劉光秀，曹艷妮，劉 偉，王愛軍

(1. 榆林學院 建筑工程學院，陜西 榆林 719000； 2. 長安大學 地質(zhì)工程與測繪學院，陜西 西安 710064；3. 中國地質(zhì)調(diào)查局 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051)

0 前 言

眾所周知，礦產(chǎn)資源開采是一把雙刃劍，露天煤礦開采生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，為全球經(jīng)濟發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻[1]。大規(guī)模的煤礦開采帶來了一系列的地質(zhì)環(huán)境問題，其中以土地破壞最為嚴重，主要的表現(xiàn)是地表的沉降，使良田荒蕪，耕地減少，導致生態(tài)環(huán)境惡化，人類與土地的沖突進一步激化，還容易發(fā)生山體崩塌、泥石流和崩塌等自然災害[2]。中國的國情是土地資源總量大，但人均數(shù)量少，可耕地人均數(shù)量更少，耕地的后備資源不足。因此在保護耕地的基礎上進行土地復墾時，應優(yōu)先恢復耕地，重點是恢復土地質(zhì)量和土地生產(chǎn)效率，重建生態(tài)系統(tǒng)，而不是簡單恢復原有的生態(tài)系統(tǒng)。

煤炭是山西最重要的礦產(chǎn)資源，儲量豐富，地質(zhì)存儲量達8 700億t。陽泉礦產(chǎn)資源集中開采區(qū)，位于山西省東部沁水煤田東北部，面積約1 500 km2。該地主要包括陽泉東部、盂縣、平定縣、昔陽北部、壽陽和和順等礦區(qū)。下轄開元礦、新元礦、陽泉一礦、二礦、五礦等礦井，共有各類礦山390座，其中能源礦產(chǎn)類礦山100座。礦區(qū)地面塌陷和地裂縫災害較嚴重，據(jù)統(tǒng)計，共有塌陷點151處和地裂縫78處，其中地面塌陷分布面積達389.72 km2，地裂縫影響面積0.22 km2，兩者共計毀壞房屋7 478間，道路39.6 km，農(nóng)田9.99 km2，直接經(jīng)濟損失4 244萬元。

據(jù)測算，中國尚有超過66 667萬km2的損毀土地尚未得到礦山恢復治理，每年新增的損毀土地是約2 667萬km2，此中60%以上是耕地或其他農(nóng)用地，嚴重威脅著中國的糧食安全和中國社會的可持續(xù)發(fā)展。目前的礦山生態(tài)環(huán)境問題是歷史遺留與當今采礦活動的共同作用下的結(jié)果，這是環(huán)保意識差，管理不善的雙重影響的結(jié)果。露天煤礦土地復墾問題的解決任重而道遠，如何解決礦山資源開發(fā)中露天煤礦土地占中問題，成為推動環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟的關鍵。本文依據(jù)山西陽泉露天煤礦開采的方式及工藝特點，詳細敘述了目前山西陽泉露天煤礦處理的各項復墾方法，以期為中國礦區(qū)的井工開采及露天煤礦土地復墾提供科學依據(jù)和決策參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理

陽泉礦區(qū)位于山西省東部沁水煤田東北部，行政區(qū)包括壽陽縣、昔陽縣、和順縣和陽泉市盂縣、郊區(qū)、平定縣，南北界于北緯37(°)3(′)37(″)～38(°)7(′)50(″)之間，東西界于東經(jīng)112(°)39(′)22(″)～113(°)44(′)27(″)之間，面積1 520 km2。

1.2 工程地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)地下水屬娘子關泉水文地質(zhì)單元，地表河流主要為桃河，由西流向東經(jīng)娘子關進入河北省境內(nèi)，其水系屬于海河流域滹沱河。

陽泉位于汾河東部的的太行斷塊中，向北東方向擴展，這是早元古晚期的褶皺隆起，東西兩側(cè)及南緣均有深斷裂層，基底構(gòu)造變化大。北段基底褶皺緊密，為同斜或傾側(cè)復試背、向斜，向南倒轉(zhuǎn)，軸向近東西，翼部多向北傾斜陡的縱向沖斷層；蓋層構(gòu)造變動微弱。南段西側(cè)(太岳至中條山)基底以線性復試褶皺為主，背斜及向斜兩翼近垂直，或略向西北傾斜，沖斷層的縱向發(fā)育，主構(gòu)造線走向北北東；東側(cè)基底褶皺強烈，但群大多都不一致，蓋層構(gòu)造也沒強烈變化，多為寬緩褶皺，北東向為軸向，發(fā)育縱向沖斷層相比橫斷層及平移剪切層規(guī)模大。

1.3 主要環(huán)境地質(zhì)問題及其特征

陽泉礦區(qū)地下礦產(chǎn)開采不僅形成了大量的采空區(qū)，同時誘發(fā)了地面裂縫、地面塌陷、邊坡崩塌、滑坡等地質(zhì)災害；露天開采則直接破壞原有地形地勢，其次為棄渣及煤矸石堆積改變原始地形地勢。同時，河谷堆積岸的邊灘上堆積選煤棄渣或煤矸石改變了原有河谷地貌；相對狹窄的河谷出現(xiàn)堆渣往往遇強降雨會造成河堤潰決進而形成次生災害；很多山體直接開挖露天采煤形成的采坑大多會形成巨大的積水湖，長期積水也可能出現(xiàn)潰決形成次生災害。

陽泉礦區(qū)采煤沉陷區(qū)出現(xiàn)的土地資源破壞問題主要露天開采直接破壞原有土地，棄渣及煤矸石堆積破壞原有土地，長期的地面沉陷產(chǎn)生地裂縫使得原有耕土壤退化耕地類型發(fā)生改變，地面沉陷產(chǎn)生的地裂縫毀壞房屋、水利和交通設施，改變了建設用地類型。

2 采煤區(qū)常見復墾方法

2.1 土地損毀現(xiàn)狀

根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局2016年對陽泉市采煤區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查結(jié)果，對陽泉市境內(nèi)57座煤礦中的39座煤礦范圍的土地資源破壞現(xiàn)狀進行遙感解譯，在271.14 km2面積的礦區(qū)面積共統(tǒng)計得土地資源破壞面積93.12 km2。不過需要指出，受遙感數(shù)據(jù)精度限制，同時解譯過程中無法統(tǒng)計地面塌陷、地下水資源破壞引起的耕地、林地、建筑用地等的破壞現(xiàn)狀，因此土地資源實際破壞面積要大于本次統(tǒng)計。

2.2 國內(nèi)外土地復墾現(xiàn)狀

煤炭開采、利用與土地資源占用、破壞是在礦區(qū)開采突出的問題，是資源、環(huán)境與人口矛盾相對集中顯示的地區(qū)之一[6]。因此, 近 30年來, 礦區(qū)土地復墾逐漸成為世界各主要采礦國家的熱點研究課題，引發(fā)了相關人士的熱烈探討。美國、德國、前蘇聯(lián)、澳大利亞和法國等國家是對礦山的恢復治理研究最久、效率最高的國家，為其他國家提供了寶貴的參考意見。根據(jù)礦區(qū)環(huán)境污染的不同對象，美國頒布了《露天開采控制和復田法令》等嚴格而有效的國家法令，在環(huán)境保護和礦區(qū)環(huán)保及治理上取得了顯著成績[7];德國政府和威斯特倫政府法令規(guī)定“露天礦采空后要恢復原有的農(nóng)、林經(jīng)濟和自然景色”等條文,保證了地質(zhì)環(huán)境恢復工作順利開展[8]， 20世紀 60年代末，德國對受破壞81.33 km2萊茵礦區(qū)土地已進行全部復墾[9]。澳大利亞被認為是世界上先進、成功處置擾動土地的國家, 視土地復墾為礦區(qū)開發(fā)整體活動一個至關重要的組成部分,目前已形成以高科技指導、多專業(yè)聯(lián)合、綜合治理開發(fā)為特點的土地復墾模式[10]。法國在露天煤礦土地復墾中取得了不錯的成績,曾利用外排土場復田綠化后建設馬場、跑狗場和球場,從而使礦山占用的土地被重新利用[11-12]。

中國礦區(qū)的土地開墾始于20世紀50年代末。 當時，一些礦產(chǎn)企業(yè)被礦區(qū)土地短缺所迫，自發(fā)開展了不同規(guī)模和較為簡單的土地復墾工作。然而，截止到上世紀80年代初,全國開展復墾工作的礦山企業(yè)不足1%，已復墾利用的土地不到被破壞土地的1%[13]。80年代起，國家便開始有意識的進行礦山地質(zhì)環(huán)境保護及治理恢復工程，2009年5月國土資源部正式頒布了第44號令《礦山地質(zhì)環(huán)境保護規(guī)定》，標志著礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復工作已經(jīng)得到到了國家的重視。

2.3 土地復墾方法探討

2.3.1 復墾原則

中國組織土地復墾自20世紀80年代以來，一直在進行錯誤的觀念是“先破壞再恢復”。自21世紀以來，土地復墾的概念發(fā)生了根本性的變化。從“事后復墾”和“末端治理”發(fā)展到“源頭控制、過程管理”和“預防控制、預防控制”相結(jié)合[14]。陳秋計[15]等在《土地復墾技術與方法》總結(jié)有關復墾的基本原則有4條：①《土地復墾條例》第三條規(guī)定“誰損毀，誰復墾”是基本原則；②因地制宜、優(yōu)先復墾為農(nóng)用地的原則；③統(tǒng)一規(guī)劃生產(chǎn)建設與復墾的原則；④經(jīng)濟、生態(tài)與社會效益相結(jié)合的原則。

2.3.2 復墾方法

在礦山開采過程之初應盡可能實現(xiàn)采復一體化工藝。在20世紀90年代，趙繼新等[16]在剝離—采礦—復墾—一體化復墾新工藝中提出，采用條帶法實現(xiàn)了“邊采邊復”的新理念。該工藝與技術由于實現(xiàn)了源頭控制，規(guī)范了過程管理，在采礦設計之初就將后期的復墾與治理納入考慮，已將成為國內(nèi)外的必然選擇，使采礦與復恢復治理利益最大化。胡振琪等[17]的實踐證明，采復一體化技術對減輕土地損害、縮短復墾時間、保護土壤資源、增加土地恢復率和提高復墾效率方面具有重要作用。

對歷史遺留問題的礦山，一般是根據(jù)土地利用總體規(guī)劃、自然條件、社會經(jīng)濟條件和礦區(qū)公共意愿對土地開墾方向進行定性確定。土地復墾主要是根據(jù)土地適宜性評價結(jié)果確定土地利用的最優(yōu)方向。土地復墾適宜性評價是在對自然條件、社會經(jīng)濟條件和土地利用狀況進行詳細調(diào)查分析的基礎上，根據(jù)當?shù)胤煞ㄒ?guī)和相關規(guī)劃進行綜合考慮的結(jié)果。對周邊地區(qū)的土地損害、公眾參與和類似工程的復墾經(jīng)驗進行分析，采取切實可行的措施確定最終復墾方向。

土地復墾適宜性等級的評價方法有多種。有極限條件法、類比分析法、綜合指數(shù)法、多因素模糊評價法、可拓法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型法。而最常見的評價方法是極限條件法、類比分析法、綜合指數(shù)法。

極限條件法是以系統(tǒng)工程中的“桶理論”為基礎的，即分類單元的最終質(zhì)量取決于最壞的因素。

類比分析法是一種比較普遍的定性和半定量的評價方法。類比法是分別對各個單元土地的損毀程度與該單元的特征參數(shù)進行對比，分析該損毀單元復墾為原土地用途的可行性，并提出主要的復墾措施。

綜合指數(shù)法是基于不同評價因素對土地質(zhì)量或限制強度的不同影響。 給定與該因素作用相對應的權(quán)重和評級指標，評級指標與權(quán)重的乘積即為各評價因素的綜合值。 評價因素的組合值得綜合為加權(quán)指標，即得到各評價區(qū)域的總得分，并根據(jù)總得分確定評價區(qū)域的土地適宜度等級。

具體的復墾手段分為工程復墾和生物復墾兩個方面。國外有關研究表明，現(xiàn)代復墾技術研究的重中之重應該是土壤因素的重構(gòu)而不單單考慮是作物因素的建立[18]。工程復墾過程中，首先應進行坡面的簡單平整，配套排水系統(tǒng)。煤炭開采完畢后，坡面會含有少量裸露煤層，這些礦物含有硫離子、鈉離子，錳離子等無機鹽類，往往離子濃度超出地表環(huán)境容量，植物不能正常生長，所以不能直接覆土。因此，可以采用惰性材料覆蓋坡面，惰性材料由堿性材料和土壤組成，使惰性材料容重達到1.3～2.0 g/cm3；根據(jù)實際情況，按最大效益確定最佳覆土厚度，一般30～50 cm。覆土完成后應進行土壤的改良與施肥，人工堆置的覆土層，性質(zhì)與周圍土壤的理化性質(zhì)可能存在較大的差異，可能伴隨有酸性物質(zhì)或堿性物質(zhì)的危害，因此，應進行土壤的改良與培肥，最后是選擇能定居和長期繁衍的植物。

以潼關Q401金礦脈為例，潼關縣祥順礦業(yè)發(fā)展有限責任公司是一家以金礦為主的采、選、冶一體化的礦山企業(yè)，在潼峪礦區(qū)擁有多個采礦權(quán)和探礦權(quán)，并一直從事金礦開采活動。潼關縣潼峪礦區(qū)Q401金礦脈發(fā)現(xiàn)于1970年，至今已斷續(xù)生產(chǎn)40余年，原備案資源儲量已接近枯竭，但在采礦權(quán)區(qū)深部新發(fā)現(xiàn)Q401-3盲礦體。在詳細調(diào)查項目區(qū)土地資源特性的基礎上，結(jié)合公眾意見和當?shù)氐耐恋乩每傮w規(guī)劃，按照土地擬損毀程度和對土地利用的限制因素，初步確定礦區(qū)土地復墾方向以耕地、林地優(yōu)先為原則，確保復墾后農(nóng)用地總量平衡，不減少。

Q401金礦脈礦區(qū)土地損毀類型以壓占為主，無挖損損毀，根據(jù)礦區(qū)土地壓占損毀的特點及復墾目標，選定地形坡度、土壤厚度、土壤質(zhì)地、排灌條件、堆積物毒性、土源保證率6個因子作為適宜性評價指標。對耕地等級、林地等級、草地等級進行了適宜性對比，最終根據(jù)極限條件法和類比分析法綜合確定兩個坑口的復墾方向。盡管原始坡度不大，但灌溉條件不好，而且海拔高度及氣候條件以及有效土層厚度等決定了這兩個地段土地最適宜喬木及草本植物生長。因此，相關編制人員在廣泛征詢復墾責任人(礦山企業(yè))、潼關縣、安樂鄉(xiāng)國土管理部門、土地權(quán)益人潼峪村及蒿岔峪村村民委員會及村民意見后，最終確定土地復墾為二或三等喬木林地，坡面播撒其他草種。

上海松江采石場是20世紀30年代的采石基地。該方案采取全球招標的形式，設計預算就高達3 000萬元，建成的酒店位于深坑位置，總370間房，包括地面兩層，地下17層及水下兩層，酒店對面巖石處設有諸如蹦極等娛樂項目。此處露天煤礦的復墾是從生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的角度出發(fā)，將廢坑設計成與環(huán)境相協(xié)調(diào)的酒店，這是露天礦處理的極為成功的典范。在陽泉實地調(diào)查的過程中，陽泉冠山鎮(zhèn)松樹山森林公園是將露天開采后的廢棄矸石山復墾為與環(huán)境相協(xié)調(diào)的公園，遵循經(jīng)濟、生態(tài)與社會效益的原則。

3 結(jié) 語

在中國，土地工作起步較晚，由于種種原因，土地復墾進展緩慢，復墾率小于12%。為了盡快縮小與發(fā)達國家的差距，土地復墾工作任重道遠。通過對土壤的復墾技術的實施，使土地得到了較為綜合性改善，實現(xiàn)環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟同步提高。復墾技術的方案探討，在促進生態(tài)系統(tǒng)平衡發(fā)展發(fā)面具有實際的戰(zhàn)略意義，對當?shù)厣鐣叭珖陌l(fā)展做出來的不容忽視的功績。復墾方法的重點是先進行適宜性評價，最終確定復墾方向，再考慮選取工程手段還是生物技術復墾，以達到最佳的復墾效果。