阳泉矿区土地复垦方法探讨

刘光秀，曹艳妮，刘 伟，王爱军

(1. 榆林学院 建筑工程学院，陕西 榆林 719000； 2. 长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710064；3. 中国地质调查局 水文地质环境地质调查中心，河北 保定 071051)

0 前 言

众所周知，矿产资源开采是一把双刃剑，露天煤矿开采生产效率高、生产成本低，为全球经济发展做出了不可磨灭的贡献[1]。大规模的煤矿开采带来了一系列的地质环境问题，其中以土地破坏最为严重，主要的表现是地表的沉降，使良田荒芜，耕地减少，导致生态环境恶化，人类与土地的冲突进一步激化，还容易发生山体崩塌、泥石流和崩塌等自然灾害[2]。中国的国情是土地资源总量大，但人均数量少，可耕地人均数量更少，耕地的后备资源不足。因此在保护耕地的基础上进行土地复垦时，应优先恢复耕地，重点是恢复土地质量和土地生产效率，重建生态系统，而不是简单恢复原有的生态系统。

煤炭是山西最重要的矿产资源，储量丰富，地质存储量达8 700亿t。阳泉矿产资源集中开采区，位于山西省东部沁水煤田东北部，面积约1 500 km2。该地主要包括阳泉东部、盂县、平定县、昔阳北部、寿阳和和顺等矿区。下辖开元矿、新元矿、阳泉一矿、二矿、五矿等矿井，共有各类矿山390座，其中能源矿产类矿山100座。矿区地面塌陷和地裂缝灾害较严重，据统计，共有塌陷点151处和地裂缝78处，其中地面塌陷分布面积达389.72 km2，地裂缝影响面积0.22 km2，两者共计毁坏房屋7 478间，道路39.6 km，农田9.99 km2，直接经济损失4 244万元。

据测算，中国尚有超过66 667万km2的损毁土地尚未得到矿山恢复治理，每年新增的损毁土地是约2 667万km2，此中60%以上是耕地或其他农用地，严重威胁着中国的粮食安全和中国社会的可持续发展。目前的矿山生态环境问题是历史遗留与当今采矿活动的共同作用下的结果，这是环保意识差，管理不善的双重影响的结果。露天煤矿土地复垦问题的解决任重而道远，如何解决矿山资源开发中露天煤矿土地占中问题，成为推动环境、生态、经济的关键。本文依据山西阳泉露天煤矿开采的方式及工艺特点，详细叙述了目前山西阳泉露天煤矿处理的各项复垦方法，以期为中国矿区的井工开采及露天煤矿土地复垦提供科学依据和决策参考。

1 研究区概况

1.1 自然地理

阳泉矿区位于山西省东部沁水煤田东北部，行政区包括寿阳县、昔阳县、和顺县和阳泉市盂县、郊区、平定县，南北界于北纬37(°)3(′)37(″)～38(°)7(′)50(″)之间，东西界于东经112(°)39(′)22(″)～113(°)44(′)27(″)之间，面积1 520 km2。

1.2 工程地质条件

区域内地下水属娘子关泉水文地质单元，地表河流主要为桃河，由西流向东经娘子关进入河北省境内，其水系属于海河流域滹沱河。

阳泉位于汾河东部的的太行断块中，向北东方向扩展，这是早元古晚期的褶皱隆起，东西两侧及南缘均有深断裂层，基底构造变化大。北段基底褶皱紧密，为同斜或倾侧复试背、向斜，向南倒转，轴向近东西，翼部多向北倾斜陡的纵向冲断层；盖层构造变动微弱。南段西侧(太岳至中条山)基底以线性复试褶皱为主，背斜及向斜两翼近垂直，或略向西北倾斜，冲断层的纵向发育，主构造线走向北北东；东侧基底褶皱强烈，但群大多都不一致，盖层构造也没强烈变化，多为宽缓褶皱，北东向为轴向，发育纵向冲断层相比横断层及平移剪切层规模大。

1.3 主要环境地质问题及其特征

阳泉矿区地下矿产开采不仅形成了大量的采空区，同时诱发了地面裂缝、地面塌陷、边坡崩塌、滑坡等地质灾害；露天开采则直接破坏原有地形地势，其次为弃渣及煤矸石堆积改变原始地形地势。同时，河谷堆积岸的边滩上堆积选煤弃渣或煤矸石改变了原有河谷地貌；相对狭窄的河谷出现堆渣往往遇强降雨会造成河堤溃决进而形成次生灾害；很多山体直接开挖露天采煤形成的采坑大多会形成巨大的积水湖，长期积水也可能出现溃决形成次生灾害。

阳泉矿区采煤沉陷区出现的土地资源破坏问题主要露天开采直接破坏原有土地，弃渣及煤矸石堆积破坏原有土地，长期的地面沉陷产生地裂缝使得原有耕土壤退化耕地类型发生改变，地面沉陷产生的地裂缝毁坏房屋、水利和交通设施，改变了建设用地类型。

2 采煤区常见复垦方法

2.1 土地损毁现状

根据中国地质调查局2016年对阳泉市采煤区地质环境调查结果，对阳泉市境内57座煤矿中的39座煤矿范围的土地资源破坏现状进行遥感解译，在271.14 km2面积的矿区面积共统计得土地资源破坏面积93.12 km2。不过需要指出，受遥感数据精度限制，同时解译过程中无法统计地面塌陷、地下水资源破坏引起的耕地、林地、建筑用地等的破坏现状，因此土地资源实际破坏面积要大于本次统计。

2.2 国内外土地复垦现状

煤炭开采、利用与土地资源占用、破坏是在矿区开采突出的问题，是资源、环境与人口矛盾相对集中显示的地区之一[6]。因此, 近 30年来, 矿区土地复垦逐渐成为世界各主要采矿国家的热点研究课题，引发了相关人士的热烈探讨。美国、德国、前苏联、澳大利亚和法国等国家是对矿山的恢复治理研究最久、效率最高的国家，为其他国家提供了宝贵的参考意见。根据矿区环境污染的不同对象，美国颁布了《露天开采控制和复田法令》等严格而有效的国家法令，在环境保护和矿区环保及治理上取得了显著成绩[7];德国政府和威斯特伦政府法令规定“露天矿采空后要恢复原有的农、林经济和自然景色”等条文,保证了地质环境恢复工作顺利开展[8]， 20世纪 60年代末，德国对受破坏81.33 km2莱茵矿区土地已进行全部复垦[9]。澳大利亚被认为是世界上先进、成功处置扰动土地的国家, 视土地复垦为矿区开发整体活动一个至关重要的组成部分,目前已形成以高科技指导、多专业联合、综合治理开发为特点的土地复垦模式[10]。法国在露天煤矿土地复垦中取得了不错的成绩,曾利用外排土场复田绿化后建设马场、跑狗场和球场,从而使矿山占用的土地被重新利用[11-12]。

中国矿区的土地开垦始于20世纪50年代末。 当时，一些矿产企业被矿区土地短缺所迫，自发开展了不同规模和较为简单的土地复垦工作。然而，截止到上世纪80年代初,全国开展复垦工作的矿山企业不足1%，已复垦利用的土地不到被破坏土地的1%[13]。80年代起，国家便开始有意识的进行矿山地质环境保护及治理恢复工程，2009年5月国土资源部正式颁布了第44号令《矿山地质环境保护规定》，标志着矿山地质环境保护与恢复工作已经得到到了国家的重视。

2.3 土地复垦方法探讨

2.3.1 复垦原则

中国组织土地复垦自20世纪80年代以来，一直在进行错误的观念是“先破坏再恢复”。自21世纪以来，土地复垦的概念发生了根本性的变化。从“事后复垦”和“末端治理”发展到“源头控制、过程管理”和“预防控制、预防控制”相结合[14]。陈秋计[15]等在《土地复垦技术与方法》总结有关复垦的基本原则有4条：①《土地复垦条例》第三条规定“谁损毁，谁复垦”是基本原则；②因地制宜、优先复垦为农用地的原则；③统一规划生产建设与复垦的原则；④经济、生态与社会效益相结合的原则。

2.3.2 复垦方法

在矿山开采过程之初应尽可能实现采复一体化工艺。在20世纪90年代，赵继新等[16]在剥离—采矿—复垦—一体化复垦新工艺中提出，采用条带法实现了“边采边复”的新理念。该工艺与技术由于实现了源头控制，规范了过程管理，在采矿设计之初就将后期的复垦与治理纳入考虑，已将成为国内外的必然选择，使采矿与复恢复治理利益最大化。胡振琪等[17]的实践证明，采复一体化技术对减轻土地损害、缩短复垦时间、保护土壤资源、增加土地恢复率和提高复垦效率方面具有重要作用。

对历史遗留问题的矿山，一般是根据土地利用总体规划、自然条件、社会经济条件和矿区公共意愿对土地开垦方向进行定性确定。土地复垦主要是根据土地适宜性评价结果确定土地利用的最优方向。土地复垦适宜性评价是在对自然条件、社会经济条件和土地利用状况进行详细调查分析的基础上，根据当地法律法规和相关规划进行综合考虑的结果。对周边地区的土地损害、公众参与和类似工程的复垦经验进行分析，采取切实可行的措施确定最终复垦方向。

土地复垦适宜性等级的评价方法有多种。有极限条件法、类比分析法、综合指数法、多因素模糊评价法、可拓法和人工神经网络模型法。而最常见的评价方法是极限条件法、类比分析法、综合指数法。

极限条件法是以系统工程中的“桶理论”为基础的，即分类单元的最终质量取决于最坏的因素。

类比分析法是一种比较普遍的定性和半定量的评价方法。类比法是分别对各个单元土地的损毁程度与该单元的特征参数进行对比，分析该损毁单元复垦为原土地用途的可行性，并提出主要的复垦措施。

综合指数法是基于不同评价因素对土地质量或限制强度的不同影响。 给定与该因素作用相对应的权重和评级指标，评级指标与权重的乘积即为各评价因素的综合值。 评价因素的组合值得综合为加权指标，即得到各评价区域的总得分，并根据总得分确定评价区域的土地适宜度等级。

具体的复垦手段分为工程复垦和生物复垦两个方面。国外有关研究表明，现代复垦技术研究的重中之重应该是土壤因素的重构而不单单考虑是作物因素的建立[18]。工程复垦过程中，首先应进行坡面的简单平整，配套排水系统。煤炭开采完毕后，坡面会含有少量裸露煤层，这些矿物含有硫离子、钠离子，锰离子等无机盐类，往往离子浓度超出地表环境容量，植物不能正常生长，所以不能直接覆土。因此，可以采用惰性材料覆盖坡面，惰性材料由碱性材料和土壤组成，使惰性材料容重达到1.3～2.0 g/cm3；根据实际情况，按最大效益确定最佳覆土厚度，一般30～50 cm。覆土完成后应进行土壤的改良与施肥，人工堆置的覆土层，性质与周围土壤的理化性质可能存在较大的差异，可能伴随有酸性物质或碱性物质的危害，因此，应进行土壤的改良与培肥，最后是选择能定居和长期繁衍的植物。

以潼关Q401金矿脉为例，潼关县祥顺矿业发展有限责任公司是一家以金矿为主的采、选、冶一体化的矿山企业，在潼峪矿区拥有多个采矿权和探矿权，并一直从事金矿开采活动。潼关县潼峪矿区Q401金矿脉发现于1970年，至今已断续生产40余年，原备案资源储量已接近枯竭，但在采矿权区深部新发现Q401-3盲矿体。在详细调查项目区土地资源特性的基础上，结合公众意见和当地的土地利用总体规划，按照土地拟损毁程度和对土地利用的限制因素，初步确定矿区土地复垦方向以耕地、林地优先为原则，确保复垦后农用地总量平衡，不减少。

Q401金矿脉矿区土地损毁类型以压占为主，无挖损损毁，根据矿区土地压占损毁的特点及复垦目标，选定地形坡度、土壤厚度、土壤质地、排灌条件、堆积物毒性、土源保证率6个因子作为适宜性评价指标。对耕地等级、林地等级、草地等级进行了适宜性对比，最终根据极限条件法和类比分析法综合确定两个坑口的复垦方向。尽管原始坡度不大，但灌溉条件不好，而且海拔高度及气候条件以及有效土层厚度等决定了这两个地段土地最适宜乔木及草本植物生长。因此，相关编制人员在广泛征询复垦责任人(矿山企业)、潼关县、安乐乡国土管理部门、土地权益人潼峪村及蒿岔峪村村民委员会及村民意见后，最终确定土地复垦为二或三等乔木林地，坡面播撒其他草种。

上海松江采石场是20世纪30年代的采石基地。该方案采取全球招标的形式，设计预算就高达3 000万元，建成的酒店位于深坑位置，总370间房，包括地面两层，地下17层及水下两层，酒店对面岩石处设有诸如蹦极等娱乐项目。此处露天煤矿的复垦是从生态环境协调发展的角度出发，将废坑设计成与环境相协调的酒店，这是露天矿处理的极为成功的典范。在阳泉实地调查的过程中，阳泉冠山镇松树山森林公园是将露天开采后的废弃矸石山复垦为与环境相协调的公园，遵循经济、生态与社会效益的原则。

3 结 语

在中国，土地工作起步较晚，由于种种原因，土地复垦进展缓慢，复垦率小于12%。为了尽快缩小与发达国家的差距，土地复垦工作任重道远。通过对土壤的复垦技术的实施，使土地得到了较为综合性改善，实现环境、生态、经济同步提高。复垦技术的方案探讨，在促进生态系统平衡发展发面具有实际的战略意义，对当地社会及全国的发展做出来的不容忽视的功绩。复垦方法的重点是先进行适宜性评价，最终确定复垦方向，再考虑选取工程手段还是生物技术复垦，以达到最佳的复垦效果。