地下煤炭资源经过长期高强度开采在地面形成了大面积采煤沉陷区，导致了严重的经济、 社会、生态、环境问题。采煤沉陷区的综合治理既是国家重大战略需求，也是矿业城市转型和高质量发展的必由之路，随着城镇化进程加快，沉陷区建筑利用需求日益增加，尤其是矿业城市近郊采煤沉陷区的大型建筑利用，对于采动地层状态与长期演化机理认识、采动地层治理技术研发和科学合理利用模式建立提出了更高要求。 科研人员对采煤沉陷区土地建筑利用相关领域开展了理论技术研究，世界各国也开展了采煤沉陷区土地建筑利用工程实践。 首先阐述了采煤沉陷区土地建筑利用理论技术体系，然后汇总了与沉陷区土地建筑利用密切相关的采动地层损伤及长期演化规律、建(构) 筑物与采动地层相互作用、采动地层治理与抗变形建筑技术和采煤沉陷区土地建筑利用模式 4个方面研究进展，并进行了现状分析;笔者介绍了具有代表性的德国鲁尔区、安徽两淮、山东济南和河北唐山的采煤沉陷区土地建筑利用工程实践，说明采煤沉陷区土地建筑利用对矿业城市高质量、可持续发展的必要性和可行性。 从采煤沉陷区土地建筑利用基础理论、采煤沉陷区注浆治理 与抗变形建筑技术和采煤沉陷区大型建筑利用模式3个方面进行了采煤沉陷区土地建筑利用研究发展方向展望。 系统阐述了采煤沉陷区土地建筑利用的理论、技术和工程实践研究现状，为采煤沉陷区土地建筑利用研究提供了方向。
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采煤沉陷区土地建筑利用研究进展与展望
单位：1.山东科技大学 能源与矿业工程学院; 2.河南理工大学 能源科学与工程学院 ; 3.河南理工大学 土木工程学院
引用格式：陈绍杰，张立波，李振华，等.采煤沉陷区土地建筑利用研究进展与展望[J].绿色矿山，2023，1(1):101-118.
引言
地下煤炭资源经过长期高强度开采形成了大面积采煤沉陷区，截止到 2017 年，全国 23 个省、151 个 县(市区)沉陷区面积超过20 000 km2，并以每年超 700 km2 的速度递增。 煤层顶板失去支撑范围不断增大过程，将发生弯曲、断裂并向上方地表发展，导致覆岩完整结构破坏、水资源流失、地表沉陷、沉陷积水，耕地减产或绝产、地面建(构)筑物损坏，引发一系列严重的生态、环境、经济、社会问题，尤其是矿业城市近郊甚至市区内采煤沉陷区的存在和扩张严 重制约着矿业城市高质量可持续发展。 近年来，采煤 沉陷区治理利用发展迅猛，对于城市近郊的沉陷区土地而言，建筑利用显得尤为必要和迫切，城市近郊采煤沉陷区土地建筑利用既符合采煤沉陷区综合治理 的国家战略需求，也是矿业城市转型和高质量发 展的必由之路。
国外的采煤沉陷区的建筑利用稍早于国内，从20世纪60年代起，德国开始对鲁尔区实施综合整治，主要包括建设和完善基础设施;美国于 1980 年 颁布的《环境反应、赔偿与责任综合法》，定义了棕 地的概念，即“废弃及未充分利用的工业用地，或是 已知或疑为受到污染的用地”，棕地再开发是当代西 方国家重要的城市可持续发展策略之一。 根据棕地 的定义，我国城市近郊采煤沉陷区因为地下煤炭开采后地表发生沉陷，因而被废弃，无法被利用，所以属于棕地，而棕地再开发就对应城市近郊采煤沉陷区的开发利用，尤其是建筑利用。 刘天泉院士于 1988 年提出采煤沉陷区土地建筑利用是应对村庄压煤和村庄搬迁问题的重要途径，并说明已有煤矿在这方面取得成功经验;21 世纪以来，我国的采煤沉陷区土地建筑利用蓬勃发展，大量新建大型建筑修建在采煤沉陷区上。
世界各国开展了不同程度的采煤沉陷区土地建 筑利用研究和工程实践，积累了丰富的技术和工程经 验，笔者在收集国内外采煤沉陷区土地建筑利用的文 献和报道基础上，立足我国采煤沉陷区现状和建筑利 用的重大需求，对采煤沉陷区土地建筑利用的理论、 技术和工程实践研究进展进行归纳总结，分析该方向研究的不足，展望未来的发展趋势，为采煤沉陷区土 地建筑利用研究提供方向参考。
采煤沉陷区土地建筑利用理论技术研究进展与现状分析
采煤沉陷区土地建筑利用涉及采矿工程、地质工程、岩土工程、土木工程和建筑工程多学科，属于多学科交叉，又以采矿工程中采空区覆岩运动为核心，重 点关注采空区上方地表及建(构) 筑物的变形，就目前采煤沉陷区土地建筑利用遇到的问题而言，这一理论技术体系应当包括:采动地层损伤及长期演化规律，建(构) 筑物与采动地层相互作用，采动地层治理与抗变形建筑，采煤沉陷区土地建筑利用模式。 掌握采动地层的损伤及长期演化规律是采煤沉陷区治理 利用的基础和前提，建(构) 筑物与采动地层作用是 沉陷区建筑利用理论核心，也是确保沉陷区建筑场地 安全稳定的关键，这将从理论上解决采煤沉陷区土地建设利用前为什么要进行采空区治理、为什么可不进行采空区治理等问题。 采动地层治理与建筑抗变形和建筑利用模式则是用于实际工程的方法，分别解决采煤沉陷区一栋楼房的安全建造及使用和一座城市的沉陷区科学规划建设。
国内外科研人员进行了初步研究，在采动地层损伤及长期演化规律方面有:采场覆岩运动理论研究、开采沉陷规律研究;在建(构) 筑物与采动地层相互作用方面理论研究有:建筑荷载对采动地层影响研究、采煤沉陷区建筑场地稳定性研 究;在采动地层治理与建筑抗变形方面主要以技术研究为主:注浆充填采动地层空隙以增强地层承载能力和沉陷区建(构) 筑物采取相应措施以抵抗和削减来自采动影响和地基土压缩等方面影响，减少自身结构变形;在采煤沉陷区土地建筑利用模式方面理论和技术研究较少，国外学者通过对沉陷区地表变形监测及预测，结合地面建筑变形要求，划分建筑建设适宜区域，以此帮助沉陷区的建筑利用规划决策，国内政府和企业积极探索了多种沉陷区的综合治理模式。 上述 4 个方面研究为采煤沉陷区土地建筑利 用提供了一定的理论、技术和工程实践基础，但对于采煤沉陷区土地建筑利用的科学化、规模化和大型建 筑化建设利用仍显不足，有关建筑工程规模划分标准见表 1，并且相关研究缺乏系统性和关联性，尚未形成针对性的采煤沉陷区土地建筑利用理论技术体系， 限制了相关治理利用技术的进步，对现实中矿业城市沉陷区建筑利用规划指导性不强。
采煤沉陷区土地建筑利用工程实践
选取国内外典型采煤沉陷建设利用工程实践，介绍其沉陷区状态、建筑利用及建成后建(构) 筑物使用情况，说明沉陷区建筑利用的必要性和可行性。
......
采煤沉陷区土地建筑利用研究方向展望
结论
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陈绍杰，男，汉族，中共党员，河北定州人，1978年生，二级教授、博导，现任山东科技大学能源与矿业工程学院院长、矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地副主任。主要从事矿山岩石力学、开采沉陷控制与塌陷地治理方面的教学与科研工作。教育部长江学者特聘教授，全国优秀科技工作者，中国青年科技奖获得者，教育部新世纪优秀人才，山东省教学名师，山东省有突出贡献的中青年专家，山东省泰山学者青年专家，山东省自然科学杰出青年基金获得者，中国煤炭学会首席科学传播专家，全国煤炭青年科技奖、中国岩石力学与工程学会青年科技奖获得者。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、山东省杰青、教育部新世纪优秀人才支持计划、山东省自然科学基金重大基础研究等省部级及以上课题16项。出版著作5部，授权美国、中国发明专利34项；获国家科技进步二等奖1项，获省部级科技进步一等奖2项、二等奖3项，中国煤炭工业科技进步一等奖1项、二等奖7项；首位或通讯作者发表论文88篇。
研究方向
大断层附近安全开采；开采沉陷控制与塌陷地治理；煤柱（矿柱）长期状态、稳定性及失稳预测；采动围岩、覆岩移动变形规律、监测及控制
主要成果
从事矿山岩石力学、开采沉陷控制与塌陷地工程建设适宜性治理方面的研究和教学工作：研制了系列矿山岩石力学实验装备，进行了煤系地层岩石、充填体系列精细试验，发现了充填膏体蠕变宏观硬化现象，揭示了其物性、力学机制；创新建立了条带煤柱理论长期强度预测方法，构建了条带煤柱长期稳定性能监测方法；创建了基于采动应力场转移的覆岩形变模型，研究了覆岩移动变形与地表沉陷、塌陷机理及综合减沉技术；进行了采煤塌陷地大型工程建设适宜性评价及治理关键技术研究和实践。基础研究与工程实际相结合，研究成果在现场推广应用，具有显著的社会、环境效益和经济价值。
