採煤沉陷對耕地的影響規律及其綜合復墾技術研究

《採煤沉陷對耕地的影響規律及其綜合復墾技術研究》是國土資源部土地整理中心、中國礦業大學（北京校區）、江蘇徐州賈汪國土資源局為主要研究單位，胡振琪、徐雪林、付梅臣、張吉瑞、巴特爾、張波、吳侃、初士立、龔乃勤、胡喜寬為主要完成人的科研項目。

基本介紹

• 中文名：採煤沉陷對耕地的影響規律及其綜合復墾技術研究
• 依託單位：國土資源部土地整理中心、中國礦業大學（北京校區）、江蘇徐州賈汪國土資源局
• 完成人：胡振琪、徐雪林、付梅臣、張吉瑞、巴特爾、張波、吳侃、初士立、龔乃勤、胡喜寬
• 類別：科研項目

基礎信息

獲獎序號	20030024
項目名稱	採煤沉陷對耕地的影響規律及其綜合復墾技術研究
主要完成單位	國土資源部土地整理中心、中國礦業大學（北京校區）、江蘇徐州賈汪國土資源局
主要完成人	胡振琪、徐雪林、付梅臣、張吉瑞、巴特爾、張波、吳侃、初士立、龔乃勤、胡喜寬
獲獎證書編號	KJ2003－2－21
獎種	國土資源科學技術獎
等級	二等

項目摘要

1、立項背景 礦產資源的開採在為國民經濟發展提供原料和能源的同時，也造成了生態環境的嚴重破壞，其中對土地生態系統的破壞最為嚴重、直接。據不完全統計，我國累計採煤塌陷地40萬公頃，每年還以2-2.67萬公頃的速度遞增。在華東高潛水位平原礦區塌陷地中有85%以上為可耕地，大面積的耕地破壞（或退化），使得礦區耕地資源嚴重不足，礦區社會經濟和生態環境也遭到了嚴重影響，破壞了礦區人民原有的生產生活條件，阻礙了礦區社會的持續穩定發展。 採礦驅動下耕地的演變與復墾在我國是一個嶄新的課題，有許多理論和技術問題急待解決，尤其在耕地演變機理、土地復墾與管理理論與技術等方面需要創新。 由於對開採沉陷造成的耕地資源的破壞規律和破壞程度沒有充分的認識，對受沉陷影響敏感的地區未在采前採取積極的措施給予保護，部分耕地資源將永遠失去其耕作條件和生產力水平，不得不改變其用地類型，使得耕地資源大量流失，嚴重地影響了礦區耕地的持續利用，對礦區農民的生產生活環境造成了不可估量的經濟和生態損失。對於已受采動影響的耕地資源，分析其開採前後以及開採過程中耕地質量的變化，是合理選擇復墾方向的重要依據。同時耕地破壞狀況決定於地質採礦條件，所以分析開採沉陷影響因素與耕地破壞之間的關係，將有助於礦井開採的合理設計，避免對沉陷影響敏感的耕地造成難以恢復的破壞性影響。 儘管我國已在一些礦區進行了復墾的探索，但由於重工程實踐，輕理論研究，且技術較單一，許多技術尚未進行理論加工和革新，致使治理效益低、推廣困難。本項目的在研究開採沉陷對耕地的破壞機理、破壞規律和沉陷地破壞程度的分類方法，提出其復墾對策，在理論上將進一步豐富和完善土地復墾學的內容體系，在實踐上將有助於從根本上實現煤礦開採與土地復墾的有機結合，最大限度地保護耕地資源和生態環境，促進礦區社會經濟、生態環境持續發展。本研究為進一步進行其它類型沉陷區耕地破壞的理論基礎研究和指導今后土地復墾工作具有重要的科學意義和現實意義。 2. 主要科學技術內容 本項目屬於礦區環境與土地復墾研究。採煤沉陷對耕地的破壞規律及復墾技術，對實現礦區耕地動態平衡、改善礦區生態環境、實現礦區可持續發展具有重要意義。 本項目研究基於國家自然科學基金項目 “開採沉陷對耕地的破壞機理及復墾對策研究”（49401007）和“礦山復墾土壤重構的理論和方法”（49701010）以及若干橫向課題，對開採沉陷對耕地的破壞機理、採煤沉陷地土壤重構方法與技術工藝、土地復墾的管理與技術模式等進行了系統研究與套用推廣。主要科學技術內容如下： （1）初步探明採礦沉陷耕地生產力的下降機理和對耕地破壞規律，揭示了地表裂縫發育和分布規律，提出了塌陷土地復墾管理的基本理論和一般模式；闡述了企業參與復墾的必要性和特點，提出了“企業參與復墾的基本模式”和企業復墾項目管理辦法與操作程式，在國內尚屬首次；詳細論述了皖北煤電公司兩種實用的土地復墾管理模式的概念、操作管理方法和適用條件；提出了“參與型土地復墾”的概念與方法。提出了土地復墾規劃設計的一般程式和方法，創造性地提出了企業土地復墾規劃設計的內容、技術要求，填補了國內空白;同時提出了3維可視化規劃設計技術。 （2）首次提出了土壤重構原理與方法並創立其數學模型，成為土地復墾獨特理論；提出並闡述了復墾土壤重構概念，界定了土壤重構的內涵，並對土壤重構進行了分類；提出採礦工藝與復墾土壤重構有機結合的土壤剖面重構方法與技術工藝，更好地體現了礦山開採工藝與土壤重構工藝有機結合。 （3）根據不同的塌陷地自然條件探索出四種實用的工程復墾技術，揭示了泥漿泵和鏟運機兩種復墾技術所構成的新土壤的特徵，指出了各自存在的問題和解決途徑，為復墾工藝的革新和復墾土壤改良指明了方向。革新了沉陷地泥漿泵“挖深墊淺”復墾重構技術工藝，提出了拖式鏟運機沉陷地土壤重構技術工藝，從而可以更為快速地重構出高質量的復墾土壤。論述了生態工程復墾的概念、基本原理，礦區生態復墾設計和礦區土地復墾的生態意義。 3.主要研究成果 （1）首次從巨觀和微觀兩方面揭示採煤驅動下耕地演變機理與規律；揭示開採沉陷導致的農田地表裂縫分布規律和土壤質量的演變規律。 （2）首次提出了土壤重構原理與方法並創立其數學模型，成為土地復墾的獨特理論基礎。 （3）提出了採煤沉陷地復墾的綜合技術：提出了復墾的綜合技術體系，包括管理、規劃、工程和生物四大技術；在採煤塌陷地耕地復墾技術上提出受損土地資源管理與復墾管理新模式、新穎的泥漿泵技術模式、拖式鏟運機復墾新技術和生態工程復墾技術以及重建效果（質量）驗收評價的關鍵技術問題如揭示復墾土壤特徵、創立評價復墾土壤生產力的“模糊PI模型”，充填復墾的環境風險分析。 （4）提出了採煤沉陷地復墾規劃設計方法和3維可視化規劃設計技術。 （5）技術得到了推廣套用且效益顯著。 4. 與當前國內外同類研究、同類技術的綜合比較 土地復墾是新興的交叉學科，我國土地復墾起步晚、空白點較多。本項目與國內外研究相比有以下特點： （1）本項目設計了定位農業試驗點，並進行了不同沉陷時間、不同沉陷部位連續三年的取樣分析，揭示了高潛水位平原地區沉陷耕地生產力下降機理，在國內尚屬首次。在取樣的農業定位試驗點設計上也有獨到之處。 （2）國外從產量和經濟影響上探討了開採沉陷對耕地的影響，但未從耕地破壞的內在因素及破壞的土壤特性上加以研究。本項目將開採沉陷學的理論與土壤實測分析相結合，從而得出了許多新的規律和結論。 （3）本項目在沉陷耕地農業定位試驗點的選擇、沉陷耕地景觀破壞特徵與規律、土壤特性的時間、空間變化規律、地表裂縫發育與分布規律、沉陷耕地資源管理與復墾模式、泥漿泵復墾工藝及其經濟評價方法等方面得出了一系列的結論，較國內外同類研究更系統和深入。 （4）地表裂縫發育與分布規律，特別是計算裂縫寬度和深度公式在國內外屬首次提出。 （5）土壤重構是土地生態系統綜合整治的核心問題，但理論研究較少, 本項目提出了土壤重構原理和數學模型（公式）,在國內外尚屬首次，並在泥漿泵復墾工藝中予以套用。 (6)首次系統提出採煤沉陷地復墾的綜合技術體系(包括管理、規劃、工程和生物技術)，為高效、低成本的恢復治理奠定了基礎，有實用價值。 (7) 國外側重於露天礦復墾，採煤塌陷地復墾較薄弱,而我國的採煤塌陷地復墾往往注重工程實踐，理論加工和革新不足。 （8）3維可視化規劃設計技術也是國內外前沿性課題。本項目在這一領域有諸多創新如受損土地資源管理與復墾管理新模式、新穎的泥漿泵技術模式、拖式鏟運機復墾新技術和生態工程復墾技術，而且套用效果好。 5. 成果套用與效益 本研究成果在河南、安徽、山東和江蘇的推廣套用中，成功復墾3萬餘畝採煤塌陷地，解決了10000多人的就業，獲得7億元的經濟效益，使昔日雜草叢生的礦山廢棄地變成了良田或得到再利用，使無地少地農民通過土地復墾改善了生活、逐步走向小康。取得了顯著的經濟、社會和環境效益。 6.推動科技進步的意義 礦產資源的開採在為國民經濟發展提供原料和能源的同時，也造成了生態環境的嚴重破壞，其中對耕地生態系統的破壞是最嚴重的。加強煤礦區以耕地為中心的生態環境系統演變規律的研究，實施科學有效的土地復墾、整治與利用，最佳化礦區農田景觀生態系統，改善礦區的生態環境質量，對礦區或工礦城市的可持續發展具有重大的深遠意義。 該研究項目針對土地復墾這一多學科的交叉問題，開創性地綜合運用土地學、土壤學、生態學、採礦工程學等理論與方法，進行煤礦沉陷耕地影響規律的動態監測以及綜合復墾技術的研究。將多科技手段進行綜合，巨觀與微觀結合，成果顯著。因此，該項目成果豐富和完善了土地復墾學的理論和技術，並有很大的實用價值，對煤礦區環境保護和可持續發展以及國家有關土地復墾與生態重建的法規的建立與完善都起到了積極的推動作用。