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[摘要]平顶山矿区经过长期的开采，形成了大而积的采煤塌陷地。在采空塌陷区土地利用工程设计中，不仅要采取切实有效的治理方法、措施，进行合理的规划，还要因地制宜，综合利用，保护环境。
[关键词]采空塌陷区；土地利用；合理规划
1. 采空塌陷区现状
随着煤炭工业的发展，建矿50多年来，平顶山矿区在为国家提供了大量优质能源和原材料的同时，也形成了大面积的采煤塌陷地，导致了土地生态系统的恶化。平顶山矿区目前采空区地面塌陷面积为185.4Km2(表1)，开采沉陷影响土地总面积260909亩；地表沉陷深度一般2～6m左右，最大沉降深度可达10m，万吨沉陷率2.46～5.66亩/万t，平均万t沉陷率为3.06亩/万t，采煤沉陷影响村庄121个，厂矿、企业、单位、学校、村庄公共设施等118个，造成建筑物强烈变形破坏的村庄70个，异(就)地拆建、抗变形村庄、单位等42个。共计受灾人数96951人；耕地232800亩，房屋195480，厂矿、企业、单位、学校等建筑面积(己变形)60.59万时，目前己补偿损失用25 843.8万元。
据调查，平顶山市区因煤炭的开采造成的塌陷区东西绵延约30Km，南北宽约8Km，采煤塌陷土地的地貌多呈碟形洼地或槽形洼地，塌陷深度从边缘向中心部逐渐加深，最深处般为采出煤层厚度的60～70％。目前，平顶山市区采煤塌陷土地总面积约67.877Km2。其中稳定塌陷土地约12Km2。平均塌陷深度2～4m，积水面积约4.28 Km2。其中积水深度1～3m占积水面积的80%，共涉及平顶山市卫东区、新华区的3个乡镇41个行政村近万户农户，塌陷破坏耕地36.667Km2。一半的耕地都会大幅度减产或绝产。塌陷还造成农村居民住房变形或倒塌需搬迁21个村组近2000户村民。塌陷地分布情况见表2。
2. 破坏特点
煤矿开采造成的采空塌陷，会对土地产生很大的破坏。通过对平顶山矿区采空塌陷区的实地调查研究和查阅相关资料，其开采塌陷对土地的破坏具有以下特点：
(1)塌陷累计深度大，易积水，对土地破坏严重。由于本区为多煤层开采，累积采厚大，一般为12～15m。地下煤层开采结束后，地表最大塌陷深度在10m左右，地表容易出现大面积的深积水区，积水区最大水深在6～8m。
(2)开采塌陷影响时间长。由于本区为多煤层开采，因而开采时间长，一般一个采区要在10～20年才能结束开采，由此造成开采塌陷对土地的影响时间长，一般也要经历10～20年塌陷影响过程。
(3)开采塌陷造成的缓坡地容易发生季节性积水，易使土地盐渍化。由于本地区雨量多集中于7至9 月，因而塌陷区域极易发生季节性积水，造成塌陷缓坡地水土流失，农田减产或绝产，并使土地逐渐盐碱化。
(4)已稳沉的塌陷区少，非稳沉塌陷区多。由于本区煤层埋藏深度大，同时又为多煤层开采，因而开采塌陷影响范围大，同时塌陷影响时间较长。
3. 塌陷区工程设计注意事项
3.1 土地利用规划方面。在土地利用上首先要考虑塌陷区塌陷规模、塌陷程度等地质地貌特点对土地使用的影响，同时再考虑经过治理后土地的使用特性，最后结合土地的地域特性确定土地的规划用地性质和范围，并根据对塌陷土地的勘测和计算来确定地块的规划用地参数。除此之外换要考虑以下几方面：
(1)地块划分。按地形条件和塌陷治理程度确定土地利用方式。
(2)地块布置。充分考虑土方平整量及道路格局等的合理布置。
(3)地块高程。地块高程设计，满足排灌和尽量挖填平横。
(4)地面坡度。结合地形条件和用地类型，设计地面坡度尽量接近原地面坡度。
(5)土地平整。其原则是填挖均衡，各地块在满足设计前提下分别采取不同标高。
(6)填客土。土地平整后若需要进行填客土，填客土设计厚度要求根据具体情况而定。利用时考虑客土养分含量和质地适于那些用地，结合其适应性对用地进行规划。
3.2 农业灌溉设计方面。水资源计算，根据矿区的治理利用区域和范围，估算出用水量，确定水源位置。水源的选取可以考虑天然降水、河道提水、深层地下水和潜层地下水等多种水源。对于水源的选择要根据不同的情况从经济、环境、可行性等多方面综合考虑决定。
3.3 道路管线设计方面。主要道路选线要充分考虑地下状况，低级别道路以铺装道路为主，宜用干砂等进行铺装，减少水泥砂浆等的粘接。管道宜采用柔性管道或柔性连接的管道，如：PVC管道等，选线避开和断带垂直交叉等。
3.4 建筑设计方面。平面布置、基础结构、主体结构设计均要考虑地面沉降变形对建筑物的影响。
目前，对于采空区内建筑物结构的保护通用的一种治理方法是采用抗变形结构措施，具体如下：
3.4.1 平面布置措施
(1)为了在塌陷区正确布置居民区和厂矿企业，必须在地表塌陷已稳定的区域或塌陷变形值在一定范围内的区域的地区修筑建筑物。
(2)城市街坊和街道网以及住宅区的规划，应尽可能使各种建筑物的主轴的走向与煤层开采方向一致，或以较小的夹角与其斜交。
(3)各种建筑物的平面形状应力求简单，体量不宜大，并易于分割成矩形单体。
3.4.2 建筑结构措施。地基采用承载能力计算应考虑变形计算确定地基尺寸，但不宜过大避免不均匀沉降，基础埋深宜小些。基础低面一般设置在同一标高上，并在建筑物所有单体下设置地下室、并在基础及地下室部位宜设置滑动层。
(1)单独基础之间设置基础联系梁。当煤层回采方向与房屋的纵轴线成夹角时，应沿基础对角線方向增加基础联系梁、并同时设置钢筋混凝土基础圈梁和勒脚圈梁。在建筑物地下室的围护结构中设置拉筋、网片等。
(2)建筑物及其基础与地下室部分，可根据结构特点和建筑物用途，有针对性地依照地表水平变形条件进行刚性、半刚性或柔性原则设计。上部结构和地面维修措施多采用设置变形缝、钢筋混凝土圈粱、钢拉杆、锚固板和变形补偿沟等措施。
(3)钢筋混凝土圈粱：设置钢筋混凝土圈梁是提高建筑物抵抗地表形变、抵抗裂缝的有效措施，可根具情况予以加强。
(4)堵砌门窗洞：当地表下沉建筑物受到地表水平压缩变形和负方向变形影响时，可用堵砌门窗洞的办法提高墙壁抵抗能力。该措施一般用于加固仓库等建筑物。
(5)变形补偿沟：即在建筑物周围的地表按相关规定挖掘有一定深度的槽沟。
3.4.3 其他方法
(1)回填法。回填法是现在常用的治理公路、建筑物地基浅层等治理措施，它一般是对路基下或地基下的浅层或挖方地段的采空区先进行开挖清理后，然后采用干砌或浆砌方式回填防止上覆层下落造成塌陷，以保证路基、地基、等的长期安全和稳定。
(2)砌筑法。砌筑法又分为浆砌和干砌法，也是一种现行常用的治理办法，是在采矿后形成的空洞内，用片石人工回填砌筑，使砌体与洞顶板紧密接触，使堆砌物起到支撑作用，从而保证采空区上方覆岩的稳定性。浆砌法主要用于治理重要建筑物或公路地基较重要部位的采空塌陷区。干砌法主要适用于矿层开采后未完全塌落、空间条件较好的采空区，用于地域条件好、区域不大、区位价值高或者已建设区域的加固。
总之，采空塌陷区土地利用工程设计中，不仅要对塌陷区进行科学的分析，因地制宜地采取切实有效的治理方法、措施，以可持续发展的观点进行合理的规划，还要结合当地的社会经济环境，使得各行政部门要和其他各有关部门密切协作，认真贯彻执行党中央的有关指示精神，加大对企业在塌陷区治理的监督力度，对各采煤单位的实施方案严格审查，规范审批程序，同时做好监督检查，制定相应政策鼓励企业和个人对塌陷区的治理投入，本着“谁投资，谁治理，谁受益”的原则，引入市场机制，充分调动土地治理利用的社会力量，增加社会各力量对塌陷区治理的投入，发挥土地潜力，还要搞好生态的重建，恢复土地功能，改善生态环境，确保治理利用、环境保护与发展相协调，在最大限度地发挥塌陷区土地的综合有效利用的同时还矿区一个“美丽的家”。
[关键词]采空塌陷区；土地利用；合理规划
1. 采空塌陷区现状
随着煤炭工业的发展，建矿50多年来，平顶山矿区在为国家提供了大量优质能源和原材料的同时，也形成了大面积的采煤塌陷地，导致了土地生态系统的恶化。平顶山矿区目前采空区地面塌陷面积为185.4Km2(表1)，开采沉陷影响土地总面积260909亩；地表沉陷深度一般2～6m左右，最大沉降深度可达10m，万吨沉陷率2.46～5.66亩/万t，平均万t沉陷率为3.06亩/万t，采煤沉陷影响村庄121个，厂矿、企业、单位、学校、村庄公共设施等118个，造成建筑物强烈变形破坏的村庄70个，异(就)地拆建、抗变形村庄、单位等42个。共计受灾人数96951人；耕地232800亩，房屋195480，厂矿、企业、单位、学校等建筑面积(己变形)60.59万时，目前己补偿损失用25 843.8万元。
据调查，平顶山市区因煤炭的开采造成的塌陷区东西绵延约30Km，南北宽约8Km，采煤塌陷土地的地貌多呈碟形洼地或槽形洼地，塌陷深度从边缘向中心部逐渐加深，最深处般为采出煤层厚度的60～70％。目前，平顶山市区采煤塌陷土地总面积约67.877Km2。其中稳定塌陷土地约12Km2。平均塌陷深度2～4m，积水面积约4.28 Km2。其中积水深度1～3m占积水面积的80%，共涉及平顶山市卫东区、新华区的3个乡镇41个行政村近万户农户，塌陷破坏耕地36.667Km2。一半的耕地都会大幅度减产或绝产。塌陷还造成农村居民住房变形或倒塌需搬迁21个村组近2000户村民。塌陷地分布情况见表2。
2. 破坏特点
煤矿开采造成的采空塌陷，会对土地产生很大的破坏。通过对平顶山矿区采空塌陷区的实地调查研究和查阅相关资料，其开采塌陷对土地的破坏具有以下特点：
(1)塌陷累计深度大，易积水，对土地破坏严重。由于本区为多煤层开采，累积采厚大，一般为12～15m。地下煤层开采结束后，地表最大塌陷深度在10m左右，地表容易出现大面积的深积水区，积水区最大水深在6～8m。
(2)开采塌陷影响时间长。由于本区为多煤层开采，因而开采时间长，一般一个采区要在10～20年才能结束开采，由此造成开采塌陷对土地的影响时间长，一般也要经历10～20年塌陷影响过程。
(3)开采塌陷造成的缓坡地容易发生季节性积水，易使土地盐渍化。由于本地区雨量多集中于7至9 月，因而塌陷区域极易发生季节性积水，造成塌陷缓坡地水土流失，农田减产或绝产，并使土地逐渐盐碱化。
(4)已稳沉的塌陷区少，非稳沉塌陷区多。由于本区煤层埋藏深度大，同时又为多煤层开采，因而开采塌陷影响范围大，同时塌陷影响时间较长。
3. 塌陷区工程设计注意事项
3.1 土地利用规划方面。在土地利用上首先要考虑塌陷区塌陷规模、塌陷程度等地质地貌特点对土地使用的影响，同时再考虑经过治理后土地的使用特性，最后结合土地的地域特性确定土地的规划用地性质和范围，并根据对塌陷土地的勘测和计算来确定地块的规划用地参数。除此之外换要考虑以下几方面：
(1)地块划分。按地形条件和塌陷治理程度确定土地利用方式。
(2)地块布置。充分考虑土方平整量及道路格局等的合理布置。
(3)地块高程。地块高程设计，满足排灌和尽量挖填平横。
(4)地面坡度。结合地形条件和用地类型，设计地面坡度尽量接近原地面坡度。
(5)土地平整。其原则是填挖均衡，各地块在满足设计前提下分别采取不同标高。
(6)填客土。土地平整后若需要进行填客土，填客土设计厚度要求根据具体情况而定。利用时考虑客土养分含量和质地适于那些用地，结合其适应性对用地进行规划。
3.2 农业灌溉设计方面。水资源计算，根据矿区的治理利用区域和范围，估算出用水量，确定水源位置。水源的选取可以考虑天然降水、河道提水、深层地下水和潜层地下水等多种水源。对于水源的选择要根据不同的情况从经济、环境、可行性等多方面综合考虑决定。
3.3 道路管线设计方面。主要道路选线要充分考虑地下状况，低级别道路以铺装道路为主，宜用干砂等进行铺装，减少水泥砂浆等的粘接。管道宜采用柔性管道或柔性连接的管道，如：PVC管道等，选线避开和断带垂直交叉等。
3.4 建筑设计方面。平面布置、基础结构、主体结构设计均要考虑地面沉降变形对建筑物的影响。
目前，对于采空区内建筑物结构的保护通用的一种治理方法是采用抗变形结构措施，具体如下：
3.4.1 平面布置措施
(1)为了在塌陷区正确布置居民区和厂矿企业，必须在地表塌陷已稳定的区域或塌陷变形值在一定范围内的区域的地区修筑建筑物。
(2)城市街坊和街道网以及住宅区的规划，应尽可能使各种建筑物的主轴的走向与煤层开采方向一致，或以较小的夹角与其斜交。
(3)各种建筑物的平面形状应力求简单，体量不宜大，并易于分割成矩形单体。
3.4.2 建筑结构措施。地基采用承载能力计算应考虑变形计算确定地基尺寸，但不宜过大避免不均匀沉降，基础埋深宜小些。基础低面一般设置在同一标高上，并在建筑物所有单体下设置地下室、并在基础及地下室部位宜设置滑动层。
(1)单独基础之间设置基础联系梁。当煤层回采方向与房屋的纵轴线成夹角时，应沿基础对角線方向增加基础联系梁、并同时设置钢筋混凝土基础圈梁和勒脚圈梁。在建筑物地下室的围护结构中设置拉筋、网片等。
(2)建筑物及其基础与地下室部分，可根据结构特点和建筑物用途，有针对性地依照地表水平变形条件进行刚性、半刚性或柔性原则设计。上部结构和地面维修措施多采用设置变形缝、钢筋混凝土圈粱、钢拉杆、锚固板和变形补偿沟等措施。
(3)钢筋混凝土圈粱：设置钢筋混凝土圈梁是提高建筑物抵抗地表形变、抵抗裂缝的有效措施，可根具情况予以加强。
(4)堵砌门窗洞：当地表下沉建筑物受到地表水平压缩变形和负方向变形影响时，可用堵砌门窗洞的办法提高墙壁抵抗能力。该措施一般用于加固仓库等建筑物。
(5)变形补偿沟：即在建筑物周围的地表按相关规定挖掘有一定深度的槽沟。
3.4.3 其他方法
(1)回填法。回填法是现在常用的治理公路、建筑物地基浅层等治理措施，它一般是对路基下或地基下的浅层或挖方地段的采空区先进行开挖清理后，然后采用干砌或浆砌方式回填防止上覆层下落造成塌陷，以保证路基、地基、等的长期安全和稳定。
(2)砌筑法。砌筑法又分为浆砌和干砌法，也是一种现行常用的治理办法，是在采矿后形成的空洞内，用片石人工回填砌筑，使砌体与洞顶板紧密接触，使堆砌物起到支撑作用，从而保证采空区上方覆岩的稳定性。浆砌法主要用于治理重要建筑物或公路地基较重要部位的采空塌陷区。干砌法主要适用于矿层开采后未完全塌落、空间条件较好的采空区，用于地域条件好、区域不大、区位价值高或者已建设区域的加固。
总之，采空塌陷区土地利用工程设计中，不仅要对塌陷区进行科学的分析，因地制宜地采取切实有效的治理方法、措施，以可持续发展的观点进行合理的规划，还要结合当地的社会经济环境，使得各行政部门要和其他各有关部门密切协作，认真贯彻执行党中央的有关指示精神，加大对企业在塌陷区治理的监督力度，对各采煤单位的实施方案严格审查，规范审批程序，同时做好监督检查，制定相应政策鼓励企业和个人对塌陷区的治理投入，本着“谁投资，谁治理，谁受益”的原则，引入市场机制，充分调动土地治理利用的社会力量，增加社会各力量对塌陷区治理的投入，发挥土地潜力，还要搞好生态的重建，恢复土地功能，改善生态环境，确保治理利用、环境保护与发展相协调，在最大限度地发挥塌陷区土地的综合有效利用的同时还矿区一个“美丽的家”。