井工煤矿复垦项目土地损毁预测与制图研究

杨 迪，张志功，吴 艳，杨永均

（1．外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），重庆 400042；2．煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心，重庆 400042；3．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116）

·技术经验·

井工煤矿复垦项目土地损毁预测与制图研究

杨 迪1，2，张志功1，2，吴 艳1，2，杨永均3

（1．外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），重庆 400042；2．煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心，重庆 400042；3．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116）

土地损毁预测与制图是土地复垦项目的重点工作。通过分析井工煤矿开采沉陷特点，认为矿区土地损毁具有空间、时序和属性三个特征。基于MAPGIS设计了土地损毁预测流程，给出了时空运算规则和属性输出方法。提出了能表征土地损毁和复垦规划信息的MAPGIS制图方法。实践表明，该方法能够准确、高效地完成井工煤矿土地损毁预测和制图任务。

矿区土地复垦；土地损毁预测；制图；MAPGIS

矿山土地复垦和生态重建的规划设计技术是我国土地复垦和生态重建学科发展的战略任务之一［1］，我国土地复垦的潜力巨大，任务艰巨，据测算，2010—2020年，我国煤矿、金属矿土地复垦潜力总计达到1 240 006．2万m2［2］。2011年《土地复垦条例》和《土地复垦方案编制规程》（以下简称规程）发布并实施，进一步明确了土地复垦的责任和任务，详细规定了土地复垦方案编制的程序、方法、内容和成果要求。在井工煤矿土地复垦方案编制过程中，土地损毁预测、复垦图件制作工作量大、过程复杂，而目前没有完善的煤矿区土地复垦辅助系统，如何准确地预计土地损毁和制作复垦图件成为亟待解决的问题。

1 概述

对于井工煤矿土地损毁，规程中详细列出了对于不同地类的下沉、水平变形等5种参考标准，据规程的规定，井工煤矿土地复垦方案报告书中必须按照土地损毁方法和分级参考标准进行土地损毁预测，明确项目区内已损毁和拟损毁土地的损毁类型、范围、面积、损毁程度、损毁环节与时序。另外，还必须提交土地利用现状图、损毁预测图、复垦规划图。土地损毁预测和制图的过程就是：在开采沉陷预计的基础上，利用参考标准去衡量煤矿区地表土地受开采沉陷的影响情况，并制成图件。然而，目前的开采沉陷预计系统一般提供的空间信息是2维或者是2．5维的，即提供分开采阶段的地表沉陷的等值线，难以考虑到地表单元的自然社会属性和损毁情况［3］，因此，规程发布后，亟待在开采沉陷预计的基础上，开发整合土地损毁预测技术，用以满足土地复垦业务的需要。

2 井工煤矿土地损毁

井工煤矿对土地的破坏可以描述为，地表单元下有用矿物采出后，周围的岩体原始应力平衡受到破坏，应力重新分布，使得地表和岩层产生连续的移动、变形和非连续的破坏［4］。井工采煤对土地的破坏不同于一般建设生产项目，具有一定的特殊性。

1）井工煤矿土地损毁具有空间特征，开采沉陷的破坏导致地表单元的空间位置发生变化，无数个地表单元联系在一起，产生地表塌陷、水平变形等土地损毁。

2）具有时序特征，地表单元下的有用矿物是按照一定的掘进时序采出，土地破坏的时序受到开采时序的影响。

3）具有属性特征，开采沉陷所破坏的地表单元

是具有土地的社会、经济、自然属性的，如该单元的权属状况、自然条件、面积大小等。以某一地表单元为例进行系统分析，见图1。在土地复垦项目方案编制过程中必须充分考虑这种性质。

图1 井工煤矿土地损毁的系统分析示意图

3 土地损毁预测与图件制作

3．1 软件选择

MAPGIS被国土资源部审定为土地管理行业推荐使用的信息系统，该系统是一个具有采集、存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统，有强大的空间数据库维护和空间要素定位、定量、定性和拓扑关系分析功能，且具有对大量数据的存储、管理、查询能力，常应用于土地复垦整理项目中［5-6］。充分运用系统这些优势，结合传统手段，实现对井工煤矿土地损毁预测，充分表达土地损毁的空间、时序、属性三种特性，然后输出报表和图件成果，对于矿区土地复垦工作有着重要意义。

3．2 土地损毁预测

土地损毁预测必须基于矿区开采沉陷预计结果和外业勘察，预计过程必须按照土地复垦方案编制分则—井工煤矿的土地损毁标准，主要预计任务在于利用时空分析和叠加分析表达井工煤矿土地损毁的空间、时间和属性三种特性。根据数据格式和规程的要求，笔者设计了基于MAPGIS的详细技术流程，见图2。图中DWG、WP等代表数据格式。

1）土地损毁空间特征表达。土地损毁空间特征表达是利用MAPGIS的空间分析功能完成对土地损毁的面积、范围、损毁程度的分析。按照土地复垦方案编制规程中给出的详细标准，进行空间分析的运算规则见表1。参照运算规则，首先利用MAPGIS将DWG格式等值线转换成WL格式，再拓扑生成WP文件，继而利用MAPGIS空间分析功能进行WP文件的交并差等逻辑运算。得到不同地类、不同损毁程度的地表范围。

图2 土地损毁预测技术流程示意图

表1 土地损毁空间分析规则（以水浇地损毁为例）

表中：

e—水平变形，mm/m；

i—附加倾斜，mm/m；

w—下沉值，mm；

q—沉陷后潜水位埋深，m；

s—生产力降低，%；

∪和-—逻辑运算中的区对区并和减。

2）土地损毁时序特征表达。井工煤矿土地损毁有一定时序性。假设一个工作面服务年限为a年，沉稳年限为开采结束后的b年，采煤推进共分三个阶段，复垦从起始年开始，直到沉稳后的△t年，土地损毁时序分析见图3。

图3 土地损毁时序分析规则图

图3 中实线表示工作面推进时间段，虚线表示沉稳时间段，菱形表示土地损毁预测时间点，点划线表

示复垦时间段。对于一个矿区来说，土地损毁并不是同时发生，土地损毁预测必须考虑土地时间性和序列性，损毁预计必须分阶段（一、二、三）进行，即需要考虑3个土地损毁预测时间点，且有先后顺序。土地复垦必须贯穿开采和沉陷的整个时间段（a+b+△t）。

3）土地损毁属性特征表达。通过空间运算和时序分析得到不同地类、损毁程度、损毁时序的WP文件，该区文件表示了一个地表范围。其含义为：该范围内的某种地类会受到某损毁时序和某损毁程度的损毁。但是这个地表范围只是一个具有空间和时序特征，并没有体现土地损毁的属性特征，因此，还必须将这一地表范围WP与GIS格式的土地利用现状进行叠加分析。通过叠加分析的交（∩）运算，可以得到同时具有空间、时序、属性三个特征的土地损毁结果（WP），用MAPGIS的属性库管理功能将该区文件的属性导出，经统计分析，可以得到符合土地复垦方案编制规程中所规定的“明确已损毁土地的损毁类型、范围、权属、面积、时序及损毁程度”。将成果制成报表（XLS），完成土地损毁预测。

3．3 复垦规划图件制作

图件是指导生产建设的最直接途径。土地复垦方案编制规程中要求提供的土地利用现状图一般从国土资源局收集。但土地损毁预测图和复垦规划图与一般生产建设项目图件不一样，需要表征的信息量大、要素多。各种图件需要表征的基本信息有：点线型（地类名称、地类标注、权属行政界线、道路交通线、图名、图例点、内外图框、制图单位、指北针、比例尺、坐标系、坐标控制点、矿界等），区型（地类图斑、图例区）。点线区型要素分别以WT、WL和WP表达，制图过程注意图幅布局和控制。

1）土地损毁预测图。土地损毁预测图需要特别表征的信息有：点线型（土地损毁类型、时序、面积、程度、损毁等值线），采用点线编辑工具，根据土地损毁预测结果，以“报表”和“指引说明”形式和反映在图件上，土地损毁报表采用MAPGIS附加程序MGT6“插入表格”功能实现；区型（土地损毁范围和程度），根据土地损毁预测结果所得到的地表土地损毁范围（WP），将其叠加在土地利用现状图上，对不同损毁程度的区设置不同的参数，得到较为直观的土地损毁表观［7］。

2）土地复垦规划图。土地复垦规划图是复垦规划文本的图件表示，需要特别表达的信息有复垦方式、复垦年限、复垦时序、土地利用结构调整、复垦范围。其中土地利用结构调整以表格形式反映在图件上，其他信息采用“单线指引、文字说明”的方式表达。

综上所述，在要素多、信息量大的情况下，图件的表达可以充分利用图中表格、点、线、面、颜色差异、文字说明、图中图的形式。MAPGIS提供图像栅格输出功能，为方便打印和应用，利用其工程输出功能输出为合适大小的JPG格式，完成矿区土地复垦规划方案编制的制图工作。

4 总 结

本文通过实践经验，明确了井工煤矿土地复垦方案编制中的土地损毁和制图的关键技术。通过对井工煤矿土地损毁的理论分析，并结合MAPGIS软件，设计得到了适合于井工煤矿土地损毁特殊的土地损毁分析流程和方法，此外，提出了具体的表征土地损毁和复垦规划信息制图方法，解决了土地复垦规程颁布后井工矿区土地损毁和复垦规划制图难的问题。

［1］胡振琪．中国土地复垦和生态重建20年：回顾与展望［J］．科技导报，2009，27（17）：25-27．

［2］郭利刚．我国煤矿、金属矿损毁土地复垦潜力研究［D］．北京：中国地质大学（北京）博士学位论文，2011：12-13．

［3］贾瑞生．矿山开采沉陷三位建模与可视化方法研究［D］．济南：山东科技大学硕士学位论文，2010：23-28．

［4］何国清，杨 伦．矿山开采沉陷学［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2003：123-126．

［5］吴信才．MAPGIS地理信息系统［M］．北京：电子工业出版社，2004：88-93．

［6］费鲜芸，高祥伟，邱建壮，等．煤矿区土地复垦项目制图方法研究［J］．煤炭工程，2006（2）：87-90．

［7］贾新果，张 彬，杨 宁，等．采煤沉陷土地破坏程度分级研究［J］．煤炭工程，2009（6）：81-84．Research on Land Destruction Prediction and Mapping of Reclamation Project in Jinggong Coal Mine

Yang Di，Zhang Zhi-gong，Wu Yan，Yang Yong-jun

The land destruction prediction and mapping are important work of the land reclamation project．The features of land destruction in Jinggong coal mine were analyzed，think that the land destruction of mining area have three characteristics of spatiality，time sequence and attribute．Based on MAPGIS，design the process of land destruction prediction and give the algorithm of time and space and attribute output method．Put forward the MAPGIS mapping method to characterize the land destruction and reclamation planning information．Practice shows that these methods can accurately and efficiently complete land destruction prediction and mapping tasks in Jinggong coal mine．

Mine land reclamation；Land destruction prediction；Mapping；MAPGIS

TD17

B

1672-0652（2013）08-0029-03

2013-05-21

杨 迪（1989—），男，重庆潼南人，2012年毕业于中国矿业大学，主要从事土地复垦、开发等国土整治工作（E-mail）janexuanxiang＠cumt．edu．cn