要煤還是要糧？！邊采礦，邊復墾！——中國東部煤糧復合區(qū)采煤沉陷地發(fā)展新時機

一、煤糧復合區(qū)，上糧下煤，要煤還是要糧？！兩難的選擇

中國東部平原區(qū)地下煤層和地面耕地在空間上存在大面積重疊和采動耕地積水問題，作為典型的煤炭和糧食復合主產區(qū)，承擔著國家糧食保障和煤炭資源保供的雙重職責，協(xié)調煤炭開采與耕地保護的矛盾十分艱巨。

當兩者發(fā)生沖突時，是選擇地上的“糧”還是選擇地下的“煤”，是煤糧復合區(qū)亟待解決的重大現實問題。

煤糧復合區(qū)“煤”與“糧”的關系，選擇“煤”意味著“糧”的損失，即耕地損毀，而選擇“糧”意味著放棄“煤”，即限制或禁止煤炭資源開發(fā)。因此，新時期應改變這種“零和博弈”的思維局限，探尋資源開發(fā)與耕地保護之間的平衡點，以最大限度地推動耕地保護和煤炭開發(fā)的協(xié)調發(fā)展。

礦區(qū)土地復墾與生態(tài)修復是解決礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的有效手段。我國的土地復墾工作歷經了幾十年的實踐，成效顯著，探索形成了土壤重構、地貌重塑、生物修復以及綜合利用等技術體系。但是當前的復墾技術都是針對煤炭開采結束后沉陷穩(wěn)定的土地，傳統(tǒng)的采煤沉陷地治理都是“先破壞，后復墾”，損毀狀況持續(xù)很長時間，導致土地閑置荒蕪，耕地資源浪費嚴重。

尤其是東部平原煤礦區(qū)，多煤層多次開采導致下沉大、積水深、損毀時間長，若沉陷完全穩(wěn)定之后再開始治理，大量土地沉入水中，可恢復利用的土地不多，使得耕地恢復率低。新時代對綠色發(fā)展的需求更為迫切，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復工作也有待新的突破。

2016年，原國土資源部聯(lián)合多部門發(fā)布《關于加強礦山地質環(huán)境恢復和綜合治理的指導意見》，明確提出，到2025年要形成“不欠新賬，快還舊賬”的礦山地質環(huán)境保護與治理新局面。為此，要改變現狀，真正實現“不欠新賬”，需要從理念上進行變革，摒棄傳統(tǒng)的末端治理的理念，將“源頭控制”和“過程治理”作為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理的新理念。要實現礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的“源頭和過程控制”，就應該在開采前或者開采過程中采取井下減損開采和地面復墾措施，即邊開采邊修復。

二、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理：邊采邊復，源頭控制，過程治理，選對復墾時機

東部高潛水位煤糧復合區(qū)采煤沉陷導致連片耕地積水，加劇了區(qū)內煤炭保供和糧食生產之間的矛盾。為了協(xié)調耕地保護與地下采煤的關系，采用邊采邊復技術，可以實現地面復墾技術與井下采煤技術的耦合，在高潛水位礦區(qū)可顯著提高復墾率。

復墾時機的選擇是邊采邊復的關鍵，直接決定復墾工程的成敗。梳理了影響邊采邊復時機選擇的自然因素和人為因素，提出了兩種邊采邊復時機類型:

（1）采動地表臨界積水下的理論復墾時機。

（2）采動地表淺積水(積水深度0~3m)下的實際復墾時機。

以單一煤層開采為例，研究了采動地表積水與地下開采的時空關系，提出了采動地表臨界積水啟動距及積水邊界角，揭示了工作面推進速度與理論復墾時機的時空關系。提出以采動地表臨界積水下沉值為約束的井下減沉的耕地源頭保護措施，構建了采區(qū)尺度下的跳采全采工作面臨界寬度模型和淺積水下的實際復墾時機模型。

圖為顧橋煤礦

圖為龍固煤礦

案例研究表明：以顧橋煤礦北一采區(qū)臨界積水下沉值1.00m為約束，所優(yōu)化的跳采全采工作面寬度可將復墾時機延遲到全采階段，即推遲復墾時間和延長耕地使用壽命12.5年。模擬了龍固煤礦不同采動積水深度下的復墾耕地面積變化，構建了復墾時機與復墾率之間的定量模型，以此預測了不同復墾率指標下的最佳復墾時機區(qū)間及淺積水條件下的最佳復墾率，認為相對積水深度為0.6時，為該采礦地質條件下的最佳復墾時機，當復墾耕地率差值控制在5%時，最佳復墾時機為地表積水相對深度0.7067。

最后，討論了邊采邊復的投入產出效益，認為邊采邊復技術可顯著提高土地復墾效益，從源頭上將采煤引起的社會和生態(tài)負效益內部化，該技術具有技術可行、經濟合理和生態(tài)友好的優(yōu)勢。研究結果可為高潛水位煤礦區(qū)邊采邊復時機優(yōu)選和井上下采復耦合提供理論支撐和案例參考。

三、煤糧復合區(qū)邊采邊復的模型帶來的嶄新啟示

（1）基于地下開采與地表損傷時空關系的研究，提出了基于臨界積水的邊采邊復理論復墾時機模型。

（2）提出了通過優(yōu)化地下采煤工作面寬度和接續(xù)，延遲土地沉陷臨界積水時間的方法，實現延長耕地使用壽命、延遲復墾時機和縮短復墾周期。

（3）提出了淺積水下的實際復墾時機模型，構建建立了淺積水相對深度與耕地率減少量之間的通用關系模型。

部分附圖：

圖1、開采沉陷與地下水位及地表積水的空間關系

圖２、不同復墾時機下的復墾布局

圖３、不同復墾時機可搶土深度及土量變化

圖４、采煤沉陷積水啟動距及相關角量參數

圖5、非充分采動下的采寬計算示意

圖6、不同工作面寬度采動土地損傷特征

圖7、跳采階段和全采階段采動地表沉陷與潛水位的空間關系

圖8、淺積水下的邊采邊復實際復墾時機

圖9、礦井北一采區(qū)原開采布局和優(yōu)化后的開采布局

圖10、礦井跳采階段、全采階段及原始單一工作面采動地表沉陷形態(tài)

圖11、采厚９ｍ時不同復墾時機下的復墾空間布局

圖12、不同積水深度下的復墾時機與復墾率變化

【第一作者簡介】

胡振琪教授，安徽人，長江學者、中國礦業(yè)大學能源資源戰(zhàn)略發(fā)展研究院執(zhí)行院長、中國礦業(yè)大學（北京）礦山生態(tài)安全教育部工程研究中心主任。榮獲美國采礦與復墾學會“生態(tài)修復先鋒獎”和“Barnhisel獎”（科技貢獻獎）等榮譽。現任中國煤炭學會土地復墾與生態(tài)修復專業(yè)委員會主任委員，中國生態(tài)學會常務理事兼生態(tài)工程專業(yè)委員會副主任，International Journal of Mining, Reclamation and Environment 執(zhí)行主編，瀚林智庫首席土地復墾與生態(tài)修復專家。

30多年來，胡教授一直致力于煤礦區(qū)土地復墾與生態(tài)修復的理論與技術研究，取得多項創(chuàng)新性成果：建立了礦山復墾土壤重構理論與方法，成為礦山生態(tài)修復的基礎支撐；創(chuàng)立了采煤塌陷地邊采邊復技術和黃河泥沙充填復墾技術；攻克了酸性自燃矸石山污染原位控制與生態(tài)修復技術，為保護耕地紅線、防治礦區(qū)環(huán)境污染、建設綠色礦山提供了有力的技術保障，是海內外土地復墾和生態(tài)環(huán)境修復的著名專家與實踐者。

本文論文援引胡振琪，李根生，袁冬竹.東部煤糧復合區(qū)采煤沉陷地邊采邊復時機[J].煤炭學報，2023，48(1):373-387.

編輯：孫暢

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