張俊芳 （北京中地華源土地規(guī)劃設(shè)計(jì)中心，北京 100080）

為保護(hù)和合理利用土地資源，改善生態(tài)環(huán)境，防治礦產(chǎn)資源開采等生產(chǎn)項(xiàng)目因挖損、壓占、沉陷等造成土地破壞，根據(jù)《土地管理法》、《土地管理法實(shí)施條例》、《礦產(chǎn)資源法》、《土地復(fù)墾規(guī)定》等有關(guān)法律法規(guī)的要求，按照“誰(shuí)破壞、誰(shuí)復(fù)墾”的原則，編制復(fù)墾方案。通過(guò)復(fù)墾方案的實(shí)施，將達(dá)到煤炭資源的開發(fā)利用和礦區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的綜合發(fā)展相協(xié)調(diào)的目的，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展、煤炭生產(chǎn)、水土保持和改善礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境具有重要意義和作用［1－3］。對(duì)礦區(qū)破壞的土地實(shí)施復(fù)墾，可以對(duì)礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行綜合治理;對(duì)煤矸石壓占的土地進(jìn)行復(fù)墾，可以減少污染，改善環(huán)境，增加土地復(fù)墾率;減少洪水流量，改善土壤的生態(tài)環(huán)境;增加地表林草植被，促進(jìn)野生動(dòng)物的繁殖，減少風(fēng)沙，調(diào)節(jié)氣候，凈化空氣，美化環(huán)境，改善生態(tài)環(huán)境。

在土地復(fù)墾方案編制過(guò)程中，礦區(qū)土地破壞范圍劃定、破壞程度分級(jí)、土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)均要與礦區(qū)實(shí)際情況相結(jié)合，才能保證礦區(qū)土地復(fù)墾設(shè)計(jì)方案具有較強(qiáng)的可操作性。土地復(fù)墾方案中擬破壞土地面積的確定、擬破壞土地面積的破壞程度如何將直接影響復(fù)墾方案的預(yù)防措施、復(fù)墾措施、土地復(fù)墾工程設(shè)計(jì)及土地復(fù)墾投資估算。擬破壞土地面積尤其是各破壞程度土地面積的數(shù)量和質(zhì)量確定的準(zhǔn)確性直接影響土地復(fù)墾工程設(shè)計(jì)工程量及土地復(fù)墾投資估算的準(zhǔn)確性。因此，計(jì)算和確定煤礦開采中擬破壞土地面積的破壞程度對(duì)于土地復(fù)墾方案的編制至關(guān)重要。

1 研究區(qū)概況

1．1 氣候條件 煤礦A位于陜、甘、寧3省交界、六盤山東麓、汭水河畔，行政區(qū)劃隸屬甘肅省平?jīng)鍪泄茌?。井田南北走向長(zhǎng)6．15 km，東西傾斜寬 1．18 km，礦區(qū)面積 7．27 km2。礦區(qū)屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，冬春干燥寒冷，夏秋陰濕多雨。年平均氣溫7．9℃，年平均降水量607 mm，降水時(shí)空分布不均，多集中在6～10月，占年降水量的72．2%。年蒸發(fā)量1 435．2 mm，年平均相對(duì)濕度69% ～73%。年日照時(shí)數(shù)為2 255 h，全年無(wú)霜期166 d，≥10℃積溫2 694．7℃。煤礦A地處地形總體北部高、南部低，地形起伏較大。礦區(qū)最高點(diǎn)在北部高莊，海拔1 643 m，最低點(diǎn)在北汭河河谷，海拔1 460 m，相對(duì)高差183 m。土壤以黑壚土、棕壤為主，其次為黃綿土、紅粘土［4］。

1．2 開采工藝 煤礦A煤系地層總平均厚度294．10 m，煤層總平均厚度22．10 m，含煤系數(shù)為7．51%。礦井主采煤層一層（煤6－2層），煤層傾角 0°～75°，平均傾角取 30°。礦井采用中央并列抽出式通風(fēng)方式，采煤方法為走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜采放頂煤采煤方法（1個(gè)工作面）?；夭晒ぷ髅骈L(zhǎng)度為100 m，年推進(jìn)度700 m。頂板管理方法為全部陷落法。生產(chǎn)開采方式為主副斜井開拓，走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤一次采全高。設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/年。生產(chǎn)服務(wù)年限為34．1年［4］。1．3 煤礦地質(zhì)條件 煤礦A煤田屬中下侏羅紀(jì)煤田，煤系沉積基底為上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)群砂巖，上覆地層有中侏羅統(tǒng)的紫紅色砂質(zhì)泥巖、下白堊統(tǒng)砂巖、砂質(zhì)泥巖、紫紅色礫巖、上第三紀(jì)甘肅群砂質(zhì)泥巖、砂巖及第四系黃土、近代沖積層，呈不整合或假整合接觸。

（1）上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)群（T3yn）。井田內(nèi)鉆孔所見僅為其上部地層，以灰白～灰綠色粉、細(xì)、中粒長(zhǎng)石砂巖為主，含少量石英及云母，其頂部為薄層深灰色砂質(zhì)泥巖。鉆孔揭露最大厚度23．97 m，最小1．82 m，平均11．12 m，全層厚度不詳。

（2）中侏羅統(tǒng)延安組（JQ2Y）。為該礦區(qū)的含煤地層，全層厚17．28 ～195．25 m，平均146．17 m。

（3）上第三系甘肅群（Ngn）。為一套半膠結(jié)的陸相碎屑巖系。底部為厚層砂礫巖，膠結(jié)較好，堅(jiān)硬;頂部被剝蝕。厚度不全，鉆孔所見全層厚度 180．74 ～267．81 m，平均224．76 m。

（4）第四系上更新統(tǒng)馬蘭組（Q3m）及全新統(tǒng)（Q4）。廣布于井田內(nèi)山頂、梁峁及溝谷兩側(cè)，下部為黃色亞粘土及亞砂土，上部為黃褐色耕植土。全層厚 0～20．75 m，平均11．11 m。

1．4 項(xiàng)目區(qū)內(nèi)土地利用現(xiàn)狀 根據(jù)1∶10 000地形圖結(jié)合實(shí)地調(diào)查和遙感衛(wèi)星影像，將煤礦A礦區(qū)范圍內(nèi)的土地利用情況劃分二級(jí)地類，詳見表 1［4］。

表1 煤礦A礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀

2 采煤沉陷區(qū)土地破壞程度預(yù)測(cè)及分析

影響采煤沉陷范圍內(nèi)土地破壞的因素主要有下沉、平移、傾斜、曲率以及水平變形（拉伸、壓縮等）。

2．1 下沉和平移預(yù)測(cè) 從理論上講，如果地表在同一瞬間發(fā)生相同的整體下沉或平移，對(duì)土地是不會(huì)產(chǎn)生有害影響的。土地的有害影響主要是下沉或平移的不同時(shí)和不均衡，表現(xiàn)為傾斜、曲率、拉伸和壓縮等變形。

由于井田內(nèi)地形相對(duì)高差較大，切割強(qiáng)烈、溝谷發(fā)育、開采沉陷可能導(dǎo)致坡度較陡的坡體在瞬間發(fā)生大面積的整體性滑動(dòng)或坍塌，即發(fā)生采動(dòng)滑坡，從而造成土地的大面積災(zāi)害性破壞［5］。

2．2 傾斜和曲率 傾斜和曲率是采煤沉陷引起的豎直面上的變形，是由于地面相鄰點(diǎn)間下沉不均衡所致。井田近水平煤層長(zhǎng)壁垮落法大面積開采條件下，沉陷區(qū)的地表附加傾角和曲率隨采厚的增加而增大，隨采深的增加而減小，曲率隨采深的增加而很快減小。

沉陷區(qū)地表傾斜變形對(duì)土地的影響顯然是使地面產(chǎn)生一個(gè)附加傾斜。對(duì)山區(qū)或丘陵區(qū)而言，當(dāng)這個(gè)附加傾斜的方向與原有地表傾斜方向相同，則使地表傾斜加大，對(duì)土地的水土保持和耕作不利，反之則使地表原有傾角減小，對(duì)土地的水土保持和耕作有利。煤礦A礦區(qū)煤層開采后，地表平均傾斜為18．67 mm/m。

沉陷區(qū)曲率變形對(duì)土地的影響主要是使土地表面產(chǎn)生一個(gè)附加彎曲。煤礦A礦區(qū)地表平均傾斜曲率附加值為0．125×10－3mm/m2。由于土地抗變能力很小，當(dāng)附加曲率值超過(guò)0．2 ×10－3～0．3 ×10－3mm/m2，一般黃土地面即可出現(xiàn)不同程度的裂縫或膨脹，曲率變形越大，對(duì)土地的破壞程度越嚴(yán)重。

煤礦A煤礦煤層開采后因?yàn)槌料輹?huì)導(dǎo)致原地表發(fā)生一定程度的傾斜，并產(chǎn)生附加曲率，其值較小。

2．3 水平拉伸和壓縮變形 水平變形是采煤沉陷區(qū)地表相鄰點(diǎn)水平移動(dòng)不均衡所致。煤礦A礦區(qū)井田采用長(zhǎng)壁垮落法開采，沉陷區(qū)的水平變形分布與曲率變形相似，即正曲率部位出現(xiàn)水平拉伸變形，負(fù)曲率部位出現(xiàn)水平壓縮變形。

由于長(zhǎng)壁垮落法開采工作面推進(jìn)過(guò)程中，其前方地表一定范圍內(nèi)出現(xiàn)水平拉伸變形，而后方地表一定范圍內(nèi)出現(xiàn)水平壓縮變形。雖然在回采停止后，永久性的水平拉伸變形分布在開采區(qū)地表移動(dòng)盆地的邊緣部分，水平壓縮變形分布在采空區(qū)地表移動(dòng)盆地的中央部分，但在開采過(guò)程中，沉陷區(qū)的全部地表都經(jīng)受動(dòng)態(tài)水平拉伸和壓縮的變形，沉陷區(qū)附加水平變形值也是隨采厚的增加而增大，隨采深的增大而減小。當(dāng)?shù)乇硭阶冃沃党^(guò)2 mm/m時(shí)，沉陷區(qū)的土地將產(chǎn)生不同程度的裂縫，水平變形越大，地表裂縫也就越嚴(yán)重。煤礦A礦區(qū)中水平變形平均值約為11．07 mm/m。當(dāng)?shù)乇硭阶冃沃党^(guò)2 mm/m時(shí)，沉陷區(qū)的土地將產(chǎn)生不同程度的裂縫。由于煤礦A礦區(qū)水平變形值較大，因此對(duì)場(chǎng)面破壞程度較重。

2．4 沉陷盆地土地破壞程度分析 對(duì)沉陷盆地，在進(jìn)行土地破壞等級(jí)預(yù)測(cè)時(shí)，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行采用的臨界變形值標(biāo)準(zhǔn):傾斜值i=3 mm/m，水平變形值 ε=2 mm/m，曲率k=0．2 mm/m2，小于此臨界值，為輕度破壞，大于此臨界值，為中度、重度。詳見表2。

表2 磚混結(jié)構(gòu)建筑物損壞等級(jí)

根據(jù)沉陷預(yù)測(cè)，煤礦A礦區(qū)煤層開采后，形成的平均沉陷值為4 243 mm，平均傾斜值為18．67 mm/m，平均水平變形值為11．07 mm/m。對(duì)照表2可知，煤礦A礦區(qū)煤層開采后，土地破壞等級(jí)均在Ⅳ級(jí)以內(nèi)（屬于重度破壞）。

總之，煤礦A礦區(qū)煤層開采后，沉陷盆地區(qū)域的土地破壞等級(jí)均為Ⅰ級(jí)（屬于輕度破壞）;沉陷臺(tái)階和沉陷邊緣地段的土地破壞等級(jí)為Ⅳ級(jí)（屬于重度破壞）。

2．5 沉陷盆地破壞土地分區(qū)

2．5．1 地表移動(dòng)盆地Ⅰ區(qū)。該區(qū)域介于地表移動(dòng)盆地的最外邊界與危險(xiǎn)移動(dòng)邊界之間。分析計(jì)算結(jié)果顯示，煤礦A煤層開采時(shí)，這一區(qū)域的寬度在90．9 m左右，該區(qū)域變形小，不會(huì)使區(qū)域內(nèi)的建筑物發(fā)生損害。該區(qū)域?qū)儆谳p度破壞，面積為 129．46 hm2。

2．5．2 地表移動(dòng)盆地Ⅱ區(qū)。該區(qū)域介于地表移動(dòng)盆地危險(xiǎn)移動(dòng)邊界與最大下沉邊界之間。該區(qū)域變形較大，會(huì)產(chǎn)生裂縫，會(huì)使區(qū)域內(nèi)的建筑物發(fā)生不同程度的損害，其損害程度依據(jù)建筑物（構(gòu)筑物）能承受最大變形的能力而定。分析計(jì)算結(jié)果顯示，煤礦A煤層開采時(shí)，這一區(qū)域的寬度在488．72 m左右，危險(xiǎn)移動(dòng)邊界線和最大下沉線之間會(huì)形成地表附加傾角，產(chǎn)生地表裂縫。這種綜合影響會(huì)使邊緣地段土層拉裂，出現(xiàn)裂縫，土質(zhì)變松、結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)而影響不同地段上的林木、灌木或草的生長(zhǎng)。該區(qū)域?qū)儆谥囟绕茐?，面積為659．17 hm2，此區(qū)域內(nèi)有保護(hù)煤柱面積為27．32 hm2，因此該區(qū)域重度破壞面積為631．85 hm2。

2．5．3 地表移動(dòng)盆地Ⅲ區(qū)。該區(qū)域介于地表移動(dòng)盆地最大下沉邊界之間。在理論上該區(qū)域只會(huì)發(fā)生均勻下沉，不會(huì)產(chǎn)生地面變形，不會(huì)造成區(qū)域內(nèi)的建筑物損害，但在實(shí)際中還是會(huì)對(duì)土地造成破壞，但程度較輕。分析計(jì)算結(jié)果顯示，煤礦A煤層開采時(shí)，這一區(qū)域的面積為216．58 hm2，此區(qū)域內(nèi)有保護(hù)煤柱面積為13．39 hm2，因此此區(qū)域輕度破壞面積為203．19 hm2。

2．5．4 地表塌陷裂縫預(yù)測(cè)。地表塌陷裂縫主要出現(xiàn)在地表移動(dòng)盆地Ⅱ區(qū)。

設(shè)塌陷裂縫寬度（a，m），則地表塌陷裂縫的可見深度W可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算［5］:

設(shè)塌陷裂縫的間距為C，每公頃的裂縫條數(shù)為n，則每公頃面積塌陷裂縫的長(zhǎng)度U可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算［5］:

不同塌陷破壞程度的C和n值見表3。

表3 每公頃塌陷地裂縫參數(shù)

3 采煤沉陷對(duì)土地的影響范圍及所造成的破壞程度

根據(jù)采煤沉陷影響程度預(yù)測(cè)分析，沉陷對(duì)礦區(qū)土地的破壞程度為輕度和重度。煤礦A礦區(qū)土破壞程度預(yù)測(cè)結(jié)果見表4。

表4 煤礦A礦區(qū)土地破壞程度預(yù)測(cè)結(jié)果

由表4可知，煤礦A礦區(qū)受井下采煤影響的土地面積約為 964．5 hm2，其中受輕度破壞土地為 336．9 hm2，占總影響面積34．93%;受重度破壞程度土地為627．6 hm2，占總影響面積65．07%。受輕度破壞土地中，旱地98．49 hm2，果園4．7 hm2，有林地 18．53 hm2，灌木林地 5．9 hm2，草地 206．31 hm2，農(nóng)村道路2．97 hm2。受重度破壞土地中，旱地344．38 hm2，有林地26．01 hm2，草地252．06 hm2，農(nóng)村宅基地 2．3 hm2，農(nóng)村道路 2．85 hm2。

4 結(jié)論

該研究分析了下沉、平移、傾斜、曲率以及拉伸、壓縮等水平變形對(duì)采煤沉陷范圍內(nèi)土地破壞的影響。煤礦A煤層開采時(shí)，地表移動(dòng)盆地Ⅰ區(qū)的寬度在90．9 m左右，該區(qū)域變形小，不會(huì)使區(qū)域內(nèi)的建筑物發(fā)生損害，此區(qū)域土地屬于輕度破壞。地表移動(dòng)盆地Ⅱ區(qū)的寬度在488．72 m左右，危險(xiǎn)移動(dòng)邊界線和最大下沉線之間會(huì)形成地表附加傾角，產(chǎn)生地表裂縫，此區(qū)域土地屬于重度破壞。地表移動(dòng)盆地Ⅲ區(qū)介于地表移動(dòng)盆地最大下沉邊界之間。在理論上該區(qū)域只會(huì)發(fā)生均勻下沉，不會(huì)產(chǎn)生地面變形，不會(huì)造成區(qū)域內(nèi)的建筑物損害，但在實(shí)際中還是會(huì)對(duì)土地造成破壞，但程度較輕。

根據(jù)采煤沉陷對(duì)土地的影響范圍及所造成的破壞程度預(yù)測(cè)，煤礦A受井下采煤影響的土地面積約為964．5 hm2，其中受輕度破壞土地為336．9 hm2，占總影響面積的34．93%，受重度破壞程度土地為627．6 hm2，占總影響面積的65．07%。

［1］關(guān)于組織土地復(fù)墾方案編報(bào)和審查有關(guān)問(wèn)題的通知（國(guó)土資發(fā)［2007］81號(hào)文）［Z］．2007－04－12．

［2］關(guān)于加強(qiáng)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土地復(fù)墾管理工作的通知（國(guó)土資發(fā)［2006］225號(hào)文）［Z］．2006．

［3］中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)土地管理切實(shí)保護(hù)耕地的通知［Z］．1999－04．

［4］張俊芳．煤礦開采地表擬破壞土地面積預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（29）:10361 －10363．

［5］國(guó)家煤炭工業(yè)局．建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程［M］．北京:煤炭工業(yè)出版社，2000．

［6］張榮立．采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）［M］．北京:煤炭工業(yè)出版社，2003．