维普资讯 http://www.cqvip.com 重重叠蟊 露天采矿技术 ２００８年第３期 ・５ｌ・ 大型露天矿土地复垦和生态重建技术初探 张磊，才庆祥，彭竹 （中国矿业大学能源与安全工程学院，江苏徐州２２１００） 摘要：总结了国内外关于露天矿土地复垦和生态重建的技术现状和发展趋势，认为土地复垦不仅是土 地问题，同时也是环境问题，土地复垦的实质是既要恢复土地资源，又要重建生态平衡；生态重建是土地复垦 的核心和目标，土地复垦和生态重建是土地和环境综合治理的系统工程，明确了矿山土地复垦规划的一 般程序。 关键词：土地复垦；生态重建；资源开发；环境保护’ 中图分类号：ＴＤ ８８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—９８１６（２００８）０３—００５１—０４ Ｐｒｉｍａｒｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｌａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｏｐｅｎ－ｐｉｔ ｍｉｎｅｓ ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ，ＣＡ／Ｑｉｎｇ－ｘｉａｎｇ，ＰＥＮＧ Ｚｈｕ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｉｎｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓ ｏｆＭｉｎｉｇｎ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，２２１００８，Ｃｈｉａｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｃｔｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｌｎａｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｏｐｅｎ—ｐｉｔ ｍｉｎｅｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．１ａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａ ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｉｓｓｕｅ ｂｕｔ ａｌｓｏ ａｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｔａｒｇｅｔ，ｔｈｅ ｅｓｓｅｎｔｉｌａ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｏ ｒｅｃｏｖｅｒ ｌａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｔｏ ｒｅｂｕｉｌｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂａｌａｎｃｅ．Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｒｅｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｃｔｓ ａｓ ａ ｃｏｒｅ ａｎｄ ａｉｍ ｏｆ ｌａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ．Ｌａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｎａｄ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ ｂｏｔｈ ｌｎａｄ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｏ￣ｅｔｉｏｎ，ｇｅｎｅｒａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｏｆ ｉｍｎｉｎｇ ｆｉｅｌｄｓ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｎａｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ；ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ；ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ １ 生态平衡和资源开发对生态环境的影响 态公害”之一。露天开采对生态环境造成的影响主要 １．１ 生态平衡的概念 有： 生态系统指的是在一定的陆地和水体的表面层 （１）煤炭开采活动严重破坏了土壤生态系统，造 内，动物、植物、微生物与地形、气候、土壤、水文等各 成土壤的侵蚀，改变了土壤自身的营养条件和外界 种环境要素组份通过不断的物质循环、能量流动和 条件，也破坏了植物生长、发育条件。斑裂线经过的 信息传递而相互作用、相互依存的统一体。生态系统 地方，植被根系断裂、农田土地起伏不平、地面倾斜， 具有一种内部的自动调节能力，以保持自己的稳定 引起水土流失，土壤质量退化，无法耕种甚至绝收， 性，维持生态平衡。但生态系统的这种自动调节能力 失去土壤原有价值，并且难于恢复。甚至还会造成旱 是有限度的，外界施加于生态系统的压力处在这个 不能灌、涝不能排，造成减收绝产。人均耕地面积急 限度以内，系统能够校正自然和人类所引起的许多 剧下降，严重危害了人民的生产和生活。而且由于土 不平衡，如若超过了这个限度，生态系统的自我调节 地破坏带来的赔偿等问题，矿区的工农关系日益尖 锐，工农关系紧张。 机制就会降低或消失，于是在外界压力下，生态平衡 遭受破坏，甚至使系统崩溃。 （２）矿山开采不同程度的改变和破坏了自然地 理地形、地貌、风景名胜、自然景观，直接波及到地球 １．２资源开发对生态环境的影响 外部的所有圈层，如岩石圈上部、土圈、水圈、大气圈 矿山开采所造成的直接损害及其对人类生活、 及生物圈的自然食物链和生态平衡。由于矿山开采 地球生态环境的影响是多方面的。纵观全球，这种损 造成的矿山塌陷，对自然环境及社会环境等诸多方 害和影响是十分严重和普遍的，因而被列为世界“生 面都有不同程度的影响和干扰。 收稿日期：２００８—０ｌ一０４ （３）破坏水源地。矿山采动和排疏地下水，破坏 作者简介：张磊（１９８２一），男，山东泰安人，硕士研究 了覆岩的岩石力学性质和地下水动力状况，改变了 生，采矿工程专业，主要研究方向：露天采矿工艺，边坡稳 地表水、地下水的径流条件，使地下水位大幅度下 定，资源开发与规划。 降，致使原水源地干涸，地表的植被干枯，严重时还 维普资讯 http://www.cqvip.com ・５２・ 露天采矿技术 ２ｏｏ８年第３期 确规定“露天矿采空后要恢复原有的农、林经济和自 然景色”。 可引起地表土壤沙化，土地肥力降低，作物减产等。 近年来，伴随着我国大型和特大型露天煤矿的 开发建设，开采损害已成为露天矿区危害范围最广， 危害程度最大，延续时间最长的一种工程地质灾害， 另外，前苏联及解体后的各共和国、美国和澳大 利亚等以矿业为主的国家都制定了相关的法律法规， 给当地社会、生态、经济系统带来了较为严重的影 响。特别是由于开采技术和生态环境治理措施落后， 在法律上保证了露天矿区土地复垦工作的顺利开展。 ２．３ 国内露天矿土地复垦现状 法规不健全及缺乏管理和保护意识等原因，进 一目前我国复垦利用的土地还不到被破坏土地的 １０％，复垦率极低，而国外先进矿业国家的土地复垦 率都在５０％以上，我国于１９８９年才颁布《土地复垦 步加剧了矿区生态环境的退化。 ２ 国内外露天煤矿土地复垦理论研究现状 ２．１土地复垦的概念 土地复垦是人们通过采取工程或者生物措施， 将自然和人为因素造成破坏和废弃的各类土地重新 恢复到所期望的可供利用的状态，并加以利用的一 种活动。我国人多地少，后备资源也极其有限，因此， 土地复垦便成为土地开发活动的重要组成部分，是 贯彻落实“十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护 耕地”的基本国策，实现土地资源可持续利用，促进 国民经济和社会共同协调发展的重要措施。 土地复垦是一门新兴的交叉学科。过去土地复 垦常常被当作纯工程问题，尚未建立其理论体系。作 为采矿工程、土木工程、土壤科学等学科的结合体， 土地复垦可分为工程复垦和生物复垦２个阶段。在 工程复垦中常用的方法是综合利用复垦技术，建立 稳定植被层的活动，它是农林用地复垦的第二阶段 工作。废弃土地复垦后，除作为房屋建筑、娱乐场所、 工业设施等建设用地外，对用于农、林、牧、渔、绿化 等的复垦土地，在工程复垦工程结束以后，还必须进 行生物复垦，以建立生产力高、稳定性好、具有较好 经济和生态效益的植被。 ２．２ 国外露天矿土地复垦现状 国外在土地复垦领域起步较早，从上世纪５０年 代起，就已经制定了有关矿山土地复垦方面的法律 法规，并采取多种手段防止土地荒芜，恢复生态环 境，为此还建立了一系列相关的土地复垦企业、科研 机构和学术团体等，使矿山土地复垦工作蓬勃发展， 既得到了法律上和资金上的保障，在技术措施和行 政管理上也不断深化和完善，已成为采矿业必须的 工程环节。英国早在１９６９年就颁布《矿山采矿 场法》，明确提出矿主开矿时必须同时提出复垦和开 采后的复垦和管理工作，明确按照农业和林业复垦 标准实施复垦。如果复垦不好，则禁止或终止开采。 德国对煤矿土地复垦、保持农林面积、恢复生态平 衡、防止环境污染等问题十分重视。德国法令明 规定》，开始要求把露天煤矿土地复垦纳入矿山工程 设计中。 对于我国正在生产的大部分露天煤矿，由于当 初设计文件没有对被破坏土地的复垦工作作统筹规 划和设计，只是因征地困难，工农用地矛盾尖锐，制 约了矿山生产的发展，或是在环保部门的要求下，部 分露天煤矿才根据矿情需要和自身条件，开展了土 地复垦工作，虽取得了一定的成效，但多数露天矿没 能有计划、有组织地进行复垦，只局限在排土场及采 空区内开垦种植，复田土地零落分散，没有统一的灌 溉设施和运输通路以及统一的规划。 ３矿山土地复垦和生态恢复的理论和技术 矿山土地复垦具有明显的多学科性，涉及自然 科学（地质学、农学、林学、生态学、生物学、环境科学 等）、技术科学（采矿技术、生态工程、水土保持等）和 社会科学（人口学、经济学等），因此是一项复杂的系 统工程。科学的矿山土地复垦就是将各学科中先进 的科学技术融为一体，从长远的角度进行土地利用 和生态环境的规划。・ ３．１基本原理 生态恢复是指受人类活动损伤的生态系统经自 然恢复和人类改造作用恢复到它原本状态的过程。 生态重建是指受损的生态系统在自然恢复与人类改 造作用下最终形成一种改进的和原来状态完全不同 的生态系统的过程。介于生态恢复和生态重建之间 的受损生态系统还可发展为一种中间状态，既具原 有生态系统特征，又包括了对人类有益的某些特征， 称之为中间生态系统。若不加任何处理，受损的生态 系统在自然力作用下也可发展或演替为２种结果， 一是中间生态系统，二是恶化了的生态系统，如图１ 所示。 ３．２土地复垦和生态重建的基本理论 关于土地复垦和生态重建的基本理论，国内有 关学者认为，土地科学和环境科学的基本理论应是 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｅ重量墨 露天采矿技术 ２００８－￣－ｇ ３期 ・５３・ 图１ 矿区生态系统演替示意图 其基本理论的主要来源，相关学科的基础理论的综 合应是土地复垦和生态重建的基础理论。土地复垦 的基本理论应包含如下几个方面：土地破坏机理和 土地损失理论；北京大学蔡运龙教授等提出的采矿 迹地景观生态重建的６大原理；仿自然原形、耗散结 构、景观格局优化、多样性与异质性、因地制宜组合 外部条件；土地复垦的微观和宏观２个层面的基本 规律；复垦土地持续高效利用理论。 另外，恢复生态学是土地复垦和生态重建的理 论基础。采矿迹地的生态恢复，要实现提高采矿迹地 的自然生产力，建立复合生态经济系统以及缓解人 地矛盾等目标，需要有关生态学的理论指导。根据恢 复生态学的基本理论，在矿区土地复垦和生态重建 中，应该重点研究矿区生态系统结构、功能、内在的 生态学过程与相互作用机制及生态重建的关键技术 体系和生态系统的稳定性、多样性、生产力、恢复力 和可持续性等问题。 ３．３土地复垦和生态恢复的主要技术 目前，国内外广泛应用的露天矿土地复垦技术 主要有以下３种： （１）生态农业复垦技术。是根据生态学、生态经 济学原理，应用复垦工程技术和生态工程技术，通过 合理调配植物、动物、微生物等，进行立体种植、养殖 和加工。 （２）生物复垦技术。是指利用生物措施恢复土壤 的有机肥力和生物生产能力的技术措施。 （３）微生物复垦技术。是指利用微生物活化剂或 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，以恢复和增加土地肥力和活性，以便 用于农业生产。 微生物复垦技术科技含量最高，并且环保无污 染，但是，目前我国还没有引进。生态农业复垦技术 与生物复垦技术相比较而言，前者在我国的应用广 泛，效果也比较明显。 ４露天开采过程中和采后的土地复垦 ４．１露天矿采场复垦 露天矿采场的复垦主要取决于煤层赋存、地形 条件、围岩、表土及当地的实际需要。采取矿山生 产一生态重建一体化作业，突破单一的矿区土地复垦 或闭坑后再进行矿区环境治理的传统模式，边开采 边治理，体现了污染少、效率高的特点。其工艺是将 开采和复垦溶为一体，使剥离、采矿、排土和复垦等 作业统一规划，平行作业，形成“边开采、边复垦”的 良性循环工艺系统。中国矿业大学才庆祥教授等提出 条带开采内排一体化、分期开采的内排一体化和开 采—外排一体化３类工艺系统，实现分区剥离，交替 回填。为露天矿生产一生态重建一体化模式的系统动 态模拟及采用该模式与单一的矿区土地复垦或闭坑 后再进行矿区环境治理的传统模式分析奠定了基础。 ４．２排土场复垦技术 首先在于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，以及它们的立体分布和数量。对于土 壤、含肥岩石和其他硬质岩石，要尽可能分开剥离， 分开堆存；对中性岩石，剥离后应排弃在排土场底部 或中部，然后在其上部覆土壤或含肥岩石。 接下来是排土场整治，根据排土工艺和设备的 不同，排土场顶部可形成锥形、连脊形、横向弧形和 平坦形等多种形状。为了防止排土场表面受到水的 侵蚀，当用作农业种植时坡面不宜超过１—２。，达到 ３ ｏ时应有保护措施；当用作牧场或草场时为２— ４ｏ；用于林地时适宜的纵坡度在ｌ０。以下，横向坡度 不应超过４。。 在露天采区开采的后期甚至前期，应当结合具体 矿情，合理进行采后土地复垦规划，具体流程见图２。 面 丽＿＿卜——— 规划底图 地质采矿条件调查Ｌ—一复垦场地论证 Ｉ布等环墨 摹 境因子调查Ｉ ’Ｌ二 ＝囹：二＿ ＿Ｊ 人口、土地利用、水 利、道路、产业布局 — 经济特征分析 等经济特征调查 市场分析、劳动就Ｉ 矛民差 窭差盾区、分耕布作等习社惯会、居Ｈ社因ｌ 一会特征分析 子调查 Ｉ 图２矿区土地复垦规划程序 露天煤矿土地复垦与生态重建的目标，无论是 （下转第５７页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
Ｅ重量墨 露天采矿技术 ２００８￣ ３＿期 ・５７・ 表５关联系数计算结果 技综述，２０００，３０（３）：３６—４０． ［３ ＪＡｌａｎ ｎｅｄｇ￣．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｓｉｃｋ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｙｎｄｒｏｍｅ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｄｉｖ— ｉｄｕａｌ ａｎｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｌｅｖｅｌｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９６， （１）：３－１９． ［４］沈晋明．室内空气品质的评价［Ｊ］．暖通空调，１９９７，２７（４）： ２２－２５． ［５］中国室内装饰协会室内环境监测工作委员会．室内环境 污染治理技术与应用［Ｍ］．北京：机械１一业出版社，２００５． ［６］周中平．室内污染检测与控制［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００２． ［７］张波，汪邦海．室内环境污染问题及对策［Ｊ］．环境 可持续发展，２００６，（４）：６１—６３． 得：ｙ０ｌ＝０．６２９７，ｙ位：Ｏ．７４８３， ＝Ｏ．７５６７ ［８］李荣江．我国室内空气污染及控制进展［Ｊ］．环境与健 康，２００１，（６）：４０７—４０８． ＞ ＞ｙ０ｌ ［９］沈晋明．室内空气污染物与空气品质评价［Ｊ］．通风除尘， 则该办公室的室内空气品质属于“不舒适的”等级。 １９９５，（４）：１０—１３． ４结论 ［１ｏ］宋广生．室内空气质量标准解读［Ｍ］．北京：机械：ｒ 业 出版社，２００３． 通过建立灰色系统综合评价模型对室内空气品 ［１１］崔九思．室内空气污染监测方法［Ｍ］．北京：化学工业 质进行评价。该模型可综合评价室内环境数据序列 出版社，２００２． 与参考数据序列的接近程度，关联度愈大，则室内空 ［１２］戴萍，郝崇军．室内空气质量影响因素分析与评价［Ｊ］． 气品质与所选标准愈接近。因此，选择不同的参考数 大庆石油学院学报，２００１，２５（４）：８５—８７． 据可得出不同的评价结果。同时，因为评价数据序列 ［１３］李新．建筑材料对室内空气质量的影响及其评价［Ｄ］． 重庆：环境工程专业，２００４． 都是和参考数据序列比较，所以，评价数据序列的数 ［１４］王菲凤．室内空气中挥发性有机物污染的研究［Ｊ］．福 量不影响评价结论，因此，关联度可作为室内环境安 建师范大学学报（自然科学版），２００２，１８（３）：１１５—１２０． 全等级划分的一个重要理论依据。 ［１５］介江斌，刘艳华．空调系统确保室内环境健康的关键［Ｊ］． 参考文献： 环境与健康，２００５，（２）：１５３—１５４． ［１］朱天乐．室内空气污染控制［Ｍ］．北京：化学工业出版社２００３． ［１６］刘欧子．人体热舒适与室内空气品质研究一回顾、现状 ［２］李先庭，杨建荣．室内空气品质研究现状与发展［Ｊ］．科 与展望［Ｊ］．建筑热能通风空调，２００１，２０（２）：２６—２８． （上接第５３页） 进行自然及技术经济的综合分析评价，探索符合各 恢复到原有的农田生态系统，还是重建形成的社 类矿区的复垦模式。另外，如何根据我国的国情，寻 会一经济一自然复合生态系统，都是一个多层次的 求一条与我国经济发展相适应的矿业废弃地复垦之 复杂生态系统。要想使该系统具有较高的生产力，具 路，如何解决以较小投入，能有较高生态和经济效益 有生态效益和经济效益，就必须使其结构完整、功能 的土地复垦和生态重建的关键技术问题等，应是我 健全。因此，矿山土地复垦与生态重建在设计和实施 们的当务之急。 过程中，应遵循生态演替原理，注意完善生态系统的 参考文献： 组成成分，畅通能流、物流渠道，提高生态效益，应根 ［１］马从安，才庆祥，韩可琦，等．基于ＳＤ的露天矿生产与生态 据系统能流、物流分析结果，反馈修改复垦模式，力 重建一体化系统模型［Ｊ］．中国矿业，２００４，１３（４）：４５．Ｈ４７． 图使所建立的新的人工生态系统更具有生态合理 ［２］王启瑞，才庆祥，马从安．景观生态评价方法在胜利露天 性，更充分地利用环境资源，提高系统的生产力。 煤矿环境评价中的应用［Ｊ］．煤炭工程，２００７，（５）：８９—９２． ［３］张绍良，张国良．土地复垦的基础研究ＥＪ］．中国矿业大 ５结语 学学报，１９９９，２８（４）：３８９—３９２． ［４］严志才．土地复垦［Ｍ］．北京：学苑出版社，１９８８． 土地复垦和生态重建是一项多学科交叉的复杂 ［５］孙翠玲．废弃矿区生态环境恢复林业复垦技术的研究［Ｊ］． 系统工程问题，在设计和实施过程中，应根据不同类 资源科学，１９９９，２１（３）：６８—７１． 型矿区和该矿区的立地类型、不同气候水文条件、土 ［６］白中科．工矿区土地复垦与生态重建［Ｍ］．北京：农业出 壤条件、土壤改造工程及经济投入、市场需求等因素 版社，２０００．
