表Tab.2 Evaluation weight table of mine geological environment treatment and ecological restoration effect

3.2 综合指数评价

矿山地质环境综合评价模型为：

式中，F0为矿山地质环境综合评价分值，Fi为子系统权重值，Wi为子系统各项评价指标权重值，m为子系统要素的个数。

通过分析计算综合评价分值为F0=7.44，治理效果为好（表3）。

表3 矿山地质环境治理与生态修复效果等级表Tab.3 Effect grade of mine geological environment treatment and ecological restoration

3.3 治理前后对比

图4为废弃大理石矿区治理效果对比图。从图4中可看出，本次矿区地质环境恢复治理工程方案，采用方案A是可行的，治理效果评价合理。

图4 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区治理前后对比图Fig.4 Comparison of area I、Ⅱ、Ⅲbefore and after treatment

4 结论

1）北京房山露天开采废弃大理岩矿区采用采坑回填+道路养护+回填后种树治理方案，用3Dmaps形成地形3D模型图，用Surfer软件计算各治理区的工程量。

2）采用层次分析法，建立地质灾害治理效果、生态环境恢复效果、矿山景观重建效果3个评价系统。该矿区治理效果经矿山地质环境综合评价，治理效果为好。

3）该矿区治理后改善了矿山生态环境，与矿山地质环境综合评价模型计算结果一致，对类似工程效果评价有示范作用。