山東省煤礦開采區城市建設研究

李以虎 何峰華

(煤炭工業濟南設計研究院有限公司，山東 濟南 253200)

山東省是中國重要的產煤省份，隨著煤炭資源的回采，地表沉陷問題日趨嚴重，據統計，全省實有采煤塌陷地面積（≥10mm）148.75萬畝，其中27.07萬畝絕產地，13.06萬畝積水區[1]，濟寧、泰安、棗莊、菏澤四市最為嚴重。根據山東省城鎮規劃建設要求，十三五期間對全省采煤塌陷地進行治理。因此，研究煤礦開采區的城市建設，不僅可以解決山東省煤礦開采的遺留問題，也可以為下一步全國推廣煤礦開采區問題治理提供借鑒依據。

1 山東省煤礦開采區建設論證

1.1 開采歷史簡介

山東省煤炭資源主要集中在濟寧、棗莊、泰安、菏澤等11個產煤市，早在宋代時期已有煤礦生產記載，建國后煤礦開采進入穩定發展時期，2003年后山東省煤炭產量維持在1.5億t左右。

1.2 煤炭資源賦存特征[2]

山東省最主要的含煤地層是石炭二疊系，其中本溪組、石盒子組及鳳凰山組僅含薄煤層，且多被剝蝕，這些煤層賦存較深，回采后對地表破壞有限。太原組含煤8～20層，多為薄煤層，單層厚度一般小于2m，煤層賦存較穩定。山西組含煤2～4層，即2煤層和3煤層（新汶、萊蕪稱為4煤層），2煤層多地為不穩定的局部可采煤層，3煤層為較穩定～穩定的中厚～厚煤層，且自北向南厚度逐漸增大，在巨野、兗州、濟寧煤田中最大厚度達到了9.43～17.95m，因此山東省采煤塌陷地最嚴重的地區位于西南部的濟寧、菏澤、泰安和棗莊四個產煤市。

1.3 山東省煤礦開采區建設的必要性

1.3.1 煤礦開采區上方原建設用地較廣

山東是東部經濟發達的省份，城鎮、農村建筑較多，鐵路、公路交通網絡密集。目前村下壓煤量占總體保有儲量的48.89%，滕州、兗州、濟寧等多個礦區骨干礦井僅能依靠回采村下壓煤資源來支撐礦井生產。

1.3.2 老礦區建設用地匱乏

隨著城鎮及礦區的不斷發展，人居環境需要改善，礦區建設用地亟需增加，然而煤礦開采區內原有廠房、建筑破損嚴重，土地開裂沉陷，大量區域積水嚴重，雜草叢生，建設用地功能喪失，缺乏新的可用建設用地。

1.4 山東省煤礦開采區建設的可行性

1.4.1 老礦區開采區沉降已穩定

在正規開采的區域內，地表連續沉降的周期為3～5年[3]。山東省老礦區采空區形成時間絕大部分在10年以上，采空區上方地面逐漸沉降穩定，適宜在這些區域開展老礦區的重建工作。而一些目前仍在生產的老礦井，本身資源已瀕臨枯竭的邊緣，大部分采空區已沉降穩定，可以作為重建區域進行規劃。

1.4.2 煤礦開采沉陷區建設條件良好

煤礦周邊基礎設施建設及路網較完善，如果工程地質條件允許，可以在區域內規劃新城區或衛星城市，堅持居住、就業、旅游的并驅發展，改善礦區形象。

1.4.3 開采區及上方巖層和表土層的治理方式多樣化

目前開采區建設以勘探技術和測量技術為依據，合理劃分建設區域，采用充填注漿、覆壓加固補強、夯實地基等治理地表沉降的方法，留設變形縫、變形溝、千斤頂系統、抗變形整體基礎、提高結構的剛度和強度等抗變形措施，完全可以保障采空區上方建筑物的穩定。

因此，在山東省煤礦開采區上方進行建設是完全可行的。

2 山東省典型城市煤礦開采區建設現狀調查

2.1 棗莊煤礦開采區建設現狀

棗莊煤礦擁有120多年的開采歷史，于1999年安全關井閉坑，棗莊煤礦主采6個煤層，其中3煤為本區域內采厚最大的煤層，最大采厚達到了7m，主要分布在老城區范圍內，其余煤層均為薄～中厚煤層。

1976年棗莊市建立棗莊市市中區并作為行政中心，即老城區。此后，市中區城市建設速度加快，近10年建設的建筑物樓層最大達到21層，建筑基礎均采用鋼筋混凝土結構，部分建筑建設之前進行過物探和鉆探工作，此外無其他加強措施。根據最新的調查結果，目前所有建筑物均使用良好，未現地面裂縫及建筑物傾斜等現象。

2.2 北埠煤礦開采區建設現狀

北埠煤礦位于萊蕪市萊城區市中心，1973年建井，礦井沿長勺路（原長征路）左右兩側分布，區內有3層可采薄煤層，埋深較淺。2007年關閉退出。

1953年萊蕪縣政府從口鎮搬至萊城區，并建成長征路等城市主干道，1983年升級為萊蕪市后，加快城市建設步伐，并擴建了長勺路等城市干道。根據2009年萊蕪市中心城區控制性規劃，北埠煤礦開采區上方的中心片區和城北片區被劃分為主要居民片區，而作為城市核心的市政府所在地也位于北埠煤礦開采區的周邊區域。

北埠煤礦開采區上方新建的主要建筑物樓層最大達到16層，另有聯排別墅建筑及大型綜合體項目。根據最新調查數據，北埠煤礦關閉已近十年，基本處于沉降穩定期，各建筑物均使用良好，未新發現建筑物損壞及主要道路變形破壞情況。

3 國內外煤礦開采區建設典型案例

3.1 魯爾礦區煤礦開采區建設情況

魯爾礦區是德國最大的煤炭基地，含可采煤層48～60層，總厚度80m，德國計劃于2018年將煤礦全部關閉。德國成立專業部門負責魯爾礦區規劃改造，重視環境修復，形成人工循環水流系統，逐步推進城市建設，在采空區上方建成多特蒙德、埃森、杜伊斯堡等連片的城市帶，成為全球采空區上方城市建設的典范。

3.2 唐山煤礦開采區建設情況[4]

唐山煤礦位于唐山市南部向南延伸至豐南區，主采三個煤層，其中8煤層和9煤層為厚煤層，因煤礦開采造成1300hm2的采空區。近幾年唐山城市發展逐步向南擴展，利用采空區建設了南湖城市生態公園，通過充填工藝和離層充填技術，建起連片的住宅和辦公樓，為大規模綜合治理塌陷區創建生態園林建設積累了經驗。

古冶區是唐山市的一個行政區，又稱東礦區，區內有多個礦井，因長期煤礦開采，形成了連片塌陷地。1995年開始，古冶區開始引進先進的塌陷地治理經驗，通過復墾綠化和矸石粉煤灰充填，修復區內生態環境，改善地表塌陷問題，科學規劃城區建設，使古冶區成為唐山市一個美麗的工業新城。

4 山東省煤礦開采區建設技術保障措施

4.1 詳細調研，掌握信息

山東省煤炭資源分布廣泛，開采歷史悠久，詳細搜集這些老礦井的有關資料，對合理確定采空區范圍、地表沉降穩定程度及地表穩定性等級劃分十分重要。

4.2 充分利用勘測技術

對于資料不詳細或缺失資料的區域，推薦利用鉆探、物探等方法，確定采空區的范圍及充填情況，同時還應通過建立地表移動觀測站等手段，獲取后期實測數據，保障規劃設計及建設的可靠性。

4.3 合理劃分地表穩定性

合理劃分地表穩定性，利用地表沉陷后的現時狀態，簡化地基處理，減少煤礦開采區重建的投入，在不同區域建設不同類型的建筑風格，形成自然的城市風光。

4.4 推廣煤礦開采區綜合治理措施

對于已掌握的較小、較淺的采空區，可以通過地表開挖后分層充填夯實的方式進行地基處理；對于已掌握的較深的采空區，推薦利用充填注漿、覆巖加固、地表灌注樁、強夯及其綜合治理措施，保證地面建筑物的穩定；對于已掌握的較廣的采空區，推薦在地表移動觀測的基礎上，進行復墾或直接開發為森林、湖景自然景觀；對于無法掌握或勘探成本較高的區域，推薦直接劃分為自然景觀區。

4.5 加強建筑物基礎及結構設計

提高開采區建筑物的抗震等級，盡量采用鋼筋混凝土箱形基礎，建筑物之間留設變形縫或變形溝，建筑材料采用低密度輕型建設材料，嚴格控制建筑物的最大設計高度，以保證建筑物的穩定。

4.6 采取煤礦開采區建筑物預測預報制度

建立分區建筑物地表移動觀測站，對建筑物建設過程中及建成后一定時間內，進行地表移動的連續觀測，通過科學計算確定地表移動的演化趨勢，對于變形較嚴重的建筑應立即停止建設或使用，并采取加固措施。

4.7 積極利用計算機模擬技術

對于煤礦開采區上方建設的理論已研究多年，理論較為成熟，而模擬軟件也呈現出多樣化的趨勢，通過數值軟件模擬技術，可以確定地表沉陷運動規律及周期，從而為煤礦開采區的規劃設計提供重要依據。

4.8 結合生產計劃，統籌地面規劃

雖然老礦區的大部分煤炭資源已采空，地表呈現沉降穩定的特征，但是井田范圍內仍有小部分的區域內賦存有少量的煤炭資源，因此地面重建規劃應結合礦井的生產計劃，合理布局，分區進行，為煤礦生產和地表沉降穩定贏得時間，保障采空區上方重建工作的順利進行。

5 結語

山東省歷來是中國的重要產煤省份，因煤炭資源開發產生的地表沉陷問題日益突出，嚴重影響到了城市發展及礦區和諧穩定，本次研究確定了山東省煤炭資源賦存特征及開采歷史，參考了山東省及國內外煤礦開采區典型城市建設案例，提出煤礦開采區城市建設的技術保證措施，為下一步實施山東省煤礦開采區城市建設提供了借鑒依據。