单位文秘网 2021-07-20 08:22:05 点击: 次
交通便捷性、耕作半径等社会经济指标作为主要影响因子,将各指标划分为3个等级,确定相应的评价标准,采用专家打分及层次分析法计算各指标相应权重,构建黄土高原矿区村落迁址的地理适宜性评价模型。为验证模型的适用性,以陕西某矿塌陷区的村落迁址为例,基于ArcGIS的叠加分析功能,提取各指标等级对应区域,并按评价模型的对应指标权重进行叠加,得到矿区地理适宜度的综合评价分布图;对采煤塌陷区内的建筑面积进行统计,结合评价图分析并确定村落搬迁的最佳选址位置。结果表明,该模型在黄土高原煤矿塌陷区村落迁址中具有较好的适用性,可为煤矿塌陷区村落迁址规划提供技术支持。
关键词:黄土高原;采煤塌陷区;村落迁址;地理适宜度
中图分类号:TD 325文献标志码:A
DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2019.0221文章编号:1672-9315(2019)02-0334-07
0引言
西部黄土高原及其过渡地带是我国主要的煤炭生产基地之一,地表沟壑纵横,地貌复杂多变,水资源匮乏,人居生态环境本身较为脆弱,在大规模的地下采煤导致的沉陷变形影响下,地表建(构)筑物不可避免地会产生破坏,严重危及到采煤沉陷区内建筑物的安全和居民的正常生活[1-4]。目前,在村(镇)居民区下实现安全采煤的途径主要包括充填开采、条带开采、建筑加固等方式[5-6]。由于黄土高原自然村落多零星散布在矿区各处,且多为建筑强度较低的窑洞或砖瓦房屋,上述安全采煤方式会使生产成本、作业效率和资源利用率均大幅降低。因此,当前解决村落区煤炭开采问题大多采用村庄搬迁的方式,即在开采之前将村落搬迁到规划的区域集中安置,并在地下煤层中留设一定范围的保护煤柱,以确保新选址区的安全。
对于黄土高原采煤沉陷区村落搬迁的选址评价问题,涉及采矿、地理、地质、人文、规划等多学科理论,目前还没有普适性的评价模型与方法。文中以陕西某煤矿开采沉陷区村落搬迁为实例模型,根据煤矿工作面布设计划和开采沉陷预计理论,确定村落搬迁区范围和迁址区保护煤柱的大小,采用运筹学的层次分析法、模糊综合评价法,结合特尔菲法,确定矿区村落地貌条件、水文状况、交通条件、劳作范围等多个影响因子的权重模型,形成综合评价指标体系[7-9]。基于 ArcGIS软件平台,定量地分析出沉陷区村落搬迁选址区的地理环境适宜度[10-12],为西部黄土高原矿区村庄下压煤的安全开采提供技术支持。
1采煤沉陷区村落迁址评价方法
西部矿井多采用走向长壁工作面顶板全部垮落法开采。按照矿井生产设计要求,每年布设数个长壁工作面有计划地进行回采,在地表逐渐形成由小到大的沉陷区域,而沉陷区内的村落建筑也会不断破坏。因此,在地下工作面计划回采之前,必须先将地面沉陷区域内的村落实施搬迁,新的搬迁选址区评价工作流程包括:制定开采工作面计划、预计地表沉陷范围、确定搬迁村落面积、确定选址区大小、选址区地理环境评价建模、选址区适宜度分析、适宜迁址区的确定。
1.1开采沉陷范围预计与迁址区面积确定
每一个长壁工作面开采后地表一般会形成沉陷盆地,地表沉陷变形的大小可依据开采沉陷预计理论进行预计分析。现有开采沉陷预计方法可分为影响函数法,剖面函数法,数值分析法和力学分析法等[13-19]。在我国,基于随机介质理论的概率积分法应用最为普遍[20-24],该法较精确合理地描述了地表沉陷盆地的分布形态,具有理论严密及便于编程计算等优点。针对黄土高原矿区的特点,文献[25]利用随机介质理论原理,将地表沉陷视为基岩面不均匀沉降在土层中传播影响至地表的结果,导出概率积分法分层预计模型,并编制了专门的预计程序。实践表明,只要按矿区具体地质采矿条件选用合适的预计参数,上述模型完全能满足黄土高原矿区开采沉陷预计和村落搬迁工作的要求。
在多个相邻工作面开采后,工作面之间的间隔煤柱由于宽度仅为10~20 m左右,在覆岩移动过程中会失去煤柱支撑作用,使地表形成整体性的沉陷盆地。按照上述概率积分法分层预计模型对各个计划的回采工作面开采沉陷变形进行预计。计算工作在专门开发的开采沉陷预计软件平台上完成。在ArcGIS中对各个工作面开采后的地表下沉和变形值,分别予以叠加并进行可视化表达[26-28]。根据开采沉陷理论,按照地表下沉量小于10 mm来划定地表沉陷区范围。显然,沉陷区范围是按年度不断增加的,沉陷区内的村落面积也会逐年增加,根据计划年限可以确定搬迁村落的总面积。在此基础上,根据塌陷区村落建筑面积、相关搬迁安置政策和村镇规划原理来确定迁址区的规划面积。
1.2迁址区地理适宜度评价模型
针对黄土高原村落的地理环境复杂多变且影响因子众多的特点,文中选择运筹学中的AHP法,来构建黄土矿区村落迁址区的地理适宜度评价模型。利用AHP法将定量分析与定性分析相结合,进行黄土矿区村落搬迁选址评价,用专家经验给出自然地理指标和社会经济指标在某一标准体系下的相对重要程度,并有效地计算出各个影响因子对应的权重值,构建地理适宜度评价模型[29-30]。
在黄土高原开采沉陷区村落迁址的评价中,利用AHP法进行黄土高原沉陷区村落迁址的地理环境适宜性评价,将决策目标、考虑因素和决策对象按其相互关系分为3个层次,其结构模型如图1所示,包括目标层、准则层、方案层。文中利用图1所示的模型进行黄土矿区村落迁址的综合评价。
1.3地理适宜度评价因子及评分依据
针对黄土高原采煤沉陷区村落迁址问题,评价目标为本矿区覆盖范围,首先要避开预计的开采沉陷区,以及不适宜居住建房的滩涂地、湿陷性黄土区、滑坡风险區等地质条件恶劣和灾害易发区。选址区地理适宜度评价的影响因子可分为2类:自然地理指标和社会经济指标,细分为6个主要影响因子[31],见表1.
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