匡 偉 時(shí) 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(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)研究

匡 偉 時(shí) 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(duì)采煤沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)工作量大、易出錯(cuò)的問題，以地表巖移預(yù)計(jì)為基礎(chǔ)，建立多因素評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)了土地?fù)p毀程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，提出了基于概率統(tǒng)計(jì)的土地?fù)p毀計(jì)算方法，并研制了Windows平臺(tái)下的采煤沉陷土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)，使土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)更趨科學(xué)合理，同時(shí)工作效率大大提高。

采煤沉陷 土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià) 指標(biāo)體系 分級(jí)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(huì)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(jì)。手工統(tǒng)計(jì)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(jì)結(jié)果參數(shù)，逐個(gè)對(duì)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(cuò)。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(jì)、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(jì)算相結(jié)合，統(tǒng)計(jì)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(píng)價(jià)方法

沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)單元，并以相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)作為依據(jù)，來進(jìn)行土地?fù)p毀的評(píng)價(jià)工作。應(yīng)用多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)來綜合計(jì)算每一個(gè)地類圖斑的土地?fù)p毀程度是本研究的重點(diǎn)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(cuò)動(dòng)、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(jí)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了包含5個(gè)主要影響因素的指標(biāo)體系，見圖1。在評(píng)價(jià)土地?fù)p毀程度時(shí)，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(píng)價(jià)。

圖1 采煤沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 土地?fù)p毀程度分級(jí)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(gè)等級(jí):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(duì)應(yīng)的不同地類的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 采煤沉陷區(qū)土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)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(píng)價(jià)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(shí)現(xiàn)快速檢索、對(duì)比。

地類圖斑在幾何上表現(xiàn)為封閉的幾何多邊形，一個(gè)地類圖斑通常包含以下信息：地類名稱、圖斑編號(hào)、多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)x、多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)y、面積、周長等。建立如表2中所示的3個(gè)表單，把幾何信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。其中，表單2通過“地類編號(hào)”字段與表單1關(guān)聯(lián)，表單3通過“圖斑編號(hào)”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(jì)的土地?fù)p毀程度計(jì)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(diǎn)Ni(i=0,1,2,…,m，m為離散點(diǎn)個(gè)數(shù))，見圖2。多邊形損毀程度的計(jì)算近似地轉(zhuǎn)變?yōu)檫@些離散點(diǎn)處的損毀程度的計(jì)算，離散點(diǎn)越多(m越大)，越接近真實(shí)值，具體計(jì)算流程如下：①預(yù)計(jì)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(jì)多邊形內(nèi)部、外部的點(diǎn)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(duì)應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),參考表1計(jì)算多邊形內(nèi)部各離散點(diǎn)處土地?fù)p毀程度；在計(jì)算過程中，任何一項(xiàng)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(jí)，并統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)；統(tǒng)計(jì)后重度、中度、輕度點(diǎn)的個(gè)數(shù)分別記為m1,m2,m3,滿足min=m1+m2+m3。⑥由此可計(jì)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(diǎn)

2 采煤沉陷地表土地?fù)p毀評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)

2.1 基本功能

在Windows平臺(tái)下，以VS2008為開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了煤礦開采地表沉陷土地?fù)p毀評(píng)價(jià)，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(píng)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(duì)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(duì)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(píng)價(jià)軟件框圖

(3)針對(duì)礦山開采土地?fù)p毀程度分級(jí)統(tǒng)計(jì)工作量大，人工統(tǒng)計(jì)繁瑣、周期長、易出錯(cuò)的難題，構(gòu)建土地?fù)p毀程度分級(jí)模型，研究開發(fā)土地?fù)p毀程度分級(jí)模塊，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)土地?fù)p毀程度的自動(dòng)分級(jí)統(tǒng)計(jì)。

3 在孟村土地復(fù)墾方案編制中的運(yùn)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(jì)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(jì)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(jì)19種地類，圖斑個(gè)數(shù)為1 461個(gè)。在土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)時(shí)，以水平變形、附加傾斜、下沉3項(xiàng)指標(biāo)為評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(gè)等級(jí)顯示結(jié)果，統(tǒng)計(jì)工作耗時(shí)約2 h，經(jīng)手工驗(yàn)算、對(duì)比分析，評(píng)價(jià)結(jié)果較為合理；同時(shí)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(jì)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(jì)數(shù)據(jù)、圖斑損毀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(見表3)等。按照傳統(tǒng)的手工統(tǒng)計(jì)方法，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析通常需要1周左右的時(shí)間，軟件系統(tǒng)的應(yīng)用使工作效率有了大幅的提升，同時(shí)經(jīng)手工驗(yàn)算對(duì)比，土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)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(jì)土地?fù)p毀程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)的方法來定量計(jì)算沉陷區(qū)地類圖斑損毀程度比傳統(tǒng)的手工統(tǒng)計(jì)結(jié)果更為可靠。

(2)實(shí)例運(yùn)用表明，使用Windows平臺(tái)下的采煤沉陷土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)對(duì)復(fù)墾區(qū)大量圖斑損毀程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不僅工作效率高，而且評(píng)價(jià)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(jì)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(shí)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(píng)價(jià)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(jì)[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(xiàng)目(編號(hào):2014MS036)。

匡 偉(1984—)，男，助理研究員，碩士。

TD88

A

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