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煤炭资源作为中国主体消费能源,在保障国家经济安全并促进经济快速发展过程中占据着特殊的地位。山西省是全国主要煤炭供应基地,全省国民经济水平极度依赖于煤炭资源的产出与消耗,经过半个多世纪的资源依赖型发展方式,致使本区域长期遭受着巨大的采煤干扰,土地利用变化显著,生态环境问题突出,本区域经济更是在能源革命的影响下受到重创、发展迟缓。由于省内不同煤炭开采地在不同方式、不同程度的扰动下有明显的演变差异,因此,从土地利用变化视角研究煤矿区,对区域土地管理和可持续发展具有重要意义。晋北煤矿区拥有3个特色鲜明的煤炭开采地,煤炭资源富足。大同煤矿区约有1500年的开采历史,经济最为发达;河保偏煤矿区以井工开采为主,土地损毁方式相应呈现为采空塌陷、地裂缝等;平朔煤矿区包含3个特大型露天矿,地表扰动最为直观、剧烈。因此,本文采取晋北煤矿区为研究区,选用2005、2010、2015年实际土地利用数据,以高程、坡度、坡向、气温、降水、人口、生产能力、到公路和水系等的距离为影响因素,分析研究时期内晋北煤矿区土地利用变化状况并探究其深层机制,分别构建Logistic-CA-Markov模型、ANN-CA-Markov模型(FLUS)、RF-CA-Markov模型(改进FLUS),模拟2015年土地利用格局并验证,选取模拟效果最佳的模型预测研究区2020、2025年土地利用格局,以未来生态与经济可持续发展为目标,提出当前适宜发展建议。本研究主要结论有:(1)大同煤矿区作为晋北开采历史最悠久的地区,煤层多、煤质好、开采便利,煤炭资源得到深度挖掘与利用,本区域经济水平随着煤炭资源的大肆开采与交易得到了长期的积淀,是晋北经济最发达的煤矿区。区内以林地、草地、耕地为主要用地类型,大部分地类的转移呈现为约12%的转出状态;到水系的距离对林地、草地、建设用地的影响最大,影响耕地分布的两个最重要的因子分别是气温、到居民点距离,水域和建设用地的主导因子分别是降水和到设施点距离。(2)河保偏煤矿区内井工矿占绝大多数,是塬、梁、卯地貌典型发育区,以疏松的黄绵土为主,水土流失极显著。区内以耕地和草地为主,但其占地面积呈逐年下降趋势,2010-2015年间,主要转向建设用地和其它用地,同时,二者之间也存在相互转移;草地和耕地受到生产能力以外的所有因子共同作用,到水系距离对水域和其它用地影响极大,除此之外,水域还受到高程因子的作用,建设用地空间布局最重要的影响因子是到居民点的距离。(3)平朔矿区内含3座大型露天矿和3座现代化井工矿,前期以露天开采为主,后期施行露井联采,作为我国半自然半人工的大型露采基地,土地利用演变方式更为复杂多样。本区以草地、耕地和建设用地为主要地类,由于露采对地表的直观扰动,建设用地面积激增;在影响地类空间布局方面,气温、降水对林草及建设用地的分布影响较大,耕地、水域、其它用地的主要影响因子分别是到公路、铁路、设施点的距离;(4)采用3种模型模拟晋北煤矿区2015年土地利用格局,以Kappa系数作为检验指标,结果表明:大同、河保偏、平朔煤矿区基于Logistic-CA-Markov模型的模拟精度是0.8950、0.8750、0.8397,基于ANN-CA-Markov模型(FLUS)模拟精度为0.9163、0.9192、0.9163,基于RF-CA-Markov模型(即改进的FLUS)检验系数为0.9286、0.9269、0.9284。综合而言,基于RF-CA-Markov模型(即改进的FLUS)对研究区的模拟结果最优,随机森林算法既弥补了Logistic回归模型对于非线性地理问题处理的不足,也规避了ANN模型“黑箱”训练的劣势。(5)采用基于随机森林原理的改进FLUS模型预测晋北煤矿区未来土地利用格局,结果表明:在2015-2025年,晋北煤矿区土地利用格局总体表现为林地、草地、耕地持续减下降,建设用地、其它用地面积快速上升,水域在原水平上浮动;大同、河保偏、平朔煤矿区由于条件禀赋差异,未来的土地利用变化也略有不同。