煤礦區土地復墾技術與發展方向探析*

王慶剛，徐燕飛，朱美華，畢 波，申禮鵬

(1.煤礦生態環境保護國家工程實驗室，安徽 淮南 232000；2.平安煤炭開采工程技術研究院有限責任公司，安徽 淮南 232000)

0 引言

煤炭作為工業的糧食，在為經濟社會發展作出突出貢獻的同時，不可避免地帶來不同程度的生態環境問題，尤其對礦區的土地資源破壞嚴重。煤炭開采破壞土地方式主要有3種：挖損、塌陷和壓占[1-2]。挖損是由于露天煤礦開采對表土層挖掘造成的土地破壞；塌陷是由于煤礦采煤后地表陷落造成的土地破壞；壓占是指煤炭開采時排出的煤矸石等堆積壓占造成的土地破壞。同時，煤炭開采還會造成礦區地下潛水位的抬升，在土壤毛細管及蒸發作用下，鹽分積聚于表土導致土地鹽漬化，嚴重影響土地的生產功能。土地破壞、土地鹽漬化、失地農民增多等生態環境問題和社會問題已成為煤礦區可持續發展的重要制約因素。

1 煤礦區土地復墾發展現狀

煤炭開采嚴重影響礦區生態系統與土地利用方式，造成生態系統退化、土地資源破壞、土壤質量下降以及景觀破碎等問題。另外，煤炭資源是不可再生資源，隨著資源的開采殆盡，如不注重土地復墾、環境修復，礦區終將形成土地荒蕪、環境惡化、經濟衰退的局面。土地復墾可以減少煤礦開采對生態環境造成的影響，煤礦區土地復墾研究歷史較久、復墾規模較大、復墾效果較好的國家有美國、德國、澳大利亞等。美國1918年就已經在印第安那州煤礦的煤矸石堆上進行再種植試驗，并針對礦區毀壞土地頒布了《露天開采控制和復田法令》等，在復墾土地、改良土壤方面積累了豐富經驗；德國20世紀60年代已在萊茵礦區復墾土地8 133 hm2；澳大利亞作為礦業大國，土地復墾取得令人矚目的成就，已形成多專業聯合、高科技指導、綜合治理開發的土地復墾模式。

我國煤礦區土地復墾起步晚，20世紀50年代才開始出現自發的零散的煤礦區土地復墾，復墾規模小、技術粗糙，只是簡單的回填[3-4]。由于國家長期以來沒有制定專門的土地復墾法規，也缺乏資金支持，煤礦區土地復墾工作發展較慢，至80年代末，我國實施土地復墾的煤礦不足1%，復墾的土地不到被破壞土地的1%。1988年12月，國務院第19號令頒布《土地復墾規定》，實行“誰破壞，誰復墾”的原則，對復墾土地的責權關系、實施形式、資金來源及復墾土地使用等做了相應規定。但仍存在不少問題，如地方政府和企業對土地復墾工作不夠重視，土地復墾中“誰復墾，誰受益”的原則不能得到充分體現，土地復墾技術停滯不前，缺乏對生物復墾等技術的研究等，阻礙了土地復墾工作的發展。2011年2月國務院令第592號《土地復墾條例》施行，更加明確了土地復墾流程、土地復墾驗收、激勵措施等，規定土地復墾應綜合考慮復墾后土地利用的經濟效益、生態效益和社會效益，并將土地復墾方案的編制納入采礦許可證制度，極大地推動了我國土地復墾工作的發展。

2 煤礦區土地復墾技術分析

煤礦區土地復墾主要是針對煤礦開采過程中因挖損、塌陷和壓占等造成破壞的土地采取的整治措施，使其恢復到可利用的狀態。按照土地復墾的機理劃分，煤礦區土地復墾技術大致分為工程復墾技術、生物復墾技術、生態復墾技術等[5-6]。

2.1 工程復墾技術

工程復墾是指利用工程技術措施對破壞的土地進行整治修復，是土地復墾的核心[7-8]。工程復墾技術分為充填復墾技術和非充填復墾技術，充填復墾技術主要包括矸石充填復墾、粉煤灰充填復墾等。非充填復墾技術主要包括挖深墊淺復墾、疏排法復墾、梯田式復墾等。

煤矸石充填復墾：煤矸石是煤礦生產過程中排放的固體廢物，煤矸石堆放壓占大量土地，而且影響生態環境。利用煤矸石進行充填復墾，既能整治破壞的土地，又可處置固體廢物，避免環境污染。煤矸石充填復墾分為全厚充填法與分層充填法，全厚充填法是指一次性將塌陷地用煤矸石回填至設計標高，然后覆土整平，該方法施工簡單，適用性強，主要適用于農業復墾；分層充填法是指以一定的充填厚度逐次將塌陷地充填至設計標高，分層充填工藝要點是分層充填、分層碾壓，該方法一般用作將塌陷地改造成為建筑用地。

粉煤灰充填復墾：粉煤灰是火力發電廠燃煤后余下的灰分和灰渣，結構松散，透氣性好，淋溶性能強，易干旱。大量的粉煤灰堆存耗費大量資金、占用大量土地；易產生揚塵，污染大氣。利用粉煤灰充填復墾造地既可解決儲灰場占地，又可解決粉煤灰帶來的環境污染。粉煤灰充填復墾工藝方法是先在計劃復墾的塌陷區內修筑儲灰場，利用管道水力輸送粉煤灰到儲灰場，當沉積的粉煤灰達到設計標高后，將水排盡，然后覆土形成耕地。

挖深墊淺復墾：挖深墊淺復墾是將塌陷區局部積水或季節性積水較深區域再挖深，形成水塘，發展為養殖，用挖出的泥土充填沉陷較淺區域，形成耕地，發展種植。該方法把單純的種植農業，變為種植、養殖相結合的生態農業，既復墾了土地，又改變了農業結構。挖深墊淺復墾技術操作簡單、成本低、效率高，是目前我國煤礦區普遍采用的一種土地復墾方法。

疏排法復墾：疏排法是采用合理的排水措施將塌陷積水通過強排或自排方法引入附近的河流、湖泊，再輔以必要地表修整，使采煤塌陷地恢復利用。疏排法復墾的關鍵是設計合理的排水系統及選擇合適的釋放承泄區和設計標準。

梯田式復墾：梯田式復墾是利用采煤塌陷后地形條件，將塌陷區整治為梯田的復墾技術，適用于中低潛水位采厚較大的礦區和丘陵地區。梯田式復墾重點在于梯田斷面設計，就是根據采煤塌陷后地形條件與耕作要求等設計梯田斷面。斷面設計合理可保證耕作灌溉方便和邊坡穩定。

2.2 生物復墾技術

采煤沉陷區通過工程復墾后，能基本滿足耕作條件，但土地營養物質含量很少，土壤的四大肥力因素水、肥、氣、熱條件也較差，因此必須改良后方可恢復使用。生物復墾技術是利用生物技術恢復土壤肥力與生物生產力，建立穩定植被層的活動，是改善新土壤層的養分狀況，增加有機質和提高并保肥能力的最有效方法，是工程復墾的延續。常見的生物復墾技術有微生物法、綠肥法等。

微生物法：微生物法是利用菌肥改善土壤和作物生長條件。微生物菌肥是一種無毒、無害、無污染的有機微生物菌劑，可以增加土壤中的有機質，能提高土壤肥力，改善土壤活化性狀，提高土壤保水，保肥、保溫能力，促進農作物生長，提高農作物產量。

綠肥法：綠肥就是用綠色植物體制成的肥料。綠肥作物在經過一定期間的生長之后，直接翻壓到土壤中或經堆漚而成的肥料。綠肥中含有多種養分和大量的有機質，可直接增加土壤養分，如豆科綠肥含氮素較高，十字花科綠肥可提高磷酸鹽和某些微量元素。

2.3 生態復墾技術

生態復墾技術就是應用土地復墾工程技術和生物復墾技術，根據生態學和生態經濟學原理，對煤礦開采破壞的土地進行復墾和利用，開展農業、林業種植，漁業、畜牧養殖等。生態復墾技術不僅能夠利用破壞的土地，改善生態環境，而且能夠提高農業生產的效益，促進社會和資源的可持續發展。

3 煤礦區土地復墾的未來發展方向

土地復墾的核心問題是破壞土地的再利用及生態系統恢復，涉及礦業、土地、環保、土壤、農業、測繪等多個學科，是一門新興的邊緣學科。我國對土地復墾高度重視，每年投入大量資金用于煤礦區的土地復墾工作，但無論是理論方法還是技術體系都還有許多值得完善之處。今后煤礦區土地復墾強化土地適宜性評價研究、“3S”技術集成應用、復墾技術生態化等是未來發展方向。

3.1 強化煤礦區土地復墾土地適宜性評價研究

煤礦區土地復墾土地適宜性評價針對不同破壞土地、不同復墾方向的適宜程度做出判斷分析。首先要對礦區土地復墾方向做出判斷，根據不同的復墾方向進一步分析其影響因子，確定各影響因子的重要性，進行參評因子、權重及屬性的選擇；其次再按照設定的標準評判具體地塊復墾方向的適宜程度；最后提交生產布局方案和決策模型，充分利用計算機輔助系統和遙感技術開展土地評價研究。

3.2 發揮“3S”技術集成優勢用于礦區土地復墾

“3S”技術即全球定位系統(GPS)、遙感技術(RS)、地理信息系統(GIS)。在煤礦區土地復墾工作中，用遙感技術(RS)獲取煤礦區影像，確定已破壞、擬損壞土地范圍、面積和類型。利用全球定位系統定位、測繪，用地理信息系統軟件及相關技術對待復墾土地進行適宜性評價，根據評價結果，結合煤礦區實際設計復墾方案。“3S”技術具有獲取信息的實時性、準確性、便捷性、綜合性等特點，應用于煤礦區土地復墾已是必然的發展趨勢。

3.3 發展與優化煤礦區生態復墾技術

生態復墾技術的發展，取決于土地復墾技術的攻關研究進展。如根據生態學和生態經濟學原理，進行有利于提高農業生產效益的生態農業復墾技術研究，利用生產和生活廢物進行固體廢物充填技術的研究，還可以進行復墾效率高、效益好的微生物復墾技術的研究等。

優化生態復墾模式以提高經濟效益、社會效益和生態效益為目標，以特定礦山環境為基礎，圍繞土地利用效率和環境保護效果，進行擇優淘劣的模式優選與設計。生態復墾技術的優化，主要包括生態復墾技術選擇、能源利用效率、生態經濟指標及其綜合評價，以生態農業和生態林業為主導，系統綜合地利用礦區土地資源發展礦區復墾產業。

3.4 建立礦區土地復墾與生態恢復相統一體系

生態系統管理是一門新的、正在發展中的自然資源的管理方法，生態系統管理強調人類是生態系統的一部分，在系統中有其存在的價值、影響和需求。進行生態系統管理時要確認管理的目標、對象以及管理單元和界限，并制定和實施管理計劃。人類對生態系統的需求可能會引起環境的變化，變化速率會超出系統內許多物種的承受力，所以管理者必須隨著其有效性靈活地處理新的信息并做出相應的調整。

煤礦區土地復墾與煤礦區生態恢復在國內開展時間還很短，即使是發達國家，該研究領域也只是近幾十年才逐漸成為研究熱點。因此，有許多理論問題還有待研究，如采礦過程對生物圈的影響機制、復墾土壤恢復重建、礦區景觀格局變化等。為此，建立煤礦區土地復墾與生態恢復相統一的理論體系是保障煤礦區土地復墾生態工程實施的關鍵。

4 結語

隨著我國經濟持續發展，煤炭需求也將持續增長，大規模煤炭開采造成的土地破壞和環境惡化，直接影響礦區生態環境和可持續發展能力。加強煤礦區土地復墾工作，是推進礦區生態文明建設的重要組成部分，關乎社會穩定、區域經濟和生態環境，意義重大。煤礦區土地復墾與生態修復任務仍形勢緊迫，任重道遠。