采煤沉陷区土地高效利用模式探讨*

2022-03-28殷澜格连海波王雁林陈新建高紫鑫

陕西煤炭 2022年2期

殷澜格，连海波，刘强，王雁林，3，陈新建，高紫鑫

(1.陕西地建矿业公司环境治理部，陕西西安 710075；2.长安大学地质工程与测绘工程学院，陕西西安 710054；3.陕西省自然资源厅生态修复处，陕西西安 710082)

0 引言

我国部分地区煤炭资源富集，煤炭资源的开采为国民带来良好经济效益的同时，也造成了不可忽视的严重生态环境问题。煤矿资源的开采不仅会污染损毁土地资源，而且使大面积土地受沉陷威胁。要对采煤沉陷区土地资源进行高效利用，需先对其生态环境问题修复治理。煤炭资源的开采是单一的，但是生态修复却具有整体性[1]，修复治理方法的选择重要且复杂。对采煤沉陷区的土地利用模式进行研究，能提高采煤沉陷区土地资源利用效率，恢复矿区地质生态环境，保护生物生存环境。

1 采煤沉陷区主要问题

煤炭资源的开采往往会对当地环境造成比较严重的破坏，主要体现在以下2方面：一是造成地质灾害问题，如地面沉陷、地裂缝等；二是破坏当地生态环境，对植被、土壤、水环境以及生物多样性等造成破坏。

采煤不断地改变矿区内含水层的分布及其含水状况，导致矿区水文地质条件发生变化，使得地下水动力场发生改变。煤炭开采破坏隔水层和储水结构，地下水被逐渐疏干，形成区域性的地下水水位下降漏斗。给居民生活、生态环境及当地可持续发展造成了巨大的危害。如图1所示，采煤会破坏地形地貌和地表植被，导致农田、林地、草地的面积不断减少[2]，影响井田内耕地生产力；植被面积减少还会导致动物生存环境恶化，对当地生物多样性造成危害[3]。煤矸石风化自燃、淋滤形成的有害物，矿区粉尘、废气、废水形成的有害物，通过水力转移至矿区内及周边的土壤和水体中[4]，对土壤和水体造成污染，如图2所示。老空地段内有大量的有毒有害气体和可燃气体，不仅有火灾的危险，而且由于旧空地段内存在大量的密封不严空间，浅层地表的裂缝无法被完全覆盖和封闭，有毒有害气体和燃烧后的污染气体会沿裂缝排出，对当地空气造成严重污染。煤炭的开采会使表土流失或破坏，对于土壤环境条件差、抗扰动性差的区域，煤炭的开采对其扰动比较严重，表土的破坏也会加剧地质灾害的发生。采空区顶板垮落造成上覆地层移动与变形，导致采空区上方及邻近地表形成地面沉陷、地裂缝等地质灾害，对房屋、公路、铁路等建(构)筑物造成严重威胁。

图1 采煤破坏地貌和植被Fig.1 Landform and vegetation damaged by coal mining

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

2 采煤沉陷区土地高效利用模式探讨

采煤沉陷区土地利用的途径主要有2种：一是土地复垦，即利用目的为复耕复绿，主要是治理恢复其土壤质量，使其能够满足植物生长的基本条件；二是将其治理恢复为建设用地，主要是恢复原有土地承载力。

2.1 主要模式

要对采煤沉陷区的土地进行高效利用，必须先对生态环境问题进行修复治理。一般治理方式和采煤沉陷区计划的土地利用方式密切相关，治理方式决定了土地利用模式，预计划的土地利用模式又是选取治理方式的主导因素。煤矿终采后，土地高效利用模式的选取受多因素影响，如采空区稳定性、地形地貌、交通条件、景观遗迹分布、人口经济、周边地块土地利用现状等。根据采煤沉陷区禀赋条件选择适宜的修复利用方式[5]，不仅能高效利用土地，还可以带动乡村振兴、全域旅游、转型升级等。现阶段我国矿山生态修复一般有复耕复绿模式、景观模式、产业模式3种做法[6]。

2.2 采煤沉陷区的特征

采煤沉陷区存在以下2种情况：一是沉陷影响范围内人口密集、存在大量重要建(构)筑物，威胁人口数量及财产数额巨大，搬迁耗费财力物力巨大且难度较大；二是紧邻交通主干道，交通十分便利，距县级以上市区距离较近，部分受沉陷影响的场地较为平缓开阔，并且当地用地资源十分紧张稀缺。这2种情况下，根据实际情况和现实需求，可以不用考虑采煤沉陷区稳定性高低，直接采取采空区地面注浆治理、采空区注浆隔离治理、采空区残留煤柱充填回收、采空区露天剥离治理、采空区顶板崩落治理等技术手段对采空区进行治理。除以上2种情况，一般建议进行土地复垦或自然修复。应该尽快转移沉陷影响范围内的居民和财产，根据稳定性等级，结合采煤沉陷区自身禀赋条件，选择适宜的土地高效利用模式[7]。

2.3 高稳定性采煤沉陷区土地高效利用模式

对于终采时间较长、地表已发生一定移动变形的采煤沉陷区，其残余沉降量较小、上覆地层稳定性偏高，可根据其禀赋条件选取更多的土地利用模式。但是，未经治理的采煤沉陷区即使终采时间较长、残余沉降量较小，其稳定性与一般场地相比仍然较差，因此若选择景观模式，如将其打造为一座矿山公园或景点，首先需对其生态环境问题和地面沉陷、地裂缝等地质灾害进行治理，相对于在一般场地上打造景点其成本更高，因此需获得更高的经济效益和社会效益。为此需要设定一定的限制条件，具体可参照表1。当采煤沉陷区紧邻主干道或与城镇距离小于3 km时，若周围10 km内有3座以上景观遗迹分布，且周边人口分布密度较大，可同时考虑景观模式和双复模式，否则尽量只采取双复模式[8]。当采煤沉陷区与城镇距离为3～15 km且不紧邻主干道时，矿区土地损毁严重时可采取双复模式，矿区土地损毁较轻时可采取自然修复手段。当采煤沉陷区与城镇距离大于15 km且不紧邻主干道时，若矿区周边地块植被覆盖较好而矿区土地损毁严重时，可采取双复模式，其他情况可采取自然修复模式。

表1 高稳定性采煤沉陷区土地高效利用模式的选取Table 1 Selection of efficient land use mode in high stability coal mining subsidence area

2.4 低稳定性采煤沉陷区土地高效利用模式

对于终采时间较短、残余沉降量较大、稳定性相对较差的采煤沉陷区，其地表移动与变形量较大，上覆地层稳定性较差，在强烈工程活动的作用下地表发生大面积大幅度移动变形的可能性较大，一般不建议采用产业模式或景观模式进行修复利用，需尽量保证上方无人类生产生活活动的进行，可根据禀赋条件选择复绿模式或自然修复。此类采煤沉陷区，一般不建议耗费大量的人力财力进行治理。当采煤沉陷区紧邻主干道或与城镇距离小于3 km时，可采取复绿模式。当采煤沉陷区与城镇的距离大于3 km且不紧邻主干道时，周边地块植被覆盖较好而矿区土地污染损毁较重时，可采取复绿模式，其他情况一般建议采取自然修复模式。

2.5 土地复垦及植物类型选择

土地复垦：无论选择景观模式还是复耕复绿模式的采煤沉陷区，都需要对矿区土地平整度进行修复，提升土壤质量，治理矿区水环境。对于塌陷地块和不平整地块，可以采用充填复垦工艺对其进行治理，利用煤矸石和粉煤灰回填下沉地块后压实[9]，并覆土防止有害元素进入植物根系[10]。充填复垦不仅能恢复场地平整度、提升土壤质量，还能解决煤矸石等固废堆积导致的土地压占损毁问题。对于地形起伏较大的采煤沉陷区，煤矿修建厂房厂地时可能会开挖矿区范围内边坡，形成较多较陡裸露边坡，一般为土质边坡或者上部为土质底部裸露基岩。如果对采煤沉陷区进行修复治理，一般需要对此类边坡采取一定的治理措施。如果采取削坡手段，削减的土体可以就地用于矿区内土地复垦，利用其进行覆土；削减的岩块可对外售卖[11]，产生一定经济收益，用于矿区环境治理。

植物类型选择：对于整体生态环境较脆弱的采煤沉陷区，复耕种植农作物和复绿种植林草都需要慎重选择植物类型[12]。如果采煤沉陷区修复为耕地，可种植耐干旱的农作物，或者种植耐干旱的果树，发展林下养殖、中药材等林下经济。如果沉陷区整体地形较为平缓开阔，还可以大面积建设特色林果采摘基地，将其与生态农业建设、人居环境改善、乡村振兴等紧密结合。如果采煤沉陷区仅复绿而不作为种植地，则需尽量选取水保林草，并且避免单一植物大面积大量种植，需将多种树木、草灌混合种植，既促进生物多样性发展，又能增强山体坡面固土能力，遏制水土流失，提升当地生态环境质量。