煤炭资源型城市转型条件下采空区利用

徐书名，刘昆

1.山东省鲁南地质工程勘察院；2.济宁市自然资源和规划局经济开发区服务中心

煤炭资源是城市建设发展的重要资源力量，对社会的发展进步也起着十分重要的作用。但是由于对煤炭资源的不合理开采和无规划利用，使得很多煤炭资源城市出现了经济结构失衡、环境污染、煤炭采空区等问题，不利于城市化的稳步推进。在社会经济全面转型的背景下，如何提升煤炭资源型城市的资源利用率，规范采空区建设成为相关人员需要思考和解决的问题。煤炭资源是济宁发展的重要资源，济宁市煤炭资源丰富，开采历史悠久，辖区内已累计查明的煤炭资源储量140亿吨，占全省的53.8%，境内含煤面积3920km2，占辖区总面积的36.4%。

但是随着社会经济的转型发展，以往的单一经济结构已经无法担负该地区快速增长的发展需求，且在该地区煤炭资源的快速开采下，地区范围内出现了大面积的采空区，且采空区的范围在持续扩大，对城市安全造成了隐患。为此，文章立足济宁城市转型发展要求，在收集资料并分析研究的基础上，利用InSAR遥感解译、矿山地质环境调查、物探、钻探及岩石力学试验等工作手段，开展采空区稳定性评价工作，依据稳定性评价成果结合城市规划功能分区完成采空区适宜性评价工作，为城市规划区内土地资源的开发利用提出合理化建议。

一、采空区概述

采空区是指低价固体矿床被开采后留下的空间区域。如不及时处理就会造成矿井坍塌等危险，采用采空区充填注浆方法能很好解决采空区问题。

煤矿采空区按照煤炭资源的开采方法可以划分为长壁陷落发采空区、短壁陷落发采空区、条带法或填充法采空区等；按照煤层厚度煤矿采空区可以划分为浅层、中层和深层三个类型；按照采空区的形成和停采时间可以划分为新采空区、老采空区。

二、采空区对用地布局的影响

（一）城市转型对用地需求和总体布局模式的影响

之所以被称作是煤炭城市，是因为整个城市的建设是围绕一个矿区建设的，有的是由几个距离比较远的矿区组成的，煤炭城市的布局比较分散，在各个城市之间基础设施缺乏的情况下无法发挥出煤矿区的综合建设效益。济宁作为典型的煤炭资源城市，伴随人们对煤炭资源的开采利用，整个地区的经济得到快速的发展，并在城市发展建设的过程中形成了多个区域密切关联和独立矿居民点共同组成的走廊带状城市结构，且城镇布局比较分散，会在建设的过程中形成点多、线长、面广的布局形态，各个区域比较分散，会呈现出点多、线段长、面积广的布局形态，整个矿区会出现各自分离的状态，距离比较远，中间会使用公路、铁路走廊的形式来进行连接，最终会形成彼此相互关联又有隔离的密切关联的城市空间结构。

这种自发形成的空间结构模式会在一定程度上限制济宁的发展，在城市空间结构布局不合理的情况下会引发城镇生产和生活用地建设矛盾。

（二）采空区对土地资源利用模式的影响

按照煤炭采空区边界和城市建设用地之间不同的关系可以将采空区划分为两个类型进行考虑，一个是煤炭采空区边界、远离城市的建设用地。这个位置上的空间拓展不会受到采空区发展的影响，可以作为示范性的采空区进行建设。在具体建设的过程中要着重关注生态修复和环境综合治理工作。第二个是煤炭采空区临近周围城市的建设用地。这个类型的用地面积比较大，是远景城市空间拓展发展的障碍，因此，在规划的时候要注重对采空区所拥有资源的高效率利用。

三、济宁采空区的综合治理对策

（一）济宁中心城区的采空区土地利用

本次采空区矿山地质环境调查面积200.07km2，共计完成个调查线路20条，各类调查点234个，调查点密度大于90个/100km2。调查期间采用加入SDCORS的RTK配合最新遥感影像图进行定位测量。基于20m分辨率Sentinel-1数据的SBAS时序分析技术能够实现对济宁城市规划区内因地下开采所导致地表毫米级形变的监测。根据城市规划区内各煤矿提供的工作面接续计划，对城市规划区内各煤矿2020年和2025年两个时间节点开展了终采时间稳定性分区工作。截至2025年，仅考虑终采时间稳定性因子，城市规划区内处于未受开采影响的区域面积为699.19km2，未影响区域面积进一步减少。受开采影响区域面积254.90km2，其中，稳定区面积为135.01km2，基本稳定区面积约11.40km2，稳定区和基本稳定区占评价面积的57%；不稳定区面积为约108.49km2，占评价面积的43%。不稳定区多分布在规划区的西部、南部以及东侧的边界区域，以安居、唐口、济二、济三矿、运河和新河煤矿为主。未稳沉区域后续仍会产生一定量的地表移动变形值，其中，部分厚煤层开采影响区地表剩余变形值较大，是导致区域不稳定的另一因素。综合评价成果表明，各矿井田范围内当前存在大量的采空区影响稳定区和基本稳定区，这些区域的土地为城市规划区的土地利用提供了潜在的可能性，在采取适当措施的基础上，可一定程度的作为城市规划建设用地。

（二）济宁中心城区外围采空区的土地利用

根据GPS定位测量绘制了地形剖面，了解了典型沉陷区地面变形特征。野外调查发现3处地面裂缝，分别位于岱庄煤矿、杨村煤矿和兴隆庄煤矿内。随着浅部煤炭资源量的枯竭，各煤矿逐渐开采深部煤炭资源。分布在地表下500米以浅接续工作面，占总面积的38%，1000米以深接续工作面约总面积的15%；采厚1.3～3.5米之间接续工作面占总面积的35%，采厚3.5～8米之间接续工作面占总面积的41%，采厚8米以上的接续工作面约占15%。

第一，农业生产。在济宁中心城区外围采空区积极发展采煤塌陷复垦项目，进一步促进我国农业的生产发展。根据沉陷区域的积水情况来发展水产业和畜禽养殖业，打造出融合多个农业产物的农业经济区。在对土地重新开垦之后，整个地区农业效益和往年相比大幅度提升。第二，生态修复。在济宁中心城区外围采空区生态系统敏感因子的确定上，选择矿山生态修复治理和生态恢复内容，对整个地区矿产采空塌陷严重的地区积极推进生态环境综合治理工作，调动一切积极力量改善采空区的生态质量，实现对采空区工业固体废弃物、生活废水、水污染问题的综合治理。截止2018年底，马场湖生态湿地公园11.64km2处于适宜性差区内，该区沉降2-5m。与2018年采空区各因子稳定性分区图进行叠加分析可知，基本适宜区主控因子为地表变形特征和煤（岩）柱安全稳定性系数；由于近期工作面开采地表未稳沉的影响，适宜性差区主控因子为终采时间，规划建设的生态公园、农业休闲观光村、养生馆、西苇渔歌、游船码头和水镇广场等区域仍未达到稳定状态。

(三）济宁采空区建设的保障

第一，预留综合治理用地弹性指标。煤炭采空区内部的建设在要以地质灾害危险性评估报告、地基稳定性的评估来作为基础，根据城市发展需要将采空区改造用地纳入到城市用地规划中，对采空区域内的资源合理安排。第二，政策支持。为了确保采空区的长远发展，需要在采空区建设的过程中打造出完善的资源补偿开发利用机制，合理利用资源，并保障资源的利用不破坏周围生态环境。同时，要打造当地矿山环境治理恢复保障金制度试点，为矿山资源的可持续开采利用打造出完善的准备制度。第三，强化项目质量管理。将项目运行纳入整体质量管理体系，对项目从设计编写、野外调查、资料整理、报告编写、成果验收进行全过程的跟踪质量管理，建立了事先指导、中间检查、成果验收的质量控制保证体系。第三，优化建筑物的布局。根据区内的地质采矿条件、可建范围和各建筑物的实际要求，进行采空区上方建筑物布局。如果规划建筑物为工业厂房，并且相互之间互有联系，部分厂的产品会作为其它厂进行正常生产的原材料。所以，在进行厂房布置时除满足各厂房对方向、通风等情况的特殊要求外，同时应做到各厂区在正常运行时生产工艺的连续性，保证材料的运输、流转和产品运出的流畅性。因地面上覆荷载所形成压力泡范围不大于基础宽度的2.5倍，布设在采空区外侧的建筑物尽量满足此距离条件，避免建筑物的加载对采空区形成直接扰动。位于采空区煤柱内侧的建筑物受采空区的影响最为明显，引起采空区活化的可能性最大，在进行建筑物布局时尽可能避开采空区边缘内侧区域，布设在采空区外侧和采空区中央。尽可能使各重要建筑物的主轴方向与老采空区走向或倾斜方向一致，或以较小夹角与其斜交。

四、结束语

综上所述，济宁具备丰厚的煤炭资源，但是经过长年的开发利用煤炭资源枯竭，出现了煤炭采空区，煤炭采空区的出现引发了一系列安全问题，甚至还会造成环境污染。为此，在新时期，需要相关人员结合济宁采空区实际情况，加快对采空区的生态恢复和综合治理，积极优化济宁的城市空间布局，从而更好地促进济宁城市转型发展。