山西矿区土地复垦技术综述

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摘 要：长期以来随着我国经济快速发展和矿山开发活动的加剧，以及矿区生态环境恢复治理与保护工作的薄弱，导致矿区水土流失问题日益突出，矿区脆弱的生态环境日趋恶化，严重影响农业生产和人民生活，因此在矿区进行土地复垦和生态重建的意义重大。针对山西省矿山的土地复垦进行初步探讨，在分析国内外矿区土地复垦现状的基础上，论述了山西省矿区复垦中存在的一系列问题及应采取的相应措施和方法。

关键词：矿区 土地复垦 复垦技术

一、矿区水土保持工作现存问题

矿产资源的开发利用，有力地促进了社会经济的发展，在国民经济建设中起着十分重要的作用。但是长期以来，随着我国经济快速发展和矿山开发活动的加剧，以及矿区生态环境恢复治理与保护工作的薄弱，导致矿区水土流失问题日益突出，矿区脆弱的生态环境日趋恶化。另外，矿产资源开发的一些不合理性造成了矿产资源的浪费。

在未来几十年内，煤炭将仍然是我国主要的一次性能源。因此，煤矿也得发展是必须、必然的；因此，对矿区的土地复垦工作就显得尤为重要、紧迫。

二、矿区土地复垦概况

我国矿区土地复垦工作开始于20世纪50年代末，当时一些矿产企业迫于矿区土地紧缺，陆续自发性地开展了不同规模、技术粗放的土地复垦工作。20世纪80年代后期人们开始关注矿区土地资源的稳定利用以及相关的基本环境工程的配套问题，土地复垦工作有了长足的发展。21世纪以来，一种以矿区生态系统健康与环境安全为恢复重建目标的污染土地生物修复在中国逐渐受到重视，其中包含了金属矿区土壤的植物修复、微生物修复、动物修复及其联合协同修复等多项环境与生物新技术。

山西省煤炭资源储量大、分布广，且多以井工方式开采，因此，土地的塌陷破坏是山西省能源工业对土地资源的主要破坏形式。在山西省国有重点煤矿开采范围内，土地塌陷面积已达297.48km2，占开采总面积的60%左右。

山西农业大学赵景逵教授等人于1986年开始开展了矿区土地复垦与生态重建科学研究工作，先后对山西省矿区土地破坏最大的4种类型――中小型露天铝矿废弃地、井工采煤塌陷地、煤矸石山、大型露天煤矿排土场，系统地进行了土壤、植被、生态和经济等方面的研究与试验示范，为山西和黄土高原工矿区的社会经济可持续发展提供了较为丰富的阶段性技术成果和对策。尤其在全国最大的露天矿区――平朔露天煤矿取得显著的成效。

三、山西省矿区土地复垦技术与措施

1.工程措施

采煤塌陷地的土地工程复垦主要包括疏干法、挖深垫浅法、充填复垦法及直接利用法等。

1.1疏干法

疏干法指开挖大量排水渠，使塌陷区的积水排干，再加以必要的整修工程，使塌陷区不再积水，并得以恢复利用。

1.2挖深垫浅法

挖深垫浅法是用挖掘机械将塌陷深的区域再挖深，形成水-鱼-塘。取出的土方充填塌陷坑浅的区域，形成耕地，达到水产养殖和农业种植并举的目的。

1.3充填复垦法

充填复垦是利用矿区的固体废渣作为充填物料，主要充填物为煤矸石和坑口电厂粉煤灰。它兼有掩埋矿区固体废弃物和复垦土地的双重效能。

1.4直接利用法

直接利用法是指对于大面积的塌陷地，特别在大面积积水或积水很深的水体，以及未稳定塌陷地或暂难复垦的塌陷地，常根据塌陷地现状，因地制宜地直接加以利用，如网箱养鱼、养鸭、种植耐湿作物等。

2.生物复垦技术

生物复垦是根据待复垦土地的利用方向，采取包括肥化土壤、微生物培肥等在内的生物方法，改变土壤新耕作层养分状况和土壤结构，增加蓄水、保水、保肥能力，创造适合农作物正常生长发育的环境，维护矿区生态平衡的技术体系。

2.1微生物培肥法

利用微生物菌肥和活化剂，对将要复垦的贫瘠土地进行熟化和改良，恢复其土壤肥力。菌肥用来改良土壤理性状和肥力状况，目前主要有根瘤菌肥料和固氮菌肥料。前者主要存在于土壤及豆科植物根瘤内，将其施入土壤后，能固定空气中的氮素，并转变为植物可利用的氮素化合物。大豆、花生、紫云英等根瘤菌剂使用最广。后者含有大量好气性自生固氮菌的细菌肥料，适宜作基肥，最好与有机肥一起使用。微生物活化剂主要用来使煤矸石、露天剥离物等固体废弃物充填的土层快速形成耕质土壤，改善土壤结构。

2.2 绿肥法

绿肥法是改良复垦土壤、增加有机质和氮、磷、钾等多种营养成分的最有效方法。绿肥多为豆科植物，一般含15%~25%的有机质和0. 3%~0. 6%的氮素，其生命力旺盛，在自然条件较差、较贫瘠的土地上也能很好地生长，它能吸收深层土壤的养分和改善土壤的理化特性。方法是在工程复垦地种植绿肥作物，待其成熟后压青翻入土壤，可采取单种、间种、套种等种植方式。它也适用于矸石山的土地复垦。

2.3施肥法

施肥法主要以增施有机肥和化肥来提高土壤的有机质和养分含量，改善土壤结构和理化性状。特别是有机肥中的有机质黏结力和黏着力比沙粒强，比黏粒弱，可克服沙土过沙、黏土过黏的缺点，较快改善土壤结构，使土体疏松，防止土壤板结，增加土壤的保水保肥能力。

3.化学法复垦技术

化学复垦即利用自然的地球化学作用，尽可能地不干扰自然界，依元素自然循环来去除有关的化学元素。由于化学工程法模拟自然界的各种自清洁作用，就地取材地改善人类生存的环境，不会带来新的污染，因而具有广阔的前景。化学法复垦主要用于酸碱性土壤改良，当土壤呈酸性时，施加少量熟石灰和石灰粉；呈现较强碱性时，施加少量石膏、氯化钙、硫酸等作调节剂，调节土壤 pH值使其适合植物生长。该措施除了调节土壤酸碱度外，还促进微生物活性，增加土壤中钙含量，改善土壤结构。

4.生态工程复垦技术

生态工程复垦技术是将土地复垦工程技术与生态工程技术结合起来，综合运用生物学、生态学、经济学、环境科学、农业科学、系统工程的理论，运用生态系统的物种共生和物质循环再生等原理，结合系统工程对破坏土地所设计的多层次利用的工艺技术。其目的在于促进各生产要素的优化配置，获得较好的经济、生态和社会综合效益，走可持续发展的道路。

它不仅包括各种土地复垦工程技术的优选，也包括农业立体种植、养殖、食物链结构、农林牧副渔业一体化等生态工程技术的选择，常常通过平面设计、食物链设计和复垦工程设计来实现。对于复垦为农业用途的，其实质就是在复垦的土地上发展生态农业。

基塘复垦模式就是对采煤塌陷地采取挖深垫浅措施获得一定比例的旱田与水面，并按生态学原理对旱田和水面进行合理利用的复垦模式，由该模式形成的土地生态系统为水陆复合型生态系统，是生态工程复垦的典型模式。

四、露天矿区土地复垦技术与措施

在国外，产煤大国大部分以露天矿产煤为主。露天采矿是在一定区域内进行的较大规模的剥离和采掘活动，其对地表的破坏和矿区周围环境的影响日益引起人们密切的关注。我国由于煤炭的分布以及贮藏条件较特殊，露天矿的发展比较缓慢。因为露天开采与井工开采相比有显著的优越性：产量大，成本低，建设速度快，劳动条件好等，推动我国露天矿的发展将是维持煤炭产量的重要措施之一。

山西平朔矿区是我国 20世纪末最大的露采煤炭生产基地。矿区地质储量 127.5亿 t, 现有国家特大型露天矿 3个 , 即安太堡露天矿、安家岭露天矿、东露天矿 , 开采面积约 160 km2 , 每个煤田的年产规模均为1500万t。平朔矿区地处黄土高原东部、山西省北部,与号称黄土高原“黑三角”的世界特大型煤田―神府东胜煤田相连，是一个对环境改变反应敏感、维持自身稳定的可塑性较小的脆弱生态环境系统。平朔矿区农业生产基础条件较差,生态环境十分脆弱,加之大规模的开发，已对当地环境质量、群众生活和农业经济发展带来了更大的负面影响。

因此，对露天矿区的土地复垦工作是一项迫切而又具有长远意义的工作。

1.露天煤矿生产过程中的优化控制与环境管理

1.1露天矿生产中采空区的复垦

按排土方式不同，露天矿采空区复垦可分为外排土方式的复垦和内排土方式的复垦。

1.1.1采用外排土方式时的复垦

采用外排土方式时采空区可以用地下开采排出的矸石、电厂粉煤灰或其它固体废弃物复垦，也可将外排土场的岩土重新运回采空区。若用排土场岩土回填，一般在外排时就应根据岩土的特性采取分别堆放：大块岩石在下，小块岩石在上；酸碱性岩石在下，中性岩石在上；不易风化的岩石在下，易风化的岩石在上；贫瘠的岩石在下，肥沃的土壤在上。

1.1.2采用内排土方式时的复垦

所谓内排土方式，是将已剥离的岩土直接运至露天开采境界内的采空区。此时，采空区复垦可成为回采的一道工序，由于排土运距短，排土又不需占用专门的场地，复垦费用可大大降低。为保证岩土的剥离、回填与采矿工程之间互不干扰，应合理布置回填块段、回采块段和剥离段之间的顺序。

1.2在生产中应引起注意的几点

1.2.1尽量减少排土场占地

排土场占地一般为露天煤矿总占地面积50%以上。因此，要合理选择外排土场的堆积方式，增大排弃高度，有条件时采掘与排弃工艺应综合考虑，实行内排。

1.2.2实行分区开采

尽可能考虑分区开采，为恢复土地提供有利条件。在开采顺序合理的前提下，可先开采没有表土的采区，再剥离下一个采区的表土，将其排至前采区的外部排土场的表层，进行复垦。

1.2.3把土地复垦纳入开采工艺

将采矿、运输及排土综合考虑，形成统一的采矿――运输――排土――土地复垦工艺。既保证整个露天煤矿生产工艺的合理，又兼顾土地复垦工程，降低土地复垦的费用，经济上更为合理。

1.3露天煤矿伴生矿物的合理开发与利用

露天煤矿中除煤炭外，往往有其它有用矿物，如高岭土、硅藻土、油母页岩等伴生矿物。我国伴生矿物开发甚少，亟待研究伴生矿物的综合利用及合理开采方式，并进行经济效益预测，对回收有用矿物进行综合利用。如有开发价值，则可建立专门的单位进行开发或生产。

2.露天开采后期及结束后的土地复垦

2.1露天矿采场的复垦技术

露天矿采场的复垦主要取决于煤层贮存、地形条件、围岩、表土及当地的实际需要。露天开采水平和缓倾斜煤层时，剥离物可堆放在露天采场内，复垦场地的坡度可与煤层底板坡度相近，以利于地表水的排除，在矿区开采前利用采运设备超前采集土壤，接着覆盖在内排场地上的即可恢复原先的地形。然后按田园化要求修筑机耕道、灌溉水沟及防护林带。

2.2排土场的复垦技术

2.2.1排弃物料的分采分堆

在露天矿开采工艺设计中，要注意土壤和围岩的农业化学性质和物理力学性质，它们的立体分布及数量。对于土壤、含肥岩石与其它硬质岩石，要尽可能分开剥离，集中或分开堆存；对中性和含毒的岩石，采集后应排弃在排土场底部或中间，然后在上面复土壤或含肥岩石。

2.2.2排土场整治

排土场的整治一般可分为顶部和斜坡两项。根据排土工艺和设备的不同，顶部可形成的形状有等锥形、连脊形、横向弧形和平坦形。整治工作量以平坦形最小，锥形排土场最大。

为了防止排土场表面受到水侵蚀，当用作农业种植时不宜超过1~2°，而坡度在3~5°时应有保护措施，当用作牧场或草场时为2~4°；用于林地时适宜的纵坡为10°以下，横向坡度不应超过4°。复垦场地的坡向尽量朝南或朝西南。对斜坡要进行边坡处理以利于种植。一般斜坡分为平台式和连续式。通常排土场斜坡角在35~45°之间。斜坡缓和到35°时适宜于林业，30°时用于放牧，20~25°用于使用专门机械的某些耕作，15~20°用于果园及使用常规机械的某些耕作。10~15°用作为某些建筑物的场地，5~10°用于农业。可依据实际情况略作调整。

2.3生态农业复垦技术

生态农业复垦技术有多种，最典型的是塌陷区水陆交换互补的物质循环类型。它是充分利用塌陷区形成积水的特点，根据鱼类等各种水生生物的生活规律、食性以及在水中所处的生态位置，按照生态学的食物链原理进行合理组合，实现农―渔―禽―畜综合经营的生态农业类型。

2.4生物复垦技术

生物复垦技术是利用生物措施恢复土壤肥力与生物生产能力的活动。它是实现废弃土地农业复垦的关键环节，主要内容为土壤改良和植被品种筛选。主要是排土场复垦、矸石山复垦、露天采场及用固体废物充填复垦。

土壤改良地方法：客土法，化学法，绿肥法，施肥法。

2.4.1绿肥法

这种方法的实质是在复垦区种植多年生或一年生豆科草本植物。这些植物的绿色部分在土壤微生物作用下，除释放大量养分外，还可以转化成腐殖质；其根系腐烂后也有胶结和团聚作用，能改善土壤理化性质。

2.4.2施肥法

本方法以使用大量有机肥料来提高土壤中的有机物含量，改良土壤结构，消除过粘、过砂土壤的不良理化特性。

2.4.3客土法

对过砂、过粘土壤，采用“泥入砂、砂掺泥”的方法，调整耕作层的泥砂比例，达到改良质地、改善耕性、提高土壤肥力的目的。

2.4.4化学法

该方法主要用于酸碱性土壤改良。中和酸性土层一般用石灰作掺合剂，变碱性为中性常用石膏、氯化钙、硫酸等作调节剂。

一般植被品种筛选时通过实验室模拟种植试验、现场种植试验、经验类比等手段筛选确定。筛选出的品种应生长快、产量高、适应性强、抗逆性好、耐贫瘠，尽量选用优良的当地品种，条件适宜时引进外来速生品种。

2.5微生物复垦技术

微生物复垦技术利用微生物活化药剂或微生物与有机物的混合剂，对复垦后的贫瘠土地进行熟化和改良，恢复土壤肥力和活性。采用微生物方法复垦，对煤矸石、露天矿剥离物等堆放场地不需覆盖表土，经一个植物生长周期建立稳定的活性条件，第二年可种植农作物。完全达到高产田的肥力，并维持数年不衰减。该方法也能使其它类型贫瘠土壤或酸性土壤恢复成良田，对种植品种没有任何限制；而且微生物复垦只需普通材料和机具，费用低，效益好。

五、结语

山西省作为能源重化工业基地对我国的经济发展具有重要的战略意义，但山西在为全国作贡献的同时，也造成了山西省土地资源的极大破坏和土地质量的下降，加剧了矿区的人地矛盾，影响了经济的持续发展。因此，山西省应针对矿区土地复垦工作中存在的现实问题，因地制宜，采取积极有效的措施，必须做到采矿生产与矿区复垦相结合，把矿区复垦工作提到一个相当重要的议事日程上。我们应以工程复垦措施为基础，生物复垦、化学复垦及生态工程复垦技术相结合，真正把矿区复垦工作作为一项必须坚持的历史重任，长期开展下去。

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