我國煤礦區低碳型土地復墾現狀與展望

付梅臣，郭衛斌，李建民，王 薇

(1.中國地質大學(北京)土地科學技術學院，北京 100083；2.武安市國土資源局，河北 武安 056300)

綠色礦業

我國煤礦區低碳型土地復墾現狀與展望

付梅臣1，郭衛斌2，李建民2，王 薇2

(1.中國地質大學(北京)土地科學技術學院，北京 100083；2.武安市國土資源局，河北 武安 056300)

煤炭是中國的重要能源，減排已成為礦區復墾的重要目標，也是建設綠色礦山的重要保障。本文在對中國多個煤礦區調查的基礎上，從“減排”和“增匯”兩個方面，剖析當前中國土地復墾政策對礦區低碳土地利用的要求，以及土地復墾施工工藝、土地復墾管護等不同土地復墾環節中碳源、碳匯的相互關系，進而挖掘煤礦區低碳土地利用模式，提出《聯合國氣候變化框架公約》約束下，適用于中國煤炭生產方式的低碳型土地復墾工藝，為促進中國低碳型煤礦區建設提供依據，保障中國減排目標的實現。

煤礦區;低碳型土地復墾

20世紀90年代全球絕大多數國家和地區簽署了《京都議定書》，并于21世紀初開始生效，由此全球進入了低碳發展軌道，節能減排成為發達國家的責任和義務。雖然包括中國和印度在內的發展中國家可自愿制定削減排放量目標，但作為負責任的大國，中國高度重視全球氣候變化問題，在哥本哈根世界氣候變化大會上，向世界承諾2020 年單位國內生產總值(GDP)的二氧化碳排放量比 2005 年下降40%～45%。為了實現節能減排目標，中國出臺了一系列相關法律法規，全面促進節能減排，2010年能源消費彈性系數由20世紀末的1.04下降到0.59，為減緩全球氣候變化做出了貢獻。

煤炭是中國的主體能源，在一次能源結構中占70%左右。在未來相當長時期內，煤炭作為主體能源的地位不會改變。作為煤炭生產基地，煤礦區顯然不能脫離節能減排范疇，減少碳排放也是其重要任務。在煤礦區節能減排中，中央政府、地方政府、采礦企業、科技工作者等各司其職，制定相關法律法規、規章制度和發展規劃，依托節能減排技術，推進瓦斯抽采利用，提高土地復墾率，以實現低碳經濟發展目標。

1 礦區減排制度與管理

中國煤炭開采引發的水資源破壞、瓦斯排放、煤矸石堆存、地表沉陷等，對礦區生態環境破壞嚴重，恢復治理滯后。為此，近年來相繼出臺《中國應對氣候變化國家方案》和《循環經濟法》、《可再生能源法》、《節能減排“十二五”規劃》等，以減量化、再利用、資源化為主線，建立碳交易市場，強化激勵與約束措施和法律責任等，為低碳發展提供了重要的法律制度保障，促進了我國低碳發展的制度化、規范化運行。

1.1 先抽后采，提高煤礦瓦斯綜合利用率

在煤炭開采前和開采中抽放瓦斯氣是保證煤礦安全的重要措施，但如果將抽放的瓦斯排入大氣，會產生強烈的溫室效應，因為瓦斯中所含甲烷的溫室效應比二氧化碳大20倍(宗云峰，2011)。因此，中國強力推進煤礦瓦斯“先抽后采、抽采達標”，采煤采氣一體化開發，加強瓦斯綜合利用，增加清潔能源供應，減少溫室氣體排放。2010 年，煤礦瓦斯抽采量75.0×108m3、利用量23.0×108m3，分別比2005 年增長226%、283%。中國政府頒布實施了《煤層氣產業政策》(2013)、《煤層氣(煤礦瓦斯)開發利用“十二五”規劃》(2011)、《煤炭工業發展“十二五”規劃》(2012)等煤層氣開發利用政策與規劃，2015年煤層氣利用率由2010年的30.7%提高到60%。2015年，煤層氣產量160.0×108m3，基本全部利用；煤礦瓦斯抽采量140.0×108m3，利用率60%。其中，東部(含東北)地區煤礦瓦斯利用率51%；中部地區煤礦瓦斯利用率63%；西部地區煤礦瓦斯利用率超過55%。

1.2 推行綠色采礦，減輕環境損壞風險

中國煤炭開發利用方式較粗放，煤矸石堆積大量占用和污染土地，資源環境壓力加大，必須樹立綠色、低碳發展理念，積極推廣保水開采、充填開采等先進技術，統籌煤炭資源開發利用與生態環境保護，在保護中開發，在開發中保護，積極培育符合生態文明要求的煤炭資源開發利用模式。煤礦企業不能只把煤炭看作是資源，更要把空氣、土地、地下水等與煤炭周圍環境相關、構成環境生態的各種因素，都當作是一種重要的資源，科學開發，綜合利用(劉建功，2011)。中國政府頒布實施了《中華人民共和國煤炭法》(1996)、《能源發展“十二五”規劃》(2011)、《煤炭工業發展“十二五”規劃》(2012)等煤炭資源開發利用政策與規劃。2015年，全國煤矸石產生量8.0×108t，利用量6.1×108t，綜合利用率75%以上；礦井水產生量70.92×108m3，利用量54.0×108m3左右，利用率75%，達標排放率100%。其中，東部(含東北)地區采取煤矸石發電、井下充填、立體開發等措施，煤矸石利用率85%以上，礦井水利用率80%；中部地區采取煤矸石發電、井下充填、立體開發、植被綠化等措施，煤矸石利用率77%，礦井水利用率68%；西部地區采取煤矸石發電、井下充填、立體開發、植被綠化、保水充填開采等措施，煤矸石利用率達到70%，礦井水利用率達到80%。

1.3 加強土地復墾，建設綠色礦山格局

為了加強采煤沉陷區綜合治理、礦山環境修復、采煤沉陷區的生態恢復，探索建立利于低碳發展的復墾技術體系和生產體系，加快實施生態工程，推進節能減排和污染防治，以不斷增加碳匯和減少碳源，中國政府頒布實施了《中華人民共和國土地管理法》(2005)、《中華人民共和國礦產資源法》(1996)、《中華人民共和國水土保持法》(2010)、《土地復墾條例》(2011)、《國土資源“十二五”規劃綱要》(2011)、《國家環境保護“十二五”規劃》(2011)、《全國礦產資源規劃(2008～2015年)》(2009)等有關礦區復墾相關的政策與規劃。2015年，將形成地表沉陷面積7.80×104hm2(其中，復墾面積4.7×104hm2，復墾率為60.27%)，水土流失面積7.22×104hm2。其中：東部(含東北)地區地表沉陷面積0.93×104hm2，土地復墾率超過80%；中部地區地表沉陷面積2.69×104hm2，土地復墾率超過65%，水土流失面積2.83×104hm2；西部地區地表沉陷面積4.18×104hm2，土地復墾率超過50%，水土流失面積4.39×104hm2。

2 煤礦區碳源與碳匯

中國煤炭資源在地理分布上的總格局是西多東少、北富南貧，未來開發總體布局是控制東部、穩定中部、發展西部。2010 年，中國煤炭產量32.4×108t。到2015 年，煤炭產量控制在39.0×108t左右。生產能力41.0×108t/a，其中：大型煤礦(生產能力26.0×108t/a)占63%；年產能30.0×104t及以上的中小型煤礦(生產能力9.0×108t/a)占22%，年產能30.0×104t及以下的小煤礦(生產能力6.0×108t/a)占15%。中國煤炭開采方式為露天開采、地下開采，其中：露天開采僅占全國煤炭產量的10%(內蒙古、山西、云南、新疆和黑龍江占全國露天煤礦產量的97.7%)，主要集中在西部地區；地下開采主要集中在中東部地區。

2.1 露天礦碳源與碳匯

中國露天煤礦既是能源生產基地，又是耗能大戶，也是重要的溫室氣體排放源(才慶祥，2012)。

1)露天礦碳源構成。露天煤礦排放的溫室氣體既包括使用能源帶來的直接和間接碳排放，其中：直接來源為礦用自卸卡車和輔助機械等設備消耗的燃油，硬巖爆破采用的銨油炸藥(Norgate T，2010)，開采過程中的 CH4溢散，露天堆放煤炭與煤矸石氧化產生的溫室氣體溢散(才慶祥，2012)；間接來源為采礦耗電帶來的間接排放，以及地表植被破壞帶來的固碳能力下降等。

2)露天礦碳匯構成。露天礦增匯途徑主要是復墾。一是排土場復墾，種植樹木、草、作物等，通過光合作用增加碳匯；二是改良排土場土壤，通過有機肥施用、秸稈還田等措施，提高土壤有機碳；三是通過對采坑進行濕地改造固碳。

3)露天礦減排措施。地面采氣后，推行采復一體化工藝，首先對首采區的表土進行剝離，單獨堆放，為排土場植被恢復提供保障，提高未來增匯潛力；其次分層堆放，交錯回填，避免煤矸石等固體廢棄物裸露自燃，減少煤炭與煤矸石氧化產生的溫室氣體溢散量；三是凈化礦井水，避免污染土壤，降低周偉環境污染風險，并充分利用礦井水灌溉植被，提高固碳能力；四是通過復墾工程實施增加碳匯。

2.2 井工礦碳源與碳匯

中國80%的煤炭來源于地下采掘，井工礦多分布于中東部地區，以煤糧復合區為主，占全國耕地總面積的30.9%(胡振琪等，2008)。

1)井工礦碳源構成。井工礦碳源的直接來源為：煤炭開采期間破碎煤層及周圍層存儲氣體的排放，露天堆放煤炭與煤矸石氧化產生的溫室氣體溢散，煤炭處理、加工和輸送產生的氣體，廢棄礦井溢散排放甲烷，甲烷的回收利用以及燃燒會減少溫室氣體的排放(張曉慧等，2011；王曉琳等，2012)；間接來源為采礦耗電帶來的間接排放，以及地面塌陷、裂縫帶來的固碳能力下降等。

2)井工礦碳匯構成。中國井工礦分布范圍廣，受氣候條件、地形地貌、地下水位等影響，增匯的途徑存在差異。總體上，主要增匯途徑有復墾、土地利用方式變化、土地利用結構等，具體途徑為：一是塌陷地、地表裂縫治理，改善植被生存環境，促進樹木、草、作物等生長，提高碳匯增量；二是復墾場地土壤，通過有機肥施用、秸稈還田等措施，提高土壤有機碳；三是通過改變土地利用方式，在高潛水位地區對積水坑等進行濕地改造固碳，在丘陵山區通過林木生產進行固碳；四是通過完善農田防護林體系、建立桑基魚塘等，提高增匯用地立體面積。

3)井工礦減排措施。本著先抽后采的原則，一是大力推進礦井地質、開采技術的革新，提高資源回收率；二是積極推進煤矸石充填采煤技術(劉建功，2011)，減少矸石運輸和提升過程中消耗大量電力、運力資源而產生的間接碳排放，占地、污染環境、地表塌陷和露天堆放自燃產生溫室氣體，利用煤礦地熱源(何滿潮2010)，減少碳排放；三是加強礦區水資源的分析與保護以及礦井水的綜合處理與利用，實現礦區水資源的保護性開采和礦井水零排放；四是加強礦區生態環境的復墾治理和生態恢復，實現邊開采、邊治理；五是充分利用清潔生產技術、廢物利用技術和污染治理技術，加大選礦、坑口發電和礦山廢棄物綜合利用等附加生產，實現循環經濟(胡振琪，2010；張健，2010；宗云峰，2011)。

3 煤礦區復墾中的增匯與減排

煤礦區土地復墾是彌補采礦排放溫室氣體的主要措施，完善復墾規劃設計、復墾工程實施、復墾工藝等，做好碳儲存的封閉管理，防止碳的二次釋放，積極應對全球氣候變化。

3.1 煤礦區復墾中增匯

煤礦區應將土地復墾與碳儲存管理相結合，增匯的措施是植被光合作用增匯、土壤有機碳提高增匯、土地利用方式改變增匯、土地利用結構優化增匯等。

1)推行低碳經濟型土地利用模式。煤礦區通過對土地合理規劃布局(孫宇杰等，2011；肖主安等，2010)，避免因土地利用方式選擇失誤、土地浪費而增加過多的碳排放。在各種土地利用方式中，建用地能在很大程度上增加碳排放，而林地碳匯則能償人為能源活動的碳排放(趙榮欽等，2010)。從碳排放強度看，不同土地利用方式碳排放效應有所差別(趙榮欽，2010)，由高到低依次為：居民點及獨立工礦用地﹥交通運輸用地﹥耕地﹥水利設施用地﹥園地﹥牧草地﹥林地(游和遠，2010)。煤礦區應按照《土地復墾條例》(2011)要求，遵循“邊生產、邊復墾”的原則，做好碳匯林業、生態農業發展規劃,以林地、草地、濕地、耕地等農用地及自然保留地復墾為主，限制復墾為建設用地，嚴懲逃避復墾責任人，提高增匯用地比例，增加匯碳。

2)提高植被覆蓋面積及綠量。中國東部煤炭資源日漸枯竭，產量萎縮；中部受資源與環境約束的矛盾加劇，煤炭凈調入省增加；資源開發加速向生態環境脆弱的西部轉移。因此，植被恢復成為未來復墾的重要任務。林地、草地和濕地具有天然的固碳作用，植樹種草還可以改善土壤的結構和理化性質(蘇桂榮，2011)。發展生態用地，增加植被覆蓋率和綠量，不僅能夠改變西部地區生態環境，而且能夠增強煤礦區碳匯功能，提高固碳效率(孫宇杰等，2011)。

3)改良土壤增加有機碳。煤礦區土壤質量優劣，不僅直接關系到植被恢復效果，而且決定了土壤中碳儲存能力。據統計，中國隨著耕地質量的改良，農用地土壤固碳能力在過去幾十年內每年提高0.014%，農用地和大部分未利用地的自然碳匯功能顯著，并有不斷提升的空間(吳瑾，2010)。受工藝和煤層賦存條件的制約，露天礦開采過程中必然有少量的煤摻雜在剝離物中被排棄到排土場，這些煤會發生低溫的緩慢氧化而釋放出CO2(John N Carras，et al.2009)。因此，在煤炭資源開發與復墾過程中，要嚴格保護土壤耕作層，按自然位次交錯回填剝離物，無污染充填復墾塌陷地，增施有機肥，提高土壤有機碳儲存能力。

4)土地利用結構優化。土地利用結構的合理性，決定了區域土地功能。從區域尺度上，礦區主導土地利用復墾方向應服從區域規劃；從礦區尺度看，應因地制宜安排復墾方向，如露天礦的排土場復墾為農用地、最終采坑復墾為水面或濕地，井工礦的塌陷地、積水區以復墾農用地為主等；從地塊尺度看，耕地的林田比例、魚塘的基塘比例等直接關系到生態農業的持續性。因此，協調好各尺度的結構，能夠有效增加綠量，提高增匯能力。

3.2 煤礦區復墾中減排

煤礦區土地復墾不僅有增匯效果，也有間接增碳問題，主要存在于土地復墾工程實施過程中，如施工機械燃油消耗，復墾后土地利用中的灌溉油耗、電耗等。

1)綠色施工，減輕土壤壓實。復墾機械不合理使用會導致土壤壓實，消耗大量能源，應該充分利用采礦機械，在煤炭開采過程中，盡量完成地貌重塑、土地平整及表土回填等，減少復墾中大型機械的使用，以減輕土壤壓實，從而減少碳排放。

2)發展循環生態農業。復墾后的土地應以發展循環生態農業為主，運用先進的農業現代化技術，盡最大努力減少投入要素，提高資源的利用效率。發展耕地免耕、有機肥技術和秸稈適量返田技術等，嚴格控制化肥、農藥等農業生產資料使用量，不斷提高土壤中有機碳含量，從而提升土地資源的固碳能力(許廣月，2010)。因此，復墾中應該結合循環生態農業的要求，建設重力灌溉系統，降低道路坡度與運距，降低農機具能耗。

3)建設郊野公園。中國許多礦業城市是伴隨礦業發展誕生的，隨著城市擴張，采礦廢棄地已經毗鄰城區，雖然阻礙了城市發展，但也給城市發展創造了機遇，可充分利用廢棄地建設郊野公園。如唐山市、平頂山市、淮北市、徐州市等，利用廢棄地構建綜合性公園、郊野公園，減少來其他用地的占用，增加了碳匯用地，改善了城市居民生活質量。

4 結 論

中國的能源結構決定了煤礦區減排的重要性，實現節能減排是一項系統性工程。目前，中國在煤礦區節能減排中取得的主要成果有：一是，從各級政府、企業、公眾不同角度，明確了煤礦區各主體的節能減排權利與義務，有效地減少了碳排放；二是，從煤礦生命周期出發，本著先抽后采的原則，將復墾納入采礦過程中的各個環節，推行煤矸石充填采煤技術，實現采復一體化，降低了能耗。充分利用了煤礦地熱源服務于礦區熱力供應，減少了碳排放；三是，從不同尺度出發，優化了土地利用結構，發展循環生態農業，建設郊野公園，增加綠量和土壤有機碳，提高碳匯能力。然而，中國地域差異較大，經濟發展不均衡，受資金、技術、采礦條件等制約，煤礦區節能減排復墾技術發展還不能夠完全覆蓋，需要今后不斷推進，全面實現低碳循環發展。

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Low-carbon land reclamation in China’s coal mining areas：current situation and prospects

FU Mei-chen1,GUO Wei-bin2,LI Jian-min2,WANG Wei2

(1.School of Land Science and Technology，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China; 2.Wuan Municipal Bureau of Land an Resources ，Wu’an 056300，China)

Coal is China’s important energy and emission reduction has become an important target in land reclamation and also an important guarantee for building a green mine.Based on the field investigation in China’s coal mining areas，this paper，from the two aspects of “carbon sources” and “carbon sinks”，analyzes the demands that China’s land reclamation policies make of low-carbon land use and the relationship of “carbon sources” and “carbon sinks” at different land reclamation stages including land reclamation construction technology，management and protection，etc.Further，it explores low-carbon land use modes in mining areas and proposes low-carbon land reclamation technology applied to China’s coal production within theUnitedNationsFrameworkConventiononClimateChange，aiming at giving suggestions on the construction of low-carbon coal mining areas and ensuring the realization of China’s emission reduction targets.

coal mining areas;low-carbon land reclamation

2014-08-31

“十一五”國家科技支撐項目“不同功能區土地資源安全保障與控制系統研制”資助(編號:2006BAB15B06)

付梅臣(1966-)，男，黑龍江東寧人，教授，博士，主要從事土地利用和復墾教學與研究。E-mail:fumeichen@163.com。

TD88

A

1004-4051(2015)05-0049-04