山東省采煤沉陷遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

王曉紅， 荊青青， 周英杰， 姚維嶺

(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

山東省采煤沉陷遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

王曉紅， 荊青青， 周英杰， 姚維嶺

(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

利用2013年第4季度—2015年第4季度高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)山東省采煤沉陷災(zāi)害進(jìn)行了連續(xù)3 a的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)全省采煤塌陷地(坑)面積逐年減少。在對(duì)比分析山東省煤礦分布特點(diǎn)、煤炭開(kāi)采方式及開(kāi)發(fā)歷史等工作基礎(chǔ)上，建立了采煤沉陷遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)流程。根據(jù)所提取的塌陷地(坑)、搬遷的村莊、地質(zhì)災(zāi)害恢復(fù)治理等信息，圈定全省特大型沉陷區(qū)12個(gè)、大型沉陷區(qū)8個(gè)、中型沉陷區(qū)50個(gè)、小型沉陷區(qū)12個(gè)； 通過(guò)上述信息的近3 a變化情況的分析，確定全省沉陷程度變好區(qū)30個(gè)、穩(wěn)定區(qū)31個(gè)、變重區(qū)21個(gè)，掌握了沉陷變化趨勢(shì)。同時(shí)，分析了煤礦沉陷災(zāi)害發(fā)生的影響因素，探討了治理時(shí)機(jī)，提出了對(duì)策建議。

煤礦； 沉陷； 遙感； 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

0 引言

煤礦采空區(qū)地表沉陷(簡(jiǎn)稱(chēng)采煤沉陷)是地下采煤活動(dòng)破壞了煤層圍巖的應(yīng)力平衡，在應(yīng)力重布達(dá)到新的平衡過(guò)程中地面變形所形成的塌陷盆地、漏斗狀塌陷坑和臺(tái)階狀斷裂[1]。采煤沉陷的危害主要表現(xiàn)為損毀土地、破壞建筑物和破壞水利、交通、輸電等基礎(chǔ)設(shè)施[1-2]。

山東省是我國(guó)煤炭資源大省之一[3]，煤炭開(kāi)發(fā)歷史悠久，全省所有煤礦均采用地下開(kāi)采方式，長(zhǎng)期大規(guī)模的開(kāi)采致使采煤沉陷成為全省礦山地質(zhì)災(zāi)害中危害范圍最廣、危害程度最大的工程災(zāi)害[4-6]。利用遙感手段，對(duì)沉陷災(zāi)害進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，快速地為災(zāi)害的治理確定準(zhǔn)確目標(biāo)，已成為一項(xiàng)迫在眉睫的工作。基于中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，研究者對(duì)山東省的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況、礦山地質(zhì)環(huán)境等進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)[7-8]。其中，對(duì)采煤沉陷區(qū)的擴(kuò)展情況、受影響居民點(diǎn)及其治理情況等進(jìn)行了持續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。本文以此為依據(jù)，介紹了全省煤礦沉陷區(qū)的分布、變化及治理情況，預(yù)測(cè)了沉陷區(qū)的發(fā)展趨勢(shì)，并分析了煤礦沉陷災(zāi)害發(fā)生的影響因素，冀望能拋磚引玉，為后期治理提供可靠依據(jù)。

1 采煤沉陷區(qū)遙感監(jiān)測(cè)工作方法

山東省煤礦分布于濟(jì)寧、棗莊、菏澤等12個(gè)市，由于成煤條件和開(kāi)采方式的差異，采煤沉陷發(fā)育程度各不相同。根據(jù)遙感手段的技術(shù)特點(diǎn)，除了沉陷初期的地表起伏不平、輕微的地裂縫、墻體開(kāi)裂等無(wú)法監(jiān)測(cè)外，其余在遙感影像有一定表現(xiàn)的均在監(jiān)測(cè)之列。監(jiān)測(cè)目標(biāo)主要有如下3個(gè)： ①采煤塌陷地(坑)的分布及變化情況； ②采煤沉陷區(qū)土地、建筑物等的毀損及變化情況； ③沉陷區(qū)的恢復(fù)治理現(xiàn)狀及變化情況。根據(jù)上述目標(biāo)，制定技術(shù)流程如圖1所示。

1.1 數(shù)據(jù)源

根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求[7]，監(jiān)測(cè)所用數(shù)據(jù)源空間分辨率應(yīng)優(yōu)于2.5 m。由于監(jiān)測(cè)區(qū)域過(guò)大，幾乎使用了2013—2015年間所有符合條件的光學(xué)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，每個(gè)年度的數(shù)據(jù)獲取時(shí)間均為9—12月(第4季度)。其中進(jìn)口數(shù)據(jù)有P1，WorldView，QuickBird，GeoEye，IKONOS及SPOT-6等，國(guó)產(chǎn)的有遙感2號(hào)、遙感5號(hào)、遙感8號(hào)、遙感14號(hào)、遙感24號(hào)、遙感26號(hào)、天繪1號(hào)、實(shí)踐9號(hào)、資源1號(hào)02C、資源3號(hào)、高分1及高分2號(hào)等數(shù)據(jù)。GeoEye和IKONOS等進(jìn)口數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量一般較好，可解譯程度高； 所使用的國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)源質(zhì)量則參差不齊，如遙感14號(hào)、遙感5號(hào)全色數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量普遍尚好，層次相對(duì)豐富，但在全分辨率解譯時(shí)，細(xì)節(jié)較同為全色的WorldView-1模糊，對(duì)小型塌陷地(坑)邊界顯示也不甚清晰； 資源3號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)紋理清晰，色彩層次較豐富，部分?jǐn)?shù)據(jù)可解譯程度略高于SPOT5。對(duì)于數(shù)據(jù)質(zhì)量不盡如人意的區(qū)域，加強(qiáng)了實(shí)地調(diào)查，以調(diào)查結(jié)果補(bǔ)充、修改解譯結(jié)果。為了發(fā)現(xiàn)歷史沉陷區(qū)域，工作中也使用了2009年度第4季度獲取的QuickBird和IKONOS等高分辨率遙感數(shù)據(jù)。本文中各年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均指截止至該年度第4季度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，年際變化數(shù)據(jù)也特指第一年第4季度至第二年第4季度間的變化情況，特此說(shuō)明。

1.2 沉陷區(qū)典型地物遙感影像特征

在煤礦開(kāi)采區(qū)內(nèi)，隨著沉陷嚴(yán)重程度的不同，地表塌陷呈現(xiàn)小型倒錐狀(直徑小于3 m)、大型倒錐狀(直徑3～6 m)、小型橢圓形盆狀(長(zhǎng)邊6～15 m)、大型橢圓形盆狀(長(zhǎng)邊大于15 m)等多種地表形態(tài)； 地表的建筑物會(huì)出現(xiàn)墻體開(kāi)裂、沉陷、坍塌現(xiàn)象，以至完全廢棄。近年來(lái)，國(guó)家加大了礦山環(huán)境恢復(fù)治理工作，最常用的治理方法是將積水塌陷坑治理為魚(yú)塘或濕地旅游區(qū)，或?qū)⑺莸貜?fù)墾為耕地[9]。在難以治理的地區(qū)，則采用覆蓋的方式，如將光伏電站等承重相對(duì)輕的基礎(chǔ)設(shè)施直接建于塌陷地上。根據(jù)土地破壞及村鎮(zhèn)搬遷情況，本文將沉陷區(qū)劃分為輕度、中度和重度3個(gè)等級(jí)： ①輕度沉陷區(qū)，土地破壞僅以裂縫、裂隙為主，經(jīng)過(guò)治理后不再有積水塌陷坑存在，無(wú)村鎮(zhèn)搬遷發(fā)生； ②中度沉陷區(qū)，多橢圓形塌陷盆地、外緣具緩臺(tái)階狀，地表有積水，有村鎮(zhèn)搬遷發(fā)生； ③重度沉陷區(qū)，土地嚴(yán)重積水沼澤化，有多個(gè)村鎮(zhèn)整體搬遷發(fā)生[6、10]。

兗州煤田(圖2(a))是山東省最為嚴(yán)重的采煤沉陷多發(fā)區(qū)之一[11]。不同地段由于開(kāi)采程度的差異，采煤沉陷呈現(xiàn)出了各種不同的特征。以該區(qū)為典型實(shí)例，將采煤沉陷區(qū)內(nèi)的輕度沉陷區(qū)、中輕度沉陷區(qū)、中度沉陷區(qū)、重度沉陷區(qū)、恢復(fù)成魚(yú)塘及濕地旅游區(qū)的原采煤沉陷區(qū)、正在治理的采煤沉陷區(qū)、已建光伏電站的采煤沉陷區(qū)以及被搬遷的村莊等遙感影像特征匯總?cè)鐖D2和表1所示，并以此為解譯標(biāo)志，對(duì)山東全省的采煤沉陷區(qū)進(jìn)行了遙感解譯。兗州煤田開(kāi)采區(qū)2015年度使用國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)遙感24號(hào)，遙感影像由多光譜3(R)，2(G)，1(B)模擬真彩色合成后與全色波段融合而成。

(b) 中輕度沉陷區(qū) (c) 中度沉陷區(qū) (a) 兗州煤田開(kāi)采區(qū)遙感影像 (d) 重度沉陷區(qū)(e) 恢復(fù)成魚(yú)塘等的原采煤沉陷區(qū)

(f) 正在治理的沉陷區(qū) (g) 已建成光伏電站的采煤沉陷區(qū)(h) 被搬遷的村莊

圖2煤礦沉陷區(qū)典型地物遙感影像特征(遙感24號(hào)，2015年)

Fig.2Remotesensingimagefeaturesoftypicalsurfaceobjectsincoalminingsubsidencearea(RS24,2015)

表1 采煤沉陷區(qū)遙感影像特征一覽表

1.3 沉陷區(qū)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)及變化趨勢(shì)評(píng)價(jià)方法

利用2013—2015年3 a的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合采礦權(quán)等相關(guān)資料，對(duì)山東省采煤沉陷區(qū)、因沉陷而搬遷的村莊開(kāi)展遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。參照DZ 0238—2004 地質(zhì)災(zāi)害分類(lèi)分級(jí)(試行)劃分方案，將采煤沉陷區(qū)劃分為4種規(guī)模： 特大型≥20 km2、大型[10,20) km2、中型[1,10) km2、小型<1 km2[12]。

為了確定沉陷區(qū)邊界，利用2009年的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)已經(jīng)被治理的歷史塌陷地(坑)進(jìn)行了調(diào)查； 根據(jù)采礦權(quán)、塌陷地(坑)、搬遷村莊、恢復(fù)治理后土地(曾經(jīng)的塌陷地(坑))等的分布情況，間接地對(duì)采煤沉陷區(qū)的邊界進(jìn)行了推測(cè)。

根據(jù)近3 a的采煤沉陷區(qū)、搬遷村莊的變化情況，將采煤沉陷區(qū)分為穩(wěn)定區(qū)、變好區(qū)和變重區(qū)3類(lèi)： ①穩(wěn)定區(qū)，無(wú)新增塌陷地(坑)，無(wú)新增搬遷村莊，原有塌陷地(坑)范圍無(wú)或少有變化； ②變好區(qū)，經(jīng)過(guò)治理后塌陷地(坑)明顯減少，或范圍明顯縮小； ③變重區(qū)，塌陷地從無(wú)到有，原有塌陷地(坑)范圍變大，有新增村鎮(zhèn)搬遷發(fā)生，沼澤化較以前嚴(yán)重。

2 采煤沉陷區(qū)分布特征分析

2.1 沉陷區(qū)內(nèi)塌陷地(坑)的分布現(xiàn)狀及變化情況

2015年山東省全省采煤塌陷地(坑)總面積為15 707.37 hm2，比上年減少1.47%，主要分布于8市23個(gè)縣(市、區(qū))，比2014年同期減少1市2縣； 2014年山東省全省采煤塌陷地(坑)總面積為15 941.24 hm2，比上年同期減少5.05%，主要分布于9市25個(gè)縣(市、區(qū))，僅比2013年減少1個(gè)縣； 2013年全省采煤塌陷地(坑)總面積16 789.01 hm2，分布于9市26個(gè)縣(市、區(qū))。2013—2015年間，全省采煤塌陷地(坑)面積及分布范圍在逐年減少，各地級(jí)行政區(qū)近3 a采煤沉陷區(qū)遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表22013—2015年間山東省各地市塌陷地(坑)面積

Tab.2 Subsidence area in Shandong Province from 2013 to 2015(hm2)

2015年全省采煤沉陷區(qū)集中在濟(jì)寧市微山縣中部、棗莊市滕州市西側(cè)與微山縣交界處的滕縣煤田開(kāi)采區(qū)。這3個(gè)區(qū)采煤沉陷區(qū)面積約占全省采煤沉陷區(qū)總面積的43%； 其次為濟(jì)寧市的兗州、曲阜、鄒城3市交界處的兗州煤田開(kāi)采區(qū)，沉陷面積約占全省采煤沉陷區(qū)總面積的16%； 再次為濟(jì)寧市任城區(qū)南部與微山縣交界處的濟(jì)寧煤田南部開(kāi)采區(qū)，沉陷面積約占全省采煤沉陷區(qū)總面積的14%。

2.2 沉陷區(qū)的村鎮(zhèn)搬遷

采煤沉陷區(qū)也是村鎮(zhèn)搬遷集中區(qū)域。比對(duì)相關(guān)地圖的地名資料，截止2015年，全省采煤沉陷區(qū)內(nèi)共搬遷村莊272個(gè)(不排除含因新農(nóng)村建設(shè)、棚戶(hù)區(qū)改造等原因搬遷的村莊)，各年度村莊搬遷情況見(jiàn)表3。

表3 采煤沉陷區(qū)內(nèi)搬遷村莊數(shù)量

從表3可知，濟(jì)寧市的搬遷村莊達(dá)140個(gè)，占全省總數(shù)的半數(shù)以上； 泰安、菏澤和棗莊等地級(jí)行政區(qū)的搬遷村莊數(shù)量均在25個(gè)以上。在全部272處搬遷村莊中，有39個(gè)已消失于各采煤沉陷區(qū)腹地或已改造成了坑塘水面，無(wú)跡可尋； 其他村莊在搬遷后，其土地已復(fù)墾，或恢復(fù)治理成了其他地類(lèi)。

3 采煤沉陷區(qū)變化特征分析

3.1 沉陷區(qū)劃分及變化趨勢(shì)

根據(jù)煤礦采礦權(quán)分布情況、塌陷地(坑)分布情況、搬遷村莊以及采煤沉陷區(qū)恢復(fù)治理情況，2015年全省共圈定跡象明顯的采煤沉陷區(qū)82處，總面積901.95 km2； 分布于9市25個(gè)縣(市、區(qū)), 除淄博、聊城和萊蕪3市尚未出現(xiàn)明顯下沉跡象外，其余各市采煤區(qū)均發(fā)生了不同程度的沉陷。各市采煤沉陷區(qū)面積變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3及表4所示。

圖3 山東省煤礦沉陷災(zāi)害分布示意圖

表4 2015年山東省各市沉陷災(zāi)害統(tǒng)計(jì)(單位： 數(shù)量(處)/面積(km2))

續(xù)表

按沉陷區(qū)的規(guī)模劃分，山東省全省有特大型沉陷區(qū)12個(gè)，總面積604.74 km2； 大型沉陷區(qū)8個(gè)，總面積103.62 km2； 中型沉陷區(qū)50個(gè)，總面積186.49 km2； 小型沉陷區(qū)12個(gè),總面積7.09 km2。按沉陷嚴(yán)重程度劃分，全省有重度沉陷區(qū)20個(gè)，總面積585.23 km2； 中度沉陷區(qū)39個(gè)，總面積259.43 km2； 輕度沉陷區(qū)23個(gè)，總面積57.29 km2。按沉陷區(qū)變化趨勢(shì)劃分，2013年至2015年，全省有沉陷程度變好區(qū)30個(gè)，總面積279.61 km2； 穩(wěn)定區(qū)31個(gè)，總面積294.44 km2； 變重區(qū)21個(gè)，總面積327.90 km2。

3.2 嚴(yán)重沉陷區(qū)現(xiàn)狀及變化趨勢(shì)

目前，山東省沉陷災(zāi)害最嚴(yán)重地區(qū)有如下幾個(gè)：

1)微山縣中部與滕州市南部交界處，滕縣煤田開(kāi)采區(qū)。該區(qū)域共有31個(gè)煤礦采礦權(quán)，覆蓋面積730余km2。其中，年設(shè)計(jì)規(guī)模在100萬(wàn)t/a以上的煤礦有6個(gè)，最大開(kāi)采規(guī)模300萬(wàn)t/a。該區(qū)域集中了6個(gè)特大型沉陷區(qū)、6個(gè)中型沉陷區(qū)和4個(gè)小型沉陷區(qū)，各級(jí)沉陷區(qū)總面積324.59 km2以滕南煤田的西側(cè)最為嚴(yán)重區(qū)，不僅規(guī)模特大，而且趨向嚴(yán)重。

2)兗州、曲阜與鄒城交界處，兗州煤田開(kāi)采區(qū)。該區(qū)有14個(gè)煤礦采礦權(quán)，覆蓋面積400余km2。年設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模在百萬(wàn)噸以上的煤礦有6個(gè)，最大開(kāi)采規(guī)模400萬(wàn)t/a。該地區(qū)始采時(shí)間為1968年，始塌時(shí)間為1970年[4]。區(qū)內(nèi)共有6個(gè)沉陷區(qū)，總面積161.40 km2。其中特大型1個(gè)、大型2個(gè)。盡管經(jīng)過(guò)多方治理，特大型沉陷區(qū)依然趨向嚴(yán)重。

3)濟(jì)寧市中部任城區(qū)和市中區(qū)，魚(yú)臺(tái)縣北部，微山縣北部濟(jì)寧煤田開(kāi)采區(qū)。該區(qū)域集中了15個(gè)煤礦采礦權(quán)，礦權(quán)覆蓋面積800余km2。年設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模在百萬(wàn)噸以上的煤礦有7個(gè)，其中2個(gè)煤礦的最大開(kāi)采規(guī)模為500萬(wàn)t/a。該地區(qū)開(kāi)發(fā)時(shí)間約在2000年前后，區(qū)域內(nèi)共有沉陷區(qū)21個(gè)，含特大型2個(gè)、大型3個(gè)、中型14個(gè)和小型2個(gè)，沉陷區(qū)總面積198.47 km2。從圖2上可以看出，濟(jì)寧煤田的北部沉陷區(qū)以中、輕度為主，且總體往好的方向發(fā)展。南部地區(qū)相對(duì)嚴(yán)重。

4)泰安市北部，肥城煤田開(kāi)采區(qū)。該區(qū)域有煤礦采礦權(quán)8個(gè)，采礦權(quán)覆蓋面積近90 km2。其中百?lài)嵰陨系牟傻V權(quán)3個(gè)，最大開(kāi)采規(guī)模為120萬(wàn)t/a。該煤田開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)60年代初期。目前有沉陷區(qū)5個(gè)，總面積73.40 km2。其中特大型2個(gè)、中型3個(gè)。目前西部已基本穩(wěn)定，而東部趨向嚴(yán)重。

5)煙臺(tái)市龍?zhí)锩禾镩_(kāi)采區(qū)。位于煙臺(tái)市龍口市北部海邊龍口煤田開(kāi)采區(qū)。該區(qū)域內(nèi)有采礦權(quán)5個(gè)，總覆蓋面積150余km2。其中百?lài)嵰陨系牟傻V權(quán)1個(gè)，開(kāi)采規(guī)模為180萬(wàn)t/a。龍口煤田的開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)60年代末期。該區(qū)域共有沉陷區(qū)5個(gè)，總面積31.63km2，含大型2個(gè)、中型3個(gè)。目前，西部沉陷區(qū)已基本穩(wěn)定，中部及東部處于不穩(wěn)定期，存在治理后再度塌陷現(xiàn)象。

除上述5個(gè)地區(qū)外，有跡象表明巨野煤田巨野縣北部、鄆城縣南部開(kāi)采區(qū)未來(lái)有可能發(fā)生嚴(yán)重沉陷。該區(qū)域有2個(gè)煤礦采礦權(quán)，總面積285余km2。其中一個(gè)為山東省最大礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為600萬(wàn)t/a，另一個(gè)為400萬(wàn)t/a。該區(qū)域的始采時(shí)間為2009年底，目前已有一大一中兩個(gè)重度沉陷區(qū)，且均趨向嚴(yán)重。

3.3 煤礦沉陷災(zāi)害影響因素分析

影響煤礦沉陷災(zāi)害是否發(fā)生及其嚴(yán)重程度的主要有煤田賦存條件、開(kāi)采持續(xù)時(shí)間、開(kāi)采量、治理程度和治理時(shí)機(jī)的選擇等5個(gè)因素。

淄博、陶棗和臨沂等地市的煤田處于低山丘陵區(qū)，煤層薄，上覆第四系厚度均小于100 m，開(kāi)采深度多在500 m 以下，因而地表只出現(xiàn)小規(guī)模地面變形或裂縫； 而兗州、滕州和肥城等地市的煤田多處于山前沖洪積平原或盆地中，第四系覆蓋層厚度大，開(kāi)采煤層厚度大，煤層產(chǎn)狀平緩，隨著采空面積的逐漸擴(kuò)大，很容易發(fā)生沉陷災(zāi)害[5]。尤其是在南四湖流域地區(qū)，開(kāi)采量大，潛水位高，沉陷災(zāi)害最為嚴(yán)重。巨野煤田的大量開(kāi)采，也導(dǎo)致了沉陷災(zāi)害的快速發(fā)生和發(fā)展。除此之外，災(zāi)害發(fā)生后的治理工作也影響著沉陷災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)。

4 采煤沉陷區(qū)土地恢復(fù)治理

4.1 塌陷土地的恢復(fù)治理

2009—2015年間，全省采煤沉陷區(qū)內(nèi)已經(jīng)恢復(fù)治理土地8 748.88 hm2，年平均治理1 458.15 hm2。其中2009—2013年恢復(fù)治理6 264.60 hm2，2013—2014年恢復(fù)治理1 865.99 hm2，2014—2015年恢復(fù)治理618.29 hm2。恢復(fù)治理后的地類(lèi)主要為耕地、水域(以庫(kù)塘為多)及水利設(shè)施用地。

2009—2015年間各市土地恢復(fù)治理情況如表5所示。由表5可知，濟(jì)寧市的土地恢復(fù)治理面積占全省恢復(fù)治理總面積的69.64%。值得注意的是，2014—2015年度，泰安、煙臺(tái)和菏澤3市的恢復(fù)治理面積出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，究其原因，均為治理后土地再次發(fā)生塌陷所致。

表5 2009—2015年采煤沉陷區(qū)恢復(fù)治理情況統(tǒng)計(jì)

4.2 搬遷村莊的土地恢復(fù)治理

山東省對(duì)搬遷后尚未下沉至水底的村莊進(jìn)行了土地恢復(fù)治理，治理后地類(lèi)主要為耕地或空閑地，少量為新的農(nóng)村宅基地。截止至2015年，全省搬遷村莊恢復(fù)治理成水澆地的土地面積有1 083.37 hm2，治理成新的農(nóng)村宅基地的有17.58 hm2，尚為空閑地的有932.53 hm2。

各市搬遷村莊土地治理情況如表6所示。目前治理面積最大的3個(gè)市分別為濟(jì)寧、菏澤和泰安市。這3市搬遷村莊恢復(fù)治理的面積占了全省恢復(fù)治理總面積的79.85%。

表6 采煤沉陷區(qū)內(nèi)搬遷村莊土地恢復(fù)治理情況統(tǒng)計(jì)

4.3 沉陷區(qū)土地恢復(fù)治理時(shí)機(jī)初探

截至2015年，全省82個(gè)采煤沉陷區(qū)中有64個(gè)得到了治理，其余18個(gè)中、小型沉陷區(qū)(總面積為52.10 km2)無(wú)治理跡象。絕大部分采煤沉陷區(qū)內(nèi)，經(jīng)過(guò)治理后的有效利用土地能保持穩(wěn)定，如位于濟(jì)寧市任城區(qū)的許廠(chǎng)煤礦開(kāi)采區(qū)，從2009年起，大面積分布的塌陷地逐步得到恢復(fù)治理，目前已基本恢復(fù)為耕地(圖4上行)。與此同時(shí)，也有少數(shù)地區(qū)出現(xiàn)了邊治邊塌或治后復(fù)塌的問(wèn)題。這種現(xiàn)象在龍口煤田開(kāi)采區(qū)較為典型，該區(qū)域2013年有塌陷地(坑)39處，總面積323.58 hm2，2014年同期減少為15處，面積減至60.56 hm2； 2015年同期反彈回24處，總面積又增至239.71 hm2(圖4下行)。

(a) 2009年Worldview影像(b) 2013年遙感5號(hào)影像(c) 2014年CBERS-02C影像(d) 2015年遙感2號(hào)影像

(e) 2009年Worldview影像(f) 2013年Worldview影像(g) 2014年遙感14號(hào)影像(h) 2015年高分1號(hào)影像

圖4采煤沉陷區(qū)治理效果對(duì)比(上行：效果較好區(qū)，下行：效果較差區(qū))

Fig.4Comparisonoftheeffectoflandrestorationinsubsidencearea

通過(guò)分析可知，沉陷區(qū)治理時(shí)機(jī)的合理選擇是個(gè)值得重視的問(wèn)題。據(jù)有關(guān)資料，地下采煤塌陷呈動(dòng)態(tài)下沉過(guò)程，一般可分為4期, 即初始期、活躍期、衰退期和穩(wěn)定期[1]。為此，建議采煤塌陷的治理應(yīng)該選擇在地面下沉的衰退期或穩(wěn)定期，否則極有可能出現(xiàn)邊治邊塌或治后復(fù)塌的現(xiàn)象。

5 結(jié)論與建議

1)截至2015年第4季度，山東省共有沉陷區(qū)82個(gè)，總面積901.95 km2。從沉陷規(guī)模看，特大型沉陷區(qū)面積占沉陷區(qū)總面積的67.05%，大型沉陷區(qū)占11.49%，中型占20.68%，小型占0.79%。從嚴(yán)重程度上看，全省重度沉陷區(qū)面積占沉陷區(qū)總面積的64.88%，中度沉陷區(qū)占28.76%，輕度沉陷區(qū)占6.35%。由上述結(jié)果可見(jiàn)，特大型重度沉陷區(qū)的治理成為山東省煤礦沉陷災(zāi)害治理的重中之重。

2)山東省為煤礦地質(zhì)災(zāi)害的治理做出了不懈的努力。與歷史地理資料比對(duì)，全省累計(jì)搬遷沉陷區(qū)村莊272個(gè)； 與2009年遙感資料比對(duì)，2009—2015年間，全省采煤沉陷區(qū)內(nèi)已經(jīng)恢復(fù)治理土地8 748.88 hm2，治理搬遷后村莊的土地2 033.48 hm2。3 a來(lái)，82個(gè)沉陷區(qū)中，整體變好沉陷區(qū)的面積占總面積31.00%，相對(duì)穩(wěn)定沉陷區(qū)的面積占32.64%，整體變差區(qū)域面積占36.35%。上述數(shù)據(jù)顯示，煤礦沉陷災(zāi)害的治理工作任重而道遠(yuǎn)。

3)山東省沉陷災(zāi)害最嚴(yán)重地區(qū)主要為滕縣煤田、兗州煤田、濟(jì)寧煤田、肥城煤田和龍?zhí)锩禾锏乳_(kāi)采區(qū)。隨著國(guó)家生態(tài)文明改革各項(xiàng)決策的逐步實(shí)施，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局，適當(dāng)壓減產(chǎn)量，將成為全國(guó)煤炭開(kāi)采行業(yè)的重要舉措。預(yù)計(jì)在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，山東省的采煤沉陷區(qū)分布范圍及面積不會(huì)出現(xiàn)較大的增長(zhǎng)。

4)建議進(jìn)一步加大山東省采煤沉陷區(qū)的恢復(fù)治理工作力度，因地制宜，科學(xué)治理。一方面，可以采取恢復(fù)治理率與生產(chǎn)規(guī)模掛鉤等措施，進(jìn)一步激發(fā)現(xiàn)有采煤企業(yè)在礦山環(huán)境整治工作中的主動(dòng)性，有效遏制采煤沉陷區(qū)的增量； 另一方面，可以通過(guò)降低稅負(fù)、共享成果等激勵(lì)措施的落實(shí)，鼓勵(lì)和吸納社會(huì)資金參加采煤區(qū)廢棄礦山的環(huán)境整治工作，并提倡創(chuàng)新治理思路，開(kāi)辟新的增收產(chǎn)業(yè)，努力減少采煤沉陷區(qū)的存量。建議采煤塌陷的治理應(yīng)該選擇在地面下沉的衰退期或穩(wěn)定期。

5)建議持續(xù)開(kāi)展采煤沉陷區(qū)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，多措并舉，做好采煤沉陷區(qū)生產(chǎn)和治理的全流程規(guī)劃工作。首先要權(quán)衡利弊，關(guān)治結(jié)合。山東省所有的煤礦開(kāi)采區(qū)中，南四湖流域是生態(tài)環(huán)境最敏感地區(qū)，也是環(huán)境破壞最嚴(yán)重區(qū)[13-14]。建議建立南四湖流域禁止開(kāi)采區(qū)，全面關(guān)停該地區(qū)現(xiàn)有的50個(gè)左右的煤礦； 并在關(guān)停之后加強(qiáng)治理，恢復(fù)綠水青山。其次，要選擇恰當(dāng)時(shí)機(jī)治理，講求實(shí)效。通過(guò)對(duì)全省采煤沉陷區(qū)的綜合評(píng)估，圈定優(yōu)先治理區(qū)； 對(duì)于處于活躍期的開(kāi)采區(qū)，暫不予治理； 對(duì)已經(jīng)治理過(guò)和正在治理的地區(qū)要加強(qiáng)保護(hù)，防止邊治邊塌，再治再塌現(xiàn)象的發(fā)生，將災(zāi)害降到最低程度。再次，要防患于未然。對(duì)于巨野煤田等大強(qiáng)度新開(kāi)發(fā)、目前尚未出現(xiàn)大規(guī)模沉陷的煤田，則需要以其他煤田的前車(chē)之鑒，增強(qiáng)防患意識(shí)，提倡和激勵(lì)采煤技術(shù)革新，盡量避免沉陷災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展。

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(責(zé)任編輯：李瑜)

RemotesensingdynamicmonitoringofcoalminesubsidencedisasterinShandongProvince

WANG Xiaohong, JING Qingqing, ZHOU Yingjie, YAO Weiling

(ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

Using high resolution remote sensing data obtained from 2013 to 2015, the authors monitored the subsidence disaster and its distribution range in the coal mining area of Shandong Province continuously, and it was found that the coal mining subsidence area decreased year by year. Based on the comparative analysis of the distribution characteristics and the mode of the subsidence disaster and the development history of coal mining, the authors established the dynamic monitoring technology of coal mining subsidence. According to the monitoring results, the distribution range, scale, severity and trend of the subsidence area in the province were determined, and 12 superlarge subsidence zones, 8 large subsidence zones, 50 medium-size subsidence zones and 12 small subsidence zones were delineated. The changing trend was predicted on the basis of the analysis of the above information for the past three years. It is found that 30 subsidence zones become better, 31 subsidence zones are stable, and 21 subsidence zones become worse. At the same time, this paper analyzes the influencing factors on coal mine subsidence disaster, discusses the management time, and puts forward some countermeasures and suggestions.

coal mine； subsidence disaster； remote sensing； dynamic monitoring

10.6046/gtzyyg.2017.03.30

王曉紅，荊青青，周英杰，等.山東省采煤沉陷遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[J].國(guó)土資源遙感,2017,29(3):203-210.(Wang X H,Jing Q Q,Zhou Y J,et al.Remote sensing dynamic monitoring of coal mine subsidence disaster in Shandong Province[J].Remote Sensing for Land and Resources,2017,29(3):203-210.)

2016-04-27；

2016-12-07

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“全國(guó)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)”(編號(hào)： 121201003000150009)、“山東省礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)”(編號(hào)： 12120111120038，1212011220073)和“山東省礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)”(編號(hào)： 12120115061501)共同資助。

王曉紅(1964-)，女，碩士，教授級(jí)高工，主要從事礦山遙感監(jiān)測(cè)工作。Email: 2427364501@qq.com。

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： A

： 1001-070X(2017)03-0203-08