礦山生態農業重塑—采煤沉陷區土地復墾技術探討

徐州市生態文明建設研究院 徐周

隨著經濟和社會的不斷發展，人類對煤炭資源的需求日益遞增。而煤炭開采是一把雙刃劍，在為經濟發展提供助力的同時，也對地表土地資源造成嚴重破壞。早在1989年我國就施行了《土地復墾規定》，該規定第3～5條明確要求因從事開采礦產資源等生產建設活動，造成土地破壞的企業和個人，實行“誰破壞、誰復墾”的原則，土地復墾工作任何部門、單位和個人不得阻撓。2011年3月，國務院頒布了《土地復墾條例》，條例明確規定了復墾對象和責任主體，條例第六條明確指出編制土地復墾方案、實施土地復墾工程、進行土地復墾驗收等活動，應當遵守土地復墾國家標準；沒有國家標準的，應當遵守土地復墾行業標準。

1 國內外采煤礦山土地復墾現狀

國外發達國家早在20世紀初就已開展過礦區土地復墾工作，目前做得比較好的國家有澳大利亞、美國、德國等。澳大利亞礦產資源豐富，煤炭產量和出口量均居世界前列，礦山土地復墾工作也有不錯的效果。澳大利亞非常重視礦山土地復墾工作，把復墾工作視為整個礦產開發過程中一個必不可少的環節，目前已經發展成為多種學科結合、高效率、高科技的以綜合整治復墾為特點的工作模式。美國根據礦區的污染對象，分為大氣污染、水污染和地表損毀三種類型，并依據不同污染對象對應頒布了相關的法律法規，經過長期、大量的土地復墾工作，積累了豐富的治理經驗。德國礦區土地復墾工作大致經歷了三個階段：1920～1950年是實驗階段、1951～1958年是綜合種植階段、1958年至今為樹種多樣化和分階段種植階段，目前德國土地復墾技術已趨于成熟，取得的成績顯著。此外、英國、加拿大、法國等也做了大量的礦區土地復墾工作，取得了不錯的效果。

我國煤礦區土地復墾工作開展時間較晚，20世紀50年代出現自發的個別礦區開展土地復墾工作，都只是簡單的對沉陷的土地進行回填，具有技術含量低，規模小等特點。由于缺乏政策、資金等方面的支持，當時我國煤礦區的土地復墾率不到1%。直到1989年我國頒布《土地復墾條例》，2011年3月國務院頒布《土地復墾條例》之后，我國的土地復墾工作才真正走上正軌。通過采煤沉陷區土地復墾，可以大幅提高土地利用效率，對礦山生態農業進行重塑[1]。

2 采煤沉陷區土地復墾原則

土地復墾工作在開展過程中，需要結合實際情況因地制宜，總體來說復墾的目標是恢復耕地、保障農業生產，復墾的類型盡量維持原地類和不低于原質量標準的要求進行復墾。土地復墾的原則主要是以下五個方面：

2.1 “誰破壞、誰復墾”原則

《土地復墾規定》第三條明確指出，因從事開采礦產資源等生產建設活動，造成土地破壞的企業和個人，實行“誰破壞、誰復墾”的原則。

2.2 因地制宜原則

根據土地周邊的環境特征及設備設施情況，充分利用現有條件及優勢，科學確定土地利用的方向。同時，還需要參照土地利用總體規劃，咨詢土地權益人的意愿，宜農則農、宜林則林、宜草則草、宜漁則漁。

2.3 主導因素原則

在開展土地復墾工作的過程中，礦區沉陷深度、地表坡度、土層厚度等各種限制因素都有可能對復墾結果產生影響。不同的限制因素對復墾結果的影響程度不同，通過綜合分析，突出主導因素的作用。

2.4 綜合分析原則

土地復墾的效果如何，取決于許多限制因素，每一種因素都會對復墾效果造成一定的影響。土地復墾工作需要對各影響因素進行綜合分析，從而對土地復墾工作進行科學而準確的評價。

2.5 綜合效益原則

土地復墾工作需要充分考慮當地部門財政情況及企業出資能力，通過事宜的投入達到經濟效益、生態效益和社會效益的最大化[2]。

2.6 農業用地優先原則

如果土地損毀之前是農業用地，在進行土地復墾時也應優先將其復墾成農業用地，宜農則農，堅決貫徹落實“十分珍惜、合理利用土地和切實保護耕地”這一基本國策。

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3 采煤沉陷區土地復墾技術方法

隨著科技的進步，采煤新技術、新方法不斷運用，采煤沉陷區土地復墾技術也在不斷完善，總結來看，采煤沉陷區土地復墾技術主要有三個，一是工程復墾技術，二是生物復墾技術，三是生態復墾技術。

圖1 采煤沉陷區土地復墾技術

3.1 工程復墾技術

該技術是采煤沉陷區土地復墾工作的核心，主要是通過相關工程措施對已經破壞的礦區土地進行整治復墾。該技術包括兩種，一是充填復墾，二是非充填復墾。充填復墾技術又包括煤矸石充填、粉煤灰充填等。非充填復墾技術主要有三種，一是挖深墊淺復墾，二是疏排法復墾，三是梯田式復墾。

煤矸石充填復墾：煤炭開發企業在采煤、洗煤過程中，排放出的固體廢物就是煤矸石。在礦區及周邊大量堆放，侵占大量的土地資源，造成生態環境的嚴重破壞。利用煤矸石充填進行土地復墾，既可以治理損毀的土地，又可以處理煤矸石，從而保護環境，防止污染。煤矸石充填有兩種方式，一是全厚充填法（圖2），該種方法是將煤矸石一次性回填至設計所需的標高，然后覆土，經過土地平整復墾成耕地，此種充填方式主要適用于種植農作物為目的的復墾。二是分層充填法（圖3），是按照一定的充填厚度、分層充填至預先設計的標高，該技術的主要特點是分層充填和碾壓，此種充填方式主要適用于以建設建筑物為目的的復墾。

圖2 全厚充填法示意圖

圖3 分層沖填模式示意圖

粉煤灰充填復墾：煤燃燒后排出的灰分或灰渣就是粉煤灰，粉煤灰又叫飛灰，一般在火力發電廠產出較多，其特點是透氣性強、呈小顆粒松散狀、有較強的淋溶性能、是嚴重的污染源。在采煤沉陷區將粉煤灰進行充填復墾，即可解決環境污染問題，又能處理粉煤灰、同時解決粉煤灰因大量堆積而占用土地的問題。在進行粉煤灰充填復墾時，一般在待復墾土地內建設儲灰區，將表土剝離后筑堤，利用水力輸送粉煤灰到儲灰區，待充灰至設計標高，水排完后上覆表土，土地平整后復墾成耕地。

圖4 粉煤灰充填復墾流程示意圖

挖深墊淺復墾：此種復墾方式是將采煤沉陷區局部積水區或季節性積水區進行挖深施工，將挖出來的土充填到沉陷不嚴重區域，復墾成耕地，而挖深的部分可以作為養殖坑塘。此種方法是我國采煤礦區最常用的復墾方法，具有操作簡單、施工費用低、復墾效率高等優點，將原有的單純農業種植，轉變為漁業養殖、農作物種植相結合的生態農業模式。

圖5 挖深墊淺復墾示意圖

疏排法復墾:此種復墾方式就是將采煤沉陷區的積水利用一定的排水措施，通過強排或自排方式排入河流、水庫或湖泊，待沉陷區的積水排完后需進行土地平整，使采煤沉陷區的土地得到重新利用。因地制宜，根據實際情況設計合理的排水系統、優選釋放承泄區是疏排法成功的關鍵。

梯田式復墾：此種復墾方式主要是針對潛水位較低、采煤厚度大的礦區和丘陵山區的煤礦，該技術利用采煤沉陷區的地形條件，因地制宜將沉陷區整治為梯田。梯田式復墾的重點是要保障后續農業生產時灌溉及耕作方便以及邊坡穩定。

3.2 生物復墾技術

經過工程措施復墾后的采煤沉陷區可以基本滿足農作物種植，但是土壤內肥力不足，作物所需營養物質含量低。水、肥、氣、熱這四大肥力不能滿足作物生長的正常需求，所以經過工程復墾后的采煤沉陷區內土地須利用一定技術手段進行改良才能恢復正常使用。生物復墾技術是利用生物技術改善土壤肥力，提高土壤營養物質含量，從而提升作物產量的一種技術措施。培植穩定的植被層，可以提高土壤內作物所需養分，增加有機質含量，生物復墾技術是工程措施復墾的延續。生物復墾技術一般情況下有兩種，一是微生物法，二是綠肥法。

微生物法：該方法是在土壤微生態學、植物營養學等學科原理的基礎上，研制出微生物菌肥，利用微生物菌肥提高土壤肥力。微生物法的優點是可以減少化肥用量，增產效果明顯，改良土壤板結，激發土壤活力，促進植物生長，提高抗逆能力，無毒無害無污染。

綠肥法：綠肥是我國傳統的有機肥料之一，它由綠色植物本身制作而成。綠肥作物一般根系發達，能大量增加土壤有機質，改善土壤結構，提高土壤肥力，同時，能將土壤中的難溶性養分轉化，有利于作物吸收。此外綠肥還能改善土壤的物理化學性狀，促進土壤微生物活動。

3.3 生態復墾技術

該技術是根據生態學原理，利用工程復墾以及生物復墾技術，對采煤沉陷區進行合理利用，宜農則農、宜漁則漁、宜林則林。生態復墾技術能充分利用被破壞的土地，大幅改善礦區生態環境，提高土地經濟效益，促進當地礦產資源和社會經濟的可持續發展[1]。

4 土地復墾監測技術

采煤沉陷區經過土地復墾后，需要開展礦區土地動態監測。監測的技術手段主要有三種，一是3S技術，二是無人機影像技術，三是三維激光掃描技術。在開展礦區土地監測時，需建立一套完整的監測防治體系，為礦區生態環境提供科學依據。

4.1 監測內容

監測的內容主要有四種，一是地表殘余下沉監測，主要是監測復墾后的土地殘余下沉量，如果下沉量大，需要采取一定的措施進行補救；二是地表水位監測，主要是監測治理后的礦區內水域水位變化；三是地表水質監測，主要是監測治理后的礦區水質污染情況；四是土地污染監測，主要是監測復墾后的耕地受污染情況，監測受污染土地的面積和污染程度。

4.2 監測方法

（1）地表殘余下沉監測主要采用全站儀、RTK、GPS等測量設備對復墾后的土地進行監測，主要是測量其殘余下沉量，觀測地表的動態變化并繪制下沉曲線圖。

（2）地表水位監測一般是利用水域內提前埋設或標注的水位標志線，在不同的時間點記錄水位變化，并作圖繪制變化曲線圖。

（3）地表水質監測是在治理后的水域取樣監測，主要監測其主要化學成分含量，重點監測污染組分。

（4）土地污染監測是定期對已損毀的土地采樣，在實驗室進行化學分析測試。

4.3 土地復墾后的監測頻率

按照相關技術規范，結合當地礦區土地復墾的特點，監測頻率根據實際情況進行選擇，一般情況下監測的內容為地表殘余下沉量、水位監測、水質監測和土壤污染監測[3]。

5 結語

為了提高土地利用效率，實現礦區生態農業重塑，煤礦企業必須按照相關規范，實施土地復墾工作。針對采煤沉陷區土地復墾技術方法，本文主要討論了三種，一是工程復墾技術，二是生物復墾技術，三是生態復墾技術。此外，本文對土地復墾后的監測內容、監測方法和監測頻率進行了詳細闡述。