采煤沉陷區(qū)土地高效利用模式探討*

殷瀾格，連海波，劉 強(qiáng)，王雁林，3，陳新建，高紫鑫

(1.陜西地建礦業(yè)公司環(huán)境治理部，陜西 西安 710075；2.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪工程學(xué)院，陜西 西安 710054；3.陜西省自然資源廳生態(tài)修復(fù)處，陜西 西安 710082)

0 引言

我國部分地區(qū)煤炭資源富集，煤炭資源的開采為國民帶來良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也造成了不可忽視的嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問題。煤礦資源的開采不僅會污染損毀土地資源，而且使大面積土地受沉陷威脅。要對采煤沉陷區(qū)土地資源進(jìn)行高效利用，需先對其生態(tài)環(huán)境問題修復(fù)治理。煤炭資源的開采是單一的，但是生態(tài)修復(fù)卻具有整體性[1]，修復(fù)治理方法的選擇重要且復(fù)雜。對采煤沉陷區(qū)的土地利用模式進(jìn)行研究，能提高采煤沉陷區(qū)土地資源利用效率，恢復(fù)礦區(qū)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境，保護(hù)生物生存環(huán)境。

1 采煤沉陷區(qū)主要問題

煤炭資源的開采往往會對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成比較嚴(yán)重的破壞，主要體現(xiàn)在以下2方面：一是造成地質(zhì)災(zāi)害問題，如地面沉陷、地裂縫等；二是破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，對植被、土壤、水環(huán)境以及生物多樣性等造成破壞。

采煤不斷地改變礦區(qū)內(nèi)含水層的分布及其含水狀況，導(dǎo)致礦區(qū)水文地質(zhì)條件發(fā)生變化，使得地下水動力場發(fā)生改變。煤炭開采破壞隔水層和儲水結(jié)構(gòu)，地下水被逐漸疏干，形成區(qū)域性的地下水水位下降漏斗。給居民生活、生態(tài)環(huán)境及當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展造成了巨大的危害。如圖1所示，采煤會破壞地形地貌和地表植被，導(dǎo)致農(nóng)田、林地、草地的面積不斷減少[2]，影響井田內(nèi)耕地生產(chǎn)力；植被面積減少還會導(dǎo)致動物生存環(huán)境惡化，對當(dāng)?shù)厣锒鄻有栽斐晌：3]。煤矸石風(fēng)化自燃、淋濾形成的有害物，礦區(qū)粉塵、廢氣、廢水形成的有害物，通過水力轉(zhuǎn)移至礦區(qū)內(nèi)及周邊的土壤和水體中[4]，對土壤和水體造成污染，如圖2所示。老空地段內(nèi)有大量的有毒有害氣體和可燃?xì)怏w，不僅有火災(zāi)的危險(xiǎn)，而且由于舊空地段內(nèi)存在大量的密封不嚴(yán)空間，淺層地表的裂縫無法被完全覆蓋和封閉，有毒有害氣體和燃燒后的污染氣體會沿裂縫排出，對當(dāng)?shù)乜諝庠斐蓢?yán)重污染。煤炭的開采會使表土流失或破壞，對于土壤環(huán)境條件差、抗擾動性差的區(qū)域，煤炭的開采對其擾動比較嚴(yán)重，表土的破壞也會加劇地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。采空區(qū)頂板垮落造成上覆地層移動與變形，導(dǎo)致采空區(qū)上方及鄰近地表形成地面沉陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，對房屋、公路、鐵路等建(構(gòu))筑物造成嚴(yán)重威脅。

圖1 采煤破壞地貌和植被Fig.1 Landform and vegetation damaged by coal mining

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

2 采煤沉陷區(qū)土地高效利用模式探討

采煤沉陷區(qū)土地利用的途徑主要有2種：一是土地復(fù)墾，即利用目的為復(fù)耕復(fù)綠，主要是治理恢復(fù)其土壤質(zhì)量，使其能夠滿足植物生長的基本條件；二是將其治理恢復(fù)為建設(shè)用地，主要是恢復(fù)原有土地承載力。

2.1 主要模式

要對采煤沉陷區(qū)的土地進(jìn)行高效利用，必須先對生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行修復(fù)治理。一般治理方式和采煤沉陷區(qū)計(jì)劃的土地利用方式密切相關(guān)，治理方式?jīng)Q定了土地利用模式，預(yù)計(jì)劃的土地利用模式又是選取治理方式的主導(dǎo)因素。煤礦終采后，土地高效利用模式的選取受多因素影響，如采空區(qū)穩(wěn)定性、地形地貌、交通條件、景觀遺跡分布、人口經(jīng)濟(jì)、周邊地塊土地利用現(xiàn)狀等。根據(jù)采煤沉陷區(qū)稟賦條件選擇適宜的修復(fù)利用方式[5]，不僅能高效利用土地，還可以帶動鄉(xiāng)村振興、全域旅游、轉(zhuǎn)型升級等。現(xiàn)階段我國礦山生態(tài)修復(fù)一般有復(fù)耕復(fù)綠模式、景觀模式、產(chǎn)業(yè)模式3種做法[6]。

2.2 采煤沉陷區(qū)的特征

采煤沉陷區(qū)存在以下2種情況：一是沉陷影響范圍內(nèi)人口密集、存在大量重要建(構(gòu))筑物，威脅人口數(shù)量及財(cái)產(chǎn)數(shù)額巨大，搬遷耗費(fèi)財(cái)力物力巨大且難度較大；二是緊鄰交通主干道，交通十分便利，距縣級以上市區(qū)距離較近，部分受沉陷影響的場地較為平緩開闊，并且當(dāng)?shù)赜玫刭Y源十分緊張稀缺。這2種情況下，根據(jù)實(shí)際情況和現(xiàn)實(shí)需求，可以不用考慮采煤沉陷區(qū)穩(wěn)定性高低，直接采取采空區(qū)地面注漿治理、采空區(qū)注漿隔離治理、采空區(qū)殘留煤柱充填回收、采空區(qū)露天剝離治理、采空區(qū)頂板崩落治理等技術(shù)手段對采空區(qū)進(jìn)行治理。除以上2種情況，一般建議進(jìn)行土地復(fù)墾或自然修復(fù)。應(yīng)該盡快轉(zhuǎn)移沉陷影響范圍內(nèi)的居民和財(cái)產(chǎn)，根據(jù)穩(wěn)定性等級，結(jié)合采煤沉陷區(qū)自身稟賦條件，選擇適宜的土地高效利用模式[7]。

2.3 高穩(wěn)定性采煤沉陷區(qū)土地高效利用模式

對于終采時(shí)間較長、地表已發(fā)生一定移動變形的采煤沉陷區(qū)，其殘余沉降量較小、上覆地層穩(wěn)定性偏高，可根據(jù)其稟賦條件選取更多的土地利用模式。但是，未經(jīng)治理的采煤沉陷區(qū)即使終采時(shí)間較長、殘余沉降量較小，其穩(wěn)定性與一般場地相比仍然較差，因此若選擇景觀模式，如將其打造為一座礦山公園或景點(diǎn)，首先需對其生態(tài)環(huán)境問題和地面沉陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行治理，相對于在一般場地上打造景點(diǎn)其成本更高，因此需獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。為此需要設(shè)定一定的限制條件，具體可參照表1。當(dāng)采煤沉陷區(qū)緊鄰主干道或與城鎮(zhèn)距離小于3 km時(shí)，若周圍10 km內(nèi)有3座以上景觀遺跡分布，且周邊人口分布密度較大，可同時(shí)考慮景觀模式和雙復(fù)模式，否則盡量只采取雙復(fù)模式[8]。當(dāng)采煤沉陷區(qū)與城鎮(zhèn)距離為3～15 km且不緊鄰主干道時(shí)，礦區(qū)土地?fù)p毀嚴(yán)重時(shí)可采取雙復(fù)模式，礦區(qū)土地?fù)p毀較輕時(shí)可采取自然修復(fù)手段。當(dāng)采煤沉陷區(qū)與城鎮(zhèn)距離大于15 km且不緊鄰主干道時(shí)，若礦區(qū)周邊地塊植被覆蓋較好而礦區(qū)土地?fù)p毀嚴(yán)重時(shí)，可采取雙復(fù)模式，其他情況可采取自然修復(fù)模式。

表1 高穩(wěn)定性采煤沉陷區(qū)土地高效利用模式的選取Table 1 Selection of efficient land use mode in high stability coal mining subsidence area

2.4 低穩(wěn)定性采煤沉陷區(qū)土地高效利用模式

對于終采時(shí)間較短、殘余沉降量較大、穩(wěn)定性相對較差的采煤沉陷區(qū)，其地表移動與變形量較大，上覆地層穩(wěn)定性較差，在強(qiáng)烈工程活動的作用下地表發(fā)生大面積大幅度移動變形的可能性較大，一般不建議采用產(chǎn)業(yè)模式或景觀模式進(jìn)行修復(fù)利用，需盡量保證上方無人類生產(chǎn)生活活動的進(jìn)行，可根據(jù)稟賦條件選擇復(fù)綠模式或自然修復(fù)。此類采煤沉陷區(qū)，一般不建議耗費(fèi)大量的人力財(cái)力進(jìn)行治理。當(dāng)采煤沉陷區(qū)緊鄰主干道或與城鎮(zhèn)距離小于3 km時(shí)，可采取復(fù)綠模式。當(dāng)采煤沉陷區(qū)與城鎮(zhèn)的距離大于3 km且不緊鄰主干道時(shí)，周邊地塊植被覆蓋較好而礦區(qū)土地污染損毀較重時(shí)，可采取復(fù)綠模式，其他情況一般建議采取自然修復(fù)模式。

2.5 土地復(fù)墾及植物類型選擇

土地復(fù)墾：無論選擇景觀模式還是復(fù)耕復(fù)綠模式的采煤沉陷區(qū)，都需要對礦區(qū)土地平整度進(jìn)行修復(fù)，提升土壤質(zhì)量，治理礦區(qū)水環(huán)境。對于塌陷地塊和不平整地塊，可以采用充填復(fù)墾工藝對其進(jìn)行治理，利用煤矸石和粉煤灰回填下沉地塊后壓實(shí)[9]，并覆土防止有害元素進(jìn)入植物根系[10]。充填復(fù)墾不僅能恢復(fù)場地平整度、提升土壤質(zhì)量，還能解決煤矸石等固廢堆積導(dǎo)致的土地壓占損毀問題。對于地形起伏較大的采煤沉陷區(qū)，煤礦修建廠房廠地時(shí)可能會開挖礦區(qū)范圍內(nèi)邊坡，形成較多較陡裸露邊坡，一般為土質(zhì)邊坡或者上部為土質(zhì)底部裸露基巖。如果對采煤沉陷區(qū)進(jìn)行修復(fù)治理，一般需要對此類邊坡采取一定的治理措施。如果采取削坡手段，削減的土體可以就地用于礦區(qū)內(nèi)土地復(fù)墾，利用其進(jìn)行覆土；削減的巖塊可對外售賣[11]，產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)收益，用于礦區(qū)環(huán)境治理。

植物類型選擇：對于整體生態(tài)環(huán)境較脆弱的采煤沉陷區(qū)，復(fù)耕種植農(nóng)作物和復(fù)綠種植林草都需要慎重選擇植物類型[12]。如果采煤沉陷區(qū)修復(fù)為耕地，可種植耐干旱的農(nóng)作物，或者種植耐干旱的果樹，發(fā)展林下養(yǎng)殖、中藥材等林下經(jīng)濟(jì)。如果沉陷區(qū)整體地形較為平緩開闊，還可以大面積建設(shè)特色林果采摘基地，將其與生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、人居環(huán)境改善、鄉(xiāng)村振興等緊密結(jié)合。如果采煤沉陷區(qū)僅復(fù)綠而不作為種植地，則需盡量選取水保林草，并且避免單一植物大面積大量種植，需將多種樹木、草灌混合種植，既促進(jìn)生物多樣性發(fā)展，又能增強(qiáng)山體坡面固土能力，遏制水土流失，提升當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量。

3 結(jié)語

采煤沉陷區(qū)土地高效利用模式的選擇還可能受其它因素的影響，如當(dāng)?shù)靥厣a(chǎn)業(yè)發(fā)展、政策扶持導(dǎo)向、外來資金投入等因素。在其他因素的影響下，土地高效利用模式的選擇需要靈活調(diào)整，隨時(shí)根據(jù)外界其他因素的變化而變化，不能生搬硬套，應(yīng)該因地制宜、因時(shí)制宜，選擇最適合的利用模式，使土地資源得到最大程度的高效利用。