煤矿区土地复垦技术与发展方向探析*

王庆刚，徐燕飞，朱美华，毕 波，申礼鹏

(1.煤矿生态环境保护国家工程实验室，安徽 淮南 232000；2.平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司，安徽 淮南 232000)

0 引言

煤炭作为工业的粮食，在为经济社会发展作出突出贡献的同时，不可避免地带来不同程度的生态环境问题，尤其对矿区的土地资源破坏严重。煤炭开采破坏土地方式主要有3种：挖损、塌陷和压占[1-2]。挖损是由于露天煤矿开采对表土层挖掘造成的土地破坏；塌陷是由于煤矿采煤后地表陷落造成的土地破坏；压占是指煤炭开采时排出的煤矸石等堆积压占造成的土地破坏。同时，煤炭开采还会造成矿区地下潜水位的抬升，在土壤毛细管及蒸发作用下，盐分积聚于表土导致土地盐渍化，严重影响土地的生产功能。土地破坏、土地盐渍化、失地农民增多等生态环境问题和社会问题已成为煤矿区可持续发展的重要制约因素。

1 煤矿区土地复垦发展现状

煤炭开采严重影响矿区生态系统与土地利用方式，造成生态系统退化、土地资源破坏、土壤质量下降以及景观破碎等问题。另外，煤炭资源是不可再生资源，随着资源的开采殆尽，如不注重土地复垦、环境修复，矿区终将形成土地荒芜、环境恶化、经济衰退的局面。土地复垦可以减少煤矿开采对生态环境造成的影响，煤矿区土地复垦研究历史较久、复垦规模较大、复垦效果较好的国家有美国、德国、澳大利亚等。美国1918年就已经在印第安那州煤矿的煤矸石堆上进行再种植试验，并针对矿区毁坏土地颁布了《露天开采控制和复田法令》等，在复垦土地、改良土壤方面积累了丰富经验；德国20世纪60年代已在莱茵矿区复垦土地8 133 hm2；澳大利亚作为矿业大国，土地复垦取得令人瞩目的成就，已形成多专业联合、高科技指导、综合治理开发的土地复垦模式。

我国煤矿区土地复垦起步晚，20世纪50年代才开始出现自发的零散的煤矿区土地复垦，复垦规模小、技术粗糙，只是简单的回填[3-4]。由于国家长期以来没有制定专门的土地复垦法规，也缺乏资金支持，煤矿区土地复垦工作发展较慢，至80年代末，我国实施土地复垦的煤矿不足1%，复垦的土地不到被破坏土地的1%。1988年12月，国务院第19号令颁布《土地复垦规定》，实行“谁破坏，谁复垦”的原则，对复垦土地的责权关系、实施形式、资金来源及复垦土地使用等做了相应规定。但仍存在不少问题，如地方政府和企业对土地复垦工作不够重视，土地复垦中“谁复垦，谁受益”的原则不能得到充分体现，土地复垦技术停滞不前，缺乏对生物复垦等技术的研究等，阻碍了土地复垦工作的发展。2011年2月国务院令第592号《土地复垦条例》施行，更加明确了土地复垦流程、土地复垦验收、激励措施等，规定土地复垦应综合考虑复垦后土地利用的经济效益、生态效益和社会效益，并将土地复垦方案的编制纳入采矿许可证制度，极大地推动了我国土地复垦工作的发展。

2 煤矿区土地复垦技术分析

煤矿区土地复垦主要是针对煤矿开采过程中因挖损、塌陷和压占等造成破坏的土地采取的整治措施，使其恢复到可利用的状态。按照土地复垦的机理划分，煤矿区土地复垦技术大致分为工程复垦技术、生物复垦技术、生态复垦技术等[5-6]。

2.1 工程复垦技术

工程复垦是指利用工程技术措施对破坏的土地进行整治修复，是土地复垦的核心[7-8]。工程复垦技术分为充填复垦技术和非充填复垦技术，充填复垦技术主要包括矸石充填复垦、粉煤灰充填复垦等。非充填复垦技术主要包括挖深垫浅复垦、疏排法复垦、梯田式复垦等。

煤矸石充填复垦：煤矸石是煤矿生产过程中排放的固体废物，煤矸石堆放压占大量土地，而且影响生态环境。利用煤矸石进行充填复垦，既能整治破坏的土地，又可处置固体废物，避免环境污染。煤矸石充填复垦分为全厚充填法与分层充填法，全厚充填法是指一次性将塌陷地用煤矸石回填至设计标高，然后覆土整平，该方法施工简单，适用性强，主要适用于农业复垦；分层充填法是指以一定的充填厚度逐次将塌陷地充填至设计标高，分层充填工艺要点是分层充填、分层碾压，该方法一般用作将塌陷地改造成为建筑用地。

粉煤灰充填复垦：粉煤灰是火力发电厂燃煤后余下的灰分和灰渣，结构松散，透气性好，淋溶性能强，易干旱。大量的粉煤灰堆存耗费大量资金、占用大量土地；易产生扬尘，污染大气。利用粉煤灰充填复垦造地既可解决储灰场占地，又可解决粉煤灰带来的环境污染。粉煤灰充填复垦工艺方法是先在计划复垦的塌陷区内修筑储灰场，利用管道水力输送粉煤灰到储灰场，当沉积的粉煤灰达到设计标高后，将水排尽，然后覆土形成耕地。

挖深垫浅复垦：挖深垫浅复垦是将塌陷区局部积水或季节性积水较深区域再挖深，形成水塘，发展为养殖，用挖出的泥土充填沉陷较浅区域，形成耕地，发展种植。该方法把单纯的种植农业，变为种植、养殖相结合的生态农业，既复垦了土地，又改变了农业结构。挖深垫浅复垦技术操作简单、成本低、效率高，是目前我国煤矿区普遍采用的一种土地复垦方法。

疏排法复垦：疏排法是采用合理的排水措施将塌陷积水通过强排或自排方法引入附近的河流、湖泊，再辅以必要地表修整，使采煤塌陷地恢复利用。疏排法复垦的关键是设计合理的排水系统及选择合适的释放承泄区和设计标准。

梯田式复垦：梯田式复垦是利用采煤塌陷后地形条件，将塌陷区整治为梯田的复垦技术，适用于中低潜水位采厚较大的矿区和丘陵地区。梯田式复垦重点在于梯田断面设计，就是根据采煤塌陷后地形条件与耕作要求等设计梯田断面。断面设计合理可保证耕作灌溉方便和边坡稳定。

2.2 生物复垦技术

采煤沉陷区通过工程复垦后，能基本满足耕作条件，但土地营养物质含量很少，土壤的四大肥力因素水、肥、气、热条件也较差，因此必须改良后方可恢复使用。生物复垦技术是利用生物技术恢复土壤肥力与生物生产力，建立稳定植被层的活动，是改善新土壤层的养分状况，增加有机质和提高并保肥能力的最有效方法，是工程复垦的延续。常见的生物复垦技术有微生物法、绿肥法等。

微生物法：微生物法是利用菌肥改善土壤和作物生长条件。微生物菌肥是一种无毒、无害、无污染的有机微生物菌剂，可以增加土壤中的有机质，能提高土壤肥力，改善土壤活化性状，提高土壤保水，保肥、保温能力，促进农作物生长，提高农作物产量。

绿肥法：绿肥就是用绿色植物体制成的肥料。绿肥作物在经过一定期间的生长之后，直接翻压到土壤中或经堆沤而成的肥料。绿肥中含有多种养分和大量的有机质，可直接增加土壤养分，如豆科绿肥含氮素较高，十字花科绿肥可提高磷酸盐和某些微量元素。

2.3 生态复垦技术

生态复垦技术就是应用土地复垦工程技术和生物复垦技术，根据生态学和生态经济学原理，对煤矿开采破坏的土地进行复垦和利用，开展农业、林业种植，渔业、畜牧养殖等。生态复垦技术不仅能够利用破坏的土地，改善生态环境，而且能够提高农业生产的效益，促进社会和资源的可持续发展。

3 煤矿区土地复垦的未来发展方向

土地复垦的核心问题是破坏土地的再利用及生态系统恢复，涉及矿业、土地、环保、土壤、农业、测绘等多个学科，是一门新兴的边缘学科。我国对土地复垦高度重视，每年投入大量资金用于煤矿区的土地复垦工作，但无论是理论方法还是技术体系都还有许多值得完善之处。今后煤矿区土地复垦强化土地适宜性评价研究、“3S”技术集成应用、复垦技术生态化等是未来发展方向。

3.1 强化煤矿区土地复垦土地适宜性评价研究

煤矿区土地复垦土地适宜性评价针对不同破坏土地、不同复垦方向的适宜程度做出判断分析。首先要对矿区土地复垦方向做出判断，根据不同的复垦方向进一步分析其影响因子，确定各影响因子的重要性，进行参评因子、权重及属性的选择；其次再按照设定的标准评判具体地块复垦方向的适宜程度；最后提交生产布局方案和决策模型，充分利用计算机辅助系统和遥感技术开展土地评价研究。

3.2 发挥“3S”技术集成优势用于矿区土地复垦

“3S”技术即全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)。在煤矿区土地复垦工作中，用遥感技术(RS)获取煤矿区影像，确定已破坏、拟损坏土地范围、面积和类型。利用全球定位系统定位、测绘，用地理信息系统软件及相关技术对待复垦土地进行适宜性评价，根据评价结果，结合煤矿区实际设计复垦方案。“3S”技术具有获取信息的实时性、准确性、便捷性、综合性等特点，应用于煤矿区土地复垦已是必然的发展趋势。

3.3 发展与优化煤矿区生态复垦技术

生态复垦技术的发展，取决于土地复垦技术的攻关研究进展。如根据生态学和生态经济学原理，进行有利于提高农业生产效益的生态农业复垦技术研究，利用生产和生活废物进行固体废物充填技术的研究，还可以进行复垦效率高、效益好的微生物复垦技术的研究等。

优化生态复垦模式以提高经济效益、社会效益和生态效益为目标，以特定矿山环境为基础，围绕土地利用效率和环境保护效果，进行择优淘劣的模式优选与设计。生态复垦技术的优化，主要包括生态复垦技术选择、能源利用效率、生态经济指标及其综合评价，以生态农业和生态林业为主导，系统综合地利用矿区土地资源发展矿区复垦产业。

3.4 建立矿区土地复垦与生态恢复相统一体系

生态系统管理是一门新的、正在发展中的自然资源的管理方法，生态系统管理强调人类是生态系统的一部分，在系统中有其存在的价值、影响和需求。进行生态系统管理时要确认管理的目标、对象以及管理单元和界限，并制定和实施管理计划。人类对生态系统的需求可能会引起环境的变化，变化速率会超出系统内许多物种的承受力，所以管理者必须随着其有效性灵活地处理新的信息并做出相应的调整。

煤矿区土地复垦与煤矿区生态恢复在国内开展时间还很短，即使是发达国家，该研究领域也只是近几十年才逐渐成为研究热点。因此，有许多理论问题还有待研究，如采矿过程对生物圈的影响机制、复垦土壤恢复重建、矿区景观格局变化等。为此，建立煤矿区土地复垦与生态恢复相统一的理论体系是保障煤矿区土地复垦生态工程实施的关键。

4 结语

随着我国经济持续发展，煤炭需求也将持续增长，大规模煤炭开采造成的土地破坏和环境恶化，直接影响矿区生态环境和可持续发展能力。加强煤矿区土地复垦工作，是推进矿区生态文明建设的重要组成部分，关乎社会稳定、区域经济和生态环境，意义重大。煤矿区土地复垦与生态修复任务仍形势紧迫，任重道远。