匡 偉 時 代 劉立忠 姜 升

(中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063000)

采煤沉陷土地?fù)p毀程度評價軟件系統(tǒng)研究

匡 偉 時 代 劉立忠 姜 升

(中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063000)

針對采煤沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度評價工作量大、易出錯的問題，以地表巖移預(yù)計為基礎(chǔ)，建立多因素評價的指標(biāo)體系，設(shè)計了土地?fù)p毀程度分級標(biāo)準(zhǔn)，提出了基于概率統(tǒng)計的土地?fù)p毀計算方法，并研制了Windows平臺下的采煤沉陷土地?fù)p毀程度評價軟件系統(tǒng)，使土地?fù)p毀程度評價更趨科學(xué)合理，同時工作效率大大提高。

采煤沉陷 土地?fù)p毀程度評價 指標(biāo)體系 分級標(biāo)準(zhǔn)

采煤沉陷導(dǎo)致地表大面積土地?fù)p毀[1]。在國家加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的背景下，國內(nèi)已廣泛開展土地復(fù)墾和礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作。然而在土地復(fù)墾和礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案編制中，土地?fù)p毀等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取依賴于傳統(tǒng)的手工統(tǒng)計。手工統(tǒng)計方法以土地利用現(xiàn)狀圖中的地類圖斑數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，依據(jù)下沉、水平變形、傾斜等巖移預(yù)計結(jié)果參數(shù)，逐個對比分析，并記錄下結(jié)果。此方法不僅工作量大、繁瑣,而且易出錯。因此需尋求更為科學(xué)合理的方法，使傳統(tǒng)的手工統(tǒng)計、單因素分析、定性描述的方法發(fā)展為多因素決定、定性描述和定量計算相結(jié)合，統(tǒng)計結(jié)果可靠，工作效率得到大幅提升。

1 沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度評價方法

沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度評價通常以標(biāo)準(zhǔn)的土地利用現(xiàn)狀分幅圖和地質(zhì)地形圖為工作底圖，以地類圖斑作為基本的評價單元，并以相應(yīng)的評價指標(biāo)作為依據(jù)，來進(jìn)行土地?fù)p毀的評價工作。應(yīng)用多個評價指標(biāo)來綜合計算每一個地類圖斑的土地?fù)p毀程度是本研究的重點內(nèi)容。

1.1 指標(biāo)體系的建立

土地?fù)p毀程度影響因素眾多，主要表現(xiàn)為地表錯動、出現(xiàn)地裂縫、地表下沉、土地被淹沒等，結(jié)合《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》中土地?fù)p毀程度分級標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了包含5個主要影響因素的指標(biāo)體系，見圖1。在評價土地?fù)p毀程度時，結(jié)合工程情況，可選取其中部分或全部指標(biāo)，進(jìn)行定性、定量相結(jié)合的綜合評價。

圖1 采煤沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度評價指標(biāo)體系

1.2 土地?fù)p毀程度分級標(biāo)準(zhǔn)

采煤沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度一般可劃分為3個等級:重度、中度、輕度，本研究參考《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》，確定了如表1所示各指標(biāo)對應(yīng)的不同地類的分級標(biāo)準(zhǔn)。

表1 采煤沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

1.3 地類圖斑數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理

地類圖斑是進(jìn)行土地?fù)p毀程度評價的基本單元。采煤沉陷區(qū)往往包含多種地類，每種地類又包含眾多圖斑，因此有必要分地類、分圖斑處理。使用數(shù)據(jù)庫可以分類管理這些數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)快速檢索、對比。

地類圖斑在幾何上表現(xiàn)為封閉的幾何多邊形，一個地類圖斑通常包含以下信息：地類名稱、圖斑編號、多邊形頂點坐標(biāo)x、多邊形頂點坐標(biāo)y、面積、周長等。建立如表2中所示的3個表單，把幾何信息存儲在數(shù)據(jù)庫中。其中，表單2通過“地類編號”字段與表單1關(guān)聯(lián)，表單3通過“圖斑編號”字段與表單2關(guān)聯(lián)。

表2 地類圖斑數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫管理

1.4 基于概率統(tǒng)計的土地?fù)p毀程度計算方法

將面積為s的多邊形所在區(qū)域劃分為等間距的離散點Ni(i=0,1,2,…,m，m為離散點個數(shù))，見圖2。多邊形損毀程度的計算近似地轉(zhuǎn)變?yōu)檫@些離散點處的損毀程度的計算，離散點越多(m越大)，越接近真實值，具體計算流程如下：①預(yù)計地表多邊形范圍內(nèi)的Ni處的巖移數(shù)據(jù)。②分析多邊形范圍內(nèi)Ni處的潛水位數(shù)據(jù)。③調(diào)查多邊形范圍內(nèi)Ni處的生產(chǎn)力降低數(shù)據(jù)。④統(tǒng)計多邊形內(nèi)部、外部的點數(shù)，分別記為min、mout，滿足m=min+mout。⑤依據(jù)各指標(biāo)因子所對應(yīng)的分級標(biāo)準(zhǔn),參考表1計算多邊形內(nèi)部各離散點處土地?fù)p毀程度；在計算過程中，任何一項指標(biāo)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)即認(rèn)為損毀程度達(dá)到該損毀等級，并統(tǒng)計個數(shù)；統(tǒng)計后重度、中度、輕度點的個數(shù)分別記為m1,m2,m3,滿足min=m1+m2+m3。⑥由此可計算出多邊形重度、中度、輕度區(qū)域的面積s1，s2，s3分別為

從而可以判斷出該多邊形的損毀程度。

圖2 多邊形所在區(qū)域劃分為等間距的離散點

2 采煤沉陷地表土地?fù)p毀評價軟件系統(tǒng)

2.1 基本功能

在Windows平臺下，以VS2008為開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)了煤礦開采地表沉陷土地?fù)p毀評價，包括以下模塊功能：①巖移參數(shù)管理數(shù)據(jù)庫的建立；②沉陷預(yù)測模塊的研究與開發(fā)；③礦山開采土地?fù)p毀評估模塊研究與開發(fā)。

各模塊詳細(xì)功能及相互的關(guān)聯(lián)性見圖3。

2.2 技術(shù)方案

(1)針對我國煤炭資源分布廣泛，煤層埋藏與地質(zhì)采礦條件變化大，地表沉陷預(yù)測中難以準(zhǔn)確選取巖移參數(shù)的問題，研究建立巖移參數(shù)管理數(shù)據(jù)庫，為用戶進(jìn)行地表沉陷損毀預(yù)測提供便利參考。

(2)針對目前沉陷預(yù)測軟件主要為專業(yè)人員開發(fā)、不利于推廣應(yīng)用的問題，開發(fā)界面友好、可擴(kuò)充性強(qiáng)、方便普通用戶使用的開采沉陷預(yù)測模塊。

圖3 采煤沉陷地表土地?fù)p毀評價軟件框圖

(3)針對礦山開采土地?fù)p毀程度分級統(tǒng)計工作量大，人工統(tǒng)計繁瑣、周期長、易出錯的難題，構(gòu)建土地?fù)p毀程度分級模型，研究開發(fā)土地?fù)p毀程度分級模塊，通過計算機(jī)實現(xiàn)土地?fù)p毀程度的自動分級統(tǒng)計。

3 在孟村土地復(fù)墾方案編制中的運用

孟村煤礦位于陜西省咸陽市長武縣和彬縣境內(nèi)，為新建礦井，設(shè)計年產(chǎn)量6.0 Mt，初始復(fù)墾方案服務(wù)年限為26.5 a，擬損毀土地1 390.63 hm2。

本次土地?fù)p毀程度的統(tǒng)計以長武縣、彬縣國土資源局提供的標(biāo)準(zhǔn)分幅二調(diào)土地利用現(xiàn)狀圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，共統(tǒng)計19種地類，圖斑個數(shù)為1 461個。在土地?fù)p毀程度評價時，以水平變形、附加傾斜、下沉3項指標(biāo)為評價依據(jù)，完成了復(fù)墾區(qū)內(nèi)所有圖斑的土地?fù)p毀程度的評價工作，圖4為復(fù)墾區(qū)圖斑損毀程度按照重度、中度、輕度3個等級顯示結(jié)果，統(tǒng)計工作耗時約2 h，經(jīng)手工驗算、對比分析，評價結(jié)果較為合理；同時按照《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》中的數(shù)據(jù)格式要求，輸出了土地復(fù)墾方案編制中所需的各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、土地利用權(quán)屬統(tǒng)計數(shù)據(jù)、圖斑損毀統(tǒng)計數(shù)據(jù)(見表3)等。按照傳統(tǒng)的手工統(tǒng)計方法，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析通常需要1周左右的時間，軟件系統(tǒng)的應(yīng)用使工作效率有了大幅的提升，同時經(jīng)手工驗算對比，土地?fù)p毀程度評價結(jié)果較為合理。

4 結(jié) 論

(1)在建立多因素分析的指標(biāo)體系和設(shè)計土地?fù)p毀程度分級標(biāo)準(zhǔn)的條件下，應(yīng)用概率統(tǒng)計的方法來定量計算沉陷區(qū)地類圖斑損毀程度比傳統(tǒng)的手工統(tǒng)計結(jié)果更為可靠。

(2)實例運用表明，使用Windows平臺下的采煤沉陷土地?fù)p毀程度評價軟件系統(tǒng)對復(fù)墾區(qū)大量圖斑損毀程度進(jìn)行統(tǒng)計，不僅工作效率高，而且評價結(jié)果更為可靠。

圖4 復(fù)墾區(qū)土地?fù)p毀預(yù)測圖

表3 沉陷區(qū)圖斑損毀統(tǒng)計表

[1] 吳海洋,劉仁芙,羅 明,等,土地復(fù)墾方案編制規(guī)程[M].北京：中國大地出版社,2011. Wu Haiyang，Liu Renfu，Luo Ming，et al.Regulation on Compiling Land Reclamation Plan[M].Beijing：China Earth Publishing House,2011.

[2] 吳海洋,劉仁芙,羅 明,等,土地復(fù)墾方案編制實務(wù)[M].北京：中國大地出版社,2011. Wu Haiyang，Liu Renfu，Luo Ming，et al，Practice on Compiling Land Reclamation Plan[M].Beijing：China Earth Publishing House,2011.

[3] 李發(fā)斌,李何超,周家云.礦山土地破壞程度評價方法研究[J].采礦技術(shù),2006，6(2):25-28. Li Fabin，Li Hechao，Zhou Jiayun.Evaluation method of the land damage degree caused by mining[J].Mining Technology，2006，6(2):25-28.

[4] 方 敏,張 勝,梁路平.Windows程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社,2010. Fang Min，Zhang Sheng，Liang Luping.Windows Programming[M].Beijing：Tsinghua University Press,2010.

(責(zé)任編輯 石海林)

Evaluation Software System of Land Damage Degree Induced by Mining Subsidence

Kuang Wei Shi Dai Liu Lizhong Jiang Sheng

(TangshanResearchInstitute,ChinaCoalTechnology&EngineeringGroup，Tangshan063000，China)

in view of some problems like huge work-load and easy-to-mistaken in evaluation of the land damage degree caused in subsidence area，based on prediction of rock movement， factors，a multi-factor evaluation system is established.The classification criteria of land damage degree are designed.The evaluation method of the land damage degree is proposed based on probability and statistics.The software system for the evaluation of land damage degree for mining subsidence area based on Windows platform is developed.So the evaluation becomes more scientific and reliable，and the work efficiency is significantly increased.

Mining subsidence，Evaluation of the land damage degree，Indicators system，Classification criteria

2015-03-04

中國煤炭科工集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新基金項目(編號:2014MS036)。

匡 偉(1984—)，男，助理研究員，碩士。

TD88

A

1001-1250(2015)-04-015-03