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兖州矿区采煤塌陷地状况与综合治理研究

兖州矿区采煤塌陷地状况与综合治理研究

摘要：

通过对兖州矿区采煤塌陷地状况进行现状分析和趋势预测，结果表明，至2000年底，已累计塌陷土地5389.40hm2；预计到2世纪中叶，兖州、济东2个煤田最终将形成两个塌陷中心，面积达4.4×10hhm2。

这不仅使大面积农田被毁，造成生态失衡，而且给当地工农业生产以及社会和生态环境等方面带来一系列严重问题:

应该彻底进行采煤塌陷地的综合治理。

据此，根据矿区工农业持续协调发展的需要，从宏观和微观的角度，全方位提出了采煤塌陷地的综合治理途径。

关键词：

兖州矿区；塌陷；现状和趋势；决策支持系统；治理途径

Reclaimed-yearsstatusandcomprehensivemanagementresearchinyanzhoucity

ZHANGYan-qun

（linyiuniversityresourcesenvironmentinstitute0901classlevelenvironmentalengineering,linyi200907130105）

Abstract:

throughanalyzingthereclaimed-yearsstatusofcurrentsituationanalysisandforecastthetrend,andtheresultsshowthat,bytheendof2000,alreadyaccumulativetotalcollapsinglandhm25389.40;Expectedto2centuriesmiddleperiod,east2,jinanyanzhoucoalwilleventuallyformtwosubsidencecenter,theareaof4.4x10hhm2.Thisnotonlymakelargeareafarmlandweredestroyed,causetheecologicalunbalance,andtolocalindustrialandagriculturalproductionandsocialandecologicalenvironmentsoastobringaseriesofseriousproblem:

shouldathoroughtestTaXianDecomprehensivecontrolofcoal.Accordingly,accordingtoindustryandagriculture,miningareasustainedandbalanceddevelopmentofneed,fromthemacroscopicandmicroscopicperspectives,all-roundputforwardTaXianDecoalofcomprehensiveway.

Keywords:

yanzhouminingarea;Collapse;Thecurrentsituationanddevelopmenttrendof;Decisionsupportsystem;Treatmentways

据调查，每采1×104t原煤平均要塌陷土地0.3hm2，根据1952～1999年煤炭产量累计约250×108t计算[1]，全国解放以来至1999年已采煤塌陷土地75×104hm2。

而且绝大部分塌陷土地是优良的耕地，尤其是东部矿区，包括山东省兖州、济宁、枣庄、滕州、临沂、肥城，江苏省徐州，安徽省淮南、淮北、宿州等地市，全区已有采煤塌陷地4.87×104[2]。

随着煤炭需求量的不断加大，各煤炭企业破坏土地面积将越来越大。

人口多、耕地少是我国的基本国情。

因此，对采煤塌陷地采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的综合治理活动，具有十分重要的意义。

兖州矿区地处鲁西南平原的“孔孟之乡”，是20世纪70年代中期国家为发展能源工业而重点建设的八大能源基地之一，拥有兖州、济东两大煤田，井田总面积547km2，总地质储量近40×108t，可采储量25.5×108t。

现有.对生产矿井，分别是南屯、唐村、北宿、兴隆庄、鲍店、杨村、东滩等煤矿，在建矿井2对，分别是济二、济三煤矿，已形成一座年产量超过3000×104t的煤炭生产和全国最大的煤炭出口基地，年出口煤炭超过100×104t。

本文对兖州矿区采煤塌陷地状况与综合治理途径进行了典型研究，在分析其采煤塌陷地现状、趋势及其带来危害的基础上，提出了采煤塌陷地的综合治理途径。

1地面塌陷的发生、发展变化规律[3～6]

当井下开采面积足够大时,将引起上覆岩层移动、破坏。

当面积达到一定值时,这种破坏将达到地表,对地表和地表建筑物产生影响。

1.1　地下大面积采空后岩土内部的破坏机制

地下矿层大面积采空后,矿层上部失去了支撑,平衡条件被破坏,采空区上方岩体随之将产生变形、崩塌。

采空区上方的岩体变形总的过程是自下而上逐渐发展的漏斗状沉落,其变形可分为3个带。

见图1。

冒落带（崩落带）:

在自重及上

覆岩层作用下,发生变形、破碎、坍塌,至采空区的那部分顶板岩层叫冒落带。

冒落带的高度一般为采空厚度的2～5倍。

裂隙带（裂缝带）:

当冒落带上部的岩层在重力作用下产生的弯曲变形超过抗弯强度时,因离层和断裂而产生的楔形连通裂隙带,叫裂隙带。

裂隙带的高度约为采空厚度的18～24倍。

变形带（弯曲带）:

在重力作用下,裂隙带上方只产生弯曲沉落变形的那部分岩层叫弯曲变形带。

此带内的岩层变形较轻,裂隙密闭,不连通,导水性弱。

它的直接作用是使地面形成移动盆地。

1.2　地下大面积采空后的地表变形规律

大面积采空后将引起地表发生下沉变形,地表变形开始阶段为凹形,随着采空区的不断扩大,凹地不断发展而成凹陷盆地,此盆地又称移动盆地,一般来说:

塌陷区的面积比采空区的面积大。

其位置和形状与矿层的倾角大小有关,矿层倾角平缓时,盆地位于采空区的正上方,形状对称于采空区.矿层倾角较大时盆地在沿矿层走向仍对称于采空区,而沿矿层倾斜方向偏移。

根据地表变形特点,可分为均匀下沉区,移动区和轻微变形区。

根据前人的研究成果和搜集到的资料,以及实地调查结果证实:

境内采煤区内,由采煤引起的地面移动和变形在这里是连续的、渐变的,具有一定的规律性。

塌陷前一般首先出现地裂缝,然后地面下沉,随着塌陷深度的增加,塌陷面积不断扩大,地裂缝也逐渐向外发展,地面塌陷的展布方向与采煤坑道的展布是一致的。

但在有较大的地质构造破碎带和煤田边界处,地表的移动和变形在时空上表现为不连续,没有严格的规律可寻,地表也可能出现较大的裂缝和不规律的塌陷坑分布,如杨庄、田庄煤矿塌陷区等。

陷的深度约为煤层开采厚度的60%～80%,塌陷波及的地表面积随煤层的埋深、开采厚度及煤层倾角的不同而不同,埋深越大、开采厚度越大,塌陷波及的地表面积也越大;煤层的倾角越大,塌陷波及的地表面积则越小。

2采煤塌陷地现状分析

2.1煤炭资源开采以后，采空区上覆岩层的原始应力平衡状态受到破坏，依次发生冒落、断裂、弯曲等移动变形，最终涉及地表:

形成一个比采空区面积大得多的近似椭圆形的下沉盆地[7]:

称之为采煤塌陷地。

兖州矿区自第一对矿井南屯煤矿投产以来，随着其他矿井的陆续建成和投产，至2000年底，已累计采出原煤26219.22×104t，塌陷土地5389.40hm2（图1（图中1～12表示1989～2000年兖州矿区历年原煤产量和土地塌陷状况））。

可见，塌陷土地面积随原煤产量的变化而变化，总体趋势是不断增加。

万吨塌陷率是指每采1×104t原煤平均所要塌陷土地的面积。

从理论上讲，各年份的万吨塌陷率应该相对稳定，但图1所示的万吨塌陷率随年份变化差异较大，这是由于开采煤层厚度、地表塌陷滞后以及塌陷补偿和塌陷征地情况复杂所致。

为能更好地反映兖州矿区采煤塌陷地的万吨塌陷率状况，以历年累计原煤产量和土地塌陷面积进行计算，得兖州矿区综合万吨塌陷率为0.206hm2／104t。

图1兖州矿区历年原煤产量和土地塌陷状况（a）

图1兖州矿区历年原煤产量和土地塌陷状况（b）

图1兖州矿区历年原煤产量和土地塌陷状况（c）

2.2　地面塌陷的程度

笔者等人在对兖州煤田采空塌陷区的调查过程中,根据本区地面塌陷的沉降幅度及危害程度,初步拟定划分为轻度塌陷区、中度塌陷区和重度塌陷区（塌陷积水区）三个等级:

2.2.1轻度塌陷区。

该区地形地貌无明显的变化或均匀下沉,基本不影响农民对土地的耕种,在地裂缝发育的地段有漏水现象,可能会增加农民的种植成本,但一般不造成农作物的减产,对地面建筑物的破坏程度轻微,在塌陷区的边部,

有地裂缝或建筑物裂缝的存在。

如杨庄、杨村、田庄煤矿等以开采薄层煤为主发生的地面塌陷就属此类

2.2.2中度塌陷区。

该类塌陷区地形有明显的变化,地形呈起伏不平或呈斜坡状,常年不积水,少部分季节性积水或为荒草地。

在兴隆庄煤矿、鲍店煤矿及东滩煤矿等塌陷积水区周围及杨村煤矿和杨庄煤矿的部分区段属该类型中度塌陷区进行改造后大部分即可进行耕种,少部分可开挖建塘进行水产养殖。

但其中能耕种的土地往往造成不同程度的农作物减产,且增加耕种及灌溉成本,使农民收入减少。

中度塌陷区的地面塌陷将破坏地面建筑物和其他地表基础设施等,其中涉及的大部分村庄等需要般迁。

2.2.3重度塌陷区（塌陷积水区）。

该区地形地貌变化明显,大部分常年积水,少部分为季节性积水的荒草地或芦苇荡。

对于常年积水的塌陷区农民,只能用于水产养殖。

境内主要有兴隆庄煤矿、鲍店煤矿及东滩煤矿造成的大面积塌陷积水

区及杨村煤矿塌陷区的局部地段即为该类型

3采煤塌陷地趋势预测

目前的采煤塌陷地状况，仅是兖州矿区采煤塌陷的开始，随着兖州矿区在建矿井陆续达产，原煤产量将不断增加，土地塌陷速度还将大大加快。

兖州矿区在建矿井济二、济三煤矿至2005年将达产，现有生产矿井南屯、北宿和杨村等3个煤矿产量在5年后将略有下降，其中北宿和杨村2个煤矿属于薄煤层矿井，而唐村矿由于可采煤炭资源枯竭将被关闭，这样，兖州矿区制定的近期及远景原煤目标产量规划如表2所示。

根据兖州矿区综合万吨塌陷率和产量规划进行塌陷地预测，结果如表2。

表2兖州矿区近期及远景原煤目标产量规划和塌陷地预测

YanzhoucoalminingareaandthevisionoftherecenttargetproductionplanningandTaXianDeprediction

年份

产量（104t）

塌陷地面积

南屯

北宿

兴隆庄

鲍店

杨村

东滩

济二矿

济三矿

合计

（hm2）

2005

350

70

600

500

100

600

600

700

3520

725.12

2010

300

60

600

500

85

600

600

700

3445

709.67

1015

300

60

600

500

85

600

600

700

3445

709.67

1020

240

60

600

500

85

600

600

700

3385

697.31

由表2可见，兖州矿区至2005年原煤产量将达峰值，此后15年将基本保持峰值水平，原煤产量峰值也是土地塌陷峰值，即每年采煤塌陷土地面积在700hm2左右。

据对现有资料的兖州、济东2个煤田的测算，到21世纪中叶，2个煤田因采煤塌陷最终将形成两个塌陷中心（如图1所示），面积达4.4×104hm2：

（1）兖州煤田，将会形成以鲍店为中心，北起兖州市区，东至东滩，南到邹城市的唐村，形成3.2×104hm2的塌陷区，其中，深度大于5的将达到4300hm2，塌陷最深处达9m;济东煤田，将在济宁市区东南，南阳湖以北，泗水河以西，形成1.2×104hm2的塌陷区，并与南阳湖连成一片，大部分塌陷地段深度低于现在的湖底。

4采煤塌陷地的主要问题

兖州矿区地表土地塌陷，不仅使大面积农田被毁，造成生态失衡，而且给当地工农业生产以及社会和生态环境等方面带来一系列严重问题。

4.1改变了地表原有的地形地貌

塌陷使兖州矿区采区地表形成相对独立的沉陷盆地地貌单元，因相邻采区边界为断层煤柱，地表下沉量较小而形成相应的地形隆起，地形坡度为0.5～4.0°。

一般地形2°以下为平原，2～6°为丘陵，所以，形成的塌陷区可视为特殊的“低丘陵”地貌，但它与一般丘陵地貌不同的是低于周围地平，而不是高于周围地平。

由于采区塌陷呈盆地状，最大下沉量一般为6～8m，而该地区的地表潜水位一般为3～5m，所以，开采后深塌陷区地表一般常年积水，浅塌陷区则随着年度和季节性变化，发生不同程度的积水。

4.2地表水土流失加重，耕地土壤质量下降

在沉陷盆地形成的过程中，对耕地的影响主要是产生坡地、积水、凹凸不平、裂缝等。

在开采沉陷和雨水、风力等因素的综合作用下，使得耕地土壤产生破坏、推移、沉积等土壤侵蚀现象，加速地表水土流失，导致耕地土壤退化、质量下降。

据对兖州矿区兴隆庄煤矿沉陷耕地的不同下沉位置、不同土层土壤的物理、化学特性进行监测和分析，研究表明[8～9]：

开采沉陷加速耕地土壤的侵蚀和水土流失，从而显著影响耕地土壤的物理、化学特性，沉陷耕地上中坡表层土壤有砂质化的趋势，而下坡和坡底则积聚了上中坡侵蚀下移的有机质和养分含量高的土壤细颗粒物质，并且坡底土壤有盐渍化的趋势。

4.3大面积农田绝产，给当地农业生产造成巨大损失

矿区地表土地不断塌陷，耕地锐减，导致矿区农业生产下降，农民的农业收入越来越少。

塌陷盆地积水使土地绝产，而盆地周围的坡地发生水土流失，导致农作物不同程度减产。

由表3所示的兖州矿区采煤塌陷地土地形态结构表可见已塌陷的5389.40hm2采煤塌陷地中，常年和季节性积水的塌陷地为3403.94hm2，占全部塌陷土地的63.16％。

据测算，由此减收的粮食和经济作物折价每年达9.23×107元，再加上浅层塌陷造成减产的经济损失，每年损失超过1×108元，而且这一数字正在逐年增加。

表3兖州矿区2000年采煤塌陷地土地形态结构表

Table3yanzhoucoalminingareain2000TaXianDelandformstructuresheet

塌陷地形态

常年积水地

季节性积水地

河沟

低洼地

道路宅基地

合计

面积（hm2）

1991.92

1412.02

291.6

980.33

713.56

5389.4

结构（％）

36.96

26.2

5.41

18.19

13.24

100

4.4塌陷土地沼泽一片，严重破坏矿区生态环境

矿区土地塌陷后，使地表大面积移动、变形和积水，形成深浅不等、大小不一的各自封闭的塌陷湖面，使采矿前的陆地生态环境退变为采矿后的水生生态环境[10]，从而严重破坏矿区自然景观[11]。

兖州矿区由于连年采煤塌陷，造成水利设施破坏，桥、涵、闸断裂，河床下沉，严重破坏矿区地表排灌系统，积水排不出去，茅苇丛生，这不仅造成矿区耕地资源的浪费，而且严重破坏矿区生态环境。

从表3可知，兖州矿区已塌陷的土地中以水生生态环境为主的常年积水地和季节性积水地以及河沟地的塌陷面积占总塌陷面积的比例高达68.57％。

4.5农民失去赖以生存的土地，社会不安定因素增加

兖州矿区属人口密集区，农村人多地少，矛盾突出，采煤塌陷则加剧这一矛盾。

仅兴隆庄煤矿目前就因采煤塌陷造成5个村庄6000余农民失去可耕土地。

到21世纪中叶，2个煤田最终塌陷形成时，将有超过5×105人失去土地，形成数量庞大的失业大军。

这将给兖州矿区带来更深层次的社会问题，形成社会不安定因素，给矿区社会治安带来不利影响。

4.6采区地表建筑物破坏严重，村庄搬迁困难重重

矿区村庄下采煤引起地表破坏，不仅使村庄下沉，而且造成房屋裂缝和倾斜，道路及各种线路、管道等公用设施遭受破坏，从而影响村庄居民的居住安全和生活不便，村庄必须进行搬迁。

据调查，兖州矿区共有压煤村庄287个，大小建筑物400多处，压煤量9.6×108t,占可采储量的37.65％。

因此，压煤村庄搬迁任务相当艰巨。

仅兴隆庄、鲍店、南屯3对矿井，因采煤塌陷就已造成2个乡镇机关、6所学校、24个大小工厂、22个村庄和1个良种试验场被迫搬迁。

而且村庄搬迁越来越难，一是搬迁费用高，煤矿难以承受。

搬迁征地总费用由1983年的1.11×104元／户上涨至目前的12.6×104元／户，超出了企业的承受能力；二是村庄新址难选，搬迁距离远。

由于井田范围大，为避免村庄就近搬迁导致二次压煤搬迁的现象，多数村庄需搬迁到井田以外，搬迁距离近者4～5km，远者10km以上，给农民的生产、生活带来不便，农民有抵触情绪，加大了工作难度。

5采煤塌陷地的综合治理途径

煤炭是工业的粮食，土地是财富之母，可以说二者对国民经济的发展同等重要，关键是如何处理好煤炭开采后土地塌陷和环境污染的治理问题，这是关系到一个国家、民族经济发展和人类生存的根本性问题[12]。

保护矿山环境和生态安全是实现我国矿产资源可持续发展战略的重要保证[13]。

因此，必须本着有利于兖州矿区工农业的可持续协调发展，即既能保证煤炭生产的正常进行，又能处理好土地塌陷后的治理问题；把宏观和微观结合起来，全方位考虑采煤塌陷地的综合治理途径。

5.1制订统一的科学规划，实施因地制宜的治理方案

首先，必须制订统一的科学规划，处理好近期规划与长远规划、局部治理与总体布局的关系。

比如，可利用泗水河解决兖州、邹城境内大面积土地塌陷的积水排放问题；靠近南阳湖的塌陷区可用湖泥充填复垦成良田。

其次，必须制订因地制宜的治理方案。

地面塌陷较浅的塌陷区，采用疏排法建立排水系统，降低潜水位，使土地重新得到利用；地面塌陷较深的塌陷区，采用挖深填浅法，将塌陷深的区域再挖深，取出的土方充填塌陷浅的区域，治理成耕地和鱼塘；大面积常年积水塌陷区，可以采取网箱养鱼和发展养鸭、养鹅等直接利用；对有充填材料的塌陷区，可利用煤矸石、粉煤灰、河湖泥和城市垃圾充填复垦成农田和迁村用地。

5.2将塌陷地治理与压煤村庄搬迁结合起来

采煤塌陷地的综合治理和建筑物下采煤压煤村庄搬迁结合，将老村址附近的采煤塌陷地用矿井排放的煤矸石回填夯实，作为村庄搬迁新址，做到就近搬迁，避免搬到井田以外，搬迁距离远给农民带来的不便。

据1999年的矿井环境评价报告，兖州矿区矸石主要由砂岩、炭质页岩等组成，主要成分为SiO2，约占59％；其次为Al2O3，约占18％；含硫量很少，只占0.83％；放射性及有害痕量元素均不超标。

因此，兖州矿区矿井矸石是理想的塌陷地充填复垦材料。

5.3实行“赔偿加复垦”的土地使用制度

对煤矿在生产过程中破坏的但能够复垦的新塌陷地，企业可不征地，而是采取“赔偿加复垦”的土地使用制度[14]，根据占用年限（从破坏开始到复垦好为止）由企业逐年付给赔偿费，单位土地的年赔偿标准是：

绝产地为相邻同类型土地的年净收益，非绝产地为相邻同类型土地的年净收益减去破坏土地本身的实际净收益。

另外，企业在支付赔偿费的同时负责复垦，支付土地复垦费，单位土地的复垦费标准按复垦工程量进行计算。

土地复垦工程的实施，由土地塌陷地区的农民进行，这样一是使暂时失去土地的农民有事可做，二是农民自己复垦，能保证复垦土地的质量，便于土地交接。

5.4多方筹集塌陷治理资金和成立综合治理领导机构

兖州矿区塌陷地治理费用超过6×104元／hm2，按现有塌陷面积计算需3.2×108元，再加上将要塌陷土地的治理，数额更大，必须多渠道筹集治理资金。

一是企业缴纳的土地复垦费、征用土地的造地费等应全部用于塌陷地的复垦治理；二是国家收取的土地使用权出让金以及黄淮海开发资金应投入一定的比例；三是调动集体和农民的积极性，将征地的土地补偿费集中起来，用于本区域塌陷地治理；四是鼓励社会企事业单位和个人投资，实行谁复垦谁受益的原则。

此外，在矿区可由政府和企业共同成立采煤塌陷地综合治理领导机构，负责塌陷地复垦治理的全面工作，从而实现复垦认识的统一和组织领导上的集中，便于复垦工作系统进行。

参考文献；

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