北京市門(mén)頭溝區(qū)門(mén)頭口村煤礦礦山環(huán)境治理

張會(huì)昌，唐磊, 趙中鋒

(1.北京市國(guó)土資源局門(mén)頭溝分局，北京 102300；2.北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院，北京 101500；3.北京市地質(zhì)研究所，北京 100011)

北京市門(mén)頭溝區(qū)門(mén)頭口村煤礦礦山環(huán)境治理

張會(huì)昌1，唐磊2, 趙中鋒3

(1.北京市國(guó)土資源局門(mén)頭溝分局，北京 102300；2.北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院，北京 101500；3.北京市地質(zhì)研究所，北京 100011)

本文簡(jiǎn)述了門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)門(mén)頭口村煤礦自然地理狀況和區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件，分析了礦區(qū)存在的主要礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題和次生地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，提出了治理工程設(shè)計(jì)。礦山環(huán)境治理工程與園林工程相結(jié)合，為礦山環(huán)境治理與人居環(huán)境改善相結(jié)合提供經(jīng)驗(yàn)。

煤礦；礦山環(huán)境；治理

北京市門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)門(mén)頭口村煤礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目 是財(cái)政部、國(guó)土資源部批準(zhǔn)，由北京市國(guó)土資源局門(mén)頭溝分局承擔(dān)的礦山地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目。其主要任務(wù)是對(duì)區(qū)內(nèi)大面積堆棄的煤矸石挖填整理、削坡平整，消除潛在地質(zhì)災(zāi)害隱患，恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。

1 自然地理與區(qū)域地質(zhì)

1.1 礦山環(huán)境治理區(qū)位置和治理面積

龍泉鎮(zhèn)門(mén)頭口村煤礦位于京市門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)門(mén)頭口村南側(cè)的龍鳳坡，面積0.2km2，治理區(qū)面積0.03km2。治理區(qū)周邊交通狀況良好，距門(mén)頭溝城區(qū)中心約4km，距北京市區(qū)約20km，108、109國(guó)道分別在治理區(qū)南、北部經(jīng)過(guò)。

1.2 氣象與水文

治理區(qū)為溫帶大陸性半干旱氣候，最高氣溫40.5℃(8月份)，最低氣溫為零下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%。年平均水面蒸發(fā)量1586.6mm。夏秋兩季多東南風(fēng)，冬季多西北風(fēng)，最大風(fēng)速16.5m/s，一般風(fēng)速1.3～2.0m/s。

治理區(qū)內(nèi)只有小沖溝，雨季有少量暫時(shí)性流水，水量很小。本區(qū)火山巖之巖體裂隙發(fā)育，滲透性好，區(qū)內(nèi)降水多滲入巖體裂隙內(nèi)，地表流水極少。

1.3地形地貌與區(qū)域地質(zhì)

（1）地形地貌

礦區(qū)位于北京西山地區(qū)九龍山南側(cè)溝谷中的中南部，屬中低山丘陵地區(qū)。南部最高海拔291.0m，谷地比較開(kāi)闊，溝谷形態(tài)多呈放射狀分布。治理區(qū)屬于低山丘陵剝蝕地貌，海拔高度100～250m。丘陵平緩，坡度一般在15～30 ，少數(shù)35 以上。

（2）地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性

①地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)屬九龍山向斜，區(qū)內(nèi)次一級(jí)構(gòu)造發(fā)育，褶皺多并伴有倒轉(zhuǎn)。西部有玄武巖基底隆起，東北部九龍山地層與下伏地層呈不整合接觸（圖1、圖2）。

圖1 治理區(qū)地質(zhì)平面圖

（a）斷層：治理區(qū)受永定河大斷裂影響次一級(jí)斷層發(fā)育，有東于正斷層、三家店正斷層及河西正斷層，斷層走向NE20～30 ，傾向NW。

圖2 治理區(qū)A-A、B-B地質(zhì)剖面圖

（b）褶皺：九龍山向斜之軸向NE～SW，兩翼傾角北陡南緩，次一級(jí)褶皺達(dá)20個(gè)以上。

②地層巖性

治理區(qū)位于九龍山向斜南翼，出露地層主要有侏羅系及第四系，其中侏羅系南大嶺組地層出露范圍較大。

（a）侏羅系

南大嶺組火成巖（Jn1）在治理區(qū)分布面積約為0.18km2。主要巖性為灰綠、灰紫色杏仁狀變玄武巖，其中夾3～5層白色石英砂巖、粉砂巖。巖層頂部曾遭受長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕，形成隆起、凹陷，有厚達(dá)10～30m的古風(fēng)化殼。

（b）第四系

第四系(Q)殘坡積、洪積土層，主要分布于治理區(qū)山坡坡面、坡腳以及沖溝、低洼地帶。巖性為褐黃色、雜色粉土，夾砂、碎石，一般厚度0.30～0.50m, 最厚達(dá)9～12m。

（c）人工廢石棄渣。以碎石塊為主，含粉土、粘性土和少量雜填土。碎石由砂巖、頁(yè)巖組成，其含量>50%；碎石塊直徑2～5cm，大的可20cm以上，多呈棱角狀。其堆積厚度一般0.5～4m，最大約10m，總堆積量約22萬(wàn)m3。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)期產(chǎn)生的廢石棄渣，隨意堆放山坡坡腳或山腰處，結(jié)構(gòu)松散，無(wú)任何支擋措施，穩(wěn)定性差。

1.4 區(qū)域工程地質(zhì)特征

南大嶺組玄武巖堅(jiān)硬致密、塊狀，質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高；其表層受長(zhǎng)期風(fēng)化，強(qiáng)度較低，局部形成粘土巖。石英砂巖、粉砂巖呈中厚層狀。第四系風(fēng)化剝蝕土層和崩塌碎石，結(jié)構(gòu)松散、穩(wěn)定性差，易滑動(dòng)、流動(dòng)。人工矸石棄渣隨意堆放，結(jié)構(gòu)松散，滲透性較大，又無(wú)任何支擋措施，穩(wěn)定性差。

1.5 區(qū)域水文地質(zhì)

由于玄武巖層原生裂隙密集均勻，連通良好，構(gòu)成儲(chǔ)水豐富、導(dǎo)水通暢的裂隙含水系統(tǒng)。地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，地下水徑流自山谷向溝道流動(dòng)。受煤礦開(kāi)采的影響，區(qū)內(nèi)地下水埋藏較深，沒(méi)有地下水出露。

2 礦山開(kāi)采產(chǎn)生的主要環(huán)境問(wèn)題

2.1 次生地質(zhì)災(zāi)害

(1)不穩(wěn)定邊坡

區(qū)內(nèi)因多年煤炭開(kāi)采，人工堆積的煤矸石形成了危險(xiǎn)斜坡，位于治理區(qū)北側(cè)，簡(jiǎn)稱(chēng) 1號(hào)斜坡 (圖3)。該坡體高9m、長(zhǎng)77m，坡角60 ；原為煤矸石堆放地，坡角處修建的擋石墻，但因年久失修，現(xiàn)在已基本失去作用。緊臨坡體北側(cè)30m為門(mén)頭口村的民居，人口密集，受危險(xiǎn)斜坡的威脅較大。

圖 3 治理區(qū)北側(cè)不穩(wěn)定斜坡（1號(hào)）

1號(hào)斜坡下伏較堅(jiān)硬塊狀侏羅系下統(tǒng)南大嶺玄武巖夾粉砂巖組。巖石堅(jiān)硬，發(fā)育多組節(jié)理，塊狀結(jié)構(gòu)，氣孔較發(fā)育。經(jīng)勘查分析，該矸石坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，需進(jìn)行削坡處理。

（2）潛在泥石流危險(xiǎn)

治理區(qū)溝坡上堆積了22萬(wàn)m3煤矸石，平均厚度4m，均處于松散堆積狀態(tài)（圖4）。治理區(qū)溝谷平均坡度6。，植被覆蓋率小于10%；北東向的簸箕狀地形有利于雨季地表水匯集，在暴雨季節(jié)潛在泥石流災(zāi)害，對(duì)下游門(mén)頭口村居民安全構(gòu)成威脅，其中直接威脅32戶(hù)，164人；間接威脅5戶(hù)、31人。

圖4 治理區(qū)內(nèi)大量松散堆積的煤矸石

2.2 資源損毀

（1）占?jí)和恋刭Y源

治理區(qū)煤矸石堆積量共約22萬(wàn)m3，占?jí)和恋孛娣e約0.03km2（圖5）。

圖5 堆積的煤矸石占?jí)和恋孛娣e

（2）損毀植被資源

礦區(qū)的生產(chǎn)活動(dòng)常使其周邊植被損害，生物量減少，生態(tài)系統(tǒng)受損，引發(fā)水土流失和沙化。

矸石的堆放不僅埋壓植被，而且產(chǎn)生粉塵和有毒物質(zhì)，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)緩慢、種類(lèi)減少、病蟲(chóng)害增多等，嚴(yán)重危害礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

礦壓植被覆蓋率減少使土壤抗蝕指數(shù)降低，加劇水土流失和土地沙化。水土流失導(dǎo)致下游河湖淤積。

（3）損害環(huán)境

礦區(qū)矸石山破壞自然景色。另外，矸石山風(fēng)蝕揚(yáng)塵，降低空氣清潔度和光照度，使礦區(qū)環(huán)境渾濁不清，破壞了生態(tài)環(huán)境。

3 礦山環(huán)境治理工程類(lèi)型

在治理區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行了1:500專(zhuān)項(xiàng)地形測(cè)量、地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和工程地質(zhì)勘察，確定了工程治理方案和設(shè)計(jì)。

（1）護(hù)坎工程

為了治理山坡上失穩(wěn)的松散物質(zhì)，減輕崩塌、滑坡和泥石流災(zāi)害，對(duì)坡度較陡的廢石堆進(jìn)行削坡及加固。

在治理區(qū)內(nèi)擬建漿砌石護(hù)坎Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。結(jié)合實(shí)際工程地質(zhì)條件，各護(hù)坎均采取梯形斷面，其具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，坎體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖6。

表1 護(hù)坎設(shè)計(jì)參數(shù)表

各護(hù)坎基礎(chǔ)埋置在弱風(fēng)化基巖或堅(jiān)硬土層內(nèi)，護(hù)坎體采用漿砌塊石，石料質(zhì)地堅(jiān)硬、新鮮，不得有剝落層或裂紋；粘結(jié)材料采用M10水泥砂漿，須砂漿飽滿，粘結(jié)牢固；在距護(hù)坎坎頂部約1/4墻高處，設(shè)置Φ100mm的PVC泄水孔，外斜度10%，泄水孔后用卵石做直徑不小于500mm的濾水堆；在護(hù)坎結(jié)構(gòu)變化處設(shè)置沉降縫，瀝青麻繩充填。

圖6 護(hù)坎橫斷面圖

（2）削坡卸載工程

對(duì)需治理的山坡松散、零亂堆積的煤矸石，在其前緣修建護(hù)坎、削坡。降低矸石堆的高度和坡度，提高穩(wěn)定性，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境（圖7）。

本工程系根據(jù)原有地形，在4道護(hù)坎之間進(jìn)行挖削、回填平整，使護(hù)坎Ⅱ、Ⅲ之間以及Ⅲ、Ⅳ之間，分別形成一坡度較小的穩(wěn)定斜坡面（記為1號(hào)坡面和2號(hào)坡面），每級(jí)坡面的前緣有護(hù)坡工程（分別記為1號(hào)護(hù)坡工程和2號(hào)護(hù)坡工程）。

為防止水土流失，應(yīng)在護(hù)坎與斜坡（馬道）相交處修建排水溝。

（3）護(hù)坡工程

為保證護(hù)坡工程坡面的穩(wěn)定性并增加其美觀性，常采用空心六棱花磚護(hù)坡。

護(hù)坡工程坡高9m，分兩級(jí)放坡，每級(jí)高4.5m，放坡坡比為1：1.4，中間留設(shè)3m寬的馬道。坡頂和坡底均留設(shè)截、排水溝。

（4）排水工程

由于治理區(qū)區(qū)域降雨量相對(duì)較大，為了使雨季坡面徑流排泄順暢，減輕泥石流危害，保護(hù)護(hù)坎和矸石治理區(qū)的安全，在治理區(qū)東部由南向北依據(jù)原有地形修建漿砌石排水溝。

依據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范-小型蓄排引水工程》（GB/T164534-1996），結(jié)合礦區(qū)溝谷實(shí)際情況，設(shè)計(jì)漿砌石排水溝。

①排水溝斷面

圖7 坡面整形工程剖面圖

排水溝采用梯形斷面：排水溝底寬100cm，深100cm，內(nèi)側(cè)坡面坡比為1：0.3，縱坡隨溝谷地形而變化。根據(jù)區(qū)內(nèi)的匯水面積，按50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)算。

②排水溝開(kāi)挖和護(hù)坡

為保障排水溝穩(wěn)定，所有排水溝均座落于挖方之上。開(kāi)挖深度，視不同溝段的斷面結(jié)構(gòu)和微地貌設(shè)計(jì)。

排水溝上邊坡開(kāi)挖臨時(shí)邊坡比一般為1：0.3，可根據(jù)具體的微地貌進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。排水溝襯砌兩側(cè)應(yīng)進(jìn)行必要的回填和夯實(shí)，保證邊坡穩(wěn)定（圖8）。

③排水溝襯砌

排水溝的底板和側(cè)墻皆用M10水泥砂漿砌塊石鋪砌加固，厚0.3m。砌石的基底應(yīng)敷設(shè)粘土墊層并夯實(shí)。砌石的縱橫、縫應(yīng)互相錯(cuò)開(kāi)，每層橫縫厚度保持均勻，排水溝內(nèi)側(cè)采用M10水泥沙漿抹面。

圖8 排水溝典型剖面圖（單位：m）

4 礦山園林工程

在實(shí)施治理工程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行園林工程的設(shè)計(jì)。園林工程的設(shè)計(jì)方案，本著簡(jiǎn)單、實(shí)用、美觀的原則制定。設(shè)計(jì)方案包括庭院工程和綠化工程兩大類(lèi)的7個(gè)單項(xiàng)工程，即六角亭工程、園路及健身廣場(chǎng)工程、園凳、垃圾桶工程。

(1)庭院工程

①六角亭工程

設(shè)計(jì)建造六角亭一個(gè)，位于1號(hào)平臺(tái)的東側(cè)，主要為休憩之用。亭高4.26m，寬3.5m，主要材質(zhì)為原木。

②園路及健身廣場(chǎng)工程

園路有四種樣式，即花崗巖步道、水洗石步道、汀步1及汀步2?；◢弾r步道寬1.5m，長(zhǎng)110m，中間為1.2m寬的200mm 200mm 20mm的米黃色火燒板飾面，兩側(cè)走邊為0.15m寬的150mm 150mm 20mm的米黃色火燒板；水洗石步道寬1.2m，長(zhǎng)360m，中間為1m寬的水洗石飾面，兩側(cè)走邊為0.10m寬的米色毛面花崗石；汀步1及汀步2采用50mm厚青石板為飾面，間距分別是2cm及3cm，其間種植草坪。

健身廣場(chǎng)為正方形：10m 10m，采用20cm方形花崗巖鋪地，周邊為0.5m的毛面晶黑火燒板，四角留有0.9m 0.9m的種樹(shù)池。

園路及健身廣場(chǎng)工程的基礎(chǔ)工程均為素土夯石、150mm厚碎石墊層夯實(shí)、50mm厚混凝土基層、30mm厚水泥砂漿粘和層。

③園凳、垃圾桶工程

設(shè)計(jì)建造園凳7個(gè)、垃圾桶8個(gè)。

(2)綠化工程

綠化工程設(shè)計(jì)方案，包括坡面綠化工程和園林苗木綠化兩大類(lèi)的5個(gè)單項(xiàng)工程，即坡面攀援植物種植與養(yǎng)護(hù)、大樹(shù)移植與養(yǎng)護(hù)、苗木種植與養(yǎng)護(hù)、草皮鋪種與養(yǎng)護(hù)及花卉種植與養(yǎng)護(hù)。

苗木和花草按性狀分以下幾種：

喬木類(lèi)：包括油松、黃櫨等，此類(lèi)樹(shù)木主要分布在治理區(qū)的南側(cè)和東側(cè)，在步道兩側(cè)及1、2號(hào)平臺(tái)上亦進(jìn)行了零星布置，共計(jì)703株。

灌木類(lèi)、草坪類(lèi)：在1、2號(hào)平臺(tái)上主要以冬青、冷季型草坪為主。冬青共計(jì)3039株，冷季型草坪3290m2，金盞菊，長(zhǎng)壽菊等2100株。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目作為礦山環(huán)境治理工程與休閑健身等園林工程相結(jié)合的一個(gè)試點(diǎn)，將為北京市礦山環(huán)境治理工作方式、拓寬思路，為礦山環(huán)境治理與人文居住環(huán)境改善相結(jié)合方向發(fā)展提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目實(shí)施后，可以使門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)門(mén)頭口村生產(chǎn)生活減輕潛在泥石流、崩滑塌等礦山地質(zhì)災(zāi)害的威脅，并恢復(fù)土地使用面積0.03km2。實(shí)施后建立起的休閑健身場(chǎng)所，將使附近居民享受?chē)?guó)家礦山環(huán)境恢復(fù)所帶來(lái)的巨大效益。

[1] 北京市門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)門(mén)頭口村煤礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，北京市國(guó)土資源局門(mén)頭溝分局，2009.

[2] 北京市門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)門(mén)頭口村煤礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目勘查報(bào)告,北京市地質(zhì)研究所，2009.[3]《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)程》92204-98.

[4]《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》GB/T16-453-1996等規(guī)程規(guī)范.

[5]《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219-2006）.

[6]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2002）.

[7]《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50003-2001）.

[8]《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查規(guī)范與地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估使用手冊(cè)》（2003）.

[9]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）.

[10]《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》 SL 252-2000；

[11]《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL379-2007）.

[12]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-91).

[13]《砌體工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50203-98).

[14]《建筑裝飾工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(JGJ7 3-91).

[15]《屋面工程技術(shù)規(guī)范》(GBJ50207-94).

[16]《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》(JGJ 33-86).

[17]《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ59-99).

[18]《城市綠化工程施工及驗(yàn)收規(guī)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

張會(huì)昌(1982-)，男，碩士，畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治、地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目管理工作。