“沉陷控制与塌陷地修复”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“沉陷控制与塌陷地修复”专题

近日，国家开发银行出台《支持采煤沉陷区综合治理工作方案》，进一步以开发性金融服务资源型地区高质量发展，服务建设美丽中国。为便于大家了解“沉陷控制与塌陷地修复”领域的最新科技成果，《煤炭学报》整理了近3年《煤炭学报》该领域已刊发的论文，一起来看看吧！

行业视野: 环境保护
类别; 96个
关键词; 100位
专家; 21篇
论文; 20538IP
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黄河流域下游煤矿采煤塌陷区耕地破碎化动态演变——以山东济宁市为例

作者(Author)：郭家新, 胡振琪, 袁冬竹, 梁宇生, 李鹏宇, 杨坤, 浮耀坤

摘要：黄河流域下游煤矿区多属于高潜水位矿区，煤炭开采引发地表塌陷，积水严重。同时存在耕地面积持续消退、生态失衡等问题，严重影响资源可持续利用和社会经济发展。在我国提出生态文明建设和粮食安全保障的重点时期，亟需揭示矿区耕地资源的动态演变规律和解决采煤塌陷区土地资源利用与保护问题。通过以黄河流域下游“煤-粮”复合区山东济宁市为研究对象，基于概率积分法预测2019—2030年采煤塌陷地扩张以及土地资源损毁情况，结合形态学空间格局分析(MSPA)选取1 pixel和2 pixel宽度阈值，通过斑块重要度指数(IdPC)分别提取不同阈值下研究区内集中连片且面积较大的耕地重要核心区，采用整体连通性指数(IIIC)定量分析2018—2030年耕地核心区因塌陷损毁导致的耕地破碎化动态演变过程。结果表明:① 济宁市2018—2030年间采煤塌陷区不断扩张，到2030年预测采煤塌陷区50 613.52 hm2，损毁土地中耕地面积32 603.65 hm2，且东滩煤矿损毁耕地最为严重;② MSPA分析中边缘宽度阈值设定将会导致斑块数量以及内部连接度显著变化，在1 pixel 阈值下表征塌陷导致的细小耕地破碎化作用明显;③ 未来10 a济宁市采煤塌陷造成耕地面积持续减少，耕地重要核心区域逐渐消退，煤矿区内耕地呈现破碎零散的分布状态，且小尺度的煤矿区耕地面积变化，导致周围大片耕地连接度降低;④ 不同资源赋存、生产利用状况不同，导致不同煤矿耕地破碎化特征明显差异。其中岱庄生建煤矿、北徐楼煤矿耕地平均IIIC值变化较大，分别下降0.65和0.64;高庄煤矿、横河煤矿、济宁二号煤矿、三河口煤矿和杨庄煤矿平均IIIC值分别下降0.58，0.55，0.55，0.51，0.51，表明未来10 a矿区内的耕地连接度大幅下降、破碎化程度加剧。综上所述，塌陷区耕地的减少在一定程度上降低了市域范围耕地连接度，因此在今后土地复垦工作中，各煤矿区需要强化耕地复垦的力度，从而减小对农业生产的负面影响。

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煤炭学报

2021年第09期

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采空区场地高速铁路路基变形控制研究现状与展望

作者(Author)：任连伟, 宁浩, 邹友峰, 顿志林, 郭文兵, 田忠斌

摘要：我国煤炭产量高居世界首位，大量煤炭资源的开采，遗留了大面积的采空区场地。随着我国高速铁路的快速发展，一些关键线路难免会穿越采空区场地。采空区地基变形及高速列车密集动荷载下的活化变形对高速铁路安全运行存在着重大安全隐患。如何保障采空区场地高速铁路的安全运营是关键问题，其中采空区场地高速铁路路基变形控制研究是该类问题的核心内容。首先从理论研究、现场实测、模型试验和数值模拟4种研究手段分别总结了国内外高速铁路路基动力学和采空区地表变形的研究现状;接着重点从高速铁路列车动荷载分布及传递规律、高速铁路路基工后沉降相关要求、采空区地基与高速铁路路基相互作用机理、采空区场地高速铁路路基变形问题的可行性研究等4个方面介绍了采空区场地高速铁路路基变形问题的研究;最后简要总结了高速铁路采空区地基治理技术及采空区场地高速铁路路基抗变形措施等相关内容，并结合太原—焦作高铁和合肥—福州高铁线路穿越采空区场地而采取的实际治理方案及路基抗变形措施加以说明。在现有成果分析的基础上，探究了高速铁路动荷载最大扰动深度如何确定、高速铁路采空区地基本构模型如何选择、相似模型试验列车动荷载如何施加和高速铁路采空区地基治理体系如何完善等相关问题，并展望了该领域的发展方向。

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煤炭学报

2021年第08期

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开采沉陷倾向主断面动态预计模型与算法

作者(Author)：张兵, 崔希民, 赵玉玲, 李春意

摘要：针对开采沉陷动态预计精度较低及对倾向主断面动态预计研究较少的问题，为了提高预计精度和动态预计的针对性，加强动态预计成果在矿区生产和采空区土地利用中的指导作用，基于概率积分静态预计模型，采用“优化分段Knothe时间函数”，对地表倾向主断面动态沉降变形的预计方法进行了研究，主要包括:① 讨论了倾向主断面动态开采单元的划分方法;② 基于概率积分法和有限开采倾向等影响原理，推导了各动态单元的参数计算公式;③ 结合各单元时间函数值，根据叠加原理，建立了适应于水平和缓倾斜煤层的倾向主断面动态预计模型;④ 根据所建模型讨论了动态预计时的计算流程，设计了对应的计算机编程算法，分析了需要注意的难点问题，最后，根据模型和算法编制了动态预计程序，并将其应用到预计实践中。预计实践1表明:无论从上山或下山的任何方向开始开采，预计得到的地表动态移动变形规律都与理论揭示的移动过程相符合;并且，当给定的预计时间足够长，倾向主断面动态下沉预计结果与静态预计结果相一致，进而从理论上揭示了模型和算法的科学性，实现了开采沉陷动静态预计的一体化;预计实践2表明:通过将29401工作面的动态预计结果与实测结果的对比分析可知，预测中误差最小为 54 mm，最大为 452 mm，预计相对误差在总体上可控制在8.5%左右，证明了所建模型及算法的可靠性。

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煤炭学报

2021年第06期

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黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地治理的若干基本问题研究

作者(Author)：胡振琪, 袁冬竹

摘要：黄河下游流经河南和山东两省，该区域为冲积平原地貌，既是我国的粮食主产区，也是重要的煤炭基地。平原煤矿区煤炭开采最主要的生态环境问题是采煤塌陷并严重积水，造成耕地面积减少、生态环境恶化。本文以黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地为研究对象，针对治理范围、积水机理和稳沉性分析这三大采煤塌陷地治理的基础性问题进行探讨，并研究其治理战略。研究表明：（1）采煤塌陷地治理范围是一个隐伏信息，比较难以精准确定。传统以下沉10mm的沉陷边界作为治理范围往往过大，应以塌陷对建筑物和耕地的损毁边界作为采煤塌陷地治理范围，对建筑物的损害边界以临界变形值i=3mm/m，ε=2mm/m，K=0.2mm/m2来确定，耕地损毁边界以对耕地生产力开始产生影响的临界下沉值、临界倾斜值、临界水平变形值的最小值来圈定，并提出耕地损毁临界变形值计算方法和治理范围圈定方法。（2）采煤塌陷地积水是平原矿区生态损毁的主要特征和优选治理技术的关键，它主要与地表下沉量、潜水位、气候、土壤结构和质地等因素有关，本文通过厘清塌陷后的地表与潜水位的关系，阐述了塌陷积水的机理及动态过程，并以是否积水作为土地损毁程度评价的重要标准。（3）塌陷稳定性是治理措施和时机选择的关键，本文提出了基于治理阶段性和考虑未来（周边与多煤层）开采影响的塌陷稳定性分析方法。（4）针对黄河下游平原煤矿区耕地损毁严重的问题，改变传统的“末端治理理念”和“零和博弈思维”，提出了“采煤与耕地保护协同发展战略”和“边采边复战略”，可有效保护和恢复耕地，实现煤炭开采与生态保护的协同发展。

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煤炭学报

2021年第05期

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风沙采煤沉陷区地表生物结皮土壤碳排放对水热因子变化的响应

作者(Author)：党晓宏, 刘阳, 蒙仲举, 高永, 魏亚娟, 翟波, 刘禹辛

摘要：生物结皮是干旱区土壤碳排放的重要参与者，为阐明毛乌素沙地采煤沉陷区典型生物结皮土壤碳排放规律及其对土壤水热因子变化的响应，以藓类结皮、藻类结皮和地衣结皮为研究对象，通过Automated Soil CO2 Exchange Station(简称ACE)土壤碳通量自动监测系统分别测定了3类生物结皮土壤碳排放速率、土壤温湿度，并对2者关系进行探究。结果表明:① 3类生物结皮土壤碳排放速率的日变化特征曲线总体上均呈现“不对称钟形”的“单峰”曲线特征，峰值在12:00~13:00。土壤碳排放速率日均值由大到小依次为藻类结皮(0.47 μmol/(m2·s))＞藓类结皮(0.45 μmol/(m2·s))＞地衣结皮(0.44 μmol/(m2·s));② 3类生物结皮的土壤碳排放速率与表层土壤温度均呈现二次函数关系，其决定系数分别为0.59，0.46和0.64(P＜0.01);③ 生物结皮土壤碳排放速率与表层土壤含水量均呈二次函数关系，其中藓类结皮的最优拟合关系为二次函数关系，其决定系数R2达到了0.45的极显著水平(P＜0.01);④ 土壤含水量与土壤温度可以较好地解释土壤碳排放速率，拟合方程中2者对于土壤碳排放速率的解释度均在57.8%以上。

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煤炭学报

2021年第05期

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西部风沙区采煤塌陷地裂缝影响下的土壤水分运移规律及调控方法

作者(Author)：王强民, 董书宁, 王皓, 杨建, 王晓东, 赵春虎, 张溪彧

摘要：浅埋煤层开采经常诱发一系列的生态环境问题，为研究浅埋煤层开采区地面塌陷影响下的土壤水分运移规律并提出相应的调控方法，以西部风沙区浅埋煤矿为研究对象，将采煤塌陷对包气带结构的影响分为3个阶段:开采前，包气带较薄，土壤颗粒相对均一;开采中，水位明显下降，包气带厚度急剧增加，裂缝发育且土壤颗粒均一性变差;开采后，风沙区大多数地裂缝自然弥合，但土壤中的黏性颗粒减少，砂性颗粒增多，出现明显的粗化现象。以此为物理背景，构建了不同裂缝宽度二维土壤水分运移模型，结果显示:无裂缝时湿润锋平行向下运移，同一深度的土壤含水率基本相同，裂缝存在时湿润锋沿着裂缝快速运移，优势渗流现象明显;土壤含水率随裂缝宽度的增加呈减小趋势，含水率影响范围随裂缝宽度增加呈增大趋势;当包气带厚度大于极限蒸发深度(300 cm)时，入渗补给量和包气带厚度基本无关，仅会延长土壤水分通过包气带运移到潜水面的时间，对地下水的潜在补给量影响较小。现场调查了塌陷区和非塌陷区沙蒿的生长状况:受塌陷区土壤水分匮缺(吸水水源不足，含水率小于0.1 cm3/cm3)和塌陷诱发的植被根系密度降低(吸水通道降低，根系总干质量减小21.7%)2种因素影响，塌陷区沙蒿平均地上生物量相对非塌陷区减小22.2%。提出了地面塌陷影响下的土壤水分运移调控方法:煤层开采中，通过调整工作面宽度和开采厚度，减小地面塌陷的发育程度，从而减小塌陷区土壤含水率的损失量;开采后，开展塌陷区土壤重构时，考虑不同植被的耗水特征，在植被根系土壤层下衬垫10～30 cm的黄土，可明显提升植被根系层的土壤含水率，加速矿区植被恢复进程。

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煤炭学报

2021年第05期

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基于无人机红外遥感和边缘检测技术的采动地裂缝辨识

作者(Author)：赵毅鑫, 许多, 孙波, 姜耀东, 张村, 何祥

摘要：西部矿区煤层赋存条件好，开采强度高，上覆岩层破坏严重，易诱发采空塌陷和地裂缝等灾害，造成地表生态损伤，甚至诱发遗煤自燃，威胁煤矿安全生产。为快速、及时、准确识别地裂缝，提出了基于无人机红外遥感及图像边缘检测技术的地裂缝识别方法。以神东矿区上湾煤矿12401工作面为工程背景，对工作面上方地裂缝发育观测区域进行全天候监测，获取了不同时刻的红外图像，并对不同时刻红外图像中裂缝、沙子、植被的温度信息以及裂缝长度进行了统计和分析。运用多种边缘检测方法及提出的改进边缘检测算法，对采集的典型红外图像进行地裂缝检测，评价了不同边缘检测方法的裂缝检测效果。对比分析了不同时刻地裂缝检测结果，给出了针对本文研究条件下无人机红外遥感技术识别地裂缝的最佳时间窗口。研究结果表明：基于无人机搭载红外相机及边缘检测技术可有效识别采矿导致的地裂缝；夜间相比于白天，地裂缝更易被识别，特别是3:00 am~5:00 am期间，地裂缝的识别效果最佳。提出的改进边缘检测算法的Pratt品质因数（PFoM）值为0.571，检测性能优于文中其他边缘检测方法；1:00 am至5:00 am和7:00 pm至11:00 pm，地裂缝边缘检测结果优于其他时间，检测结果中噪声较少，裂缝边缘清晰突出；其中尤以3:00 am、5:00 am时的地裂缝检测效果最好。

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煤炭学报

2021年第02期

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采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认识

作者(Author)：崔希民, 车宇航, 赵玉玲, 李培现, 白志辉

摘要：实测数据分析的目的是认识地表移动规律和确定预计参数，而沉陷预计的目的是评价采动损坏程度。无论实测数据分析还是形变预计，地表倾斜、曲率和水平变形等主要指标都是基于下沉和水平位移2个移动分量;不均匀下沉在引起地表倾斜和曲率变形的同时，也会导致采动建筑物水平变形和破坏。通过分析起伏地形和不均匀沉陷在实时位形上对地表变形的作用关系，建立了地表水平和起伏条件下采动地表倾斜变形引起的地表水平变形表达式;以采动地表正曲率变形为例，分析确定了建筑结构长度、高度、最大挠度、挠度比与地表曲率的关系，定性给出了建筑结构顶部伸长量、拉伸变形及其影响规律;进一步分析了建筑结构与地基相互作用的反力分布以及拉伸和剪切作用下建筑物损伤破坏特征。在继承我国现行规范中采动建筑物损坏评价优点的基础上，针对硬性分级存在的不足以及I，IV级损坏再划分的模糊性，借鉴英国沉陷工程师手册中考虑建筑物结构长度影响的思想，建立了综合考虑水平变形、建筑物结构长度和挠度比的采动损坏分等定级指标体系;实验结果分析表明，同等采动地表变形条件下建筑结构越长其损坏越严重，证明该指标体系的损坏程度评价结果比现行规范中单纯考虑地表变形的方法更科学、客观，同时消除了原来I,IV级损坏再划分的模糊性和不确定性。

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煤炭学报

2021年第01期

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