山东省煤矿开采区城市建设研究

李以虎 何峰华

(煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东 济南 253200)

山东省是中国重要的产煤省份，随着煤炭资源的回采，地表沉陷问题日趋严重，据统计，全省实有采煤塌陷地面积（≥10mm）148.75万亩，其中27.07万亩绝产地，13.06万亩积水区[1]，济宁、泰安、枣庄、菏泽四市最为严重。根据山东省城镇规划建设要求，十三五期间对全省采煤塌陷地进行治理。因此，研究煤矿开采区的城市建设，不仅可以解决山东省煤矿开采的遗留问题，也可以为下一步全国推广煤矿开采区问题治理提供借鉴依据。

1 山东省煤矿开采区建设论证

1.1 开采历史简介

山东省煤炭资源主要集中在济宁、枣庄、泰安、菏泽等11个产煤市，早在宋代时期已有煤矿生产记载，建国后煤矿开采进入稳定发展时期，2003年后山东省煤炭产量维持在1.5亿t左右。

1.2 煤炭资源赋存特征[2]

山东省最主要的含煤地层是石炭二叠系，其中本溪组、石盒子组及凤凰山组仅含薄煤层，且多被剥蚀，这些煤层赋存较深，回采后对地表破坏有限。太原组含煤8～20层，多为薄煤层，单层厚度一般小于2m，煤层赋存较稳定。山西组含煤2～4层，即2煤层和3煤层（新汶、莱芜称为4煤层），2煤层多地为不稳定的局部可采煤层，3煤层为较稳定～稳定的中厚～厚煤层，且自北向南厚度逐渐增大，在巨野、兖州、济宁煤田中最大厚度达到了9.43～17.95m，因此山东省采煤塌陷地最严重的地区位于西南部的济宁、菏泽、泰安和枣庄四个产煤市。

1.3 山东省煤矿开采区建设的必要性

1.3.1 煤矿开采区上方原建设用地较广

山东是东部经济发达的省份，城镇、农村建筑较多，铁路、公路交通网络密集。目前村下压煤量占总体保有储量的48.89%，滕州、兖州、济宁等多个矿区骨干矿井仅能依靠回采村下压煤资源来支撑矿井生产。

1.3.2 老矿区建设用地匮乏

随着城镇及矿区的不断发展，人居环境需要改善，矿区建设用地亟需增加，然而煤矿开采区内原有厂房、建筑破损严重，土地开裂沉陷，大量区域积水严重，杂草丛生，建设用地功能丧失，缺乏新的可用建设用地。

1.4 山东省煤矿开采区建设的可行性

1.4.1 老矿区开采区沉降已稳定

在正规开采的区域内，地表连续沉降的周期为3～5年[3]。山东省老矿区采空区形成时间绝大部分在10年以上，采空区上方地面逐渐沉降稳定，适宜在这些区域开展老矿区的重建工作。而一些目前仍在生产的老矿井，本身资源已濒临枯竭的边缘，大部分采空区已沉降稳定，可以作为重建区域进行规划。

1.4.2 煤矿开采沉陷区建设条件良好

煤矿周边基础设施建设及路网较完善，如果工程地质条件允许，可以在区域内规划新城区或卫星城市，坚持居住、就业、旅游的并驱发展，改善矿区形象。

1.4.3 开采区及上方岩层和表土层的治理方式多样化

目前开采区建设以勘探技术和测量技术为依据，合理划分建设区域，采用充填注浆、覆压加固补强、夯实地基等治理地表沉降的方法，留设变形缝、变形沟、千斤顶系统、抗变形整体基础、提高结构的刚度和强度等抗变形措施，完全可以保障采空区上方建筑物的稳定。

因此，在山东省煤矿开采区上方进行建设是完全可行的。

2 山东省典型城市煤矿开采区建设现状调查

2.1 枣庄煤矿开采区建设现状

枣庄煤矿拥有120多年的开采历史，于1999年安全关井闭坑，枣庄煤矿主采6个煤层，其中3煤为本区域内采厚最大的煤层，最大采厚达到了7m，主要分布在老城区范围内，其余煤层均为薄～中厚煤层。

1976年枣庄市建立枣庄市市中区并作为行政中心，即老城区。此后，市中区城市建设速度加快，近10年建设的建筑物楼层最大达到21层，建筑基础均采用钢筋混凝土结构，部分建筑建设之前进行过物探和钻探工作，此外无其他加强措施。根据最新的调查结果，目前所有建筑物均使用良好，未现地面裂缝及建筑物倾斜等现象。

2.2 北埠煤矿开采区建设现状

北埠煤矿位于莱芜市莱城区市中心，1973年建井，矿井沿长勺路（原长征路）左右两侧分布，区内有3层可采薄煤层，埋深较浅。2007年关闭退出。

1953年莱芜县政府从口镇搬至莱城区，并建成长征路等城市主干道，1983年升级为莱芜市后，加快城市建设步伐，并扩建了长勺路等城市干道。根据2009年莱芜市中心城区控制性规划，北埠煤矿开采区上方的中心片区和城北片区被划分为主要居民片区，而作为城市核心的市政府所在地也位于北埠煤矿开采区的周边区域。

北埠煤矿开采区上方新建的主要建筑物楼层最大达到16层，另有联排别墅建筑及大型综合体项目。根据最新调查数据，北埠煤矿关闭已近十年，基本处于沉降稳定期，各建筑物均使用良好，未新发现建筑物损坏及主要道路变形破坏情况。

3 国内外煤矿开采区建设典型案例

3.1 鲁尔矿区煤矿开采区建设情况

鲁尔矿区是德国最大的煤炭基地，含可采煤层48～60层，总厚度80m，德国计划于2018年将煤矿全部关闭。德国成立专业部门负责鲁尔矿区规划改造，重视环境修复，形成人工循环水流系统，逐步推进城市建设，在采空区上方建成多特蒙德、埃森、杜伊斯堡等连片的城市带，成为全球采空区上方城市建设的典范。

3.2 唐山煤矿开采区建设情况[4]

唐山煤矿位于唐山市南部向南延伸至丰南区，主采三个煤层，其中8煤层和9煤层为厚煤层，因煤矿开采造成1300hm2的采空区。近几年唐山城市发展逐步向南扩展，利用采空区建设了南湖城市生态公园，通过充填工艺和离层充填技术，建起连片的住宅和办公楼，为大规模综合治理塌陷区创建生态园林建设积累了经验。

古冶区是唐山市的一个行政区，又称东矿区，区内有多个矿井，因长期煤矿开采，形成了连片塌陷地。1995年开始，古冶区开始引进先进的塌陷地治理经验，通过复垦绿化和矸石粉煤灰充填，修复区内生态环境，改善地表塌陷问题，科学规划城区建设，使古冶区成为唐山市一个美丽的工业新城。

4 山东省煤矿开采区建设技术保障措施

4.1 详细调研，掌握信息

山东省煤炭资源分布广泛，开采历史悠久，详细搜集这些老矿井的有关资料，对合理确定采空区范围、地表沉降稳定程度及地表稳定性等级划分十分重要。

4.2 充分利用勘测技术

对于资料不详细或缺失资料的区域，推荐利用钻探、物探等方法，确定采空区的范围及充填情况，同时还应通过建立地表移动观测站等手段，获取后期实测数据，保障规划设计及建设的可靠性。

4.3 合理划分地表稳定性

合理划分地表稳定性，利用地表沉陷后的现时状态，简化地基处理，减少煤矿开采区重建的投入，在不同区域建设不同类型的建筑风格，形成自然的城市风光。

4.4 推广煤矿开采区综合治理措施

对于已掌握的较小、较浅的采空区，可以通过地表开挖后分层充填夯实的方式进行地基处理；对于已掌握的较深的采空区，推荐利用充填注浆、覆岩加固、地表灌注桩、强夯及其综合治理措施，保证地面建筑物的稳定；对于已掌握的较广的采空区，推荐在地表移动观测的基础上，进行复垦或直接开发为森林、湖景自然景观；对于无法掌握或勘探成本较高的区域，推荐直接划分为自然景观区。

4.5 加强建筑物基础及结构设计

提高开采区建筑物的抗震等级，尽量采用钢筋混凝土箱形基础，建筑物之间留设变形缝或变形沟，建筑材料采用低密度轻型建设材料，严格控制建筑物的最大设计高度，以保证建筑物的稳定。

4.6 采取煤矿开采区建筑物预测预报制度

建立分区建筑物地表移动观测站，对建筑物建设过程中及建成后一定时间内，进行地表移动的连续观测，通过科学计算确定地表移动的演化趋势，对于变形较严重的建筑应立即停止建设或使用，并采取加固措施。

4.7 积极利用计算机模拟技术

对于煤矿开采区上方建设的理论已研究多年，理论较为成熟，而模拟软件也呈现出多样化的趋势，通过数值软件模拟技术，可以确定地表沉陷运动规律及周期，从而为煤矿开采区的规划设计提供重要依据。

4.8 结合生产计划，统筹地面规划

虽然老矿区的大部分煤炭资源已采空，地表呈现沉降稳定的特征，但是井田范围内仍有小部分的区域内赋存有少量的煤炭资源，因此地面重建规划应结合矿井的生产计划，合理布局，分区进行，为煤矿生产和地表沉降稳定赢得时间，保障采空区上方重建工作的顺利进行。

5 结语

山东省历来是中国的重要产煤省份，因煤炭资源开发产生的地表沉陷问题日益突出，严重影响到了城市发展及矿区和谐稳定，本次研究确定了山东省煤炭资源赋存特征及开采历史，参考了山东省及国内外煤矿开采区典型城市建设案例，提出煤矿开采区城市建设的技术保证措施，为下一步实施山东省煤矿开采区城市建设提供了借鉴依据。