煤炭資源型城市轉(zhuǎn)型條件下采空區(qū)利用

徐書(shū)名，劉昆

1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院；2.濟(jì)寧市自然資源和規(guī)劃局經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)服務(wù)中心

煤炭資源是城市建設(shè)發(fā)展的重要資源力量，對(duì)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步也起著十分重要的作用。但是由于對(duì)煤炭資源的不合理開(kāi)采和無(wú)規(guī)劃利用，使得很多煤炭資源城市出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)失衡、環(huán)境污染、煤炭采空區(qū)等問(wèn)題，不利于城市化的穩(wěn)步推進(jìn)。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面轉(zhuǎn)型的背景下，如何提升煤炭資源型城市的資源利用率，規(guī)范采空區(qū)建設(shè)成為相關(guān)人員需要思考和解決的問(wèn)題。煤炭資源是濟(jì)寧發(fā)展的重要資源，濟(jì)寧市煤炭資源豐富，開(kāi)采歷史悠久，轄區(qū)內(nèi)已累計(jì)查明的煤炭資源儲(chǔ)量140億噸，占全省的53.8%，境內(nèi)含煤面積3920km2，占轄區(qū)總面積的36.4%。

但是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，以往的單一經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法擔(dān)負(fù)該地區(qū)快速增長(zhǎng)的發(fā)展需求，且在該地區(qū)煤炭資源的快速開(kāi)采下，地區(qū)范圍內(nèi)出現(xiàn)了大面積的采空區(qū)，且采空區(qū)的范圍在持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)城市安全造成了隱患。為此，文章立足濟(jì)寧城市轉(zhuǎn)型發(fā)展要求，在收集資料并分析研究的基礎(chǔ)上，利用InSAR遙感解譯、礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、物探、鉆探及巖石力學(xué)試驗(yàn)等工作手段，開(kāi)展采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)工作，依據(jù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)成果結(jié)合城市規(guī)劃功能分區(qū)完成采空區(qū)適宜性評(píng)價(jià)工作，為城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)土地資源的開(kāi)發(fā)利用提出合理化建議。

一、采空區(qū)概述

采空區(qū)是指低價(jià)固體礦床被開(kāi)采后留下的空間區(qū)域。如不及時(shí)處理就會(huì)造成礦井坍塌等危險(xiǎn)，采用采空區(qū)充填注漿方法能很好解決采空區(qū)問(wèn)題。

煤礦采空區(qū)按照煤炭資源的開(kāi)采方法可以劃分為長(zhǎng)壁陷落發(fā)采空區(qū)、短壁陷落發(fā)采空區(qū)、條帶法或填充法采空區(qū)等；按照煤層厚度煤礦采空區(qū)可以劃分為淺層、中層和深層三個(gè)類(lèi)型；按照采空區(qū)的形成和停采時(shí)間可以劃分為新采空區(qū)、老采空區(qū)。

二、采空區(qū)對(duì)用地布局的影響

（一）城市轉(zhuǎn)型對(duì)用地需求和總體布局模式的影響

之所以被稱(chēng)作是煤炭城市，是因?yàn)檎麄€(gè)城市的建設(shè)是圍繞一個(gè)礦區(qū)建設(shè)的，有的是由幾個(gè)距離比較遠(yuǎn)的礦區(qū)組成的，煤炭城市的布局比較分散，在各個(gè)城市之間基礎(chǔ)設(shè)施缺乏的情況下無(wú)法發(fā)揮出煤礦區(qū)的綜合建設(shè)效益。濟(jì)寧作為典型的煤炭資源城市，伴隨人們對(duì)煤炭資源的開(kāi)采利用，整個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)得到快速的發(fā)展，并在城市發(fā)展建設(shè)的過(guò)程中形成了多個(gè)區(qū)域密切關(guān)聯(lián)和獨(dú)立礦居民點(diǎn)共同組成的走廊帶狀城市結(jié)構(gòu)，且城鎮(zhèn)布局比較分散，會(huì)在建設(shè)的過(guò)程中形成點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣的布局形態(tài)，各個(gè)區(qū)域比較分散，會(huì)呈現(xiàn)出點(diǎn)多、線段長(zhǎng)、面積廣的布局形態(tài)，整個(gè)礦區(qū)會(huì)出現(xiàn)各自分離的狀態(tài)，距離比較遠(yuǎn)，中間會(huì)使用公路、鐵路走廊的形式來(lái)進(jìn)行連接，最終會(huì)形成彼此相互關(guān)聯(lián)又有隔離的密切關(guān)聯(lián)的城市空間結(jié)構(gòu)。

這種自發(fā)形成的空間結(jié)構(gòu)模式會(huì)在一定程度上限制濟(jì)寧的發(fā)展，在城市空間結(jié)構(gòu)布局不合理的情況下會(huì)引發(fā)城鎮(zhèn)生產(chǎn)和生活用地建設(shè)矛盾。

（二）采空區(qū)對(duì)土地資源利用模式的影響

按照煤炭采空區(qū)邊界和城市建設(shè)用地之間不同的關(guān)系可以將采空區(qū)劃分為兩個(gè)類(lèi)型進(jìn)行考慮，一個(gè)是煤炭采空區(qū)邊界、遠(yuǎn)離城市的建設(shè)用地。這個(gè)位置上的空間拓展不會(huì)受到采空區(qū)發(fā)展的影響，可以作為示范性的采空區(qū)進(jìn)行建設(shè)。在具體建設(shè)的過(guò)程中要著重關(guān)注生態(tài)修復(fù)和環(huán)境綜合治理工作。第二個(gè)是煤炭采空區(qū)臨近周?chē)鞘械慕ㄔO(shè)用地。這個(gè)類(lèi)型的用地面積比較大，是遠(yuǎn)景城市空間拓展發(fā)展的障礙，因此，在規(guī)劃的時(shí)候要注重對(duì)采空區(qū)所擁有資源的高效率利用。

三、濟(jì)寧采空區(qū)的綜合治理對(duì)策

（一）濟(jì)寧中心城區(qū)的采空區(qū)土地利用

本次采空區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查面積200.07km2，共計(jì)完成個(gè)調(diào)查線路20條，各類(lèi)調(diào)查點(diǎn)234個(gè)，調(diào)查點(diǎn)密度大于90個(gè)/100km2。調(diào)查期間采用加入SDCORS的RTK配合最新遙感影像圖進(jìn)行定位測(cè)量。基于20m分辨率Sentinel-1數(shù)據(jù)的SBAS時(shí)序分析技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)濟(jì)寧城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)因地下開(kāi)采所導(dǎo)致地表毫米級(jí)形變的監(jiān)測(cè)。根據(jù)城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)各煤礦提供的工作面接續(xù)計(jì)劃，對(duì)城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)各煤礦2020年和2025年兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)開(kāi)展了終采時(shí)間穩(wěn)定性分區(qū)工作。截至2025年，僅考慮終采時(shí)間穩(wěn)定性因子，城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)處于未受開(kāi)采影響的區(qū)域面積為699.19km2，未影響區(qū)域面積進(jìn)一步減少。受開(kāi)采影響區(qū)域面積254.90km2，其中，穩(wěn)定區(qū)面積為135.01km2，基本穩(wěn)定區(qū)面積約11.40km2，穩(wěn)定區(qū)和基本穩(wěn)定區(qū)占評(píng)價(jià)面積的57%；不穩(wěn)定區(qū)面積為約108.49km2，占評(píng)價(jià)面積的43%。不穩(wěn)定區(qū)多分布在規(guī)劃區(qū)的西部、南部以及東側(cè)的邊界區(qū)域，以安居、唐口、濟(jì)二、濟(jì)三礦、運(yùn)河和新河煤礦為主。未穩(wěn)沉區(qū)域后續(xù)仍會(huì)產(chǎn)生一定量的地表移動(dòng)變形值，其中，部分厚煤層開(kāi)采影響區(qū)地表剩余變形值較大，是導(dǎo)致區(qū)域不穩(wěn)定的另一因素。綜合評(píng)價(jià)成果表明，各礦井田范圍內(nèi)當(dāng)前存在大量的采空區(qū)影響穩(wěn)定區(qū)和基本穩(wěn)定區(qū)，這些區(qū)域的土地為城市規(guī)劃區(qū)的土地利用提供了潛在的可能性，在采取適當(dāng)措施的基礎(chǔ)上，可一定程度的作為城市規(guī)劃建設(shè)用地。

（二）濟(jì)寧中心城區(qū)外圍采空區(qū)的土地利用

根據(jù)GPS定位測(cè)量繪制了地形剖面，了解了典型沉陷區(qū)地面變形特征。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)3處地面裂縫，分別位于岱莊煤礦、楊村煤礦和興隆莊煤礦內(nèi)。隨著淺部煤炭資源量的枯竭，各煤礦逐漸開(kāi)采深部煤炭資源。分布在地表下500米以淺接續(xù)工作面，占總面積的38%，1000米以深接續(xù)工作面約總面積的15%；采厚1.3～3.5米之間接續(xù)工作面占總面積的35%，采厚3.5～8米之間接續(xù)工作面占總面積的41%，采厚8米以上的接續(xù)工作面約占15%。

第一，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在濟(jì)寧中心城區(qū)外圍采空區(qū)積極發(fā)展采煤塌陷復(fù)墾項(xiàng)目，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。根據(jù)沉陷區(qū)域的積水情況來(lái)發(fā)展水產(chǎn)業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)，打造出融合多個(gè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)物的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)。在對(duì)土地重新開(kāi)墾之后，整個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)效益和往年相比大幅度提升。第二，生態(tài)修復(fù)。在濟(jì)寧中心城區(qū)外圍采空區(qū)生態(tài)系統(tǒng)敏感因子的確定上，選擇礦山生態(tài)修復(fù)治理和生態(tài)恢復(fù)內(nèi)容，對(duì)整個(gè)地區(qū)礦產(chǎn)采空塌陷嚴(yán)重的地區(qū)積極推進(jìn)生態(tài)環(huán)境綜合治理工作，調(diào)動(dòng)一切積極力量改善采空區(qū)的生態(tài)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)工業(yè)固體廢棄物、生活廢水、水污染問(wèn)題的綜合治理。截止2018年底，馬場(chǎng)湖生態(tài)濕地公園11.64km2處于適宜性差區(qū)內(nèi)，該區(qū)沉降2-5m。與2018年采空區(qū)各因子穩(wěn)定性分區(qū)圖進(jìn)行疊加分析可知，基本適宜區(qū)主控因子為地表變形特征和煤（巖）柱安全穩(wěn)定性系數(shù)；由于近期工作面開(kāi)采地表未穩(wěn)沉的影響，適宜性差區(qū)主控因子為終采時(shí)間，規(guī)劃建設(shè)的生態(tài)公園、農(nóng)業(yè)休閑觀光村、養(yǎng)生館、西葦漁歌、游船碼頭和水鎮(zhèn)廣場(chǎng)等區(qū)域仍未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

(三）濟(jì)寧采空區(qū)建設(shè)的保障

第一，預(yù)留綜合治理用地彈性指標(biāo)。煤炭采空區(qū)內(nèi)部的建設(shè)在要以地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告、地基穩(wěn)定性的評(píng)估來(lái)作為基礎(chǔ)，根據(jù)城市發(fā)展需要將采空區(qū)改造用地納入到城市用地規(guī)劃中，對(duì)采空區(qū)域內(nèi)的資源合理安排。第二，政策支持。為了確保采空區(qū)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，需要在采空區(qū)建設(shè)的過(guò)程中打造出完善的資源補(bǔ)償開(kāi)發(fā)利用機(jī)制，合理利用資源，并保障資源的利用不破壞周?chē)鷳B(tài)環(huán)境。同時(shí)，要打造當(dāng)?shù)氐V山環(huán)境治理恢復(fù)保障金制度試點(diǎn)，為礦山資源的可持續(xù)開(kāi)采利用打造出完善的準(zhǔn)備制度。第三，強(qiáng)化項(xiàng)目質(zhì)量管理。將項(xiàng)目運(yùn)行納入整體質(zhì)量管理體系，對(duì)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)編寫(xiě)、野外調(diào)查、資料整理、報(bào)告編寫(xiě)、成果驗(yàn)收進(jìn)行全過(guò)程的跟蹤質(zhì)量管理，建立了事先指導(dǎo)、中間檢查、成果驗(yàn)收的質(zhì)量控制保證體系。第三，優(yōu)化建筑物的布局。根據(jù)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)采礦條件、可建范圍和各建筑物的實(shí)際要求，進(jìn)行采空區(qū)上方建筑物布局。如果規(guī)劃建筑物為工業(yè)廠房，并且相互之間互有聯(lián)系，部分廠的產(chǎn)品會(huì)作為其它廠進(jìn)行正常生產(chǎn)的原材料。所以，在進(jìn)行廠房布置時(shí)除滿(mǎn)足各廠房對(duì)方向、通風(fēng)等情況的特殊要求外，同時(shí)應(yīng)做到各廠區(qū)在正常運(yùn)行時(shí)生產(chǎn)工藝的連續(xù)性，保證材料的運(yùn)輸、流轉(zhuǎn)和產(chǎn)品運(yùn)出的流暢性。因地面上覆荷載所形成壓力泡范圍不大于基礎(chǔ)寬度的2.5倍，布設(shè)在采空區(qū)外側(cè)的建筑物盡量滿(mǎn)足此距離條件，避免建筑物的加載對(duì)采空區(qū)形成直接擾動(dòng)。位于采空區(qū)煤柱內(nèi)側(cè)的建筑物受采空區(qū)的影響最為明顯，引起采空區(qū)活化的可能性最大，在進(jìn)行建筑物布局時(shí)盡可能避開(kāi)采空區(qū)邊緣內(nèi)側(cè)區(qū)域，布設(shè)在采空區(qū)外側(cè)和采空區(qū)中央。盡可能使各重要建筑物的主軸方向與老采空區(qū)走向或傾斜方向一致，或以較小夾角與其斜交。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，濟(jì)寧具備豐厚的煤炭資源，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年的開(kāi)發(fā)利用煤炭資源枯竭，出現(xiàn)了煤炭采空區(qū)，煤炭采空區(qū)的出現(xiàn)引發(fā)了一系列安全問(wèn)題，甚至還會(huì)造成環(huán)境污染。為此，在新時(shí)期，需要相關(guān)人員結(jié)合濟(jì)寧采空區(qū)實(shí)際情況，加快對(duì)采空區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和綜合治理，積極優(yōu)化濟(jì)寧的城市空間布局，從而更好地促進(jìn)濟(jì)寧城市轉(zhuǎn)型發(fā)展。