采煤沉陷區土地高效利用模式探討*

殷瀾格，連海波，劉 強，王雁林，3，陳新建，高紫鑫

(1.陜西地建礦業公司環境治理部，陜西 西安 710075；2.長安大學 地質工程與測繪工程學院，陜西 西安 710054；3.陜西省自然資源廳生態修復處，陜西 西安 710082)

0 引言

我國部分地區煤炭資源富集，煤炭資源的開采為國民帶來良好經濟效益的同時，也造成了不可忽視的嚴重生態環境問題。煤礦資源的開采不僅會污染損毀土地資源，而且使大面積土地受沉陷威脅。要對采煤沉陷區土地資源進行高效利用，需先對其生態環境問題修復治理。煤炭資源的開采是單一的，但是生態修復卻具有整體性[1]，修復治理方法的選擇重要且復雜。對采煤沉陷區的土地利用模式進行研究，能提高采煤沉陷區土地資源利用效率，恢復礦區地質生態環境，保護生物生存環境。

1 采煤沉陷區主要問題

煤炭資源的開采往往會對當地環境造成比較嚴重的破壞，主要體現在以下2方面：一是造成地質災害問題，如地面沉陷、地裂縫等；二是破壞當地生態環境，對植被、土壤、水環境以及生物多樣性等造成破壞。

采煤不斷地改變礦區內含水層的分布及其含水狀況，導致礦區水文地質條件發生變化，使得地下水動力場發生改變。煤炭開采破壞隔水層和儲水結構，地下水被逐漸疏干，形成區域性的地下水水位下降漏斗。給居民生活、生態環境及當地可持續發展造成了巨大的危害。如圖1所示，采煤會破壞地形地貌和地表植被，導致農田、林地、草地的面積不斷減少[2]，影響井田內耕地生產力；植被面積減少還會導致動物生存環境惡化，對當地生物多樣性造成危害[3]。煤矸石風化自燃、淋濾形成的有害物，礦區粉塵、廢氣、廢水形成的有害物，通過水力轉移至礦區內及周邊的土壤和水體中[4]，對土壤和水體造成污染，如圖2所示。老空地段內有大量的有毒有害氣體和可燃氣體，不僅有火災的危險，而且由于舊空地段內存在大量的密封不嚴空間，淺層地表的裂縫無法被完全覆蓋和封閉，有毒有害氣體和燃燒后的污染氣體會沿裂縫排出，對當地空氣造成嚴重污染。煤炭的開采會使表土流失或破壞，對于土壤環境條件差、抗擾動性差的區域，煤炭的開采對其擾動比較嚴重，表土的破壞也會加劇地質災害的發生。采空區頂板垮落造成上覆地層移動與變形，導致采空區上方及鄰近地表形成地面沉陷、地裂縫等地質災害，對房屋、公路、鐵路等建(構)筑物造成嚴重威脅。

圖1 采煤破壞地貌和植被Fig.1 Landform and vegetation damaged by coal mining

圖2 采煤污染土壤和水體Fig.2 Soil and water polluted by coal mining

2 采煤沉陷區土地高效利用模式探討

采煤沉陷區土地利用的途徑主要有2種：一是土地復墾，即利用目的為復耕復綠，主要是治理恢復其土壤質量，使其能夠滿足植物生長的基本條件；二是將其治理恢復為建設用地，主要是恢復原有土地承載力。

2.1 主要模式

要對采煤沉陷區的土地進行高效利用，必須先對生態環境問題進行修復治理。一般治理方式和采煤沉陷區計劃的土地利用方式密切相關，治理方式決定了土地利用模式，預計劃的土地利用模式又是選取治理方式的主導因素。煤礦終采后，土地高效利用模式的選取受多因素影響，如采空區穩定性、地形地貌、交通條件、景觀遺跡分布、人口經濟、周邊地塊土地利用現狀等。根據采煤沉陷區稟賦條件選擇適宜的修復利用方式[5]，不僅能高效利用土地，還可以帶動鄉村振興、全域旅游、轉型升級等。現階段我國礦山生態修復一般有復耕復綠模式、景觀模式、產業模式3種做法[6]。

2.2 采煤沉陷區的特征

采煤沉陷區存在以下2種情況：一是沉陷影響范圍內人口密集、存在大量重要建(構)筑物，威脅人口數量及財產數額巨大，搬遷耗費財力物力巨大且難度較大；二是緊鄰交通主干道，交通十分便利，距縣級以上市區距離較近，部分受沉陷影響的場地較為平緩開闊，并且當地用地資源十分緊張稀缺。這2種情況下，根據實際情況和現實需求，可以不用考慮采煤沉陷區穩定性高低，直接采取采空區地面注漿治理、采空區注漿隔離治理、采空區殘留煤柱充填回收、采空區露天剝離治理、采空區頂板崩落治理等技術手段對采空區進行治理。除以上2種情況，一般建議進行土地復墾或自然修復。應該盡快轉移沉陷影響范圍內的居民和財產，根據穩定性等級，結合采煤沉陷區自身稟賦條件，選擇適宜的土地高效利用模式[7]。

2.3 高穩定性采煤沉陷區土地高效利用模式

對于終采時間較長、地表已發生一定移動變形的采煤沉陷區，其殘余沉降量較小、上覆地層穩定性偏高，可根據其稟賦條件選取更多的土地利用模式。但是，未經治理的采煤沉陷區即使終采時間較長、殘余沉降量較小，其穩定性與一般場地相比仍然較差，因此若選擇景觀模式，如將其打造為一座礦山公園或景點，首先需對其生態環境問題和地面沉陷、地裂縫等地質災害進行治理，相對于在一般場地上打造景點其成本更高，因此需獲得更高的經濟效益和社會效益。為此需要設定一定的限制條件，具體可參照表1。當采煤沉陷區緊鄰主干道或與城鎮距離小于3 km時，若周圍10 km內有3座以上景觀遺跡分布，且周邊人口分布密度較大，可同時考慮景觀模式和雙復模式，否則盡量只采取雙復模式[8]。當采煤沉陷區與城鎮距離為3～15 km且不緊鄰主干道時，礦區土地損毀嚴重時可采取雙復模式，礦區土地損毀較輕時可采取自然修復手段。當采煤沉陷區與城鎮距離大于15 km且不緊鄰主干道時，若礦區周邊地塊植被覆蓋較好而礦區土地損毀嚴重時，可采取雙復模式，其他情況可采取自然修復模式。

表1 高穩定性采煤沉陷區土地高效利用模式的選取Table 1 Selection of efficient land use mode in high stability coal mining subsidence area

2.4 低穩定性采煤沉陷區土地高效利用模式

對于終采時間較短、殘余沉降量較大、穩定性相對較差的采煤沉陷區，其地表移動與變形量較大，上覆地層穩定性較差，在強烈工程活動的作用下地表發生大面積大幅度移動變形的可能性較大，一般不建議采用產業模式或景觀模式進行修復利用，需盡量保證上方無人類生產生活活動的進行，可根據稟賦條件選擇復綠模式或自然修復。此類采煤沉陷區，一般不建議耗費大量的人力財力進行治理。當采煤沉陷區緊鄰主干道或與城鎮距離小于3 km時，可采取復綠模式。當采煤沉陷區與城鎮的距離大于3 km且不緊鄰主干道時，周邊地塊植被覆蓋較好而礦區土地污染損毀較重時，可采取復綠模式，其他情況一般建議采取自然修復模式。

2.5 土地復墾及植物類型選擇

土地復墾：無論選擇景觀模式還是復耕復綠模式的采煤沉陷區，都需要對礦區土地平整度進行修復，提升土壤質量，治理礦區水環境。對于塌陷地塊和不平整地塊，可以采用充填復墾工藝對其進行治理，利用煤矸石和粉煤灰回填下沉地塊后壓實[9]，并覆土防止有害元素進入植物根系[10]。充填復墾不僅能恢復場地平整度、提升土壤質量，還能解決煤矸石等固廢堆積導致的土地壓占損毀問題。對于地形起伏較大的采煤沉陷區，煤礦修建廠房廠地時可能會開挖礦區范圍內邊坡，形成較多較陡裸露邊坡，一般為土質邊坡或者上部為土質底部裸露基巖。如果對采煤沉陷區進行修復治理，一般需要對此類邊坡采取一定的治理措施。如果采取削坡手段，削減的土體可以就地用于礦區內土地復墾，利用其進行覆土；削減的巖塊可對外售賣[11]，產生一定經濟收益，用于礦區環境治理。

植物類型選擇：對于整體生態環境較脆弱的采煤沉陷區，復耕種植農作物和復綠種植林草都需要慎重選擇植物類型[12]。如果采煤沉陷區修復為耕地，可種植耐干旱的農作物，或者種植耐干旱的果樹，發展林下養殖、中藥材等林下經濟。如果沉陷區整體地形較為平緩開闊，還可以大面積建設特色林果采摘基地，將其與生態農業建設、人居環境改善、鄉村振興等緊密結合。如果采煤沉陷區僅復綠而不作為種植地，則需盡量選取水保林草，并且避免單一植物大面積大量種植，需將多種樹木、草灌混合種植，既促進生物多樣性發展，又能增強山體坡面固土能力，遏制水土流失，提升當地生態環境質量。

3 結語

采煤沉陷區土地高效利用模式的選擇還可能受其它因素的影響，如當地特色產業發展、政策扶持導向、外來資金投入等因素。在其他因素的影響下，土地高效利用模式的選擇需要靈活調整，隨時根據外界其他因素的變化而變化，不能生搬硬套，應該因地制宜、因時制宜，選擇最適合的利用模式，使土地資源得到最大程度的高效利用。