开采沉陷盆地土地治理 课件

第十五章开采沉陷盆地土地治理第一节

概述第二节开采沉陷盆地的土地复垦第三节矿区生态环境的综合治理第一节

概述

特点：

我国地域辽阔，煤炭资源分布广；全国2856多个县，1200多个县有预测储量，其中已有煤矿开采的县达1100多个。据国土部门初步估计，我国因生产建设而人为破坏的土地在21世纪中期将达400万公顷，其中约一半可恢复成农用地。现在每年仍以4.66万公顷的速度递增。

据统计，1998年底，仅全国国有重点煤矿累积破坏土地约50万公顷，如果采煤塌陷土地以0.2～0.3公顷/万吨估算，全国每年新增塌陷地面积约为2.4～4.6万公顷。因此，矿区土地复垦与生态重建已引起全社会的关注。

第一节

概述

全世界废弃矿面积约670万公顷，其中露天破坏和抛荒地约占1/2。

国外复垦土地情况：始于本世纪初，但大规模、有计划、有目的的复垦研究工作也不过30多年历史。其中规模较大，成效较好的国家有澳大利亚、前苏联、英国、德国、美国等国家。英国露天煤矿每年占地2100公顷，由于政府重视，资金落实，并颁发采矿企业损害的土地必须恢复好交还地主的法令，故复垦成绩显著。德国采褐煤最多，从上世纪20年代开始对露天采褐煤剥离岩地区进行复垦工作，其著名的莱茵褐煤矿区的林业复垦工作取得很大成绩，防治了污染，恢复了生态平衡。其他发达国家平均已达到65%

美国平均每年占用土地4500公顷，美国制定有《露天开采控制和复田法令》，并在高科技支持下，美国的矿区环保及治理取得了显著成绩，如：在复田区种植作物，矸石山植树造林及粉煤灰改良土壤等方面，美国土地复垦率已达80%左右。前苏联以严格的法规管理刺激了复垦技术迅速发展，并获得了显著的经济效益、社会效益和生态效益。前苏联废弃矿地达200万公顷，土地复垦率在60%以上。澳大利亚的成绩令人瞩目，其显著特点是采用综合模式进行、矿山的复垦工程设计严密、多专业联合投入以及高科技指导和支持。因此，在澳大利亚复垦后的矿区，被绿色覆盖，环境优美、空气清新，已很难辩认一般矿山面貌。

我国土地复垦情况：

我国土地复垦始于50年代：1957年辽宁省桓仁铅锌矿将废弃的尾矿池复土造田；1958年郑州铝厂小关矿，在设计中就考虑了复垦问题，利用废石造田千余亩；1964年广东坡潭锡矿利用剥离废土边采矿边回填采空区，开创了当年征地当年补偿的良好先例。

1988年11月国务院颁布了《土地复垦规定》、《土地复垦技术标准》后，土地复垦才真正蓬勃开展起来。矿区可持续发展的一个关键因素是其载体—土地及其环境的可持续利用。矿产资源的开采和土地环境的保护互相协调发展是至关重要的，土地复垦成为矿区可持续发展的重要途径之一。土地复垦是采矿工程的后续阶段，也是其重要阶段，是采矿业发展的必然要求。

复垦与采矿阶段、工程阶段和后期管理阶段应有机联系在一起，从采矿规划、设计就考虑复垦和保护土地。目前，已有不少的采矿企业都成立了专门的复垦机构(如工农关系办公室、地区处、社会事业部等)。矿产资源开采者的复垦意识的加强将对复垦的全面开展产生重大影响，同时必将吸引众多专家参与，推进复垦科技进一步发展。

“复垦”一词，其主要含义是赋予复垦地以农业使用价值。从持续发展的观点看，采后土地治理和恢复是为了建立或恢复与当地自然界相和谐的人工生态系统。

所谓土地复垦，就是指对在生产建设过程中，因挖损、塌陷、压占等造成破坏的土地，采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的活动。矿区土地复垦工程是依据矿山生态学、土地经济学、环境科学、土壤学及区域规划等理论，结合采矿工程特点，对开采所破坏的土地进行恢复、综合整治的工作，是一项综合工程技术，它包括采矿复垦和生物复垦两个过程。其最终目的是恢复土地的生产力，实现矿区生态系统的平衡，其实质是“生态恢复”。第二节开采沉陷盆地的土地复垦一、矿区土地复垦遵循的总原则矿区土地复垦是国家法律法规赋予煤矿企业、地方集体和个人的职责，是涉及采矿、土地、林业、水利等部门的长远的系统工程，开展土地复垦应坚持以下原则：

1．谁破坏，谁复垦的原则；

2．因地制宜，综合治理的原则；

3．统一规划的原则；

4．经济效益、社会效益、生态效益有机结合的原则。

二、矿区土地复垦设计原则

要满足先进性、合理性和可操作性三方面要求：

1.先进性：在设计观念上，应从企业和矿区可持续发展的高度出发，视土地复垦为矿区建设和矿区生态环境综合治理的重要组成部分。通过土地复垦，实现“三协调”：使发展煤炭生产与耕地保护、水土保持和改善矿区生态环境相协调；使矿区煤炭资源的开发利用与矿区的农业生产和国民经济的综合发展相协调。在复垦技术上，应尽量采用先进技术，使工程复垦与生态复垦有机地结合起来，复垦后地形、地貌与当地自然环境和景观相协调，以提高复垦工程的综合效益。

2．合理性：土地复垦设计应符合当地土地利用总体规划和土地复垦规划，坚持因地制宜、农用地优先的原则。山区丘陵应加强蓄水保土，防治水土流失的措施。使复垦工程在技术上可行、经济上合理；经济效益、生态效益和社会效益相统一。3．可操作性：土地复垦工程初步设计是土地复垦工程施工图设计的依据。在目前国家尚未出版土地复垦工程设计规范的情况下，应参照土地复垦技术标准和土地整理工程设计等方面有关文献进行设计。要求设计文件齐全，所提供的设计图件配套比例适当、清晰准确；设计说明和投资概(估)算项目齐全、条理清晰、明白无误。三、矿山复垦的生态学原理

矿山土地复垦的生态学原理，最重要的是生态演替，即生态系统由一种类型转变为另一种类型的有顺序的变化过程。如：草地遭到破坏变成裸地后，一般要经过杂草期——疏丛禾草期——密丛禾草期等阶段，才能恢复；云杉林被砍伐后，也要经过迹地—杂草期—桦树—山杨树—云杉林等阶段，时间可达几十年。但人为作用可以调控这一过程，从而加速演替或改变演替方向。根据这一基本原理，矿山土地复垦可沿以下几个方面开展工作，以加速生态演替过程：（1）筛选耐旱、耐瘠薄的速生先锋植被——草灌品种，达到复垦地迅速固土封坡，保持水土的目的；（2）采取措施使土壤质地改良，并辅之一定的水肥措施，加快土壤培肥速度；（3）采用微生物技术，增加矿土中微生物活性，还原土壤生态系统；（4）当土壤得到一定改良后，发展多种作物与果树，因地制宜的综合利用矿山废弃地。二、矿区土地复垦的基本模式和技术要求我国矿区分布地域广阔，各地区地形地貌，地质条件也大不相同，因此在受到开采影响时，地表的破坏特征也不尽相同。对开采沉陷盆地造成的不同地表破坏，应该因地制宜，采取不同的土地复垦模式。(一)矿区土地复垦的基本模式矿区土地复垦利用主要方面有农业、林牧业、渔业、建筑业和娱乐用地等，因此，土地复垦的模式有：1．农业复垦。新的土地管理法加大了耕地的保护力度，并规定复垦土地应优先用于农业。在山地和丘陵地区，地势本来不平，塌陷不深，不影响耕种，可适当平整，不作其他治理，直接复垦；平原地区，地表破坏塌陷不深,经平整后，根据潜水位的高低可改造成旱地或水田；地表破坏塌陷较深，潜水位较低，可采用在塌陷区内先充填后覆土的改造方法，然后复垦；对面积较大，塌陷深，潜水位浅的塌陷区，进行综合治理，采用“挖深填浅”的方法，对边缘地带进行填充，然后复垦。2．林牧复垦。在塌陷地进行林牧复垦主要是根据地形条件和覆土土质条件来决定。一般在山地和丘陵地区，土地原不平整，塌陷后更难以平整，宜整治为园地，进行经济作物的种植，或植树造林；对于土地贫瘠、地势高、坡度大的土地，复垦为林地或牧地，对于坡度在10～15°的低山丘陵塌陷区，或露天采煤后整治平整覆土的地区，阳光比较充足，适宜于牧草种植或林业种植。3．渔业复垦。在塌陷地进行渔业复垦，投资少，见效快。平原地区的塌陷地，深度超过2ｍ的积水区即可辟为养渔场，对于长年积水区，在“挖深填浅”后，塌陷区深处可进行水产养殖。对于正在采煤的塌陷区，由于塌陷仍在进行，可采取鱼鸭混养的粗放复垦模式。4．建筑复垦。在塌陷地进行建筑复垦，就是利用平整的采空区，经地基处理后，修建抗变形民用住宅和工业厂房，一则缓解土地紧张问题，二则可以为农村搬迁就近提供场所，避免二次搬迁，缓解工农关系，节约损害赔偿和二次搬迁费用。5．旅游复垦。在塌陷地进行旅游复垦就是对充填后的塌陷地进行合理规划后，设置旅游景点，或栽种有观赏价值的树木、花草,或利用塌陷地修建小桥、湖泊，湖中养鱼，供人观赏；对于水面大、水体深、水质好的塌陷区，可兴建水中公园或游乐中心。6．水源复垦。塌陷地水源复垦就是合理开发利用塌陷盆地，使塌陷地尽可能多堵、多蓄降雨，补给地下水，或进行水产养殖，或灌溉土地等。这种模式对于水源较缺的北方，是一个很好的水资源开发途径。对于水质优良的塌陷区，可开发为新的水源地，建立水厂，经过净化处理将积水改造成饮用水，以缓解市区、厂矿企业和居民用水的紧张程度。三、土地复垦规划方法及工程技术

(一)土地复垦规划方法土地复垦规划包括总体规划和小区规划两个步骤。总体规划是在小区规划前对复垦土地的利用方向及复垦所采取的复垦措施等问题作决策分析，做总体规划时必须首先对复垦区调查，做出土地的适宜性评价。由于土地复垦工程不仅涉及资金投入，还涉及到政策、社会环境及生态环境诸方面，因此，总体规划难以靠定量方法来进行，往往需要将定性和定量方法有机地结合起来，其一般过程如下：1．进行系统分析，确立影响因子，做出适宜性评价；2．进行分项比较，分项规划；3．进行综合分析，综合规划；4．总体评价，提出总体规划方案。

小区规划是在遵循总体规划的基础上，对小区域的塌陷地或废弃地提出整治利用措施，是复垦工程得以实施的前提。常用的小区规划方法有：经济效果规划法、生态工程规划法及经济与生态效果综合规划法。为保证复垦工程顺利实施，小区规划中需对复垦工程的组织与管理、复垦工程的验收标准、设计标准、资金筹集方法、种植计划、应急措施等做出详细说明。(二)土地复垦技术自80年代中期淮北矿区取得矸石充填、粉煤灰充填、挖深垫浅三种复垦技术途径的成功以来，徐州矿区又取得了平整土地、排涝降渍、生态工程复垦成功的经验，其它矿区还积累了沼泽化地治理、矸石山复垦造林、矿井塌陷坑作为露天矿舍场、建筑复垦等技术经验。如淮北煤矿塌陷区造地复田综合治理技术途径研究、铜山县土地复垦技术研究、鹤岗矿区矸石山复垦造林技术研究等。（兴隆、良庄）

矿区土地复垦技术一般包括工程性复垦和生物性复垦两个阶段。

工程性复垦是根据采矿后形成废弃地的地形、地貌现状，按照规划的新复垦地利用方向的要求，进行工程设计和施工。

生物性复垦的核心是迅速建成人工植被群落，重建人工生态系统，关键技术在于解决土壤熟化和培肥问题，即采取各种培肥措施，加速复垦地“生土”熟化过程。复垦措施与采矿工程相结合还可以采取以下形式：煤层赋存条件差煤质不好的井田采取局部开采的方法以减小优质农田的破坏；建立合理的排矸系统将矸石直接运往塌陷区；地下开采矿山作好井下开采计划(如开采顺序)而减小地面受破坏的损失；露天开采优化开采工艺采取倒堆开采减少排土场占地并达到复垦还田目的；尽可能利用煤矿废弃地作煤矿基建用地。1．工程性复垦技术该技术主要适用于低潜水位矿区或已实施排涝降渍措施的中高潜水位矿区。使用该技术时应注意：表土层的剥离和保存、田地平整后标高的确定、梯田断面要素的确定、排水灌溉措施的配套等。（1）建立采矿—复垦联合工艺系统为实现边采矿边及时复垦，缩短工业用地周期和复垦周期，降低复垦成本，必须建立采矿—复垦联合工艺系统，把复垦与采矿融为一体，使采剥作业与复垦覆土作业统筹计划，合理安排。矿山生产计划部门应负责该联合工艺系统的计划编制、生产指挥与调度，采矿车间负责计划的实施与执行。（2）造地工艺1）建设缓坡地及平台基底层（平整土地与梯田化）采矿后所形成的空区多是沟岗交错、高低不平。未来复垦地的几何形状，很大程度上取决于采后废弃地的地形地貌。应按照确定的复垦地类型及其利用方向建成相应的缓坡和平台。为满足国家复垦技术标准的规定，用作林牧业的缓坡地不应超过25°（为利于植被成活，一般应控制在22°以内）。施工时，对于坡面角大于25°的坡段，上部陡崖按征地边界用反铲放坡，下部较平缓地带用推土机刮取底板土上推回填，土方量不足部分用自卸卡车运来尾矿或其它废弃物材料进行回填，同时对坡面在纵向和横向上存在的局部凹凸面，用设备进行矫正。按设计规定的平台标高，以削填平衡的原则，用推土机削平底板凸起的土岩，回填由于残矿回收或底板凹陷形成的采坑。施工中，按设计要求使平台保持倾角为1°的横向反坡和5%的纵向坡度，暴雨时，便于引导平台汇水排出复垦地。2）抬田复垦、排涝降渍，铺撒覆盖土综合治理形成耕作层复垦地在采矿及基底层整平过程中，经重载设备的反复碾压，土壤结构被严重破坏，已不利于作物的正常生长。因此，为获得丰产，就必须再造质地好和容易培肥的土壤剖面。由于回填复垦材料和造地工程的费用在复垦总成本中约占40%，所以试验研究最佳复垦材料和造地工艺，在技术和经济上都有着十分重要的意义，首先应进行复垦地耕作层材料筛选的试验研究，根据试验研究得到的复垦地耕作层土壤最佳构成进行铺撒作业。覆盖土层厚度一般要求不低于0.5m。施工中仍应保持原留有的反坡和纵坡。耕作层施工一定要避开雨季，尽量使用轻型履带式设备，避免造成对土壤结构破坏。有的须眉线设埂，修筑排水系统，沿平台眉线修筑断面为梯形、高度不低于0.5m的土石埂，拦截平台汇水，避免形成径流冲刷边坡。沿平台内缘或缓坡坡底线挖掘纵向排水沟，用以导出坡地和平台的汇水。消除渍害需要工程措施与生物措施相结合。综合治理包括使用平整土地技术、挖深垫浅技术、复垦区种植绿化等。3）坡面整治设备施工完成后，人工在坡面上沿垂直等高线方向，以1.0m的间距修建若干条平行于等高线的小台阶，小台阶宽0.5m，将其内侧0.3m宽的条带钩松。这些小台阶可以改变陡长的坡面成一组组小平台，增加了坡面的粗糙度，便于施肥与播种，而且能改善植被的“着床”条件，有利于给植物提供一定的土壤水分和阴郁环境，为植被生长创造良好的立地条件。一组组的小台阶与地表水流方向垂直，它能紊乱和改变坡面径流方向，缓解径流强度，并拦截径流携带的大部分泥沙，见图15－1所示。2．生物性复垦技术生物性复垦技术是指在矿山开发破坏的土地上，通过土壤改良，采用以林木为主种植材料，乔、灌、草和农作物优化配置，按生态学和生态经济学原理进行组合与装配，恢复生态的绿色复合培育技术，使破坏的生态环境重新恢复。因此，林业复垦技术是生物性复垦技术的核心内容。（1）复垦区立地土壤评价复垦区土壤条件是搞好生物复垦的前提，根据复垦矿区的立地土壤和气候条件及人力资源情况制定土壤改良的工程计划，正确选择适宜不同立地类型的植被品种，才能使废弃矿复垦工作取得成功。一般对复垦土地土壤分析和评价应从以下几个方面考虑:①土粒组成，土壤的颗粒级配组成表征土壤性质，不同的土壤性质适合不同的植被生长。②土壤有机质，土壤有机质是生物生长发育和微生物生命的能源，增加土壤有机质是土地垦植的重要内容。③土壤酸碱度，林草植被生长最适宜的ｐＨ值为6～8，偏高和偏低都会影响其生长。对复垦区的土壤应进行中和处理，达到林草植被生长的要求。④土壤结构，土壤的结构不同，其保土、保水、保肥及土壤活性不同，对植被生长有着重要影响。⑤土壤养分，林草植被生长需要氮、磷、钾、钙、镁等常量元素和铁、锰、锌等微量元素。⑥土壤有毒物质分析，确定复垦区土壤有毒物质成分和含量。（2）植被品种筛选矿山复垦地与附近农田和绿地相比，环境因子变化很大，其土层薄、土质差、微生物活性差，面对这样差的种植条件，又必须在复垦当年迅速实现植被的高覆盖度尤为困难，这就更显得植被品种筛选的重要性了。1）植被品种筛选原则抗逆性强和速生是矿山复垦地植被品种筛选的首要原则，而根系发达、培肥矿土和保持水土效果好也是十分重要的。植被品种筛选的具体原则如下：①生长快、适应性强、抗逆性好；②优先选择固氮品种；③尽量选择当地优良的乡土品种和先锋品种，也可以引进外来速生品种；④选择植被品种时不仅要考虑经济价值高，更主要是植被品种的多功能效益，主要包括抗旱、耐湿、抗污染、抗风沙、耐瘠薄、抗病虫害以及具有较高的经济价值。2）植被品种筛选的研究方法首先广泛进行适宜的植被品种资源调查，选择可行性好的品种，在实验室进行抗逆性能筛选；中选者参加田间小区模拟试验；表现最好的进入生物复垦工业试验。3）矿区复垦较适宜乔灌树种根据目前有关研究资料，矿区复垦较适宜乔灌树种主要有：东北地区的剌槐、小叶杨、旱柳、大黄柳、落叶松、樟子松、家榆、小黑杨、橡、垂柳、锦新杨、皂角、沙棘、胡枝子、紫穗槐等；华北地区的臭椿、法桐、剌槐、柳、柏树、银杏、丁香、苹果、山楂、桃、麻栎、紫穗槐、胡子枝；西北地区的剌槐、黄剌梅、家榆、榆叶梅、桃叶卫茅、小叶丁香、银杏、沙棘、臭椿等；华中、华东地区的桤木、马尾松、剌槐、加拿大杨、泡桐、旱柳、毛白杨、火炬树、紫穗槐、臭椿、白榆等；华南地区的园柏、藏柏、华东松、栎树、圣诞树、黑荆、蓝桉、赤桉、直杆桉等。3．种植模式与选择根据不同类型矿区和不同立地土壤条件、土壤改造工程及经济投入、市场需求以及上述几点前提下进行技术经济综合分析评价，确定不同的复垦模式或几种模式组合。（1）用材林，包括工业、农业用材林，矿柱林等，以生产矿柱材为主要营林目的，要求立地条件较好，土壤肥力较高的矿区；（2）特用经济林，包括油茶林、油桐林、茶园、药材林等，要求生态环境好、无污染土壤、无铅、汞、氟等有毒物质；（3）果园林，包括干果林和水果林，这种复垦模式以生产干鲜水果为目的，产品直接供人们食用，对土壤、水质及大气等条件要求更严；（4）环境保护林，对一些沙漠区及水土流失较大的半丘陵矿区，主要营造水土保持林、风景林等，以保护环境、防治生态恶化为目的；（5）林农混种、林药混种、林草混种等多种以林为骨干的混种模式；（6）林网模式，在矿区，尤其是农作物区和居民区，乔、灌、草优化配置成林网，既生产木材又发挥生态环境效益。4．良种壮苗培育在复垦模式与品种选择基础上，准备种植材料。所谓良种就是在长期的自然选择过程或人工选育过程中，具有某种优良特性并且能很好的传给下一代的种籽。良种主要表现为速生、早实、丰产性和抗逆性等。为了提高植被成活率和获得较高的经济效益，在复垦时，要坚持“良种”、“壮苗”的原则。良种壮苗的培育，首先选育出一批当地适宜的优良品种，然后用这些良种培育壮苗。同时，要选用好的育苗地，在育苗的过程中，对土、肥、水等要精细管理，有条件的地方，采用容器育苗或采用芽苗移植，既节省大量良种，又能使苗木生长得快，整齐一致，达到培育壮苗的目的。5．适宜造林方法有了壮苗，开始造林实施，根据不同地区气候条件(主要是温度和降雨量)选择最适宜的造林季节，一般分春、秋两季，有的地区还可以利用雨季造林。一些地区造林可以直接播种或采用飞机播种造林，这是在经济和人力不足情况下，大面积造林的有效方法。不同树种的育苗造林技术，要根据矿地立地条件，参照林木育苗与造林规程的技术要点进行，有条件的地方应强调良种的增产价值，做到“立地、良种、营林技术”的优化搭配，同时要注意病虫害防治。6土壤培肥技术矿山复垦地的土壤培肥技术是指采取各种培肥措施，加速复垦地的生土熟化过程。进行土壤培肥的途径有生物学的、物理学的和化学的多种方法。通常需要同时采取以上三种途径的多种技术，包括终止绿肥作物进行压青，沤制有机肥料，科学施用化肥和采用微生物技术等。前几项技术在矿山复垦中最常用，也已经很成熟，而将现代微生物技术引进矿山复垦还正在研究中。新造复垦地的土壤经过大型设备的挖掘、搬运和碾压等人为活动的扰动，使得微生物含量已经很少，几乎失去了繁殖能力。缺少土壤微生物的活动，土壤中仅有的一些营养元素难以被植物直接吸收利用，作物不能正常生长。菌根技术是现代化微生物的高新技术，对于挖掘土壤潜在肥力和迅速培肥土壤，缩短矿山复垦周期具有突出作用。因此，在矿山复垦中引进现代微生物技术是非常必要的。现代微生物技术是提高土壤生物肥力的有效措施。土壤生物肥力是指土壤生物的组成(包括动物和微生物)、生物量及活性。土壤生物能改良土壤基质的物理性质，参与土壤营养物质循环，是植物生长所必需的碳、氮、磷、硫营养元素库源调节的重要机制，对土壤肥力的演变及提高具有重要作用。矿区在开采过程中不可避免地剥离表土，破坏地面植被，从而导致土壤生物肥力水平下降。因此，在矿区土地复垦过程中要加强土壤生物的管理：（1）尽可能地减少对表土的破坏和尽可能快地用表土复原。在采矿时，尽可能地减少对表土的破坏面积和程度，同时进行表土转换技术。即把表层(0～30cm)及亚层(30～60cm)土壤取走，认真地加以保存，在采矿结束后再把它们放回原处，这样土壤基本保持原样，土壤的营养条件和土壤生物繁殖体(如孢子、菌丝等)不会受到改变和破坏，这不但有利于植被恢复，而且保证了土壤生物迅速地繁殖和定居。表土转换技术的关键在于表土的剥离、保存和表土复原。在整个过程中，应尽可能减少对土壤结构的破坏和尽可能快地用表土覆土。(2)加强对矿业废弃地基质改良，防止土壤的板结、水土流失和废弃物的堆积。用传统的农业技术，如用耙、犁等疏松土壤，能有效地防止土壤的板结；建立池溏、排水渠等防止水土流失。污水污泥、生活垃圾、植物凋落物、作物秸秆作为表土的替代物用以覆盖矿业废弃地，能有效地改良土壤生物生存环境，提供其生命活动过程中所需要的能量和养料，有利于土壤生物的定居。（3）加强对耐性土壤微生物的筛选工作。通过基因重组、细胞融合、质体转移等分子生物学技术，培育和筛选出适宜于矿区废弃地的土壤微生物种类，再把这些具有耐性的土壤微生物接种到矿区废弃地或寄主植物体内。这方面的工作在矿区土地复垦中具有很大的潜力。复垦地土壤培肥必须采取综合技术措施，才能确保“生土”短期内快速熟化，达到缩短矿山复垦周期的最终目的。三种典型复垦土壤的改良措施参见表15-2。7．水面利用与生态工程技术。高潜水位矿区积水率较高,经济可取的方法是采取水面利用与生态工程相结合的复垦技术。其意义表现在一方面不需为消除积水花费巨额投资，另一方面保留一定的水面对维持矿区生态平衡也具有较高的生态学价值，比如塌陷坑可以蓄洪作灌溉水源，建造水上公园具有观赏价值，科学利用水面可以获得较高的经济收益等。使用该技术时应注意尽可能利用生态工程技术，提高水生动植物的产量，从而提高水域生产力和复垦土地的生产力。四、矿区土地复垦规划、设计内容和方法（一）开采沉陷盆地的土地复垦项目规划开采沉陷盆地的土地复垦项目规划是指对在矿业生产建设过程中所造成的开采沉陷盆地，根据其可恢复能力的适宜用途，对其复垦后土地利用方向及配套设施做出的具体安排。1．目标确定2．复垦区土地适宜用途确定3．开采沉陷盆地土地复垦原则4．复垦区土地利用结构确定5．配套设施规划内容6．规划成果（1）规划文本的主要内容：1）前言2）复垦区概况3）规划目标与方针4）规划方案规划方案的主要内容有：①规划标准②复垦区的总体布局及各项工程规划③各类用地指标调整计算。5）规划方案评价6）实施规划的措施（2）规划说明的主要内容（3）规划图件1）土地复垦项目现状图编制要求:①比例尺：不小于1：10000。土地复垦项目现状图应分幅编制。②土地复垦项目现状图的主要内容：包括境界线、土地权属线，地类界及符号、线状地物、明显或重要地物点等。③图例：应符合国家有关规范中的有关要求。2)土地复垦项目规划图编制要求:①比例尺：不小于1：10000。②土地复垦项目规划图应以土地复垦项目现状图为基础进行编制。③土地复垦项目规划图的主要内容应包括：必要的地理要素，设计高程，水流方向，沟、路、林、渠及建（构）筑物等的位置，居民点及工矿用地布局，权属界限。④图面配置内容应包括：图名、图廓、方位坐标、坐标系统、指北针、邻区名称界限、图签栏等。图签栏应包括图名、图号、核定人、审查人、校核人、规划单位、制图单位、制图者、比例尺、制图时间等内容。⑤图例：应符合国家有关规范中的有关要求。（4）规划附件主要包括：1）规划方案审议及重要会议纪要；2）规划数据、图表等基础资料；3）涉及到村镇用地的项目区，应附上村镇建设规划图。(二)矿区土地复垦设计立项和法规依据矿区土地复垦初步设计的主要依据为：《土地复垦技术标准（试行）》，国家土地局，1995.7。矿区土地复垦工程初步设计委托合同。矿区土地破坏状况调查与复垦规划报告(审定稿)设计所依据的基础资料及图件：《土地开发整理项目设计规范》中华人民共和国国土资源行业标准（TD/T…），1999。矿区有关农业、气象、水文、地质、土壤和植被方面的资料。矿区1：25000土地复垦工程规划示意图。矿区1：5000土地复垦工程规划图。矿区1：5000采矿工程平面图。矿区土地复垦初步设计区域1：2000地形图。(三)矿区土地复垦设计的内容与方法1．塌陷地复垦工程设计塌陷地复垦包括复垦工程和生态恢复两个阶段，复垦工程设计内容包括地块划分、地块坡度设计、复垦工艺设计和配套工程设计（如：农用耕地工程、园林工程、牧草地工程、养殖水面用地工程、林地工程、城镇用地工程）等；恢复生态方案包括土壤改良、品种筛选、科学种植和经营管理等。（1）地块的平面设计即整地单元的划分。应以规划复垦图分区，将待塌陷地划分地块进行整治。地块平面上的划分应符合下列要求：1）地块面积应尽可能大一些，地块数目和平整工程量应尽量少一些；2）每一地块平整完成后的地面倾斜方向和坡度应基本一致；3）平坦地区地块的平面形状应以矩形为主。丘陵山地的地块应沿地形等高线方向延伸成弧形条带状，条带长度一般不小于100m，对于地面坡度5°以下，田面宽度一般应为20～30m，地面坡度大于5°时，最小田面宽度不应小于5m；4）地块周围或相邻地块之间应以田间道路、排灌沟渠或地坎分隔；5）如果原有地块基本符合上述条件，则可保留原有地块，作为整体单元。（2）地块的立面设计即地块的坡度设计。塌陷地平整后，每地块的坡度应满足下列要求：1）平坦地区旱作耕地平整后，地面坡度不应超过5°；水田平整后的坡度不应超过2～3°；

2）丘陵山区的梯田可因地制宜采用水平梯田、隔坡梯田或波浪式梯田。梯田平整后，沿等高线延伸方向的坡度一般不得超过5°；等高线垂直方向的坡度应在1～2°以内，且应为内倾(外高内低，向上坡方向倾斜)。棱坎顶部蓄水埂顶宽25cm，埂高20cm。

3）梯田的田坎可因地制宜采用土坎或石坎，田坎高度一般不宜大于4m，坎坡角一般取75～80°。

4）园地和林地整地后的坡度一般不应超过25°。如果原有园地和林地的植被基本未受到塌陷或滑坡的大面积破坏，则可保持原有地形坡度不变。

（3）剥离、存放、覆盖表层耕植土的设计

1）耕植土剥离设计：根据表层耕植土的厚度确定剥离厚度和剥离施工方法。一般要求使用推土机剥离，剥离厚度一般为30cm。

2）耕植土存放设计：包括存放地段、堆放高度和存放工艺。剥离后的耕植土一般应存放在地块的周边和零挖(填)线的附近地段；

3）耕植土复盖设计：地块按设计坡度平整之后覆盖耕植土的作业方法和工艺。

4）计算剥离和覆盖耕植土的土方量。（4）土地平整工程设计1）提出土地平整的施工方案。包括挖方、填方、装载、运输的机械选型和施工方法。

2）根据复垦范围内塌陷裂缝的发育状况(宽度、深度和延伸长度)，提出裂缝填堵施工的工艺和方法；

3）梯田修整设计，包括棱坎坡角、棱坎高度、蓄水埂、田面逆坡的设计和修整方案与工艺。

4）计算挖方和填方的土方量，可采用方格网或断面法进行计算。方格网的间距为20～40m；断面间距为20～50m，可根据地形确定。

（5）积水塌陷地充填复垦工程设计在山区和丘陵地带，当积水不深，且当地补给量不充足时，不宜用于养殖业，仍应复垦为农用地，其设计要点如下：

1）充填体积估算。先根据塌陷地积水面积和深度计算积水体积。积水面积和深度如有实测资料即可应用。如无实测资料，积水体积可按开采沉陷预计方法估算。充填体积应按积水体积的110％计算。

2）选择充填材料。根据材料来源和运输距离，可就近选用本矿煤矸石或电厂粉煤灰作为充填材料(充填材料中的有害物质不得超标，充填后不得发生二次污染)，计算充填材料的用量；

3）选定充填材料的输送方式。一般远距离选用汽车运输，近距离选用皮带或管道输送；

4）充填物堆平、压实工艺设计。包括施工机械、施工方法和工艺要求。推平、压实后的地基坡度与整地要求相同；

5）选择表层覆土土源。就近选择适合表层覆土的土源，按覆土面积和覆土厚度0.6m计算覆盖土的方量。覆盖土应为无污染、有害元素不超标的黄土或冲积土，砾石含量不大于5％；

6）覆土方法和工艺设计。包括输送方式、堆放和覆盖方法与工艺要求。覆土平整后的地面坡度与整地要求相同。（6）塌陷地复垦配套工程设计塌陷地复垦配套工程包括道路、防洪、排灌、蓄水和环境美化1）垦区道路系统应满足耕作时的运输和通行要求，一般布置在地块之间。类型有乡村公路、大车路和人行道。复垦区道路工程设计应提出道路的平面布置，设计纵剖面和必要的横断面、路面设计与处置工艺以及垦区道路与当地道路系统的连接。如原有道路系统满足要求亦可利用。

2）垦区防洪设施应根据需要与否进行设计，包括防护堤和排洪渠道等，应提出防洪设施的平面布置图和工程结构设计图等，如原有防洪设施满足需要亦可利用。

3）垦区排灌等水利设施应根据需要进行设计，其中排水系统应与防洪系统综合考虑。灌溉等水利设施应根据当地是否有水源酌情考虑，一般只根据现有水源条件，针对原有的水浇地进行恢复性设计。灌溉系统包括堤、坝、水库、水渠、水闸、水池、泵站和抽水井等，应提出设施的平面布置和结构设计。

4）垦区环境美化应与当地的自然和社会环境相协调，一般以造林绿化为主，可在道路、沟渠两侧和地块的四周布置行树及防护林，必要时，也可在较大垦区的入口或中心水利设施处点缀少许人文景观。2．塌陷地复垦的生态恢复方案塌陷地复垦工程结束后，应在随后的三年种植过程中，相继采取生态恢复措施，使复垦土地以最少投入换取最好的经济、生态和社会效益。复垦初步设计应根据土地复垦利用类型、土壤、当地的气候和水文等条件，提出生态恢复方案：（1）耕地生态恢复方案。包括改良土壤、品种筛选、科学种植和精心管理等方面：

1）改良土壤。矿区耕地的土壤以褐土为主，有机质和速效磷的含量偏低，因而应增施有机肥料和磷肥，结合深耕、深锄蓄水保墒。对过沙或过粘土壤，应适当渗泥或渗沙以调整耕作层的泥沙比例，改善其质地和耕性。对酸性或碱性土壤，应以石灰或石膏掺合剂加以调节。

2）品种筛选。应当选用适合于本地种植的产量高、质量好、适应性强、抗逆性好和耐干旱的优良作物品种。3）科学种植。选择当地的优势作物，发挥能源多级利用，推广立体种植技术，科学地进行轮作、间作和套种，提倡精耕细作。4）精心管理。应适时进行田间管理，包括浇水、施肥、锄草、除虫等，同时应及时淘汰劣质产品，根据市场需要选择产销对路的农作物。园地和林地生态恢复方案。园地和林地复垦后的生态恢复方案原则上与耕地大致相同，但园地和林地是多年生木本植物，不需要每年耕作，因而生态恢复的重点是根据土壤和气候条件优选果树和树木品种，进行科学种植和精心管理。对于已有的果园和林地，主要为科学管理和更新品种。(四)压占地复垦设计矿区的压占地主要是煤矸石压占地。规划复垦的报废排矸场

(不含正在利用的和煤矸石用于综合利用的排矸场)，复垦利用方向为造林绿化。压占地复垦初步设计也包括复垦工程和恢复生态两个阶段。

1.压占地复垦工程设计煤矸石压占地的复垦工程包括排矸场整治、表层覆土和配套工程三部分。如果排矸场正在自燃，则在复垦之前应采取灭火措施，待灭火之后再进行复垦工程。（1）排矸场整治工程设计

1）场地顶部整治设计。包括整平、压实的规格、方法和工艺设计，一般用于造林绿化的场地可使用堆土机推平之后适当压实即可。用于建筑的场地则应按建筑地基强度要求，采用分层碾压或强夯法进行整治。

2）场地边坡整治设计。包括边坡的坡角和坡面整治工艺设计，当边坡高度很大，必要时也可适当增加边坡平台。一般用于林木种植的边坡角应小于35°；用于果树栽培的边坡角应小于20°；用于建筑的边坡角应小于12°。经过整治后的坡面应满足稳定性要求。（2）表层覆土设计包括覆土厚度、覆土方法和覆土工艺设计，应就近取土，土源最好为黄土，其有害物质应在容许范围之内。覆土厚度应根据表层风化程度确定，一般不小于30～50cm。（3）配套工程设计包括道路和控制水土流失的工程设计(如排水沟、挡土墙、坡面覆盖等)，应符合当地的水文、气候条件和一般标准。

（4）压占地复垦的生态恢复方案矿区压占地的复垦以造林绿化为主，其生态恢复方案的重点是植物品种的筛选、栽培和管理等方面。

1）选择优良品种压占地复垦后的水土条件较差，应选择耐旱、适应性强、成活率高的乡土性植物品种：乔木如杨、柳、槐、椿等；果树如山楂、柿、枣、苹果等；灌草如荆条、白羊草、紫花苜蓿和沙打旺等。

2）植物栽培和配置乔木应采用客土坑栽法，灌草亦可在覆土培肥的基础上播种栽培。从固土、固氮和水土保持着眼，进行乔、灌、草科学配置。

3）植被保护与管理人工重建的压占地生态系统十分脆弱，应当设专人保护和管理，包括采取防风、防冻、浇水、培肥、剪枝、修整等维护和管理措施。（五）设计成果设计成果包括设计说明和设计图件。1．设计说明的主要内容（1）工程概况：包括设计单位、工程名称、施工地点、地理条件、对外交通条件、工程规模、工程效益、工程布置形式、主体工程量、主要材料用量等。（2）设计的指导思想、原则和目标：根据设计项目的具体特点和问题，确定指导思想、原则和目标。（3）设计依据。（4）主要技术经济指标。2．设计图件设计图件主要包括：田块工程设计图（包括平面布置图、典型地块设计图、工程结构图、土方工程图等），农田水工程设计图（包括平面布置图、典型地块设计图、工程结构图、建筑物设计图、灌排渠道纵横剖面图、土方工程图等），道路工程设计图，城镇设计图等。各类图件的制图要求按照国家有关标准执行。五、现代科学技术在土地复垦中的应用矿区土地复垦是与矿区可持续性发展密切相关的、长期性的艰巨任务。在当今科学技术迅猛发展的时代，许多先进的科学技术，如计算机科学、遥感科学等在矿区土地复垦的工作中，越来越发挥着重要的作用。(一)计算机辅助设计在土地复垦规划设计中的作用《土地复垦规定》要求任何土地复垦工程都必须做好规划设计。根据过去的经验，制定土地复垦规划涉及面广，需要考虑的因素多，工作量大，为使土地复垦规划具有科学性和可操作性，计算机辅助设计土地复垦规划技术提供了有效的手段。计算机辅助土地复垦规划技术主要解决：1．规划用基本图件的生成和调用；2．复垦时土地的适宜性比较与评价；3．规划设计中的数据处理和共享；4．复垦规划图件的输出。(二)遥感技术的应用遥感技术已经与多学科紧密结合，发挥了它特有的技术手段，取得了显著的成果。矿区土地复垦工程应用遥感技术可解决：1．矿区土地资源破坏与土地利用状况的调查；2．复垦土壤物理特性的监测与复垦区植被生产量的测定。遥感技术在上述第一方面的应用，波兰在70年代末就有报导，我国80年代中后期在晋城等矿区也作了试验。随着矿区土地复垦工作大面积的展开，第一方面的应用还有待加强，使之与计算机辅助土地复垦规划技术联系起来，更好地为矿区土地复垦工程服务。第二方面的应用是今后努力的方向。(三)生物技术的应用生物技术就是利用生物与自然的适应性以及改变自然环境的天然活性的特点，达到改善矿区由于开采造成的环境破坏和污染的目的。国外报导的生物细菌快速复垦法即是生物技术的一项应用，我国应用生物技术进行复垦主要解决：1．矸石山的复垦绿化；2．复垦土壤的改良；3．提高矿区水域的生产力。第三节矿区生态环境的综合治理由于矿产资源在开发利用过程中，造成一系列矿区生态环境退化问题，制约着矿区的可持续发展，因此矿区生态环境治理的任务繁重、意义重大。涉及到环境保护和防灾减灾的各个领域，关系到矿区自然资源的可持续利用和经济、环境的协调发展。是一项集资源、环境、经济、产业发展诸目标于一体的重大复杂工程。一、矿区生态环境治理的目标、原则、途径和程序（一）目标根据不同矿区的社会、经济、文化和生活需求，可制定不同水平的矿区生态环境治理目标。但一些基本的治理目标或要求是相同的。（二）原则矿区生态环境治理的原则一般包括自然法则、社会经济技术原则和美学原则。（三）途径矿区生态环境的退化涉及到众多因素，因此，恢复或重建矿区生态环境的有效途径就是要开展矿区生态环境的综合治理，包括运用行政、法律、经济、技术、教育等多种手段和措施，协调各种矛盾，全面系统地进行矿区生态环境综合治理。（四）程序矿区生态环境综合治理的一般程序是：1．确定矿区生态环境综合治理的系统边界；2．对矿区生态环境存在的问题及原因等进行分析；3．对矿区生态环境现状进行综合评判，确定综合治理的目标；4．制定矿区生态环境综合治理的技术方案和实施措施；5．实地试验、示范和推广；6．治理后的监测、预测和评价，提出存在问题；7．根据存在的问题，完善调整治理目标、方案和措施。二、矿区生态环境综合治理的主要措施矿区生态环境综合治理应在充分调查研究和生态环境监测的基础上，摸清矿区生态环境的现状，分析和诊断生态环境退化的原因及程度，预测生态环境的发展态势，明确综合治理的目标和任务，确定科学治理的优化方案，制定切实可行的实施对策和措施。一般来讲，矿区生态环境综合治理的实施措施主要包括行政、法律、经济、技术、教育等多种措施，下面作简要介绍。（一）行政措施行政措施主要是指国家和地方各级行政管理机关，根据国家行政法规所赋予的组织和指挥权力，制定方针、政策，建立法规，颁布标准，进行监督协调，对矿区生态环境退化的防治工作实施行政决策和管理。主要包括矿区及矿区所在地区的有关部门定期或不定期地向同级政府机关报告矿区的生态环境防治工作情况，对贯彻国家有关生态环境防治方针、政策等提出具体意见和建议；组织制定国家和地方的生态环境防治政策、工作计划和生态环境规划，并把这些计划和规划报请政府审批，使之具有行政法规效力；运用行政权力采取特定措施进行监督和管理。（二）法律措施法律措施是防治生态环境退化的一种强制性措施，依法管理矿区生态环境是控制并消除污染，保障矿产资源的合理利用，并防治生态环境退化的重要措施。矿区生态环境的管理一方面要靠立法，把国家对生态环境保护和治理的要求、做法，全部以法律形式固定下来，强制执行；另一方面还要靠执法，依法对严重污染和破坏生态环境的行为，追究法律责任，对危害人民健康、财产，污染和破坏生态环境的个人或单位给予批评、警告、罚款或责令赔偿损失等；对毁灭性消耗矿产资源造成严重污染和生态破坏的小矿山，要下决心排除干扰，坚决予以取缔、关闭或停产。（三）经济措施经济措施是指利用价值规律，运用价格、税收、信贷等经济杠杆，控制生产者在资源开发利用中的行为，以便限制损害生态环境的社会经济活动，奖励积极治理污染的单位，促进合理开发和利用资源，充分发挥价值规律在矿区生态环境防治工作中的杠杆作用。其方法主要包括各级有关管理部门对积极防治生态环境退化而在经济上有困难的矿山企业发放补助资金；对违反国家规定造成生态环境退化的矿山企业处以罚款，并责令限期治理；对积极开展生态环境综合防治的企业给予减免税和利润留成的奖励；推行开发、利用矿山资源的征税制度等。（四）宣传教育措施宣传教育措施是生态环境管理和防治生态环境退化不可缺少的措施。通过报刊、杂志、电影、电视、广播、展览、专题讲座、文艺演出等各种文化形式广泛宣传，使公众了解生态环境保护、防治生态环境退化的重要意义和内容，提高环保意识和生态环境综合治理的积极性，形成强大的社会舆论，使矿山企业把矿区生态环境的综合治理变成自觉行动。矿区生态环境防治教育可以通过专业教育培养各种专门人才，提高矿区生态环境综合防治人员的业务水平；还可以通过基础教育和社会教育提高社会公民的环保意识，来实现社会监督的矿区生态环境综合防治措施。（五）技术措施技术措施是指借助现代科学技术来达到矿区生态环境综合治理的目的。三、矿区沉陷区生态农业综合治理技术对矿区沉陷区生态农业综合治理，不是简单的复垦，而是农、林、牧、副、渔、加工等多业联合复垦；是按照生态学原理进行的组合和装配；是利用生物共生关系，合理配置农业植物、动物、微生物，进行立体种植、养殖业复垦；是依据能量多级利用与物资循环再生原理，循环利用生产中的农业废物，使农业有机废弃物资源化，增加产品输出；充分利用现代科学技术，合理规划，实现经济、社会和生态效益的统一。所以，矿区沉陷区生态农业综合治理是整个矿区生态环境综合治理的主要环节。(一)矿区沉陷区生态农业复垦设计矿区沉陷区生态农业复垦设计包括：平面设计、垂直设计、食物链（网）设计、时间设计和工程设计等。在平面设计和垂直设计中，要注意充分利用开采沉陷形成的特有地形地貌，和了解当地的水文地质、气候等条件，平面布局合理，空间布置满足生物光、热、水、气的要求，做到合理、有效、经济。在食物链设计中，要注意选择避开可以降解有害物质的种群和对有害物质不吸收、不富集的种群。在时间设计中，应在生态农业适宜性分析后，充分了解当地各种资源的时间节律。1．矿区沉陷区生态农业复垦平面设计矿区沉陷区生态农业复垦的平面设计是在一定的复垦区域内，确定生物种群或生态类型，以及各产业所占的比例的分布区域，以达到水平空间内各种资源的最佳利用（特别是土地资源的最佳利用）。矿区沉陷区生态农业复垦平面设计示例，如图15-2所示。2．矿区沉陷区生态农业复垦垂直设计矿区沉陷区生态农业复垦垂直设计是利用生态位和生物共生原理，将生理上和生态上适应性不同的生物群体组成合理的复合性生产系统，使其对环境资源特别的立体空间的利用最充分、最合理。生态工程复垦的垂直空间结构具有比较突出的优势。首先，由于空间的多层次性，使资源利用更加充分，克服了常规农业的资源浪费现象；其次，由于多层次的生物种群的合理组合，利用了生物间“互利共生”的关系，使其能获得较好的利益。矿区沉陷区生态农业复垦垂直设计示例，见图15-3所示。(二)矿区沉陷区生态农业复垦模式矿区沉陷区生态农业复垦模式是在时间上和空间上立体交叉的模式，是根据各生物学、生态学特性和生物之间的互利共生关系而合理组合的生态农业复垦系统。根据生物的类型、生物差异和生物因子的数量等可将生物立体共生的生态农业复垦分为以下各种类型和模式。1．立体种植类型（1）农业作物的间作、套作和轮作模式。如粮–棉、粮–油、粮–蔬菜。（2）林产作物的立体种植模式。这种模式随着林木种类的不同而有不同的组合。（3）林粮间作立体种植模式。如桐粮间作、枣粮间作、果树蔬菜间作。（4）林药间作立体种植模式。指林木、果树与药用栽培植物空间组合。2．立体养殖类型立体养殖是指在一定空间内养殖动物的层次配置，或一定时间内生产的有机配合，主要有以下模式：（1）陆地立体圈养模式为了充分利用空间，节约圈棚材料并利用废弃物而设计的一种空间共生立体养殖。如：蜂桶（上层）--鸡舍（中层）--猪圈（下层）--蚯蚓（底层）等。（2）水体立体养殖模式为了充分利用水体空间和营养、溶解氧等而设计的一种空间配置方式，常见的组合有：鲢鱼（上层）--草鱼（中层）--青鱼（下层）；鸭（上层）--鱼（中层）--珠蚌（下层）；鱼（上层）--鳖（下层）。3．立体种养类型指在一定空间内栽培植物和养殖动物按一定方式配置的生产结构。在生物之间，可形成一种简单的食物链，并且以生物之间的共生互利关系为特征。上层的植物为下层的动、植物提供了隐蔽条件和适宜的栖息生存环境，下层放养的生物可清除作物群落下层的杂草和害虫，促进了上层植物的生长。同时，下层植物或动物粪便给低层水体中鱼类提供了饵料；而鱼类的活动增加了水体溶氧，可促进作物根部的通透性。该类型的主要模式有：稻—萍—鱼；稻—鸭—鱼；林—畜—蚯蚓；苇（以及其它沼泽生作物）—禽—鱼等。(三)矿区沉陷区生态综合治理实例实例1：唐山甘义庄沉陷区综合养殖场唐山甘义庄沉陷区综合养殖场位于唐山市古冶区范各庄乡甘义庄，占地13.3ha，建场前为范各庄矿沉陷区，其中常年积水面积约3.5ha，季节性积水面积