再论煤矿区生态环境“边采边复”

　　摘要：煤炭资源开发与利用带来一系列生态环境问题，发展与保护的矛盾在经济高速发展背景下冲突日益显著。在当前生态文明建设背景下，矿区生态环境保护与修复成为热点与焦点。针对煤炭资源开发过程中形成的采煤沉陷、露天采场、固体废弃物堆积等损毁对象，以及由此产生的耕地损失、环境恶化、空气污染、矿-地冲突等矿区生态环境与社会问题，改变原有的“末端治理”理念，提出煤矿生态环境“边开采边修复”(简称“边采边复”)理念、技术以及实现路径。认为煤矿区生态环境“边采边复”是基于“源头和过程控制”的理念，而不是传统的“末端治理”理念，其特点是在采矿过程中，同步(时)治理。“边采边复”概念中的“复”既包含狭隘的“复垦(复耕)”，也包含EcologicalRestoration中的“修复”的概念，其核心目的是为了及时恢复治理损伤的生态环境，缓解煤炭资源开发利用与环境保护之间的矛盾，确保矿业活动朝着可持续、循环与绿色的方向发展。因此，“边开采边复垦(广义的复垦)”、“边开采边修复”、“边开采边治理”都是一个意思，都可简称“边采边复”或“边采边治”。基于笔者提出的井工矿边采边复技术基础上，进一步凝练与阐述了煤矿区生态环境“边采边复”理念，讨论了煤矿生态环境“边采边复”的原理与类型，介绍了露天矿、采煤沉陷地、煤矸石3种主要损毁对象边采边复的关键技术。煤矿生态环境是一个整体与系统，“边采边复”是贯彻和实施山水林田湖草生命共同体，实现整体保护、系统修复与综合治理的有效保障。边采边复需要考虑治理修复过程的动态性、系统要素的均衡性、整体价值的最大性。为了促进边采边复理念与技术的发展与进步，仍有以下几个方面需要进行深入的研究：①以系统思维的角度考虑自然资源要素的边采边复综合效益；②加强边采边复与资源开采的耦合与优化调整机制研究；③加强新材料、新技术和新方法与边采边复技术的融合。

　　关键词：煤矿区；生态环境；源头治理；边采边复；土地复垦

　　煤炭资源开发与利用有效保障了国民经济的快速发展，但开采活动也产生了一系列的负面环境效应[1]，包括地面沉陷、露天采坑、煤矸石与粉煤灰等固体废弃物堆积、酸性矿井水等，并诱发崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害[2-4]。“开发与保护”一直是围绕资源开发与利用的永恒矛盾，进入十八大以来，生态文明建设逐步受到重视，继党的十八大报告将生态文明建设纳入“五位一体”总体布局后，党的十九大进一步提出，加强对生态文明建设的总体设计和组织领导，牢固树立“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念，全方位、全地城、全过程开展生态系统的保护修复，树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。特别是2017年“祁连山生态破坏”与“生态红线范围内矿业权退出”等连锁反应与事件，都体现了国家在应对生态保护方面的决心。在此背景下，新组建的自然资源部专门成立了国土空间生态修复司，使矿区土地复垦与生态修复有了统一的管理机构。2018年，自然资源部等6部门联合印发的《关于加快建设绿色矿山的实施意见》，指出在矿产资源开发全过程，既要严格实施科学有序的开采，又要对矿区及周边环境的扰动控制在环境可控制的范围内。对于必须破坏扰动的部分，应当通过科学设计、先进合理的有效措施，确保矿山的存在、发展直至终结，始终与周边环境相协调，并明确提出将全面推进绿色矿山建设工作，并从用地、用矿等方面给予激励政策措施，在矿产资源政策支持方面，从开采总量指标调控、矿业权投放等方面，依法优先向绿色矿山和绿色矿业发展示范区倾斜，自然资源部门也发布了煤矿等九大行业绿色矿山建设标准，可见，矿区生态环境保护与修复已经成为新时代的应对不均衡不平等发展与确保可持续发展的热点问题与重点区域。

　　矿区土地复垦与生态修复是缓解资源开发与生态环境保护冲突的有效措施，自1989年《土地复垦规定》颁布实施以来，土地复垦取得了长足的发展，但之前的研究与工作主要是针对老旧矿区的已损毁土地，在煤矿开采完毕后进行相关复垦设计，在此基础上形成的土地复垦理论和实践经验已无法满足当前高强度开采与日益恶化的生态环境治理需求。比如，高潜水位采煤沉陷地沉陷积水稳定后再修复会丧失最佳治理时机导致大量表土沉入水中[5]，延长土地由于损毁导致的撂荒现象，增加企业由于无法及时治理复垦而长期支付的青苗补偿费用[6]。新时代背景下，要用系统思维统筹山水林田湖草治理，“整体保护、系统修复、综合治理”被认为是应对国土空间生态退化的有效应对措施，是对“事后处理”与“末端治理”以及“头痛医头”、“脚痛医脚”等治理手段与措施的全面反思与改进。

　　笔者早在2013年就针对传统采煤沉陷地稳沉后复垦恢复土地率低、复垦周期长等弊端，在分析讨论我国采煤沉陷地非稳沉复垦技术研发历史的基础上，提出了边开采边复垦(简称“边采边复”)的概念，探讨了边采边复的内涵、基本原理、技术分类与关键技术[7]，并基于实例阐述了边采边复技术的优越性[8]，通过实践发现边采边复技术较传统的沉陷稳定后复垦可多恢复耕地10%～40%。经过几年的发展，“边采边复”理念与技术已经逐步得到各方认可，并被写入多部国家级、地方与行业性相关规定中，比如：2018年正式实施的《煤炭行业绿色矿山建设规范》(DZ/T0315—2018)中明确要求“边开采、边治理、边恢复”的原则，及时治理恢复矿山地质环境、复垦矿山占用土地和损毁土地。广东省2017年印发的《广东省绿色矿山建设工作方案》中明确规定：“制定矿山环境保护与治理方案并严格实施，边生产边恢复(治理)”。

　　“边采边复”理念与技术的提出主要是针对高潜水位矿区土壤保护与耕地恢复，因而“复垦”更多的被狭隘理解为“复耕”。《土地复垦条例》第2条：“本条例所称土地复垦，是指对生产建设活动和自然灾害损毁的土地，采取整治措施，使其达到可供利用状态的活动。”按照这一定义和因地制宜的土地复垦原则，将损毁的土地恢复成任何可供利用的状态，都是土地复垦，包括将采煤沉陷土地复垦为湿地公园、矿山公园、水产养殖场等。因此，“复垦”绝不等同于“复耕”，“土地复垦”的目标和内涵是“既要求恢复土地价值，又要求恢复生态环境”，其内涵是对损毁的土地与环境进行修复，实现土地使用价值与生态环境的双恢复，属于“大环境问题”的概念[8]。基于这种认识，广义的矿区土地复垦与矿区生态环境修复内涵并无差异，这对促进矿山土地复垦与国际接轨具有重要意义[9]。此外，土地是承载一切社会活动的基础，土地也是生态环境的重要组成部分，在对损毁土地恢复利用的同时，也是对土地之上的生态环境进行恢复，即使“土地复垦”常被理解为“土地问题”，也丝毫降低不了它对生态环境改善的重要作用[10]。基于上述认识，在生态文明建设的大背景下，为避免“复垦即复耕”的狭义理解，有必要将“边开采边复垦”更名为“边开采边修复”，同样简称为“边采边复”。

　　因此，在新时代生态环境保护与修复的大背景下，有必要对原先提出的“边采边复”的概念、内涵、理念与技术进行进一步的探讨与拓展，特别地，原来的概念更多的是针对高潜水位采煤沉陷地“复耕”问题，这与目前对“土地复垦”或者说“修复”问题的全面性、综合性与矿区损毁对象的复杂性认知冲突，有必要从整体保护、系统修复与综合治理的角度，进一步深化与拓展“边采边复”的内涵及应用场景。

　　1边采边复概念

　　笔者于2013年发表题为《试论井工煤矿边开采边复垦技术》一文中，提出了井工矿边开采边复垦(简称：边采边复，Concurrentminingandreclamation，CMR)的定义为：充分考虑地下开采与地面复垦措施的耦合，通过合理减轻土地损毁的开采措施和沉陷前或沉陷过程中的复垦时机与方案的优选，实现采矿与复垦同步进行的一种复垦技术。边采边复强调开采工艺与复垦工艺的充分结合，以保证按采矿计划同步进行。其基本特征是以“采矿与复垦的充分有效结合也即采矿复垦一体化”为核心，以“边采矿，边复垦”为特点，以“提高土地恢复率、缩短复垦周期、增加复垦效益”为表征，并以“实现矿区土地资源的可持续利用及矿区可持续发展”为终极目标。

　　研究提出这一概念与内涵是基于高潜水位煤矿区开采沉陷土地损毁的特征与背景，该区域80%以上为高产粮田，采煤沉陷后地表易积水，导致厚冲积层形成的优质耕地变为水域，农田生态系统严重受损，直接威胁国家粮食安全和生态安全[11]，特别是多煤层多次开采导致下沉值大、损毁时间长，末端治理时复垦率低，土地保护难。其基本内涵为地下采矿与地面复垦的有机耦合：一方面，基于既定的采矿计划，在土地沉陷发生之前或已发生但未稳定之前，通过选择适宜的复垦时机和科学的复垦工程技术，实现恢复土地率高、复垦成本低和复垦后经济效益、生态效益最大化；另一方面，通过优选采矿位置、采区和工作面的布设方式、开采工艺和地面复垦措施，实现土地恢复率高和地表损伤及复垦成本的最小化。煤矿“边采边复”技术的产生与发展经历了露天矿的“采-复一体化”或“剥-采-排-复一体化”、井工矿的“动态预复垦”、“边采边复”几个阶段[8，12-13]。美国国家矿山土地复垦研究中心中西部分中心原主任、南伊利诺伊大学Y.P.CHUGH教授，2017年在论文《中国采煤沉陷边采边复技术》终稿系统介绍该成果，认为“在采煤沉陷区复垦中，边采边复技术是一种先进技术，该技术处于国际领先地位(Itisanadvancedtechnologyinsubsidencelandreclamation，andaleadingtechnologyintheworld)”，并命名为CMR-UM(ConcurrentMiningandReclamationforUndergroundMining)技术[14]。

　　近年来，通过国家相关部委与地方政府和行业颁布的各项涉及矿山边开采边治理的政策中可以看出，“边采边复”的应用不断扩展与延伸，已经拓展到高潜水位采煤沉陷地以外的其他领域与区域，比如前文所提到的《煤炭行业绿色矿山建设规范》以及《广东省绿色矿山建设工作方案》中均涵盖了露天煤矿山边坡治理与其他非煤矿山的治理与修复。基于此，重新界定煤矿生态环境“边采边复”的概念为：针对煤矿开采过程中导致的生态环境损伤问题，与采矿过程紧密结合，同步采取多种措施，使生态环境损伤减轻和同步治理，即边开采边修复，使其达到可供利用并与当地生态系统协调的状态。煤矿区生态环境“边采边复”是基于“源头和过程控制”的理念，而不是“末端治理”理念，其特点是在采矿过程中，同步(时)治理。“边采边复”概念中的“复”既包含狭隘的“复垦(复耕)”，也包含EcologicalRestoration中的“修复”的概念，其核心目的是为了及时恢复治理损伤的生态环境，缓解煤炭资源开发利用与环境保护之间的矛盾，确保矿业活动朝着可持续、循环与绿色的方向发展。因此，“边开采边复垦(广义的复垦)”[8]、“边开采边修复”、“边开采边治理”都是一个意思，都可简称“边采边复”或“边采边治”。

　　2边采边复原理与类型

　　2.1边采边复的原理

　　煤矿对中国的贡献和影响巨大，长时期、高强度、大规模的煤炭资源开发对区域生态环境产生深远影响，边采边复实际上是一种基于采前分析-采矿动态损毁预测-修复模拟的多阶段多参数驱动的修复方案优选技术。露天煤矿的边采边复，即“采复一体化”，已经得到国际上广泛认可和实施，如1977年《美国采矿管理与复垦法》(SurfaceMiningControlandReclamationAct)第102款“目的陈述”中的(e)条中，明确规定露天煤矿要尽可能同步复垦(assurethatadequateproceduresareundertakentoreclaimsurfaceareasascontemporaneouslyaspossiblewiththesurfacecoalminingoperations)。与其他主要产煤国不同的是我国85%以上的煤炭产量来自井工开采，我国大量的研究都将采煤沉陷地作为重点，因此，边采边复的基本原理是基于煤炭资源所在区域地形地貌、水文地质、植被覆盖度等自然条件以及煤炭资源赋存条件，因地制宜地考虑矿区环境修复与采矿过程的耦合、地表与地下的耦合。比如，对于井工矿山来说，边采边复的关键在于明确井上下的耦合关系，即对井下开采与地面沉陷的机理进行研究，对沉陷的时空发展规律及与环境的损伤程度关系进行情景模拟与分析，核心技术在于解决“何时修复”、“何地修复”、“如何修复”这3个问题。而这3个问题中最重要也是最难解决的即是“何时修复”。而对于露天矿山来说，边采边复的核心在于科学与合理安排上覆土体与岩层剥离空间位置与时间，优化内外排土场的布局，在保证正常采矿作业的前提下，实现剥离与修复的同步进行，减少土地压占与占用时间。

　　2.2边采边复的类型

　　从不同的角度，边采边复可分为不同的类型。根据修复对象可分为露天矿边采边复(采复一体化)、采煤沉陷地边采边复、固体废弃物边堆边治；根据开采煤层数可分为单一煤层的边采边复、两煤层的边采边复和多煤层边采边复；根据开采煤层厚度可分为薄煤层、厚煤层和特厚煤层的边采边复。根据修复次数可分为一次性修复与多阶段修复；根据修复目标可分为耕地边采边复、草地边采边复、林地边采边复等，修复方式也可考虑以生态为主与以耕地保护为主，修复的关键技术在于修复的时机、布局、标高与施工工艺。无论是何种修复类型，也无论是井工开采还是露天开采，都需要具体考虑地下煤层赋存特征、覆岩情况、地面土地利用与自然地理、修复目标、修复成本、政策约束等条件，并结合地面复垦技术与地下开采控制，运用井上下的采-复协同模型，合理选择修复方式(图1)。

　　3边采边复关键技术

　　3.1露天矿边采边复关键技术

　　边采边复理念最早于20世纪70年代由美国学者提出，并应用于露天矿的开采过程中。1973年，在美国内务部即组织编写了露天矿的边采边复技术培训手册《Integratedsurfaceminingandreclamationtechniques》，就露天矿开采过程中的表土剥离-采矿-回填-修复一体化技术进行了总结，对露天矿开采设计、表土剥离尺寸、表土剥离工艺、表土剥离与回填时间及设备选用等进行了严格规范与详细地介绍，图2为露天矿采矿-复垦一体化技术的示意[15]。因此，露天开采工艺的特点决定了露天煤矿采矿-复垦一体化理念和技术的易理解和易早实现。笔者总结美国的露天开采经验，建立了“分层剥离、交错回填”的露天矿边采边复工艺数学模型[15-16]。

　　早期英国露天矿实行边开采边回填修复技术，而后覆土造田，巴特威尔露天矿采用内排土方式，边采边复，覆土厚度1.3m，其中0.3m表层为耕作层；阿克顿海尔煤矿将井下煤矸石直接排至邻近露天矿采坑，然后覆土复垦。靠近河流、川坝地区，通过挖取河坝底淤泥作为表土，一方面河坝底淤泥含有丰富的氮磷等有机物有利于种植的草木生长，另一方面可增加水库、堤坝的库容量，防止河道阻塞[18]。

　　3.2采煤沉陷地边采边复技术

　　井工矿边采边复技术最早就是以我国高潜水位矿区为背景为了最大程度地保护耕地资源、缩短土地抛荒时间而研发。核心是运用开采沉陷预测理论、共赢性博弈模型和单元分析方法，构建地面损毁与井下开采单元耦合的时空响应机制模型(图3)，关键技术为修复时机、修复布局、修复标高与工艺。经在山东、安徽等地应用，较“末端治理”可提高耕地恢复率10%～40%。核心包括：根据开采计划和采煤沉陷地的地质条件划分开采单元，采用开采沉陷理论预计开采单元各开采时段的动态下沉等值线，确定修复范围；模拟不同修复时机下耕地恢复率、投资、水土布局等，综合考虑上述分析确定最优的修复时机，从而确定水土布局，设计修复标高和动态施工工艺。

　　最早该技术的提出是以项目区内土方平衡为前提，在无外来充填物的情况下，提高复垦耕地面积。后来，将其拓展到引黄河泥沙充填复垦[19-20]，提出引黄河泥沙充填的边采边复技术，核心包括：根据开采计划和采煤沉陷地的地质条件划分开采单元，采用开采沉陷理论预计开采单元各开采时段的动态下沉等值线，确定充填范围；根据充填范围划分各充填单元；依次确定地表整个充填范围的充填时机和各充填单元的充填设计标高；选择沉陷区的充填方式为多层多次引黄充填，根据各土壤结构特征，分别确定各充填单元的多层多次引黄充填的次数和两充填单元的充填时间间隔；确定各类土壤结构层的厚度；按照上述确定的充填参数对各充填单元进行多层多次引黄充填。

　　此外，最大限度恢复耕地也不再是修复的惟一目标，通过边采边复，实现区域内基础设施(坝体、道路、水系)以及湿地等生态要素的协调与可持续性，获取生态系统价值最大化与保护的多重性，近年来得到重视与发展，比如徐州潘安湖的土地复垦与生态修复。

　　3.3煤矸石边堆边治技术

　　煤矸石是煤炭开采和洗选过程的必然产物，产出量约占煤炭产量的10%～20%，即每年达3.5亿～7.0亿t。由于煤炭开采的战略西移和西部煤矸石综

　　合利用率低(不到20%)的原因，大量矸石仍将在地面堆积形成煤矸石山[21]。煤矸石的堆放不仅占用大量的土地、破坏区域生态平衡，而且含硫煤矸石自燃将释放SO2，H2S，CO和粉尘等污染物，是亟须破解的环境保护难题[22]。据不完全统计，晋陕蒙宁新等中西部矿区年产煤矸石约33亿t，实际综合利用率不到20%，数千座矸石山易自燃。其中乌海、乌鲁木齐、石河子等地雾霾污染已不亚于京津冀，已成为“一带一路”能源开发的环境瓶颈。煤矸石山自燃除本身硫铁矿含量高之外，也与以往的煤矸石山堆积和治理方式有关。早期多将煤矸石直接排放至界后才进行覆土与植被绿化，而煤矸石长期堆积并在自然安息角的控制下经风化作用将在土壤质地上形成上细下粗的结构，极易在底部形成风门(供氧通道)与烟囱效应(供氧动力)，冷空气在风门处补给与煤矸石山内部热(煤氧反应)空气的蒸腾作用使得煤矸石山内部自燃(图4(a))。这种“末端治理”的方法不仅使得矸石山自燃率高，也加大了后期治理难度，使得复燃率高，因此“源头控制”与“过程治理”是自燃煤矸石山治理的有效手段，其核心是通过分层堆积与分层覆盖黄土、碱性物质等阻隔层，阻断煤矸石山内外空气的流动与循环，抑氧隔氧是解决煤矸石山自燃的治本之道(图4(b))。最终堆积到界后植被恢复，实现自燃煤矸石山的生态修复。

　　4案例分析

　　4.1露天矿边采边复案例

　　以黑岱沟露天矿边采边复(采复一体化)为案例。黑岱沟露天矿位于晋、陕、蒙接壤的黄土丘陵地区，水土流失十分严重，自然生态环境恶劣，以旱作农业为主的农牧业结合区。黑岱沟露天煤矿1990年开始建设，2002年达产。为使生态环境不遭受严重的破坏，在生产的同时进行土地复垦及生态重建，黑岱沟露天矿自2002年底实现内排。采剥工艺为：上部黄土采用轮斗挖掘机-带式输送机-排土机的连续开采工艺；下部黄土及上部岩石采用单斗—卡车开采工艺；下部40m左右的岩石采用抛掷爆破—拉斗铲倒堆开采工艺[23]；排弃时按照原来的地层结构依次排放，即拉斗铲倒堆的煤层以上40m左右岩石排弃至最下方，在上面排弃单斗-卡车开采的下部黄土及上部岩石，最上面排弃轮斗挖掘机-带式输送机-排土机开采的黄土，为了保证复垦工程的正常进行，所有排土场尽快达到设计标高，以保证复垦工程与排土工程同步实施，对排弃后的表土及时开展复垦工作。由于采矿剥离形成了排土场较陡、较长的斜坡及平盘，所以需先进行地表整形，地形设计既要对已形成的排土场不作大规模改变，又要满足生物复垦的要求。覆土后再进行整形，具体做法是：平盘整治成水平小区，使之地面小平大不平，其间修筑隔离堤，坡地开挖排水沟，做到小雨不外流，大雨可截流疏排；对于已形成土少石多的台阶坡面，考虑到覆土后易形成坡面泥石流，导致已恢复的植被被毁坏，故不覆土，可采用客土栽植“活篱笆”(密植的灌木或多年草本植物)防止水土流失。

　　4.2采煤沉陷地边采边复案例

　　以淮南矿区某高潜水位煤矿为例，该区域为典型的高潜水位煤粮复合矿区，区域地表水资源丰富。如何从多方面入手，并将地下开采与地面修复有机结合，最大限度的实现耕地保护与水资源的合理利用是亟待解决的难题。鉴于淮南矿区采煤沉陷积水区建设平原水库的设想，笔者采用边采边复技术，以最大化的实现耕地复垦、水库建设、生态环境保护的协调与统一。与常规的平原水库修建不同，采煤沉陷区平原水库是利用漏斗状的采煤沉陷盆地储水结构，实现积水—蓄水—调水的目的与功能。因此，在地表沉陷前进行地面与地下综合分析，并提前进行动态沉陷模拟与规划是至关重要。借鉴开采沉陷学的相关原理，考虑knothe时间函数，建立土地影响分析模型，通过动态沉陷预测，科学直观的模拟土地在采煤影响下的动态演变规律，并进一步明确模拟分析的关键性评价指标，指导后续的土地复垦与生态修复工作[24]。

　　本案例中边采边复的技术要点包括：在采煤沉陷前，根据采煤规划开展沉陷预计，而后对堤防、护堤地进行预加固设计，计算滩地治理土方量；针对总需土量按照取土区布置技术规划取土区；堤顶高程根据沉陷预计值和设计水位及安全超高确定；护堤地高程按照沉陷预计值加设计高程确定；在预加固阶段对滩地治理需要的土方提前备在护堤地及附近范围内，在综合治理阶段再取按照设计进行修复。每个工作面开采稳沉后均需对裂缝进行处理、对滩地进行恢复与防护；在整个采区稳沉后对堤防进行综合治理，对险工段河岸采取河岸加固技术(图6)。通过模拟分析，对坝体内部耕地，利用单元法时机优选模型，可提前剥离土壤，增加水库库容20%，增加耕地10%～30%。既最大限度的复垦了耕地，又保障了河道坝体的安全，同时，通过预构建湿地技术，也使得复垦区内生态环境得到极大的改善。

　　此外，边采边复技术在山东济宁与菏泽等地也得到应用与推广，以山东龙固煤矿首采区为例，采用边采边复的方式可在土地受到损毁前采取表土剥离与保护等措施以恢复更多耕地。在无外来充填物的情况下，边采边复比传统的沉陷稳定后再复垦方式相比，可大幅度增加复垦耕地面积，经过模拟计算，复垦耕地率由沉陷稳定后复垦的43.84%提高到60.96%。目前，矿山通过成立山东龙美农业开发有限公司已进行边采边复的实践，保护和恢复了大量耕地，建立了6.67km2多的农业生态园，通过基于边采边复技术的建设用地增减挂钩与土地流转等用地新模式，实现了对采煤沉陷区的主动治理与系统修复。

　　4.3煤矸石边堆边治案例

　　以山西省阳煤矿业集团某矿为例，该矿正式成立于1984年，是全国大型无烟煤生产基地——阳泉煤业(集团)有限责任公司主要生产矿井之一。由于历史原因，原有的将煤矸石“由上向下”的自然倾倒堆积方式和处置方法造成矸石山极易发生自燃。为彻底解决矸石山自燃带来的环境问题，自1992年开始试验研发煤矸石边堆边治方式。经过反复实践，提出了“由下向上、分层碾压、黄土覆盖、恢复植被”的“十六字”治理方针，有效抑制了矸石自燃，成功创建了阳煤集团第1座无烟矸山，并将技术推广至其他矿山。具体做法是：由于阳泉地区为丘陵山区地貌，沟壑较多，选择充填山谷的方式进行矸石的堆放，矸石排放自下而上，每排放2～3m厚矸石，覆盖30～50cm黄土，压实；当高度达到约6m，即排放2～3层，完成一个平台，覆50～70cm的表土，开展生态修复；然后缩进至少2m排放第2级平台，以此类推；每一级平台边坡坡度30°～35°，坡长12～15m；当堆积高度和两侧山体基本一致时停止排放，覆50～70cm的表土进行生态修复(图7)。

　　5结语与展望

　　在当前生态文明建设背景下，矿区生态环境保护与修复成为热点与焦点，针对煤炭资源开发过程中导致的采煤沉陷、露天采场、固体废弃物堆积等损毁问题，以及由此产生的耕地损失、环境恶化、空气污染、矿-地冲突等矿区生态环境与社会问题，提出煤矿生态环境“边采边复”理念与技术以及实现路径。在井工煤矿沉陷地边采边复技术的基础上，进一步阐述与凝练了煤矿区生态环境“边采边复”理念，讨论了煤矿生态环境“边采边复”的原理与类型，介绍了3种主要损毁对象边采边复的关键技术。由此，“边采边复”与先损毁后治理等末端措施相比，是新的理念同时也是一种新的技术。其特点在于因地制宜根据煤层赋存条件、自然立地条件、修复目标与成本等多种限制性因素与条件，通过统筹与协调要素之间开采、开发、保护、修复工作，合理有序安排采矿与治理修复工序，达到区域内资源利用与生态环境保护与修复的总体效益最大化。边采边复需要考虑治理修复过程的动态性、系统要素的均衡性、整体价值的最大性。煤矿生态环境是一个整体与系统，“边采边复”是贯彻和实施山水林田湖草生命共同体，实现整体保护、系统修复与综合治理的有效保障，也只有“边采边复”才能解决多年以来一直呼吁且未能很好实现的“不欠新账”的目标。

　　边采边复技术自提出至今其关键技术与内涵也在不断进步与拓展，为了促进边采边复理念与技术的发展与进步，仍有以下几个方面需要进行深入的研究：

　　(1)以系统思维的角度考虑自然资源要素的边采边复综合效益。目前井工煤矿区边采边复技术更多的是从耕地保护的角度，以最大限度恢复耕地数量，提高复垦耕地质量为首要目标。随着边采边复概念与内涵的拓展与延伸，有必要从系统的角度综合考虑自然资源要素在服务于“生产、生活、生态”三生空间与融合方面的综合效益，这对边采边复的目标选择、价值取向是一个修正与反馈，也更能体现系统修复的理念。

　　(2)加强边采边复与资源开采的耦合与优化调整机制研究。目前的研究更多的还是针对特定资源开发与废弃物排放方案，所提出的减损、修复措施，从源头的综合测算与案例相对较少。从土地资产、资源资产、生态资产的角度，综合考虑开采与保护的权衡与协同，以综合效益最大化来对资源开发与边采边复方案进行正-反向的调整与优化，是未来需要进一步研究的方向。

　　(3)加强新材料、新技术与新方法与边采边复技术的融合。随着大数据、云计算、人工智能(AI)的出现，以及信息获取技术和工程施工设备与技术的不断进步，矿区边采边复技术也将逐步进步与发展，基于AI技术的智慧复垦、精准复垦，传统挖深垫浅技术的升级换代，复垦机器人、生物修复、复垦材料与产业化、矿区污染土地修复、高质量耕地复垦、差异化的生态修复等将是未来发展方向。