闭坑矿山工业场地及周边塌陷区城市用地开发利用模式研究

开发利用模式研究郭友红(中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北唐山063012)摘要：闭坑矿山因资源枯竭而关闭，但是闭坑矿山仍存在一定灾害隐患和生态环境问题。在闭坑

矿山地质环境灾害隐患调查的基础上,采用工程实例对比分析的方法，提出了闭坑矿山工业场地

及其周边塌陷区转型利用模式：修建住宅小区和办公楼以及根据现状地貌修建公园等建筑利用模式。关键词：闭坑矿山；塌陷区；工业场地；转型利用 中图分类号：TD167

文献标志码：A榛路、唐林南路，东至唐林北路、中煤公司西墙&

我国煤矿的关闭开始于上个世纪末，自2000

年我国集中关闭40个国有煤矿，到目前为止，已 经先后关闭了约300个国有大煤矿，唐山地区关闭 煤矿已达几十座。闭坑矿山的资源已经枯竭，矿山

项目区交通位置如图1所示。境内开采煤矿主要为 开滦矿务局唐家庄矿，后期为胜利煤矿和古东煤矿

两个小煤矿进行开采&的关闭，带来了许多综合性生态环境问题(一3 ]o首

(1) 唐家庄矿区，地处开平煤田东北翼边缘， 东西走向长10 km。煤系地层共有14层煤，其中

先，它与其它矿山塌陷区一样，也出现大范围的土 地破坏问题(一5];其次，闭坑矿山工业场地占用了

可采煤层共六层，自上而下分别是5、7、8、9、 11、12号煤层& 1918年唐家庄矿筹建，1925年6

宝贵的土地资源，造成了土地的极大浪费，其采空 区、井筒、歼石山等也都存在着一定的地质环境灾 害隐患(一8];第三，对于这些关闭矿山造成的景观

月投入生产，经历过解放后水力化采煤，震后恢复

等，于1998年闭矿&(2) 年关井&破坏和生态环境的退化问题，更为严重的是面临着 煤矿 1984 年 井， 对唐 庄矿北

经济衰退和生态环境破坏重建的双重压力，闭坑矿

部露头及前部区域8、9、 12煤层进行复采，1993

山如何进行转型开发利用迫在眉睫[9-10 ]。近年来， 人们越来越重视由闭坑矿山引发的生态环境和后续 发展问题，相关学者对资源枯竭矿山的可持续发展 和企业管理进行了报道[11-14]&与其不同，针对闭

(3 )古东煤矿始建于1969年，1970年正式投

产， 开采唐 庄 的边 煤， 7、 8、 9、 12 煤 层进行复采，以及开采唐家庄矿未曾开采过的13、 14-、14乙煤层& 1998年停止生产&坑矿山存在问题，以城区内闭坑矿山工业场地及其 周边塌陷区为研究对象，开展城市用地综合利用和

生态修复技术研究，为我国类似闭坑矿区提供参 考&2地质环境背景矿区气候属于暖温带半湿润季风型大陆性气

1 研究区概况以唐山市古冶区境内闭坑矿山为例开展研究， 研究区位于古冶区境内中部偏东，北起京华道、胜

候，具有冬干、夏湿、降水集中、季风显著、四季

分明等特点。该区地处燕山山脉南缘，地势北高南 低，由东向西倾斜，北部以低山为主，海拔高度在 200 m左右；中部是几条东西走向的山丘，海拔约 70 m;南部以冲积平原为主，海拔约40 m，境内利道、205国道，南至205国道、红北道，西起古收稿日期：2019 -05 -31 DON 10. 14187/j. cnki. cn13 - 1185/tn. 2019. 03. 004基金项目：国家重点研发计划项目(2016YFC0501105 )作者简介：郭友红(1977 ―)，女，河北迁安人，副研究员，从事矿区土地复垦与环境保护的研究工作& E-ml/ guoyohong@163.czm，

Tel： 0315 -7759350&引用格式：郭友红•闭坑矿山工业场地及周边塌陷区城市用地开发利用模式研究[J]-水力采煤与管道运输，2019 (3 ) : 9-12.9第3 D水力采'与管道运输2019年8月在地质构造上，本区位于冀鲁坳陷带北部与燕 山褶皱带结合交接部位&根据场

提供的勘察结 ，本场 部地层地质条件较好，除层杂填土不 ，岩

质变化不大，

动峰值加速度为0.20 g,地震动反应谱特征周期值 0.35 s，相当于地震基本烈度#度&根据钻孔施工记录和钻孔电视实测资料可知，

唐家庄 采空区上覆岩层 煤层开采的影响， 年压实，其稳 仍 ，岩层的破坏范围和裂隙发育范 原有预计，老采空区上方不稳定岩体在 载荷及

扰动作用下，发生活化 的可能性不能 除，需对部分重要建筑 方的老采

不稳定岩层 理&3地质环境灾害隐患调查调查表明，项目区地处冲积平原，地势平坦， 无基岩 。据目前现有 ，区内发现明显的 新构造运动迹象，构造稳 ，不存在发生崩塌、滑坡、泥 、不稳定边坡等地质 的可能&

，现状条件下项目区内地质 类型为地面采 及其伴生地裂缝 &3. 1地面采空塌陷地质灾害由于开采井下煤炭

，在岩体中形成了一定的地面空间，使岩内原应力平衡遭到破坏，在重 力作用下，上覆岩层由下而上依次发生冒落、断

裂、离层、裂隙、弯曲等各种不同的移动与 形 式，并向下充填地面 ，从而引起上覆岩层移动，岩层移动 及 ，进而引起采空塌陷。查表明，研究西部为采煤

及区，积水区和

水区，总面积约180 km2，项目区中东部地区为唐家庄矿工业广场，工业广场北侧为

山&根据唐家庄矿、胜利煤矿和古东煤矿开采资10料，依据2017年5月国家安全监管总局、国家煤 矿 、国能源局、国家铁路 发布的安 监总煤装(2017 ］第66

:《建筑、水、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》，对 斜煤层而言，其开采 动的持算：8总=2. 5H0 (d)(当 H0 \" 400 m 时)，8总=1 000exp( 1 - 400/H0)( d)(当 H0 > 400 m 时)式中：8总为地表总移动时间，d；H°为工作面平均采 深,m。根据本区唐山矿地质采矿资料计算，各煤层开

采移动持续总时间见表1&表1项目区附近唐家庄矿各煤层开采Tg计算结果表序号开采煤层最采 /m8总 /( d - a-)15煤层4001 000 j2.7427 煤层4501 117/3.06唐家庄矿38 煤层4421 100/3. 0149 煤层4801 181 j3.24511 煤层4861 193/3.27612 煤层4971 215 j3.33胜利煤矿113 煤层360900 j2.47古东煤矿114甲煤层380950 j2.60214 煤层350875 j2.40由表1可见，唐家庄矿和两个小煤矿各煤层开

采引起地表移动的总时间在2. 40 -3.40 a。而唐家 庄矿停采 约60 a；

煤矿于1993年结束开采，目前已停采25 a；古东煤矿于2008年结束开 采，目前已停采10 a。 ，在 力作用下，项目 内各煤层开采引 的

动 形已基本结束。查所见，地面塌陷积水区为闭矿初期形成，

几十年来面 化较小， 没有发现 【下采掘

的 ，地面基本处于稳 &3.2地裂缝地质灾害地面塌陷区内的地裂缝可大致分为永久裂缝和

动态裂缝&对于平原矿区，地裂缝以动态裂缝为 主&根 以

，地裂缝的发生与发展主要取决水平变形值&

，对粘土，水平变形值达到+4 - +6 mm/m时一般发生裂缝；对 于砂质粘土，水平变形值达到+ 2 - + 3 mm/m时发生裂缝；对岩石，水平变形值达到+1 -

+ 2 mm/m时一般发生裂缝；而对于钢筋混凝土构 件， 基的水平 形值 到 +6 - +7 mmjm发生裂缝。研究 平原，地势平坦，全部为54. 0 -503. 0 m厚第四系松散层覆盖，无基岩

第3 D郭友红：闭坑矿山工业场地及周边塌陷区城市用地开发利用模式研究2019年8月出露，其主要由砂质粘土和粘土组成。因而，当唐 家庄矿井下开采煤炭资源引发地表移动变形而产生

水平拉伸变形值达到+ 2 ~ +3 mm/m时,地表会 出现动态裂缝；当水平变形值达到+ 10 mm/m以

上时，地表会出现台阶状裂缝&依据收集资料，结合矿山地质环境现状调查,

由于矿区内农民及时翻耕土地，加之项目区所在地

人民政府的治理，所调查的唐家庄矿区范围内未发 现明显的地裂缝&4闭坑矿山工业场地转型利用模式4. 1闭坑矿山工业场地及其周边塌陷区建筑利用利用闭坑矿山工业场地及其周边塌陷区进行建 筑利用，必须要使地基稳固，根据研究区地基稳定 性资料，该区新建建筑物因结构等原因损坏程度可

能产生I级损坏，为了保证建筑物今后的正常安全 使用，要求新建建筑物要采取抗变形结构技术措

施，并要求由专业设计单位进行抗变形结构设计， 提高地基承载能力，以确保建筑物安全。建筑利用 途径主要有修建工业厂房和居民住宅楼或办公楼 等。4. 1. 1建筑利用工程实例随着矿区经济建设的发展，许多矿区在采煤塌 陷区地表进行了建筑开发利用，如开滦、焦作、本

溪、阳泉、晋城、潞安等矿区&在采空区上方建有 住宅楼、 办公楼、 工业 房等， 要 理 采取技术措施，均能确保建（构）筑物安全正常使 用&我国从1978年首次提出，经试验成功的采动

区抗变形结构建筑技术，经过三十多年的发展和推

广，在全国许多矿区已兴建近百万平方米的抗变形 建（构）筑物，经受了各种采矿地质条件的采动

影响考验，取得了显著的经济和社会效益&（1） 开滦矿区地面建筑实例。开滦矿区可采煤层多，煤层开采总厚度达

10 m以上，地表下沉量大，随着矿区建设发展， 采

上方 设了工业 房、 住宅楼等，新建建筑物占地面积约3.77 km2&在二、三十年

代开采的塌陷区内建筑主要的工业厂房或高层住宅 楼时，先勘测老采空区的垮落压实状况，如林西新 建电厂与赵各庄坑口电站位置，地面打钻证明，老 采空区内存在0. 2 ~ 0. 4 m高的空洞，采取了打钻

注粉煤灰或水泥砂浆充填加固处理，确保在建筑物 荷载作用下岩层不再活化移动，保证建筑物安全。（2） 安徽淮北温哥华城地面建筑实例。温哥华城一期工程位于淮北市人民路东段路

南，工程建设用地20.1万m2，总建筑面积17.2 万m2 &场地建筑物结构形式为：沿街商铺为2层 框架，其余住宅为5层砖混（一层架空、顶层带 阁楼）。温哥华城区大部分位于淮北矿业集团公司

朱庄煤矿井田范围内，小部分位于已报废的原相城 煤矿井田范围内&朱庄煤矿开采时间为1971 —

2009年，开采深度从-70 ~ -410 m，主采4、5 两个煤层，累计采厚4.0 m。经过评估后认为，该

区域新建建筑物在采取必要的技术措施后，能够确 保新建建（构）筑物的安全正常使用。该项目 2003年开始建设，2005年投入使用，目前未发现

楼房有任何因采煤沉陷出现的损坏现象&

4.1.2建设高层办公楼和住宅小区通过对比分析以上工程实例，结合古冶区城区

规划，拟在唐家庄矿工业场地及其周边塌陷区新建 住宅小区和办公楼&办公大楼层高最高设计为11

层，住宅小区均为6层建筑物。如前所述，在无外 力作用 ， 项目 内各煤层开采引 的 动

形已基本结束&但项目区地质构造较为复杂，拟建 区域内的新建建筑物将受到老采空区的残余沉陷变

形 及影响， 能产生 程度的 ， 新 建筑物要采取能够抵抗地表残余沉陷变形的抗变形

结构技术措施，才能确保新建建筑物的安全。可采

取抗变形技术措施有：设置变形缝，基础加固处 理；增大上部结构的强度和钢度；对地面敷设、架 空管道及地下管道采取保护措施等&4.2利用闭坑矿山工业场地及其周边塌陷区修建

公园对于城区近郊的闭坑矿山工业场地，可结合其 周边环境，开发公园建设&根据研究区西北部地区

兼具歼石山、采煤塌陷积水区的存在，地形高低起 伏，结合城市发展规划，将其分别改造为森林公园 和北寺公园，为周围住宅小区居民提供休闲、观光

和娱乐的场所，兼具美化环境、净化空气，调节小 气候的作用&北寺公园建于建国初期，结合采煤塌陷区地形

地势在整修形成，唐山大地震后重建，近年来由于 年久失修，渐渐失去了原有功能& 2008年以来，

结合周边地形，再次投资，将公园南侧4万m2 土 地纳入项目区进行规划，对原有的北寺公园进行改

扩建。改扩建后的北寺公园占地约13.5万m2，由

入口广场区、停车场、亲水平台区、花径飘香区、 儿童活动广场区、游船码头区、爱莲亭区、活动室

11第3 D水力采'与管道运输2019年8月区、主题雕塑区、碧水曲径区、水剧场区和景观长

廊区等12个景区构成，各景区之间由一个环行游 览通道统揽全景。改造后的北寺公园，成为一个休

闲、娱乐、健身、绿化、美化于一体的精品公园, 被称作难得一见的袖珍宝地&古冶金山森林公园原为唐家庄矿闭坑矿山采煤 沉降区，通过对歼石山进行整形覆土绿化修复、对 地势低洼沉陷区进行挖深垫浅工程治理，建成了多 层次、多方位、高标准、高水平的绿化生态城市中

央生态公园。该公园于2012年6月27日起正式对 外开放，总投资2.61亿元，占地约65万m2,园

内按功能分区，设中心森林景观区、植物景观区、 市民活动区、福塔、婚庆文化广场、幸福广场、人

工湖等多项公共服务场所，建设绿地水面

43.9万m2，各类建筑物8万m2，绿地覆盖率达到

95%以上&公园的建立，对改善古冶城区生态环

境，提高居民生活指数有重要意义&5结论受开滦集团唐家庄矿、胜利煤矿和古东煤矿煤

炭开采的影响，矿区关闭后，其工业场地及其周边

塌陷区土地损毁，开发利用受到限制。地质环境灾 害隐患调查表明，研究区内未发现明显的新构造运 动迹象，构造稳定性较好，不存在发生崩塌、滑

坡、泥石流、不稳定边坡等地质灾害的可能性&由

于闭矿时间较长，在无外力作用下，项目区内各煤

层开采引起的地表移动变形已基本结束&除了闭矿 初期形成的地面塌陷积水区外，其他地区没有发现 因地下采掘而造成的塌陷，地面基本处于稳定状 态。对于地裂缝灾害，由于矿区内农民及时翻耕土

地，加之项目区所在地人民政府的治理，矿区范围 内未发现明显的地裂缝&通过对比分析平原矿区开滦矿区地面建筑、安 徽淮北温哥华城地面建筑，结合研究区现状，提出

了建筑利用和修建公园的转型利用模式&12参考文献：(1 ] 张凌云.矿山关闭现状与思考[J].华北国土资

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