劉光秀，曹艷妮，劉 偉，王愛(ài)軍

(1. 榆林學(xué)院 建筑工程學(xué)院，陜西 榆林 719000； 2. 長(zhǎng)安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710064；3. 中國(guó)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(kāi)采是一把雙刃劍，露天煤礦開(kāi)采生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)[1]。大規(guī)模的煤礦開(kāi)采帶來(lái)了一系列的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，其中以土地破壞最為嚴(yán)重，主要的表現(xiàn)是地表的沉降，使良田荒蕪，耕地減少，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，人類與土地的沖突進(jìn)一步激化，還容易發(fā)生山體崩塌、泥石流和崩塌等自然災(zāi)害[2]。中國(guó)的國(guó)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(hù)耕地的基礎(chǔ)上進(jìn)行土地復(fù)墾時(shí)，應(yīng)優(yōu)先恢復(fù)耕地，重點(diǎn)是恢復(fù)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(jiǎn)單恢復(fù)原有的生態(tài)系統(tǒng)。

煤炭是山西最重要的礦產(chǎn)資源，儲(chǔ)量豐富，地質(zhì)存儲(chǔ)量達(dá)8 700億t。陽(yáng)泉礦產(chǎn)資源集中開(kāi)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(yáng)泉東部、盂縣、平定縣、昔陽(yáng)北部、壽陽(yáng)和和順等礦區(qū)。下轄開(kāi)元礦、新元礦、陽(yáng)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(zāi)害較嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，共有塌陷點(diǎn)151處和地裂縫78處，其中地面塌陷分布面積達(dá)389.72 km2，地裂縫影響面積0.22 km2，兩者共計(jì)毀壞房屋7 478間，道路39.6 km，農(nóng)田9.99 km2，直接經(jīng)濟(jì)損失4 244萬(wàn)元。

據(jù)測(cè)算，中國(guó)尚有超過(guò)66 667萬(wàn)km2的損毀土地尚未得到礦山恢復(fù)治理，每年新增的損毀土地是約2 667萬(wàn)km2，此中60%以上是耕地或其他農(nóng)用地，嚴(yán)重威脅著中國(guó)的糧食安全和中國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。目前的礦山生態(tài)環(huán)境問(wèn)題是歷史遺留與當(dāng)今采礦活動(dòng)的共同作用下的結(jié)果，這是環(huán)保意識(shí)差，管理不善的雙重影響的結(jié)果。露天煤礦土地復(fù)墾問(wèn)題的解決任重而道遠(yuǎn)，如何解決礦山資源開(kāi)發(fā)中露天煤礦土地占中問(wèn)題，成為推動(dòng)環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。本文依據(jù)山西陽(yáng)泉露天煤礦開(kāi)采的方式及工藝特點(diǎn)，詳細(xì)敘述了目前山西陽(yáng)泉露天煤礦處理的各項(xiàng)復(fù)墾方法，以期為中國(guó)礦區(qū)的井工開(kāi)采及露天煤礦土地復(fù)墾提供科學(xué)依據(jù)和決策參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理

陽(yáng)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(yáng)縣、昔陽(yáng)縣、和順縣和陽(yáng)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(guān)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(guān)進(jìn)入河北省境內(nèi)，其水系屬于海河流域滹沱河。

陽(yáng)泉位于汾河?xùn)|部的的太行斷塊中，向北東方向擴(kuò)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(fù)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(dòng)微弱。南段西側(cè)(太岳至中條山)基底以線性復(fù)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(qiáng)烈，但群大多都不一致，蓋層構(gòu)造也沒(méi)強(qiáng)烈變化，多為寬緩褶皺，北東向?yàn)檩S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(wèn)題及其特征

陽(yáng)泉礦區(qū)地下礦產(chǎn)開(kāi)采不僅形成了大量的采空區(qū)，同時(shí)誘發(fā)了地面裂縫、地面塌陷、邊坡崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害；露天開(kāi)采則直接破壞原有地形地勢(shì)，其次為棄渣及煤矸石堆積改變?cè)嫉匦蔚貏?shì)。同時(shí)，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(duì)狹窄的河谷出現(xiàn)堆渣往往遇強(qiáng)降雨會(huì)造成河堤潰決進(jìn)而形成次生災(zāi)害；很多山體直接開(kāi)挖露天采煤形成的采坑大多會(huì)形成巨大的積水湖，長(zhǎng)期積水也可能出現(xiàn)潰決形成次生災(zāi)害。

陽(yáng)泉礦區(qū)采煤沉陷區(qū)出現(xiàn)的土地資源破壞問(wèn)題主要露天開(kāi)采直接破壞原有土地，棄渣及煤矸石堆積破壞原有土地，長(zhǎng)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(shè)施，改變了建設(shè)用地類型。

2 采煤區(qū)常見(jiàn)復(fù)墾方法

2.1 土地?fù)p毀現(xiàn)狀

根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2016年對(duì)陽(yáng)泉市采煤區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查結(jié)果，對(duì)陽(yáng)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(jìn)行遙感解譯，在271.14 km2面積的礦區(qū)面積共統(tǒng)計(jì)得土地資源破壞面積93.12 km2。不過(guò)需要指出，受遙感數(shù)據(jù)精度限制，同時(shí)解譯過(guò)程中無(wú)法統(tǒng)計(jì)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(shí)際破壞面積要大于本次統(tǒng)計(jì)。

2.2 國(guó)內(nèi)外土地復(fù)墾現(xiàn)狀

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

中國(guó)礦區(qū)的土地開(kāi)墾始于20世紀(jì)50年代末。 當(dāng)時(shí)，一些礦產(chǎn)企業(yè)被礦區(qū)土地短缺所迫，自發(fā)開(kāi)展了不同規(guī)模和較為簡(jiǎn)單的土地復(fù)墾工作。然而，截止到上世紀(jì)80年代初,全國(guó)開(kāi)展復(fù)墾工作的礦山企業(yè)不足1%，已復(fù)墾利用的土地不到被破壞土地的1%[13]。80年代起，國(guó)家便開(kāi)始有意識(shí)的進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)及治理恢復(fù)工程，2009年5月國(guó)土資源部正式頒布了第44號(hào)令《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》，標(biāo)志著礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)工作已經(jīng)得到到了國(guó)家的重視。

2.3 土地復(fù)墾方法探討

2.3.1 復(fù)墾原則

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

2.3.2 復(fù)墾方法

在礦山開(kāi)采過(guò)程之初應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)采復(fù)一體化工藝。在20世紀(jì)90年代，趙繼新等[16]在剝離—采礦—復(fù)墾—一體化復(fù)墾新工藝中提出，采用條帶法實(shí)現(xiàn)了“邊采邊復(fù)”的新理念。該工藝與技術(shù)由于實(shí)現(xiàn)了源頭控制，規(guī)范了過(guò)程管理，在采礦設(shè)計(jì)之初就將后期的復(fù)墾與治理納入考慮，已將成為國(guó)內(nèi)外的必然選擇，使采礦與復(fù)恢復(fù)治理利益最大化。胡振琪等[17]的實(shí)踐證明，采復(fù)一體化技術(shù)對(duì)減輕土地?fù)p害、縮短復(fù)墾時(shí)間、保護(hù)土壤資源、增加土地恢復(fù)率和提高復(fù)墾效率方面具有重要作用。

對(duì)歷史遺留問(wèn)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(huì)經(jīng)濟(jì)條件和礦區(qū)公共意愿對(duì)土地開(kāi)墾方向進(jìn)行定性確定。土地復(fù)墾主要是根據(jù)土地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果確定土地利用的最優(yōu)方向。土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)是在對(duì)自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和土地利用狀況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)和相關(guān)規(guī)劃進(jìn)行綜合考慮的結(jié)果。對(duì)周邊地區(qū)的土地?fù)p害、公眾參與和類似工程的復(fù)墾經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，采取切實(shí)可行的措施確定最終復(fù)墾方向。

土地復(fù)墾適宜性等級(jí)的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)法、可拓法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型法。而最常見(jiàn)的評(píng)價(jià)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(chǔ)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(píng)價(jià)方法。類比法是分別對(duì)各個(gè)單元土地的損毀程度與該單元的特征參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，分析該損毀單元復(fù)墾為原土地用途的可行性，并提出主要的復(fù)墾措施。

綜合指數(shù)法是基于不同評(píng)價(jià)因素對(duì)土地質(zhì)量或限制強(qiáng)度的不同影響。 給定與該因素作用相對(duì)應(yīng)的權(quán)重和評(píng)級(jí)指標(biāo)，評(píng)級(jí)指標(biāo)與權(quán)重的乘積即為各評(píng)價(jià)因素的綜合值。 評(píng)價(jià)因素的組合值得綜合為加權(quán)指標(biāo)，即得到各評(píng)價(jià)區(qū)域的總得分，并根據(jù)總得分確定評(píng)價(jià)區(qū)域的土地適宜度等級(jí)。

具體的復(fù)墾手段分為工程復(fù)墾和生物復(fù)墾兩個(gè)方面。國(guó)外有關(guān)研究表明，現(xiàn)代復(fù)墾技術(shù)研究的重中之重應(yīng)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(fù)墾過(guò)程中，首先應(yīng)進(jìn)行坡面的簡(jiǎn)單平整，配套排水系統(tǒng)。煤炭開(kāi)采完畢后，坡面會(huì)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(wú)機(jī)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(zhǎng)，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(dá)到1.3～2.0 g/cm3；根據(jù)實(shí)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(yīng)進(jìn)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(yīng)進(jìn)行土壤的改良與培肥，最后是選擇能定居和長(zhǎng)期繁衍的植物。

以潼關(guān)Q401金礦脈為例，潼關(guān)縣祥順礦業(yè)發(fā)展有限責(zé)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(gè)采礦權(quán)和探礦權(quán)，并一直從事金礦開(kāi)采活動(dòng)。潼關(guān)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(chǔ)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(xì)調(diào)查項(xiàng)目區(qū)土地資源特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合公眾意見(jiàn)和當(dāng)?shù)氐耐恋乩每傮w規(guī)劃，按照土地?cái)M損毀程度和對(duì)土地利用的限制因素，初步確定礦區(qū)土地復(fù)墾方向以耕地、林地優(yōu)先為原則，確保復(fù)墾后農(nóng)用地總量平衡，不減少。

Q401金礦脈礦區(qū)土地?fù)p毀類型以壓占為主，無(wú)挖損損毀，根據(jù)礦區(qū)土地壓占損毀的特點(diǎn)及復(fù)墾目標(biāo)，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(gè)因子作為適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)耕地等級(jí)、林地等級(jí)、草地等級(jí)進(jìn)行了適宜性對(duì)比，最終根據(jù)極限條件法和類比分析法綜合確定兩個(gè)坑口的復(fù)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(gè)地段土地最適宜喬木及草本植物生長(zhǎng)。因此，相關(guān)編制人員在廣泛征詢復(fù)墾責(zé)任人(礦山企業(yè))、潼關(guān)縣、安樂(lè)鄉(xiāng)國(guó)土管理部門、土地權(quán)益人潼峪村及蒿岔峪村村民委員會(huì)及村民意見(jiàn)后，最終確定土地復(fù)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(chǎng)是20世紀(jì)30年代的采石基地。該方案采取全球招標(biāo)的形式，設(shè)計(jì)預(yù)算就高達(dá)3 000萬(wàn)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(duì)面巖石處設(shè)有諸如蹦極等娛樂(lè)項(xiàng)目。此處露天煤礦的復(fù)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(shè)計(jì)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(yáng)泉實(shí)地調(diào)查的過(guò)程中，陽(yáng)泉冠山鎮(zhèn)松樹(shù)山森林公園是將露天開(kāi)采后的廢棄矸石山復(fù)墾為與環(huán)境相協(xié)調(diào)的公園，遵循經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與社會(huì)效益的原則。

3 結(jié) 語(yǔ)

在中國(guó)，土地工作起步較晚，由于種種原因，土地復(fù)墾進(jìn)展緩慢，復(fù)墾率小于12%。為了盡快縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，土地復(fù)墾工作任重道遠(yuǎn)。通過(guò)對(duì)土壤的復(fù)墾技術(shù)的實(shí)施，使土地得到了較為綜合性改善，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)同步提高。復(fù)墾技術(shù)的方案探討，在促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)平衡發(fā)展發(fā)面具有實(shí)際的戰(zhàn)略意義，對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)及全國(guó)的發(fā)展做出來(lái)的不容忽視的功績(jī)。復(fù)墾方法的重點(diǎn)是先進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，最終確定復(fù)墾方向，再考慮選取工程手段還是生物技術(shù)復(fù)墾，以達(dá)到最佳的復(fù)墾效果。