井工煤礦復墾項目土地損毀預測與制圖研究

楊 迪，張志功，吳 艷，楊永均

（1．外生成礦與礦山環境重慶市重點實驗室（重慶地質礦產研究院），重慶 400042；2．煤炭資源與安全開采國家重點實驗室重慶研究中心，重慶 400042；3．中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇 徐州 221116）

·技術經驗·

井工煤礦復墾項目土地損毀預測與制圖研究

楊 迪1，2，張志功1，2，吳 艷1，2，楊永均3

（1．外生成礦與礦山環境重慶市重點實驗室（重慶地質礦產研究院），重慶 400042；2．煤炭資源與安全開采國家重點實驗室重慶研究中心，重慶 400042；3．中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇 徐州 221116）

土地損毀預測與制圖是土地復墾項目的重點工作。通過分析井工煤礦開采沉陷特點，認為礦區土地損毀具有空間、時序和屬性三個特征?；贛APGIS設計了土地損毀預測流程，給出了時空運算規則和屬性輸出方法。提出了能表征土地損毀和復墾規劃信息的MAPGIS制圖方法。實踐表明，該方法能夠準確、高效地完成井工煤礦土地損毀預測和制圖任務。

礦區土地復墾；土地損毀預測；制圖；MAPGIS

礦山土地復墾和生態重建的規劃設計技術是我國土地復墾和生態重建學科發展的戰略任務之一［1］，我國土地復墾的潛力巨大，任務艱巨，據測算，2010—2020年，我國煤礦、金屬礦土地復墾潛力總計達到1 240 006．2萬m2［2］。2011年《土地復墾條例》和《土地復墾方案編制規程》（以下簡稱規程）發布并實施，進一步明確了土地復墾的責任和任務，詳細規定了土地復墾方案編制的程序、方法、內容和成果要求。在井工煤礦土地復墾方案編制過程中，土地損毀預測、復墾圖件制作工作量大、過程復雜，而目前沒有完善的煤礦區土地復墾輔助系統，如何準確地預計土地損毀和制作復墾圖件成為亟待解決的問題。

1 概述

對于井工煤礦土地損毀，規程中詳細列出了對于不同地類的下沉、水平變形等5種參考標準，據規程的規定，井工煤礦土地復墾方案報告書中必須按照土地損毀方法和分級參考標準進行土地損毀預測，明確項目區內已損毀和擬損毀土地的損毀類型、范圍、面積、損毀程度、損毀環節與時序。另外，還必須提交土地利用現狀圖、損毀預測圖、復墾規劃圖。土地損毀預測和制圖的過程就是：在開采沉陷預計的基礎上，利用參考標準去衡量煤礦區地表土地受開采沉陷的影響情況，并制成圖件。然而，目前的開采沉陷預計系統一般提供的空間信息是2維或者是2．5維的，即提供分開采階段的地表沉陷的等值線，難以考慮到地表單元的自然社會屬性和損毀情況［3］，因此，規程發布后，亟待在開采沉陷預計的基礎上，開發整合土地損毀預測技術，用以滿足土地復墾業務的需要。

2 井工煤礦土地損毀

井工煤礦對土地的破壞可以描述為，地表單元下有用礦物采出后，周圍的巖體原始應力平衡受到破壞，應力重新分布，使得地表和巖層產生連續的移動、變形和非連續的破壞［4］。井工采煤對土地的破壞不同于一般建設生產項目，具有一定的特殊性。

1）井工煤礦土地損毀具有空間特征，開采沉陷的破壞導致地表單元的空間位置發生變化，無數個地表單元聯系在一起，產生地表塌陷、水平變形等土地損毀。

2）具有時序特征，地表單元下的有用礦物是按照一定的掘進時序采出，土地破壞的時序受到開采時序的影響。

3）具有屬性特征，開采沉陷所破壞的地表單元

是具有土地的社會、經濟、自然屬性的，如該單元的權屬狀況、自然條件、面積大小等。以某一地表單元為例進行系統分析，見圖1。在土地復墾項目方案編制過程中必須充分考慮這種性質。

圖1 井工煤礦土地損毀的系統分析示意圖

3 土地損毀預測與圖件制作

3．1 軟件選擇

MAPGIS被國土資源部審定為土地管理行業推薦使用的信息系統，該系統是一個具有采集、存儲、管理、分析和顯示有關地理現象信息的綜合系統，有強大的空間數據庫維護和空間要素定位、定量、定性和拓撲關系分析功能，且具有對大量數據的存儲、管理、查詢能力，常應用于土地復墾整理項目中［5-6］。充分運用系統這些優勢，結合傳統手段，實現對井工煤礦土地損毀預測，充分表達土地損毀的空間、時序、屬性三種特性，然后輸出報表和圖件成果，對于礦區土地復墾工作有著重要意義。

3．2 土地損毀預測

土地損毀預測必須基于礦區開采沉陷預計結果和外業勘察，預計過程必須按照土地復墾方案編制分則—井工煤礦的土地損毀標準，主要預計任務在于利用時空分析和疊加分析表達井工煤礦土地損毀的空間、時間和屬性三種特性。根據數據格式和規程的要求，筆者設計了基于MAPGIS的詳細技術流程，見圖2。圖中DWG、WP等代表數據格式。

1）土地損毀空間特征表達。土地損毀空間特征表達是利用MAPGIS的空間分析功能完成對土地損毀的面積、范圍、損毀程度的分析。按照土地復墾方案編制規程中給出的詳細標準，進行空間分析的運算規則見表1。參照運算規則，首先利用MAPGIS將DWG格式等值線轉換成WL格式，再拓撲生成WP文件，繼而利用MAPGIS空間分析功能進行WP文件的交并差等邏輯運算。得到不同地類、不同損毀程度的地表范圍。

圖2 土地損毀預測技術流程示意圖

表1 土地損毀空間分析規則（以水澆地損毀為例）

表中：

e—水平變形，mm/m；

i—附加傾斜，mm/m；

w—下沉值，mm；

q—沉陷后潛水位埋深，m；

s—生產力降低，%；

∪和-—邏輯運算中的區對區并和減。

2）土地損毀時序特征表達。井工煤礦土地損毀有一定時序性。假設一個工作面服務年限為a年，沉穩年限為開采結束后的b年，采煤推進共分三個階段，復墾從起始年開始，直到沉穩后的△t年，土地損毀時序分析見圖3。

圖3 土地損毀時序分析規則圖

圖3 中實線表示工作面推進時間段，虛線表示沉穩時間段，菱形表示土地損毀預測時間點，點劃線表

示復墾時間段。對于一個礦區來說，土地損毀并不是同時發生，土地損毀預測必須考慮土地時間性和序列性，損毀預計必須分階段（一、二、三）進行，即需要考慮3個土地損毀預測時間點，且有先后順序。土地復墾必須貫穿開采和沉陷的整個時間段（a+b+△t）。

3）土地損毀屬性特征表達。通過空間運算和時序分析得到不同地類、損毀程度、損毀時序的WP文件，該區文件表示了一個地表范圍。其含義為：該范圍內的某種地類會受到某損毀時序和某損毀程度的損毀。但是這個地表范圍只是一個具有空間和時序特征，并沒有體現土地損毀的屬性特征，因此，還必須將這一地表范圍WP與GIS格式的土地利用現狀進行疊加分析。通過疊加分析的交（∩）運算，可以得到同時具有空間、時序、屬性三個特征的土地損毀結果（WP），用MAPGIS的屬性庫管理功能將該區文件的屬性導出，經統計分析，可以得到符合土地復墾方案編制規程中所規定的“明確已損毀土地的損毀類型、范圍、權屬、面積、時序及損毀程度”。將成果制成報表（XLS），完成土地損毀預測。

3．3 復墾規劃圖件制作

圖件是指導生產建設的最直接途徑。土地復墾方案編制規程中要求提供的土地利用現狀圖一般從國土資源局收集。但土地損毀預測圖和復墾規劃圖與一般生產建設項目圖件不一樣，需要表征的信息量大、要素多。各種圖件需要表征的基本信息有：點線型（地類名稱、地類標注、權屬行政界線、道路交通線、圖名、圖例點、內外圖框、制圖單位、指北針、比例尺、坐標系、坐標控制點、礦界等），區型（地類圖斑、圖例區）。點線區型要素分別以WT、WL和WP表達，制圖過程注意圖幅布局和控制。

1）土地損毀預測圖。土地損毀預測圖需要特別表征的信息有：點線型（土地損毀類型、時序、面積、程度、損毀等值線），采用點線編輯工具，根據土地損毀預測結果，以“報表”和“指引說明”形式和反映在圖件上，土地損毀報表采用MAPGIS附加程序MGT6“插入表格”功能實現；區型（土地損毀范圍和程度），根據土地損毀預測結果所得到的地表土地損毀范圍（WP），將其疊加在土地利用現狀圖上，對不同損毀程度的區設置不同的參數，得到較為直觀的土地損毀表觀［7］。

2）土地復墾規劃圖。土地復墾規劃圖是復墾規劃文本的圖件表示，需要特別表達的信息有復墾方式、復墾年限、復墾時序、土地利用結構調整、復墾范圍。其中土地利用結構調整以表格形式反映在圖件上，其他信息采用“單線指引、文字說明”的方式表達。

綜上所述，在要素多、信息量大的情況下，圖件的表達可以充分利用圖中表格、點、線、面、顏色差異、文字說明、圖中圖的形式。MAPGIS提供圖像柵格輸出功能，為方便打印和應用，利用其工程輸出功能輸出為合適大小的JPG格式，完成礦區土地復墾規劃方案編制的制圖工作。

4 總 結

本文通過實踐經驗，明確了井工煤礦土地復墾方案編制中的土地損毀和制圖的關鍵技術。通過對井工煤礦土地損毀的理論分析，并結合MAPGIS軟件，設計得到了適合于井工煤礦土地損毀特殊的土地損毀分析流程和方法，此外，提出了具體的表征土地損毀和復墾規劃信息制圖方法，解決了土地復墾規程頒布后井工礦區土地損毀和復墾規劃制圖難的問題。

［1］胡振琪．中國土地復墾和生態重建20年：回顧與展望［J］．科技導報，2009，27（17）：25-27．

［2］郭利剛．我國煤礦、金屬礦損毀土地復墾潛力研究［D］．北京：中國地質大學（北京）博士學位論文，2011：12-13．

［3］賈瑞生．礦山開采沉陷三位建模與可視化方法研究［D］．濟南：山東科技大學碩士學位論文，2010：23-28．

［4］何國清，楊 倫．礦山開采沉陷學［M］．徐州：中國礦業大學出版社，2003：123-126．

［5］吳信才．MAPGIS地理信息系統［M］．北京：電子工業出版社，2004：88-93．

［6］費鮮蕓，高祥偉，邱建壯，等．煤礦區土地復墾項目制圖方法研究［J］．煤炭工程，2006（2）：87-90．

［7］賈新果，張 彬，楊 寧，等．采煤沉陷土地破壞程度分級研究［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

楊 迪（1989—），男，重慶潼南人，2012年畢業于中國礦業大學，主要從事土地復墾、開發等國土整治工作（E-mail）janexuanxiang＠cumt．edu．cn