我国煤矿区低碳型土地复垦现状与展望

付梅臣，郭卫斌，李建民，王 薇

(1.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083；2.武安市国土资源局，河北 武安 056300)

绿色矿业

我国煤矿区低碳型土地复垦现状与展望

付梅臣1，郭卫斌2，李建民2，王 薇2

(1.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083；2.武安市国土资源局，河北 武安 056300)

煤炭是中国的重要能源，减排已成为矿区复垦的重要目标，也是建设绿色矿山的重要保障。本文在对中国多个煤矿区调查的基础上，从“减排”和“增汇”两个方面，剖析当前中国土地复垦政策对矿区低碳土地利用的要求，以及土地复垦施工工艺、土地复垦管护等不同土地复垦环节中碳源、碳汇的相互关系，进而挖掘煤矿区低碳土地利用模式，提出《联合国气候变化框架公约》约束下，适用于中国煤炭生产方式的低碳型土地复垦工艺，为促进中国低碳型煤矿区建设提供依据，保障中国减排目标的实现。

煤矿区;低碳型土地复垦

20世纪90年代全球绝大多数国家和地区签署了《京都议定书》，并于21世纪初开始生效，由此全球进入了低碳发展轨道，节能减排成为发达国家的责任和义务。虽然包括中国和印度在内的发展中国家可自愿制定削减排放量目标，但作为负责任的大国，中国高度重视全球气候变化问题，在哥本哈根世界气候变化大会上，向世界承诺2020 年单位国内生产总值(GDP)的二氧化碳排放量比 2005 年下降40%～45%。为了实现节能减排目标，中国出台了一系列相关法律法规，全面促进节能减排，2010年能源消费弹性系数由20世纪末的1.04下降到0.59，为减缓全球气候变化做出了贡献。

煤炭是中国的主体能源，在一次能源结构中占70%左右。在未来相当长时期内，煤炭作为主体能源的地位不会改变。作为煤炭生产基地，煤矿区显然不能脱离节能减排范畴，减少碳排放也是其重要任务。在煤矿区节能减排中，中央政府、地方政府、采矿企业、科技工作者等各司其职，制定相关法律法规、规章制度和发展规划，依托节能减排技术，推进瓦斯抽采利用，提高土地复垦率，以实现低碳经济发展目标。

1 矿区减排制度与管理

中国煤炭开采引发的水资源破坏、瓦斯排放、煤矸石堆存、地表沉陷等，对矿区生态环境破坏严重，恢复治理滞后。为此，近年来相继出台《中国应对气候变化国家方案》和《循环经济法》、《可再生能源法》、《节能减排“十二五”规划》等，以减量化、再利用、资源化为主线，建立碳交易市场，强化激励与约束措施和法律责任等，为低碳发展提供了重要的法律制度保障，促进了我国低碳发展的制度化、规范化运行。

1.1 先抽后采，提高煤矿瓦斯综合利用率

在煤炭开采前和开采中抽放瓦斯气是保证煤矿安全的重要措施，但如果将抽放的瓦斯排入大气，会产生强烈的温室效应，因为瓦斯中所含甲烷的温室效应比二氧化碳大20倍(宗云峰，2011)。因此，中国强力推进煤矿瓦斯“先抽后采、抽采达标”，采煤采气一体化开发，加强瓦斯综合利用，增加清洁能源供应，减少温室气体排放。2010 年，煤矿瓦斯抽采量75.0×108m3、利用量23.0×108m3，分别比2005 年增长226%、283%。中国政府颁布实施了《煤层气产业政策》(2013)、《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十二五”规划》(2011)、《煤炭工业发展“十二五”规划》(2012)等煤层气开发利用政策与规划，2015年煤层气利用率由2010年的30.7%提高到60%。2015年，煤层气产量160.0×108m3，基本全部利用；煤矿瓦斯抽采量140.0×108m3，利用率60%。其中，东部(含东北)地区煤矿瓦斯利用率51%；中部地区煤矿瓦斯利用率63%；西部地区煤矿瓦斯利用率超过55%。

1.2 推行绿色采矿，减轻环境损坏风险

中国煤炭开发利用方式较粗放，煤矸石堆积大量占用和污染土地，资源环境压力加大，必须树立绿色、低碳发展理念，积极推广保水开采、充填开采等先进技术，统筹煤炭资源开发利用与生态环境保护，在保护中开发，在开发中保护，积极培育符合生态文明要求的煤炭资源开发利用模式。煤矿企业不能只把煤炭看作是资源，更要把空气、土地、地下水等与煤炭周围环境相关、构成环境生态的各种因素，都当作是一种重要的资源，科学开发，综合利用(刘建功，2011)。中国政府颁布实施了《中华人民共和国煤炭法》(1996)、《能源发展“十二五”规划》(2011)、《煤炭工业发展“十二五”规划》(2012)等煤炭资源开发利用政策与规划。2015年，全国煤矸石产生量8.0×108t，利用量6.1×108t，综合利用率75%以上；矿井水产生量70.92×108m3，利用量54.0×108m3左右，利用率75%，达标排放率100%。其中，东部(含东北)地区采取煤矸石发电、井下充填、立体开发等措施，煤矸石利用率85%以上，矿井水利用率80%；中部地区采取煤矸石发电、井下充填、立体开发、植被绿化等措施，煤矸石利用率77%，矿井水利用率68%；西部地区采取煤矸石发电、井下充填、立体开发、植被绿化、保水充填开采等措施，煤矸石利用率达到70%，矿井水利用率达到80%。

1.3 加强土地复垦，建设绿色矿山格局

为了加强采煤沉陷区综合治理、矿山环境修复、采煤沉陷区的生态恢复，探索建立利于低碳发展的复垦技术体系和生产体系，加快实施生态工程，推进节能减排和污染防治，以不断增加碳汇和减少碳源，中国政府颁布实施了《中华人民共和国土地管理法》(2005)、《中华人民共和国矿产资源法》(1996)、《中华人民共和国水土保持法》(2010)、《土地复垦条例》(2011)、《国土资源“十二五”规划纲要》(2011)、《国家环境保护“十二五”规划》(2011)、《全国矿产资源规划(2008～2015年)》(2009)等有关矿区复垦相关的政策与规划。2015年，将形成地表沉陷面积7.80×104hm2(其中，复垦面积4.7×104hm2，复垦率为60.27%)，水土流失面积7.22×104hm2。其中：东部(含东北)地区地表沉陷面积0.93×104hm2，土地复垦率超过80%；中部地区地表沉陷面积2.69×104hm2，土地复垦率超过65%，水土流失面积2.83×104hm2；西部地区地表沉陷面积4.18×104hm2，土地复垦率超过50%，水土流失面积4.39×104hm2。

2 煤矿区碳源与碳汇

中国煤炭资源在地理分布上的总格局是西多东少、北富南贫，未来开发总体布局是控制东部、稳定中部、发展西部。2010 年，中国煤炭产量32.4×108t。到2015 年，煤炭产量控制在39.0×108t左右。生产能力41.0×108t/a，其中：大型煤矿(生产能力26.0×108t/a)占63%；年产能30.0×104t及以上的中小型煤矿(生产能力9.0×108t/a)占22%，年产能30.0×104t及以下的小煤矿(生产能力6.0×108t/a)占15%。中国煤炭开采方式为露天开采、地下开采，其中：露天开采仅占全国煤炭产量的10%(内蒙古、山西、云南、新疆和黑龙江占全国露天煤矿产量的97.7%)，主要集中在西部地区；地下开采主要集中在中东部地区。

2.1 露天矿碳源与碳汇

中国露天煤矿既是能源生产基地，又是耗能大户，也是重要的温室气体排放源(才庆祥，2012)。

1)露天矿碳源构成。露天煤矿排放的温室气体既包括使用能源带来的直接和间接碳排放，其中：直接来源为矿用自卸卡车和辅助机械等设备消耗的燃油，硬岩爆破采用的铵油炸药(Norgate T，2010)，开采过程中的 CH4溢散，露天堆放煤炭与煤矸石氧化产生的温室气体溢散(才庆祥，2012)；间接来源为采矿耗电带来的间接排放，以及地表植被破坏带来的固碳能力下降等。

2)露天矿碳汇构成。露天矿增汇途径主要是复垦。一是排土场复垦，种植树木、草、作物等，通过光合作用增加碳汇；二是改良排土场土壤，通过有机肥施用、秸秆还田等措施，提高土壤有机碳；三是通过对采坑进行湿地改造固碳。

3)露天矿减排措施。地面采气后，推行采复一体化工艺，首先对首采区的表土进行剥离，单独堆放，为排土场植被恢复提供保障，提高未来增汇潜力；其次分层堆放，交错回填，避免煤矸石等固体废弃物裸露自燃，减少煤炭与煤矸石氧化产生的温室气体溢散量；三是净化矿井水，避免污染土壤，降低周伟环境污染风险，并充分利用矿井水灌溉植被，提高固碳能力；四是通过复垦工程实施增加碳汇。

2.2 井工矿碳源与碳汇

中国80%的煤炭来源于地下采掘，井工矿多分布于中东部地区，以煤粮复合区为主，占全国耕地总面积的30.9%(胡振琪等，2008)。

1)井工矿碳源构成。井工矿碳源的直接来源为：煤炭开采期间破碎煤层及周围层存储气体的排放，露天堆放煤炭与煤矸石氧化产生的温室气体溢散，煤炭处理、加工和输送产生的气体，废弃矿井溢散排放甲烷，甲烷的回收利用以及燃烧会减少温室气体的排放(张晓慧等，2011；王晓琳等，2012)；间接来源为采矿耗电带来的间接排放，以及地面塌陷、裂缝带来的固碳能力下降等。

2)井工矿碳汇构成。中国井工矿分布范围广，受气候条件、地形地貌、地下水位等影响，增汇的途径存在差异。总体上，主要增汇途径有复垦、土地利用方式变化、土地利用结构等，具体途径为：一是塌陷地、地表裂缝治理，改善植被生存环境，促进树木、草、作物等生长，提高碳汇增量；二是复垦场地土壤，通过有机肥施用、秸秆还田等措施，提高土壤有机碳；三是通过改变土地利用方式，在高潜水位地区对积水坑等进行湿地改造固碳，在丘陵山区通过林木生产进行固碳；四是通过完善农田防护林体系、建立桑基鱼塘等，提高增汇用地立体面积。

3)井工矿减排措施。本着先抽后采的原则，一是大力推进矿井地质、开采技术的革新，提高资源回收率；二是积极推进煤矸石充填采煤技术(刘建功，2011)，减少矸石运输和提升过程中消耗大量电力、运力资源而产生的间接碳排放，占地、污染环境、地表塌陷和露天堆放自燃产生温室气体，利用煤矿地热源(何满潮2010)，减少碳排放；三是加强矿区水资源的分析与保护以及矿井水的综合处理与利用，实现矿区水资源的保护性开采和矿井水零排放；四是加强矿区生态环境的复垦治理和生态恢复，实现边开采、边治理；五是充分利用清洁生产技术、废物利用技术和污染治理技术，加大选矿、坑口发电和矿山废弃物综合利用等附加生产，实现循环经济(胡振琪，2010；张健，2010；宗云峰，2011)。

3 煤矿区复垦中的增汇与减排

煤矿区土地复垦是弥补采矿排放温室气体的主要措施，完善复垦规划设计、复垦工程实施、复垦工艺等，做好碳储存的封闭管理，防止碳的二次释放，积极应对全球气候变化。

3.1 煤矿区复垦中增汇

煤矿区应将土地复垦与碳储存管理相结合，增汇的措施是植被光合作用增汇、土壤有机碳提高增汇、土地利用方式改变增汇、土地利用结构优化增汇等。

1)推行低碳经济型土地利用模式。煤矿区通过对土地合理规划布局(孙宇杰等，2011；肖主安等，2010)，避免因土地利用方式选择失误、土地浪费而增加过多的碳排放。在各种土地利用方式中，建用地能在很大程度上增加碳排放，而林地碳汇则能偿人为能源活动的碳排放(赵荣钦等，2010)。从碳排放强度看，不同土地利用方式碳排放效应有所差别(赵荣钦，2010)，由高到低依次为：居民点及独立工矿用地﹥交通运输用地﹥耕地﹥水利设施用地﹥园地﹥牧草地﹥林地(游和远，2010)。煤矿区应按照《土地复垦条例》(2011)要求，遵循“边生产、边复垦”的原则，做好碳汇林业、生态农业发展规划,以林地、草地、湿地、耕地等农用地及自然保留地复垦为主，限制复垦为建设用地，严惩逃避复垦责任人，提高增汇用地比例，增加汇碳。

2)提高植被覆盖面积及绿量。中国东部煤炭资源日渐枯竭，产量萎缩；中部受资源与环境约束的矛盾加剧，煤炭净调入省增加；资源开发加速向生态环境脆弱的西部转移。因此，植被恢复成为未来复垦的重要任务。林地、草地和湿地具有天然的固碳作用，植树种草还可以改善土壤的结构和理化性质(苏桂荣，2011)。发展生态用地，增加植被覆盖率和绿量，不仅能够改变西部地区生态环境，而且能够增强煤矿区碳汇功能，提高固碳效率(孙宇杰等，2011)。

3)改良土壤增加有机碳。煤矿区土壤质量优劣，不仅直接关系到植被恢复效果，而且决定了土壤中碳储存能力。据统计，中国随着耕地质量的改良，农用地土壤固碳能力在过去几十年内每年提高0.014%，农用地和大部分未利用地的自然碳汇功能显著，并有不断提升的空间(吴瑾，2010)。受工艺和煤层赋存条件的制约，露天矿开采过程中必然有少量的煤掺杂在剥离物中被排弃到排土场，这些煤会发生低温的缓慢氧化而释放出CO2(John N Carras，et al.2009)。因此，在煤炭资源开发与复垦过程中，要严格保护土壤耕作层，按自然位次交错回填剥离物，无污染充填复垦塌陷地，增施有机肥，提高土壤有机碳储存能力。

4)土地利用结构优化。土地利用结构的合理性，决定了区域土地功能。从区域尺度上，矿区主导土地利用复垦方向应服从区域规划；从矿区尺度看，应因地制宜安排复垦方向，如露天矿的排土场复垦为农用地、最终采坑复垦为水面或湿地，井工矿的塌陷地、积水区以复垦农用地为主等；从地块尺度看，耕地的林田比例、鱼塘的基塘比例等直接关系到生态农业的持续性。因此，协调好各尺度的结构，能够有效增加绿量，提高增汇能力。

3.2 煤矿区复垦中减排

煤矿区土地复垦不仅有增汇效果，也有间接增碳问题，主要存在于土地复垦工程实施过程中，如施工机械燃油消耗，复垦后土地利用中的灌溉油耗、电耗等。

1)绿色施工，减轻土壤压实。复垦机械不合理使用会导致土壤压实，消耗大量能源，应该充分利用采矿机械，在煤炭开采过程中，尽量完成地貌重塑、土地平整及表土回填等，减少复垦中大型机械的使用，以减轻土壤压实，从而减少碳排放。

2)发展循环生态农业。复垦后的土地应以发展循环生态农业为主，运用先进的农业现代化技术，尽最大努力减少投入要素，提高资源的利用效率。发展耕地免耕、有机肥技术和秸秆适量返田技术等，严格控制化肥、农药等农业生产资料使用量，不断提高土壤中有机碳含量，从而提升土地资源的固碳能力(许广月，2010)。因此，复垦中应该结合循环生态农业的要求，建设重力灌溉系统，降低道路坡度与运距，降低农机具能耗。

3)建设郊野公园。中国许多矿业城市是伴随矿业发展诞生的，随着城市扩张，采矿废弃地已经毗邻城区，虽然阻碍了城市发展，但也给城市发展创造了机遇，可充分利用废弃地建设郊野公园。如唐山市、平顶山市、淮北市、徐州市等，利用废弃地构建综合性公园、郊野公园，减少来其他用地的占用，增加了碳汇用地，改善了城市居民生活质量。

4 结 论

中国的能源结构决定了煤矿区减排的重要性，实现节能减排是一项系统性工程。目前，中国在煤矿区节能减排中取得的主要成果有：一是，从各级政府、企业、公众不同角度，明确了煤矿区各主体的节能减排权利与义务，有效地减少了碳排放；二是，从煤矿生命周期出发，本着先抽后采的原则，将复垦纳入采矿过程中的各个环节，推行煤矸石充填采煤技术，实现采复一体化，降低了能耗。充分利用了煤矿地热源服务于矿区热力供应，减少了碳排放；三是，从不同尺度出发，优化了土地利用结构，发展循环生态农业，建设郊野公园，增加绿量和土壤有机碳，提高碳汇能力。然而，中国地域差异较大，经济发展不均衡，受资金、技术、采矿条件等制约，煤矿区节能减排复垦技术发展还不能够完全覆盖，需要今后不断推进，全面实现低碳循环发展。

[1] 才庆祥,刘福明,陈树召.露天煤矿温室气体排放计算方法[J].煤炭学报,2012,37(1)：103-106.

[2] 何满潮,张毅,严玉彪,等.我国煤矿高碳行业低碳生产技术研究进展[J].太原理工大学学报,2010,41(5):623-626.

[3] 胡振琪,李晶,赵艳玲,中国煤炭开采对粮食生产的影响及其协调[J].中国煤炭,2008，34(2):19-25.

[4] 胡振琪.转变煤炭开采方式，建设低碳运行生态矿山[J].能源技术与管理,2010(5):1.

[5] John N Carras，Stuart J Day，Abou Saghafi，et al.Greenhouse gas emissions from low-temperature oxidation and spontaneous combustion at open-cut coal mines in Australia[J].International Journal of Coal Geology，2009,78( 2)：161-168.

[6] 刘建功.创新建设低碳生态矿山，努力推进企业科技发展[J].河北企业,2011(9)：65-67.

[7] Norgate T，Haque N.Energy and greenhouse gas impacts of mining and mineral processing operations[J].Journal of Cleaner Production，2010,18(3)：266-274.

[8] 苏桂荣,刘晓国.煤矿塌陷区植物修复对碳减排的贡献研究[J].资源与人居环境,2011(1)：56-57.

[9] 孙宇杰,张宇辰,李鹏.低碳背景下区域土地合理利用评价研究[J].地域研究与开发,2011，30(5):93-96,117.

[10] 王晓琳,姬长生,张振芳,等.基于碳足迹的煤炭矿区碳排放源构成分析[J].煤矿安全,2012(4):169-172.

[11] 吴瑾,吴克宁,赵华甫.土壤有机碳储量估算方法及土地利用[J].中国土地科学,2010,21(10):19-23.

[12] 肖主安,彭欢.我国低碳经济型土地利用模式的路径选择[J].求索,2010(4):81-82．

[13] 许广月.中国低碳农业发展研究[J].经济学家,2010(10):72-78.[14] 游和远,吴次芳,沈萍.土地利用结构与能源消耗碳排放的关联测度及其特征解释[J]．中国土地科学,2010,24(11)：4-9.

[15] 张健.煤炭企业发展低碳经济的技术与途径[J].煤矿开采,2010,15(2):102-103,77.

[16] 张晓慧,刘金平．我国地下煤矿温室气体溢散排放研究[J]．中国煤炭,2011,37( 7)：114-116．

[17] 赵荣钦，刘英，郝仕龙，等．低碳土地利用模式研究[J]．水土保持研究，2010(5):190-194．

[18] 宗云峰.煤炭企业发展低碳经济探讨[J].煤炭工程,2011(1):123-125.

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”国家科技支撑项目“不同功能区土地资源安全保障与控制系统研制”资助(编号:2006BAB15B06)

付梅臣(1966-)，男，黑龙江东宁人，教授，博士，主要从事土地利用和复垦教学与研究。E-mail:fumeichen@163.com。

TD88

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1004-4051(2015)05-0049-04