为了确定采煤沉陷区植物群落自然恢复的时间和恢复后的格局，开发了基于自然恢复的植物群落演替模拟系统；以大同煤峪口矿内的一处采煤沉陷区为例，模拟了植物群落自然恢复至实际植被覆盖度的演替过程；分析了自然恢复过程中植物群落的时间变化和空间分布特征，讨论了导致植物群落空间差异的关键因素。结果表明，基于归一化均方误差（NMSE）并分别从不同景观尺度（10×10，20×20， 50×50， 80×80， 100×100 m）下进行的精度评价，模拟结果的植物群落格局与实际情况间误差在0.04-0.59，其中灌木植被格局误差在0.06-0.59之间，草本植被格局误差在0.05-0.14之间，整体植被格局误差在0.04-0.12之间。以裸地为初始条件的50次模拟结果表明，研究区通过自然恢复使草本覆盖度达到35%与55%之间且灌木覆盖度达到7%与8%水平时，平均需要10.46年。从时间变化上看，演替前期草本植物群落恢复迅速，但随着灌木植被的增加草本覆盖度随即下降并逐渐转变为灌木植物群落；灌木群落在自然恢复3-5年后开始出现，并随着土壤养分的累积，灌木群落的恢复速度也随之加快；而乔木植被在50次模拟中仅有2次在自然恢复10年后出现。从空间分布上看，高程较低的沟壑区域由于地表径流成为养分和水分富集区，总是率先演替出灌木群落并向周边发展，而坡度较小的阴坡同样容易演替出灌木群落。总体来看，构建的演替模拟系统能够较好的反映植物群落自然恢复过程中实际的时空动态变化，模拟自然恢复后的植物群落格局，可以为采煤沉陷区自然恢复策略的选择提供决策工具。