煤矿沉陷区

煤矿沉陷区（通用10篇）

煤矿沉陷区 篇1

摘要：结合某煤矿沉陷区铁路专用线工程的实际情况, 验算了该路基的地基承载力, 提出了土工格栅加固方案, 并对加固后的路堤稳定性进行了分析, 结果表明, 加固后的路堤滑动安全系数满足规范要求, 可正常使用。

关键词：铁路,路基,承载力,土工格栅,稳定性

1 工程概况

某矿铁路专用线全长8. 50 km, 呈西北~ 东南走向, 由矿业公司测绘队图纸《某矿铁路专用线2011 年维护加固工程地形图》可知, 其中某标段将受到1825 ( 5) 工作面的采动影响, 影响范围内含1 条铁路专用线, 随着该矿工作面的向前推进, 铁路专用线路基将发生沉陷且不能满足正常安全行车的要求。

该区域内路基高度基本在15 m ~ 16 m范围内, 路基顶宽18 m, 左侧三层台阶, 右侧两层台阶。路基填料基本都是煤矸石。

2 现有路基稳定性分析

2. 1 现有路堤稳定性分析

在“超载”情况下对现有路堤进行稳定分析。路堤高度16. 000 m, 顶宽18 m, 左侧三层台阶, 右侧两层台阶, 计算简图见图1。

沉陷区水下部分路堤填料力学参数分别按75% , 50% , 40%进行折减, 采用有效固结应力法进行路堤稳定性分析, 计算得到的滑动安全系数见表1。

TB 10035—2006 铁路特殊路基设计规范要求的时速120 km / h以下路堤最小稳定系数1. 1。可见, 路堤滑动安全系数不仅不能够满足规范要求的最小安全系数要求, 甚至低于1, 即可能发生滑坡[1]。

2. 2 现有路基地基承载力验算

1) 地基承载力计算参数:

a.承载力验算公式:

p≤γR[fa]。

b. 承载力抗力系数:

γR = 1. 00。

c.承载力修正公式:

2) 下卧土层承载力。

根据上述计算公式计算下卧土层特征点的地基承载力, 计算结果见表2。

根据TB 10002. 5—2005 铁路桥涵地基和基础设计规范, 路堤下卧土层地基承载力均满足规范要求, 因此无需对地基进行处理[2]。

2. 3 问题与建议

通过现场调查和理论分析, 现有路堤主要存在以下问题:

1) 路堤表面无防护措施和排水措施, 降水后路堤填料力学性质严重下降。

2) 路堤安全系数储备不足, 滑动系数安全系数小于规范限值, 可能导致路堤滑坡[3]。

建议: 对现有路基路堤进行加固设计。

3 路基加固设计

3. 1 路堤土工格栅加固设计

土工格栅是一种高强度土工合成材料。广泛应用于堤坝、隧洞、码头、公路、铁路、建筑等领域 ( 见图2) 。

本次加固设计采用双向土工格栅 ( TGSG15-15) , 双向土工格栅是以聚丙烯, 高密度聚乙烯为原料, 经特别的挤压, 双向拉伸而制成。可减少所需的结构性填土, 荷载均匀分布, 具有较高的双向拉伸模量和抗拉强度, 较高的抗机械破坏力, 耐久能力。适用于采动区软土地基处理和加筋土结构。

参照JT/T 480—2002 交通工程土工合成材料土工格栅, 土工格栅分层铺筑, 每层厚度0. 3 m ~ 0. 5 m, 路基底部设置砂垫层 ( 高度不大于10 cm) , 纵向搭接15 cm ~ 20 cm, 横向10 cm, 搭接处用塑料带绑扎, 并在铺设的格栅每隔1. 5 m ~ 2 m用U形钉固定地面, 铺设的土工格栅应及时回填土料。

3. 2 路堤加固后稳定性分析

在“超载”情况下, 对采用土工格栅加固后路堤进行稳定性分析。

计算简图如图3 所示, 加固后路堤滑动安全系数如表3所示。

TB 10035—2006 铁路特殊路基设计规范要求的时速120 km / h以下路堤最小稳定系数1. 1。可见, 在路堤加固后, 路堤滑动安全系数能够满足规范要求的最小安全系数要求, 路堤安全即不可能发生滑坡[4]。

4 结语

该矿铁路专用线下路基在采动影响下, 路堤滑动安全系数小于规范所要求的最小稳定系数1. 1, 已不满足规范要求, 不能继续使用。采用土工格栅对原有路基进行加固处理后, 路堤滑动安全系数大于规范所要求的最小滑动安全系数1. 1, 满足规范要求, 可以继续正常使用。

参考文献

[1]郭文兵.受采动影响建筑物破坏等级的模糊评价[J].矿山测量, 1997 (4) :29-30.

[2]雷哲莹.地表变形引起建筑物附加内力的计算及抗变形结构设计[J].煤矿开采, 2000 (1) :33-35.

[3]顾晓鲁.地基与基础[M].北京:中国建筑工业出版社, 1993.[4][苏]B.A.布克林斯基.矿山岩层与地表移动[M].王金庄, 洪渡, 译.北京:煤炭工业出版社, 1989.

煤矿沉陷区 篇2

汇报

尊敬的各位领导：

非常真诚的欢迎各位来我市敦促和督办采煤沉陷区治理工作。这件事也一直是压在我们心头的一块石头，我们正在尽最大的努力根据省、地领导要求和项目设计加紧工作，力争使项目尽快落实。下面我就韩城市采煤沉陷区治理农村部分工作进展情况作一汇报。

一、基本情况：

我市是以煤炭、电力、钢铁及焦化等为主的能源型工业城市。因煤而兴，是因为挖走了煤带动了其它产业兴起。同时，也因煤而失，是因为煤炭产业的发展引发了一些社会问题。地面沉陷两千多亩耕地无法耕种；五分之一户群众房屋受损，生命安全受到威协；沉陷区自然环境遭到了毁坏，群众吃水造成极度困难。沉陷区治理水深火热，迫在眉睫。

从采煤沉陷区农村方面来讲，按项目治理共涉及4乡、12村、37个组、2169户、6990口人。受损特征是基础断裂、墙体变形，地表凸起，整体倾斜，个别村房屋已经倒塌。

为了解决好受灾群众因采煤而带来的生产生活不便及保护好群众生命财产安全，我们不得不采取严格措施。落实了监督巡查责任，雨季采取了紧急避险，危房户一律撤离险区租住。但这些只能是这一时期经常性工作，是临时性救险措施，并不能从根本上解决问题。为了从根本上解决安居问题，政府决定，同意对情况较为严重的村，实施异地搬迁，进入城区。这一决定基于以下情况考虑：

第一，就近搬迁不放心。因沉陷区的各村受破坏的面积较大，大部分地方都形成裂缝，就近搬迁，费用虽少，但群众害怕仍未脱离险境，不放心。

第二，已搬迁村需要再迁。如刘岭新村、竹园新村，虽是近几年新搬迁的村，但因仍未脱离采煤区，也出现了地面沉陷和房屋裂缝，形成二次再搬，造成浪费。

第三，沉陷区严重缺水。这也是目前沉陷区村存在的最为严重的问题，受灾区群众靠买水维计生活，人畜饮水极度困难。

二、工作情况：

根据省市安排，结合我市实际，考虑群众意愿，我们在采煤沉陷区治理项目落实中已做了大量工作。主要有以下几方面。一是成立了沉陷区治理工作领导

小组，并成立了矿区和农村两个组织机构，按照分工明确职责，有分有合。共同解决这一问题，二是制定了搬迁方案，确定了搬迁地点，完成了规划设计，确定了搬迁对象。三是抓紧了征地工作。征地方面共涉及4村，12组600亩土地，目前已与两个村签定了征地协议，完成征地200多亩，其它两村预计15天内可完成。四是做了大量群众工作，一方面是向沉陷区群众反复做思想工作，解释搬迁过程中出现的困难和问题，安定群众情绪，一方面向涉及征地村群众宣传政策，保证用地，推动项目治理。

三、存在问题：

第一、征地工作遇到一些问题。15%的返还地群众要求不一，500多座坟墓要求选址迁移，这些问题已基本达成一致，近期可以解决。

第二、群众搬迁费用较高。这一问题将采取政府补一部分，群众贴一部分，项目拿一部分，予以解决。

第三、群众情绪不稳。需做三方面工作，其一是按照受损程度，分批搬迁；其二是临时安置好重灾群众的避险问题，其三是照顾好群众生产生活，解决好吃水问题。

四、下一步打算：

1、加快征地进度，搞好“三通一平”，确保开工

建设。

2、做好思想工作，稳定群众情绪，确保有序安定。

浅谈开采沉陷区土地的治理 篇3

关键词：开采沉陷；造地复田；综合治理；粉煤灰

0 引 言

随着煤矿开采范围的不断扩大，塌陷破坏的土地日益增多。矿区土地大面积塌陷，不但严重破坏了矿区的生态环境，使农田荒芜，农民少地或无地耕种，而且使煤矿征地越来越困难，严重影响煤炭生产任务的完成。

开采沉陷造成的地表塌陷区，特别是常年积水的塌陷区内，耕地可耕性的降低常常是永久性的。也就是说，如果不采取适当的整治措施，我们将永远失去这些可耕地。长此以往， 将给子孙后代带来不可估量的损失。据统计，我国由于采矿、建设所失去的可耕地总数已相当于福建省全省可耕土地面积之总和。因此，受开采破坏的土地的整治和恢复，是一项极其重要的、刻不容缓的工作。

世界各国都很重视煤矿塌陷区的土地复垦工作，并取得了一些成功的经验，我国国务院、国家计委、国家建委都曾发布过有关土地复垦的规定。笔者查阅相关资料，总结了以下几种行之有效的治理方法，并列举了一些成功的例子。

1 地表塌陷区造地复田

1.1 利用煤矸石造地复田

地下开采煤炭时产生大量的煤矸石运到地表，堆成矸石山。应用煤矸石作为塌陷区造地复田的充填材料，既可使破坏了的土地得到恢复，又可减少矸石山占地，消除矸石山对环境的污染。

煤矸石复田可分成三种情况：新排矸石复田、推平老矸石山复田和预排矸复田。

新排矸石复田，是应用排矸复田系统，将矿井新产生的煤矸石直接排入塌陷坑，推平复土造田；推平老矸石山复田，是应用矸石堆积存的矸石做复田的充填料，并推平老矸石山， 在其上复土绿化或处理矸石山作为他用；预排矸复田，是在建井过程和生产初期，在采区上方地表预计要发生下沉的地区，将表土取出堆放在四周，按预计的下沉等值线图，预先排放矸石，待到下沉停止、矸石充填到预期水平后，再将堆放在四周的表土推在矸石层上复土成田。在将恢复的土地作为建筑场地时，对充填料要很好夯实。如煤矸石中含有有害元素时，应在矸石和复土间铺设一定厚度的（如O.4m）隔离层，再在其上铺设足够厚度的复土（一般O.5～O.8m）才可进行种植。在复田后，如地下水流流经下部矸石层时，可能使地下水受污染，此时需在矸石层与塌陷区地表间铺设隔水层。

沉陷区土地复垦标高应根据复垦用途、地下水位标高、洪水位标高来确定。一般而言， 建筑用地复垦的标高应高于本区洪水位标高或恢复原有的地面标高。农业种植和养殖复垦区，考虑到地下水开采后，地表及潜水位都将相对下降，为了有利于农田保墒、保水、保肥及农作物的生长，农林复垦标高常低于原地标高，根据复垦区的潜水位标高确定。复垦后地表高于潜水位的标高值，应根据本区农作物的耐渍深度确定。

由于充填矸石的风化、崩解、水解等作用下产生固结沉降，因而充填矸石的标高应考虑矸石的沉陷。英国莱斯特郡的观测表明，未进行专门压实的矸石回填后的压缩量可达7%。一般矸石充填标高H采用下式计算：

H=HO+△h

式中H0——设计充填沉降后的标高，m：

△h——充填后的沉降量，m；由下式确定：

△h=（Y/Y0—1）h

△h=（E1（E2+1）-1）h

式中 Y ——矸石压实后实际达到的密度：

YO——压实前矸石密度：

我国许多大型煤炭生产基地附近都有电厂，利用电厂的废渣粉煤灰造地复田，在技术上是可行的，在经济上也是合理的。

利用粉煤灰对塌陷区造地复田的方法如下：

（1）在计划复田的塌陷区内修筑贮灰场。用推土机、铲运车或汽车，按设计用量取出塌陷区的耕植土，运到塌陷区周围，压实筑坎形成贮灰场。在塌陷区积水时，可用挖塘机和挖泥船取土，存在塌陷区周围留作复土时使用。

（2）水力输灰。从电厂到复田的塌陷区之间铺设双排管道，把粉煤灰用水混合成灰水，用电厂原有的泵类（PH泵、油隔离泵等）把灰水排放到贮灰场。

（3）沉淀和排水。灰场内的灰水随着充灰不断积累沉淀，沉淀后的水由贮灰场的排水口流经排水沟、泄入河流或江湖。由于这种水的水质较好（PH值小于9）不影响民用和工业使用。

（4）复土造田。贮灰场沉淀的粉煤灰达到设计标高时停止充灰，将水排净，即可复土，复土厚度一般为lO～50cm。

我国在很多电厂附近都进行过造地复田，造成的田土用来种植水稻、小麦、玉米、花生、棉花、西瓜、蔬菜、果树等，产量一般较高，作物的有毒物质含量很低，符合卫生要求。

1.2 利用湖泥、河泥造地复田

在一些靠近湖、河的煤矿中，可以利用湖泥、河泥充填塌陷区造地复田。其方法是：先将矿井矸石排入塌陷区填底，湖泥堆在矸石上，待泥干后用推土机推平，然后改良土壤，完善排灌系统，绿化和再种植，最后还田。

2 塌陷区的综合治理

一般说来，平原区的塌陷范围很大，有的还有相当多积水。造复田是有许多优点，但要花费大量的经费，还要有足够的充填材料。所以，一般说来，造地复田的塌陷区只能是全部塌陷区的一部分。为了更好地全面地整治塌陷区，应进行塌陷区的综合治理，即要因地制宜、全面规划、统一安排，使造地复田、复原、重建工作同时进行，发展多种经营，妥善安排被煤矿占用了土地的农民的生活，以取得更好的经济和环境效益。

综合治理塌陷区的方法主要有：

（1）造地复田：其治理方向及主要技术要求见表4。

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（2）塌陷区疏干：在塌陷后地表大部分高于附近的河、湖水面的地区，可以采用疏干塌陷区的方法。具体做法是，开挖大量排水渠，把塌陷区积水排入河、湖或水库；在低洼地 挖深垫浅建设水库；涝季存水、旱季灌溉；在因河床的坡降变化而使河水不能畅流时，在河流的适当地段设置扬水站，以便雨季时把河水泵入下游排走。疏干塌陷区不但可使大部分农田恢复为可耕地，而且可使村庄和其他建筑周围不再积水，避免了不必要的迁移，保护了生态环境。图1给出了这种方法的一个例子。在条件合适时，这种方法可创造较好的经济和环境效益。

（3）平整土地和修建梯田：该方法主要用于不沉积水沉陷区、积水沉陷区的边坡地带、井工矿矸石山、露天矿剥离堆放场。按照我国对地形特征的划分标准，地表坡度小于2°时为平原，大于6°为山地，2°～6°。为丘陵，25°以上为高山。采矿形成的沉陷区附加坡度一般较小，沉陷后的地表坡度在2°以内时可进行土地平整耕作。沉陷后坡度在2°～°6之间时，可沿地表等高线修整成梯田，并略向内倾以拦水保墒，土地利用可农林（果）相间，耕作时采用等高耕作，以利于水土保持。我国山西、河南、山东等地一些矿区采用该法复垦沉陷地。

（4）挖深垫浅：挖深垫浅是运用人工或机械方法，将局部积水或季节性积水沉陷区下沉较大区域挖深，以适合养鱼、蓄水灌溉等，用挖出的泥土充填开采沉陷较小的地区，使其成为可种植的耕地。这种方法既复垦了沉陷土地，又改变了农业结成为可种植的耕地。这种方法既复垦了沉陷土地，又改变了农业结构，变单纯种植农业为种植、养殖相结合的农业。这种复垦方法成本低、效率高、操作简单、投资少，是我国目前普遍采用的一种复垦方法见（图2）。

（5）发展水产和养殖业：对面积广、深度大、积水多的塌陷坑，不必过分强调复垦，可因地制宜进行整治、发展水产、养殖业和调节工农业用水，以提高经济效益。

（6）可以和城镇环境卫生综合考虑：在今天的城镇，每天都要产生大量的生活垃圾、工业垃圾、建筑垃圾等。这对于环境卫生管理造成巨大的压力，不但花费大量的金钱，而且占据大面积的土地。所以在有条件的地方，可以在预计要发生沉陷的地方，规划出一块土地来，先将表土开挖，堆放在周围，待发生沉陷后，可将经过再生处理后，不会对环境造成污染的垃圾和矸石一起回填堆放，达到一定的高度后，再将堆放在四周的表土覆盖在上面复土成田。

此外，许多老矿区已发展成为工业城镇。他们对不能复田的塌陷区，加以修整，并进行绿化和美化，成为矿工们休息和娱乐的场所；有的还建立了福利和生活、生产设施，都取得了很好的效果。

3 总 结

治理开采沉陷区土地的方法有很多。在实际应用中，应该因地制宜，结合本地的实际情况，采取不同的治理方法。这样才能很好的解决由开采引起的土地问题，创造更大的经济和环境效益。

参考文献：

[1] 何清，杨伦，凌赓娣等.矿山开采沉陷等[M].北京：中国矿业大学出版社，1991.

[2] 邹友峰，邓喀中，马伟民.矿山开采沉陷工程[M].北京：中国矿业大学出版社，2003.

[3] 何芳，徐友宁，袁汉春等.煤矿地面塌陷区的防治措施[J].煤炭工程，2003，No7，10-13.

煤矿沉陷区 篇4

20 世纪80 年代,灰色系统理论［1］由邓聚龙教授提出,GM( 1,1) 模型成为该理论主要模型,广泛用于工业、农业、社会和经济的各个领域,解决了日常生活、科研和生产中的诸多问题。灰色系统理论以其优越特性,在矿区开采沉陷预测中表现不俗,得到专家学者一致青睐［2－3］。灰色系统理论研究的是信息不完全的对象、内涵不确定的概念、关系不明确的机制,能从有限的、离散的数据中寻找规律,建立模型,并作出分析和预测。煤矿区开采沉降监测一般采用定期观测的常规测量方法,所获取的观测数据是有限的、离散的。因此,可依靠灰色系统理论,根据获取的数据来预测矿区沉降发展趋势。GM( 1,1)模型是有效的预测模型［4－6］,据此为提高预测精度,提出事件响应模型。

1 事件响应模型

1. 1 原理

等时间间隔观测数据X(0)(t)=[x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(t)],t=1,2,…,n,其中t是观测时间序号。X(0)(t)的1-AGO序列为X(1)(t)=[x(1)(1),x(1)(2),…,x(1)(t)],t=1,2,…,n,其中,k=1,2,…,t。X(1)(t)的紧邻均值生成序列为Z(1)(t)=[z(1)(2),z(1)(3),…,z(1)(t)],t=2,3,…,n,其中z(1)(k)=1/2[x(1)(k)+x(1)(k-1)],k=2,3,…,t。称为GM(1,1)模型的白化方程[7,8],式中a代表地表发展趋势,b代表地表沉降值。

若 Λ=[a b]T为参数,且

则GM( 1,1) 模型最小二乘估计参数序列满足:

事件响应模型函数为

式中:k=2,3,…,t;。

还原值:

式中k =1,2,…,t-1。

是事件响应模型预测第k个时间序号的预测值,是对应的1-AGO序列中的元素,事件响应模型[9]与GM(1,1)模型[10]相比,d的选取使得模型预测精度存在差异;事件响应模型采用统计学原理,考虑到每个数据的权重性,所有数据均参与预测计算,即;而GM(1,1)模型采用观测数据中的第1个数据进行所有预测计算,即d=x(1)(1)-b/a。

1. 2 试验验证

以赵楼煤矿1306 工作面地表沉降监测数据为例,验证事件响应模型的可用性。该工作面走向长2 295 m,倾向长2 068 m,采深800 m,表土层厚度为600 m,使用综采法进行开采,考虑实际情况沿走向和倾向分别布设25 个监测点,取走向和倾向交汇处监测点作为计算示例,数据获取依照规范,数据处理符合指标,提供实际有效的数据源,分别采用GM( 1,1) 模型［11］和事件响应模型,由前4 次观测值预测第5 次下沉值,并且同实测值进行比较,其中实测值通过二等水准测量获得。

建立等间隔观测数据:

X( 0)( 4) 的1-AGO序列:

X( 1)( 4) 的紧邻均值生成序列:

则

由GM ( 1,1) 模型最小二乘估计参数序列满足Λ=[a b]T= ( BTB)－1BTY得:

Λ =[a b]T= [0. 206 3 2. 221 3 ]T,代入公式( 2) 、( 3) 得:

事件响应模型预计函数为

GM( 1,1) 模型预计函数为

事件响应模型、GM( 1,1) 模型按照各自预测函数分别求得5 个观测点下沉值,结果见表1。

由表1 可见,事件响应模型在精度上要高于GM( 1,1) 模型,其预测值更接近实测值,理论上提高了预测精度,对生产实践有更好的指导作用。

2 理论精度分析

GM( 1,1) 模型采用后验方差法［12］和小误差概率［13］进行检验,模型精度等级由后验方差比值C和小误差概率P共同描述。

后验方差比值C计算公式为

小误差概率P计算公式为

式中: s1为原始数据标准差; s2为残差数据标准差;为残差数据均值; ε( k) 为残差检验值,k = 1,2,…,t。

式中: s22为残差数据方差; s21为原始数据方差;为模型预测值,k =1,2,…,t; 为原始数据均值。

表2 列出了预测模型精度标准值,作为模型精度评价的标准,用来衡量模型精度等级的优劣。

由公式( 4) 、( 5) 结合事件响应模型预测值,以及GM( 1,1) 模型预测值,分别计算两种模型后验方差比值C和小误差概率P。仅以事件响应模型为例,计算过程如下:

,其中k=1,2,3,4,5;

同理计算GM( 1,1) 模型,C =0. 129 5<0. 35; P =1 >0. 95。

在小误差概率P相同的情况下,事件响应模型后验方差比值小于GM( 1,1) 模型后验方差比值,说明事件响应模型在理论精度上优于GM( 1,1) 模型。

3 相关性分析

模型相关性主要是通过数理统计中的F分布［14－15］来判断模型在实际工作中应用的可行性,其验证公式如下:

式中:,i = 1,2,…,n; N-i2=1是分子自由度; QＲ(i=N1－2)是自由度为N-2 的随机变量; QE是自由度为1 的随机变量。

式( 6) 的含义是F服从第一自由度为N-2,第二自由度为1 的F分布。

对于给定的检验显著水平 α,当F>Fα( 1,N-2) ,接受假设检验,认为模型可用。否则,模型不可用。

本次试验选取5 个观测点作为试验对象,N = 5,α = 0. 05,则:

同理可得GM( 1,1) 模型指标。

模型理论精度和相关性分析结果对比见表3。

表3 说明,两种模型精度等级均属“良好”,贴近实际情况,但事件响应模型优于GM( 1,1) 模型。

4 结语

抚顺市采煤沉陷区管理规定 篇5

抚顺市人民政府令第143号

《抚顺市采煤沉陷区管理规定》业经2009年9月16日市政府第14次常务会议通过，现予发布。

市长 王阳

二00九年九月二十二日

抚顺市采煤沉陷区管理规定

第一条 为加强对采煤沉陷区的管理(以下简称采沉区)，保障采沉区人民生命财产安全，维护社会稳定，根据地质灾害防治有关法律法规的规定和国家对采沉区的治理精神，结合本市采沉区的实际，制定本规定。

第二条 本规定适用于本市采沉区内的避险搬迁、综合治理以及相关的监督管理。

第三条 市发展和改革行政主管部门负责采沉区的管理、治理及综合协调工作，其所属的采煤沉陷管理单位负责具体工作。

规划、国土资源、城乡建设、城市管理、房产、地震等相关部门应当按照各自职责，做好采沉区的相关工作。

新抚区人民政府和东洲区人民政府应当按照本规定，分别负责所辖区内采沉区的管理工作。

第四条 采煤沉陷管理单位应当会同市规划行政主管部门、国土资源行政主管部门编制采沉区综合治理规划,报请市政府批准后执行。

采沉区综合治理规划应当服从城市总体规划，具体包括土地清空后的生态治理专项规划和综合利用专项规划。

第五条 采沉区受损土地在未恢复完全使用功能前，由采煤沉陷管理单位进行统筹管理和治理。

在采沉区进行的土地利用和治理项目必须由采煤沉陷管理单位审核并征求所在区人民政府意见后报送市规划行政主管部门，市规划行政主管部门审查后提交市国土资源和城市规划委员会进行讨论，通过后按照相关规定履行审批手续。

未经市国土资源和城市规划委员会审查通过的项目，任何部门不得批准建设。

第六条 采沉区的综合治理及生态恢复，应当坚持宜工则工、宜农则农、宜林则林、宜商则商原则；坚持政府主导、市场化运作，谁治理、谁受益原则。

第七条 采煤沉陷管理单位应当接受市国土资源行政主管部门、地震行政主管部门的业务指导，加强采沉区地面监测工作，完善采沉区预警预报系统。

第八条 采煤沉陷管理单位应当委托具有监测资质的单位对采沉区进行地质监测,监测结果报市国土资源行政主管部门确认并发布。采沉区地质监测所需经费从采煤沉陷专项治理资金中列支。

第九条 市发展和改革行政主管部门应当会同有关部门制定采沉区地质灾害应急预案。

第十条 采煤沉陷管理单位应当根据地质灾害险情报告和房屋危险鉴定报告制定脱险安置计划。采沉区的单位和居民应当按照政府公布的采沉区脱险安置计划进行避险搬迁。

情况紧急时，所在地的区人民政府和采煤沉陷管理单位可以强行组织拒绝避险搬迁的单位和居民进行紧急避险搬迁，并拆除危险房屋。

第十一条 实施紧急避险搬迁并拆除危险房屋必须符合以下条件：

（一）房屋位于采沉区范围内；

（二）房屋处于危险状态；

（三）有市地质灾害应急防治专家组出具的地质灾害险情报告及具有相应资质的房屋危险性鉴定机构出具的房屋危险性鉴定报告。

第十二条 实施紧急避险搬迁并拆除危险房屋的工作程序：

（一）由危险房屋所在地的区人民政府发布地质灾害紧急避险搬迁公告，明确紧急避险搬迁的期限和要求；

（二）危险房屋所在地的区人民政府负责宣传组织工作，采煤沉陷管理单位和市人民政府相关部门应当予以配合；

（三）采煤沉陷管理单位负责安排紧急避险搬迁周转房或者发放避险搬迁过渡期补助费；

（四）公告期满，区人民政府和采煤沉陷管理单位应当强制组织实施紧急避险搬迁；

（五）紧急避险搬迁工作完成后，采煤沉陷管理单位应当及时通知电力、自来水、煤气等单位停电、停水、停气；

（六）采煤沉陷管理单位应当及时拆除危险房屋，并负责组织地上附着物的拆除和残土的清除工作。

第十三条 采煤沉陷管理单位应当在拆除危险房屋之日起一个月内，到市房产行政主管部门办理危险房屋灭籍手续。

第十四条 采沉区土地资产及地面附着物残值产生的收益，全部纳入市财政采煤沉陷专

项治理资金帐户管理, 用于采沉区的管理、监测和生态恢复。

第十五条 采沉区禁止建设永久性建筑；建设临时性建筑必须纳入城市规划管理。拆除违法建筑物和超过批准期限的建筑物，不予补偿。

第十六条 政府为了公共利益或者为了实施城市规划进行旧城区改建的需要，可以提前收回采沉区已租赁的土地，并不予补偿。

订立土地租赁合同时应当对前款所规定的内容予以明确。

第十七条 禁止非法占用采沉区土地。未经批准，不得在采沉区土地上挖沙、采石、采矿、取土。

第十八条 采煤沉陷管理单位应当设置专门的内设机构，加大对采沉区的监督管理力度，定期或者不定期地开展巡查巡视工作，对违反城市规划、土地和城市管理等相关法律法规的行为，及时提出书面意见，建议规划、国土资源、综合行政执法等相关部门依法处理。

第十九条 采煤沉陷管理单位和区人民政府应当组织实施紧急避险搬迁而没有组织实施紧急避险搬迁，以及未按照紧急避险搬迁工作程序实施紧急避险搬迁的，致使发生灾害造成人员伤亡和财产损失或者引发社会混乱的，由有关机关依法追究直接责任者和有关领导的行政责任；构成犯罪的，依法追究刑事责任。

第二十条 采沉区的单位和居民未按照政府公布的脱险安置计划规定的期限进行避险搬迁，或者拒不实施紧急避险搬迁的，因发生灾害造成的损害由其自行承担责任。

第二十一条 本规定所称采沉区，主要由老虎台沉陷区与龙凤沉陷区两部分构成，西起南台一街以西200米，东至东洲区人民政府西侧，北至榆林路、矿电铁北干线，南至东露天矿北邦、龙凤路；四条受采煤活动影响而对周边造成严重破坏的地质断裂带，以及西露天矿北邦边坡变形区。具体范围以国家批复的抚顺矿区采煤沉陷区分布平面图为准。

煤矿沉陷区 篇6

近年来, 随着我国科学技术的进步和经济的不断发展, 煤矿企业不断引进了各种大型采掘机械和综采技术, 使煤炭开采量呈逐年上升趋势。煤炭开采加快, 矿区的采煤沉陷区也随之连年扩大, 致使铺设在沉陷区的矿区铁路轨道随着地表一起下沉, 对行车安全形成了严重的安全隐患。

铁能矿区1958年开工建设, 矿区铁路也随之逐步铺设, 发展至今铁能矿区铁路总里程已达230公里。经过50多年的开发建设, 现矿区铁路已形成创业沉区、晓明矿沉区、小康沉区、大隆沉区、孤榆树沉区等多处沉区线路, 沉区线路总里程已达10余公里, 平均下沉量达到5.5米, 预计填方总量将超过10余万立方米。

1 铁路沉区变化特点及安全危害

1.1 沉区线路的变化特点

通过多年的沉区线路综合治理工作, 逐步摸索出了沉区线路变化的特点, 为有效治理沉区线路提供了重要保证。

沉区形成后, 线路纵断面呈中间低两侧高状态, 沉区线路处在两个或多个坡道上, 由于钢轨自身重力加上列车运行的纵向力、温度变化等因素, 加剧了沉区两侧钢轨向沉区中心的爬行速度, 扣件阻力根本无法锁定沉区钢轨, 这就造成沉区中心处很快形成连续瞎轨缝, 严重时会发生胀轨跑道;其次, 受下沉影响, 处于沉区的铁路道岔的几何尺寸也很能保持正确, 钢轨爬行速度及爬行量不同, 造成道岔扭曲、歪斜、道岔中心偏离原设计位置、道岔角度不正致使护轨及辙叉心位置不正, 列车通过沉区道岔时, 很容易被变型的道岔卡住或引起行车事故, 沉区线路的变形, 给行车安全带来了严重的威胁。

1.2 沉陷区线路的安全隐患

(1) 沉陷区中心处 (坡底) 线路轨缝被挤瞎会产生线路胀轨, 沉区两侧 (两端坡顶) 的大轨缝, 会拉弯接头螺栓, 拉断夹板或钢轨;

(2) 线路爬行会造成轨枕歪斜, 致使线路轨距、轨向不良, 加剧扣件 (道钉) 和轨枕损坏、混凝土枕裂纹等;

(3) 由于地表长期处于下沉状态, 致使捣固质量不能保持, 轨枕吊板增多, 产生和加大轨面坑洼, 形成暗坑, 引起前后高低不平顺, 左右两股钢轨下沉量不等造成水平三角坑;

(4) 沉区道岔变型, 会造成尖轨与基本轨不密贴或尖轨扳动不到位;护轨移位, 不能保证车轮安全通过“有害空间”;

(5) 由于沉区线路质量不良加之坡度过大, 会加大机车损耗, 减少机车车辆和线路设备的使用寿命。

以上几点隐患都可能引发严重的行车事故。

2 沉区线路综合治理新方法

根据铁能矿区沉区铁路变化特点, 我们总结出了一套行之有效的治理铁路沉区方案, 并在我矿区铁路有效应用, 对提升行车安全、节省运营成本做出了重大突破。

2.1 采用新材料与机械化填充路基相结合

由于沉区路堤较高, 高抬线路需要增加路基的厚度和宽度, 而且填方数量巨大, 如果采用人工与铁翻列车配合填方、人工平整货位的方法来加宽路基, 既增加了工人的劳动强度、工作效率低, 沉区治理进度远远跟不上沉区下沉速度, 给线路安全畅通造成重大问题。

以往沉区抬道时, 路基材料均采用碎石填充, 运营成本巨大, 通过考证, 矿区矸石山自燃后产生的过火矸石渗水性能强, 密度比土质高, 下沉量小, 既可以防止汛期路基滑坡, 也可大大减少冬季线路冻害的产生, 而且, 沉区线路基本都处在矸石山附近。自2010年, 在大隆矿、小康矿、大明矿及晓南矿等兄弟单位密切配合下, 我矿区铁路大胆尝试, 采用燃烧后的过火矸石作为填充路基的新材料, 就地取材, 用自卸汽车翻矸石加宽路基, 挖掘机、铲车配合高抬道的方法进行沉区线路综合治理。

利用汽车自卸车与铲车配合填补加宽、加高路基的方法, 利用机械化作业取代人工作业, 工作效率是人工作业的几十倍, 而且不需要KF60铁路自翻车占用轨道行车时间, 提高了沉区治理进度和工作效率, 铲车在平整货位的同时还对加宽的路基顶面进行了压实, 有效降低路基滑坡的危害。此方法治理沉区速度快、工效高、节省成本, 随沉随治, 而且利用废弃矸石充填路基还起到了节约和环保的作用, 是今后在沉区治理中值得采用的一种新方法。

2.2 及时调整沉区线路几何尺寸, 确保沉区线路行车安全

由于路基下沉和列车荷载重压冲击, 引起线路、道岔横纵向水平移动, 造成线路、道岔爬行、移位, 轨缝严重不均匀, 轨道配件伤损严重, 线路几何尺寸严重不均匀, 给行车安全带来重大隐患。

2.2.1 调整不均匀轨缝、更换钢轨、锁定线路, 保证列车安全运行

大轨缝或连续瞎缝地段, 当轨温变化大时, 钢轨不能有效伸缩, 造成钢轨应力集中, 曲线地段加剧曲线方向变化, 当机车车辆的通过此段线路时, 列车的冲击易造成线路胀轨、跑道, 严重时会发生列车的倾覆事故。因此, 线路大轨缝、连续瞎轨缝, 应及时调整、及时换轨, 防止因线路胀轨、跑道影响行车安全。沉区应配备多根新钢轨以及多台大吨位轨缝调整器、切轨机和钻孔机, 以便沉区变化时及时应用。

2.2.2 建立观测点, 定期监测, 分析沉陷区的变化规律

对沉区线路的监测工作是确保沉区安全和沉区施工的重要技术数据。在沉区建立监测点, 每周对各沉区进行一次详细的测量, 及时掌握和分析沉区变化规律, 并根据测得的数据合理进行沉区施工, 将线路限制坡度控制在合理的范围。

2.2.3 调正线路、道岔高低、方向及几何尺寸, 确保安全行车

(1) 沉区线路、道岔起道施工

沉区地段线路、道岔的几何尺寸应每日进行道尺检查, 加强线路巡视次数, 对薄弱地段及时掌握, 保证发现异常情况及时处理。

在沉区线路、道岔起道时, 要根据测得的坡度标高进行线路高抬, 使线路、道岔的高低、水平符合列车安全通过沉区线路的条件, 沉陷区段路基下沉线路不能按常规作业, 应大抬道, 长距离抬道。利用列车间隔作业时, 应以起道顺坡为主, 起道作业中须按规定打镐, 列车辗压后, 必须二次找细, 消灭暗坑及空掉板。曲线地段应对上股重点捣固, 防止由于作业不当造成线路出现不均匀沉降, 危及行车安全。

(2) 沉区线路、道岔拨道施工

由于路基不间断地下沉、偏移, 起、拨道作业不可能每时每刻进行, 所以线路随路基下沉后, 线路大方向会发生很大的横移, 致使线路、道岔方向不良, 影响行车安全。在沉区拔道作业中, 直线地段采用目测拨道法, 曲线地段为保证曲线圆顺, 应采用目测拨道与正失拨道相结合, 拨道时拨道量应大于线路偏移量, 防止回弹, 加大轨枕端道床宽度并夯实, 以保证道床提供足够的横向阻力。

3 新方法治理沉区的优点

铁道线路是铁能矿区主要运输生命线, 线路质量的好坏直接影响运输工作和安全生产。几年来, 通过沉区线路治理新方法的应用, 为我部创造了巨大的经济和安全效益。

3.1 安全方面

多年来, 我矿区铁路通过在沉陷区铁路治理的研究与实践, 总结出了一套完善的沉区施工方法, 此方法的应用, 为沉区线路行车安全和沉区治理过程中的人身安全发挥了重要作用。

行车安全:新方法治理沉区速度快, 确保沉区线路随时变化随时整治;调整线路几何尺寸及时, 维修质量高, 消除了沉区线路不易被发现的隐患, 提升机车车辆安全通过沉区线路的速度和运行条件。

人身安全:取消了以往治理沉区工作中人力施工速度滞后, 人员消耗体力大的因素, 用机械取代人力填充路基, 减少了人力投入, 提升了人身安全系数。

3.2 运营成本方面

利用过火矸石填充路基, 省去了碎石和土方的大量投入, 几年来, 为企业节省了以往路基填充材料费用的一半以上, 而且, 在沉区附近的矸石山就地取材, 省去了运输碎石的费用。采用机械化施工, 减少人力投入, 也为企业创造了更大的经济效益。

3.3 节约环保双收益

铁能矿区铁路沉区采用过火矸石填充路基后, 不再需要运输土方破坏耕地, 节省了大面积的土地资源;而且, 堆在地面上的矸石山是污染大气环境的重要源头, 用过火矸石作路基填充材料, 既作到了节约运营成本, 又逐步消除了环境污染源头, 为节省耕地、净化环境做出了突出贡献。

4 结语

矿区铁路沉陷区路基下沉的综合治理工作, 是一项长期而且繁重的工作, 既要保证运输安全, 又要保证施工过程中避免人身伤害的发生。沉区铁路治理方法的研究是一个值得长期探索的重要课题, 要在实际工作中不断研究和思考, 逐步发现和总结沉区线路变化的新规律, 不断实践新方法、新材料和新工艺, 确保在安全的前提下科学合理组织生产, 提高生产效率。

参考文献

[1]铁路技术管理规程[S].中国铁道出版社, 2007.

煤矿沉陷区 篇7

黑龙江省双鸭山市是典型的“因煤立市”的煤炭城市, 又是黑龙江省四大煤城中储量第一的城市。一方面, 煤矿开采为我国经济增长提供动力;另一方面, 由于种种历史原因, 因采矿造成了沉陷区基础设施的严重破坏, 沉陷区面积逐年增加。从2004年起, 双鸭山市建立起矿区安全意识, 开始实施沉陷区综合治理这一抢救性救灾工程。时至2010年, 沉陷区治理机制不仅改善了环境问题, 也带来了更大的经济效益和巨大的产业效益。

1 沉陷区治理机制探究

矿区开采后对沉陷破坏的地区, 主要运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术对其恢复和整治;对开采沉陷破坏的土地进行整治和利用, 沉陷区的治理主要开创了以下模式。

1.1 矿渣充填复垦模式

该模式主要是在塌陷地充填煤矸石和粉煤灰, 并在此基础上覆土造田, 既减少矸石对环境影响, 又可使塌陷区得以治理。科学规划设计形成了采煤—发电—充填复垦塌陷地的良性系统, 具有保护环境和复垦土地的双重效益。采取有效的管理措施, 充填覆土后的塌陷地恢复成原来的高产稳产田。

1.2 农林渔禽生态模式

对积水沉陷区、潜水位较低的边坡地带, 充分利用塌陷形成积水的优势。运用人工或机械方法, 将局部积水或季节性积水沉陷区下沉大区域挖深, 适合养鱼、蓄水灌溉等, 用挖出的泥土充填开采沉陷较小的地区, 使其成为可种植的耕地, 积极复垦还林。同时发展池塘养鱼事业、蓄洪作灌溉水源、建造水上公园等。

1.3 安全建设模式

距市区较近的沉陷区, 存在就近的技术优势和市场条件, 对危房和棚户区进行改造, 安全建设, 加大招商引资力度, 大力发展二、三产业, 积极引进劳动密集型企业, 为沉陷区居民的工作转型提供便利。同时对于沉陷程度严重的地区居民, 实施集中迁出, 统一安置的方针, 形成新社区, 便于管理。

笔者认为, 该区实施的这几种治理模式符合科学发展观和当地实情, 这种生态修复与科学发展的模式, 可以向部分矿区推广。但各矿区应就各自的地形、气候、环境以及植被的覆盖等具体情况相结合, 因地制宜, 集思广益, 不应采取“拿来主义”。

2 效益成果探究

2.1 矿区安全效益

2010年, 双鸭山市各矿区对矿区内安全隐患进入排查, 提出加大宣传力度, 增强煤矿业主的安全意识, 提高对煤矿的管理水平和健全应急保障机制, 加强对煤矿周边的巡查, 发现沉陷坑立即进行回填, 保证矿产利用率, 适当减少开采次数的两项保安全的措施。以下对这两项措施进行分析。

煤矿开采属技术性工作, 要想降低安全隐患, 一方面必须对开采设备的技术指标定期检查;另一方面还必须加强开采人员和管理人员的技术水平, 增加一线高技术人员人数。只有在“硬”、“软”两方面加以控制, 方能减少安全事故的发生, 减少沉陷面积。

矿产属不可再生资源, 因此, 只有提高资源的利用效率, 才能达到可持续发展的目标。2009年, 国家对资源课税进行改革, 对煤矿资源增值税率由原13%提高至17%。此举定会提高煤矿的利用率, 减少开采次数, 进而使当地地质结构保持相对稳定。

因此, 笔者认为, 对该市提出的这两项措施, 从中提炼的实质, 对于全国部分矿区可以参考借鉴。

2.2 经济效益

沉陷区的治理使当地宏观经济产生了重大的进步。统计资料显示, 当地2006年财政收入为26.3亿元, 比上年增长32.6%。其中房地产业增长53187万元, 比上年增长89.5%。

从数据中我们可以看出, 当地房地产业发展迅猛, 这主要得益于对沉陷区的改造治理。当地在回迁区大兴土木, 修建建筑, 合理规划, 这不仅美化了环境, 改善了矿区人民的生活水平, 对回迁居民集中安置, 体现了行政人性化, 又可推动当地房地产业的发展。

2.3 产业效益

随着回迁区大兴土木, 修建建筑, 使其带动了其他相关产业的发展, 形成了一定的产业效益。统计资料显示, 当地交通运输、仓储和邮政业增长46035万元, 比上年上涨58.4%。住宿和餐饮业增长8580万元, 比去年上涨182.3%。

可见, 由于房地产业的发展, 使其他与房产有关的产业也在快速发展, 形成产业效益特别是住宿和餐饮业的增长, 表明当地二、三产业发展势头良好, 证实了该沉陷区的治理机制具有可行性。

3 结论

矿区开采造成的沉陷问题对土地资源的影响和破坏是难以避免的, 它不但对土地资源造成严重的破坏, 使矿区居民造成心灵上的伤害, 也给环境造成不可估量的损失。所以各个煤矿应该根据自己的实际情况和条件合理应用沉陷治理、土地复垦和矿区生态复垦等技术, 对地表沉陷区进行综合治理和开发利用, 才能更好地保护地表、矿区的环境和人民的利益。

参考文献

[1]张隽珊.重视煤矿生产安全[N].双鸭山日报, 2010.

[2]林柏泉.我国煤矿安全现状分析[D].徐州:中国矿业大学, 2006.

[3]2006双鸭山市国民经济和社会发展统计年鉴[M].北京:中国统计出版社, 2006.

[4]宿建民.煤矿沉陷区防治和控制技术的探讨[J].煤炭技术, 2008, 6.

煤矿沉陷区 篇8

煤炭资源的开发和利用是一柄双刃剑:在给人类带来物质财富的同时, 也一定程度上破坏着人类赖以生存和发展的自然环境, 会造成以地表沉陷为代表的地质灾害等[1]。资料表明, 我国每年由于煤炭开采损伤土地面积达到12.5 万公顷左右, 塌陷面积约2万公顷左右, 直接经济损失约20亿元[2]。据不完全统计, 我国因采矿而直接破坏的森林面积累计已达106万公顷, 破坏草地面积26.3万公顷, 采矿业造成的地面塌陷面积已达500～600万亩, 其中耕地为130万亩[1,3]。煤矿开采沉陷对自然环境和社会环境的影响突出表现在以下几个方面: (1) 破坏地表; (2) 影响生态环境; (3) 危及工用、民用建筑和生活生产设施; (4) 危及公路、铁路交通运输、地面输电线路等。

国际能源机构2000年在最新的世界能源发展展望中指出:2020年世界煤炭消费量将增加到50%。按照中国经济可持续发展的要求和中国的能源结构特征, 中国70%以上的能源来自煤炭的能源结构, 在相当长的一段时期内能源结构依然是以煤炭为主, 煤炭开采沉陷引起的地质灾害也将长期危害人类。和谐矿区、绿色矿区的发展要求科技工作者进一步加强对煤矿区地表移动规律和矿区塌陷区域的生态环境变迁与演化过程的研究, 为解决安全开采和塌陷区环境综合治理提供科学的依据。因此, 必须利用先进技术来监测和控制地表沉降引起的破坏, 保证矿区的可持续发展。

1 D-InSAR技术的研究现状

自从1989年GRABRIEL等学者首次论证了D-InSAR (Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar, 合成孔径雷达差分干涉测量) 可用于探测地表形变以来[13], 在形变监测的诸多领域, 欧美等国家如波兰、意大利、法国等在近20年内针对D-InSAR技术在地表形变中的应用展开了大量的研究工作, 在理论、算法与应用方面都取得了许多研究成果, D-InSAR技术得到了迅猛发展。D-InSAR技术在煤矿区沉陷监测方面亦取得了骄人的成绩。

波兰学者PERSKI利用InSAR技术对Upper Silasia煤矿开采下沉盆地进行了系统研究[14]。法国地质矿物调查所利用13张ERS-1/2 SAR影像, 采用D-InSAR技术对法国Gardanne附近地区煤矿开采沉陷进行了观测研究, 精度达到了厘米级[15]。澳大利亚新南威尔士大学和有关单位对Appin、West Cliff、Picton三个地方应用雷达差分干涉测量技术进行了煤矿开采沉陷监测研究, 采用的是日本JERS-1 L波段的卫星数据, 在研究中首次引入了GPS数据, 并开始D-InSAR技术在开采沉陷变形场的定量性研究[16,17,18]。

国内虽然采用D-InSAR技术进行形变监测起步较晚, 不过也取得了一些经验与成果, 不少学者进行了基于D-InSAR技术的地表形变监测试验。吴立新、姜岩、高均海、王行风、汪云甲等人就D-InSAR技术在矿区开采沉陷监测中的应用构想进行了分析, 并针对我国煤矿的特点提出了D-InSAR技术在中国煤矿区实际应用中应该注意的问题, 并开展了以唐山矿、开滦矿区、潞安矿区为例的煤矿区地表演变与开采沉陷D-InSAR技术监测实验[10,19,20,21], 积累了一些有益经验。

相关煤矿区沉陷监测的实践表明, D-InSAR技术完全满足煤矿区沉陷监测的精度要求, 是水准测量和GPS测量的有效补充, 在煤矿区大面积的开采沉陷损害调查及预测方面具有明显优势。

2 D-InSAR技术监测煤矿区沉陷的可行性

2.1 理论分析[4,5]

D-InSAR技术的基本原理如图1所示, A1和A2分别为卫星2次对同一地区成像的位置 (即天线的位置) , 2个天线接收信号的路径分别为ρ和ρ+Δρ, 测量的相位差为undefined, 其中, λ为雷达信号波长。

根据余弦定理有:

undefined

式中:B为基线距;θ为雷达入射角;α为基线与水平方向的夹角。

由于B≪ρ, (δρ) 2可忽略, 故有δρ≈Bsin (θ-α) =B//, B//为基线距沿雷达视线方向的分量, 因此, undefined如果在同一地区获取第二幅干涉图, 该干涉纹图与前一幅干涉纹图的主图象相同 (即ρ和θ

不变) , 那么这2幅干涉纹图的相位差可相互比较。设第二幅干涉纹图的基线距为B′, 基线与水平方向的夹角为α′, 由上述关系式可得undefined

如果在第三次观测期间, 地表发生形变, 这时相位差信息除与地形有关外, 还包括沿雷达视线方向的形变分量, 视角稍微有变化, 为θ+Δθ, 此时, 2幅干涉纹图的相位差Δφ为

undefined

对式 (1) 求导, 可得到相位相对于地形变化的灵敏度, 即:

undefined

又有:

undefined

则:

undefined

同样, 可得到相位相对于地表形变的灵敏度:

undefined

比较式 (3) 和式 (4) , 对于一个合成孔径雷达测量 (Synthetic Aperture Radar, SAR) 系统来说, 式 (4) 的右边4π/λ为一个常数, 而式 (3) 的右边则是该常数乘以一个分式。由于斜距ρ″远大于基线B′的值, 式 (3) 右边的值远小于式 (4) 右边的值, 因此, 通常利用InSAR技术生成数字高程模型 (DEM) 时, 精度一般只能达到数米的水平。但是, InSAR技术用于变化的检测时, 却能够达到厘米级甚至毫米级的精度。从相位对于地形和形变的不同灵敏度的比较, 可以清楚地说明合成孔径雷达干涉测量 (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR) 技术或D-InSAR技术具有检测地表微小形变的能力。

2.2 D-InSAR技术监测煤矿区沉陷的优点

煤矿区沉陷形变监测常用的方法主要有常规大地测量、GPS测量、近景摄影测量等[6]。这些方法各有优缺点, 传统的实地测量方法精度较高但工作量大、成本高, 不宜经常进行。GPS测量方法具有定位精度高、观测时间短、观测站之间无需通视且能提供三维坐标等优点, 易于自动化监测、自动化数据采集与处理的优势, 因而迅速在煤矿区沉陷形变监测中得到广泛应用, 是切实可行的好方法, 但依然面临水准点的稳定性难以保证, 只能进行沉降点、线测量, 构成沉降面必须经过数值内插, 空间分辨率不高, 无法满足几百平方公里全矿区的监测任务, 对于煤矿区因开采所造成的动态地表形变监测难以达到理想的效果等问题[7]。随着科学技术的不断进步, 矿区开采沉陷与形变监测的手段得到了快速发展。作为空间测量技术的一个重要分支——空间对地观测技术特别是SAR技术近些年发展迅速, 其中InSAR技术已进入一个全新的阶段, 可以利用D-InSAR技术的大尺度连续空间覆盖、高度自动化和高精度监测地表形变的能力来探测地表的微小、缓慢形变。目前, 利用遥感卫星多时相的复雷达图象相干信息提取地表垂直形变量, 理论上其精度可以达到毫米级。该技术为地表沉陷变形的自动化监测提供了全新方法, 具有常规水准测量和GPS测量手段无法比拟的信息量优势 (见表1) [8,10]。

D-InSAR技术作为新兴的空间测量技术, 以其全天时、全天候、自动化、高分辨率、高精度、低成本、快速、准确、大尺度连续覆盖能力, 可以进行长期的地表形变监测的特点, 使其在地表微小形变的监测中具有巨大的优势, 无疑将成为一种未来煤矿区沉陷监测极具潜力的空间对地观测技术[8,9,10,11,12]。

3 存在的问题

相关研究表明, 与地震所引起的明显的地表形变相比, 煤矿区由于自身条件的特殊性, 地面沉降等所造成的地表形变, 要么是开采沉陷范围较小, 要么是形变变化缓慢, 对这种细微的地表形变信号利用InSAR技术测量具有挑战性:许多细微的信号需要至少10年的干涉图象才能监测到;煤矿区地表覆被变化迅速引起的地表反射特性的变化, 导致干涉相位在时变和地面散射体失相关, 有时甚至得不到有用的干涉图;D-InSAR技术受大气效应、地形畸变、数据处理过程噪声影响造成形变假象;系统本身因素, 如SAR卫星轨道误差、系统热噪声去相关、多普勒质心去相关、空间基线去相关、时变去相关等影响导致干涉图象质量下降。这些都给D-InSAR技术的数据处理和解译带来了很大的困难, 使得雷达差分干涉测量的实际应用精度远远没有达到它的理论精度水平 (毫米级) , 限制了D-InSAR技术在煤矿区沉陷监测的有效应用, 所以煤矿区沉陷监测一直是D-InSAR技术应用发展较慢的领域之一[19]。为了将D-InSAR技术真正应用于煤矿区地表沉陷监测, 提供高分辨率、高精度的地表沉陷监测信息, 从而为研究地表移动规律和煤矿区塌陷区域的生态环境变迁与演化过程、解决安全开采和塌陷区环境综合治理提供科学的依据, 上述问题是D-InSAR技术在煤矿区沉陷监测有效应用中所遇到的亟待解决的问题。

4 解决方法

(1) 面向矿区沉陷监测的差分相对最优化选取

采用D-InSAR技术监测矿区沉陷最大的难题是矿区农田多、植被覆盖率高, 因此, 雷达图象的相干性降低, 难以生成干涉图。解决该问题的方法有2个:一个是采用长波段雷达数据;另一个是采用重复轨道周期较短的卫星数据。但目前较难同时满足这2个条件, 因此, 需在两者之间找到一个平衡点, 即选取矿区开采沉陷监测的最优化差分相对, 避免有了数据不能用和盲目追求波段或短重复周期轨道数据带来的高成本问题, 提高应用D-InSAR技术监测矿区开采沉陷时的应用效果。

(2) D-InSAR技术高精度自动化影像配准与相位解缠

差分干涉雷达数据处理过程中的关键技术——影像精确配准是保证输出的干涉条纹具有良好相干性的前提, 配准精度应达到子像元级精度, 其配准精度直接影响最终获取的差分形变量的质量。同时, 应当选择合适的解缠算法, 获取真实的相位结果。D-InSAR技术的数据处理中要尽量消除导致干涉图质量下降因素的影响[10]。

(3) 采用基于多源信息集成的PS-DInSAR技术监测煤矿区沉陷

传统的D-InSAR技术受到时间去相关、基线去相关的严重影响, 导致相干性很差, 在相干性较低的区域, 没法正确完成相位解缠, 进而导致传统D-InSAR技术的失效。基于时间序列点目标分析方法的永久散射体合成孔径雷达差分干涉测量 (Permanent Scatters D-InSAR, PS-DInSAR) 等技术不仅能抑制大气效应和时间去相干对雷达波相位的影响, 而且也可让相位解缠变得简单, 从而提升沉陷监测的精度至毫米级。基于煤矿区沉陷的特点, 以矿区村庄和道路为主要研究对象, 以时间序列PS-DInSAR技术监测煤矿区沉陷为主线, 从技术互补性出发分析, 充分发挥GPS测量、水准测量等传统监测方法的优点, 校正干涉结果。

(4) 精度与可靠性评价

尽管利用PS-DInSAR技术可以获取厘米级甚至毫米级精度的观测结果, 但仍需利用常规观测结果对其可靠性进行评价。选择合理的定性或定量分析干涉雷达地表形变监测的误差源和差分干涉图象质量可靠性评价体系的数学模型是可靠性评价的技术关键[10]。

基于PS-DInSAR技术的煤矿区沉陷形变监测的处理流程如图2所示。

5 结语

D-InSAR技术是传统的合成孔径雷达技术和射电天文学中的干涉测量技术相结合而发展起来的一项新的遥感技术。D-InSAR技术以其全天时、全天候、自动化、高分辨率、高精度、低成本、快速、准确、大尺度连续覆盖能力、可进行长期的地表形变监测、观测精度可达到厘米级、能够清晰地反映出观测区形变的整体情况等特点, 在各类形变监测应用中

具有传统监测方法无可比拟的技术优势。

虽然目前D-InSAR技术在煤矿区沉陷监测方面的应用受到诸多因素的限制, 但为了将D-InSAR技术真正应用于煤矿区地表沉陷监测, 很多新理念和方法被相继提出, 这些方法包括永久性散射体干涉测量技术 (PS) 、短基线集 (SBAS) 、点目标干涉测量分析 (IPTA) 、人工角反射器 (CRT) 、相干点目标分析 (CTA) 以及GPS与InSAR融合技术等, 其中很多已经在城市沉降形变监测等方面得到了有效应用, 取得了一些可喜的经验和成果。随着卫星雷达系统的不断改进及处理方法的不断提高, D-InSAR技术必将在地球科学及其它学科中发挥更为重要的作用。

摘要：文章介绍了近年来D-InSAR技术在煤矿区沉陷监测的应用和发展, 探讨了该技术用于监测煤矿区沉陷的可行性、与传统的变形监测技术对比所具有的优势, 并指出了目前该技术在煤矿区沉陷监测中存在的问题及解决方法。

煤矿沉陷区 篇9

1.1 B1003W01工作面

B1003W01工作面为首采工作面, 工作面地面标高为+850m, 冲积层厚度为5m, 井下工作面的水平标高为+550m—+590m, 工作面平均采深292m, 走向长度1929.7m。工作面水平宽度212.865m, 煤层平均倾角16°, 煤厚6.5m。

1.2 确定沉降观测线的相关参数值

1.3 地表沉陷区沉降观测线长度的确定

走向观测线下移距离计算:

MN=H0×ctgθ=H0×ctg (90°-0.6α) °=41.038m

1) 倾向观测线长度的确定

以采煤工作面中心点O沿煤层走向线量取距离 (工作面平均采深) 292m得一M点, 此点即为采煤工作面中心点的地面对应点, 在此点做垂直线, 此线即代表采空区地面。然后将OM线以O点按照逆时针方向旋转8°, 交与地表一点N, 此点即为地表走向观测线一点, 按照此点沿走向方向做一水平线, 此线即为地表观测走向线。

在采煤工作面上、下边界以 (γ-Δγ) 和 (β-Δβ) 角做斜线, 交于冲积层与表土的接触面, 再从交点以φ角做斜线, 交于地表R1、R2两点, R1、R2两点的连线即为采空区地表沉降观测走向线的长度, 按照图纸, 走向观测线长度为694.622m。

走向观测线计算:

上边界至采煤工作面上端距离

D1= (292-5- (212.865/2) ×tan16°) ×tan (γ-Δγ) =256.481m

上边界 (冲积层交点) 至倾向观测线上端距离

D2=HL/tanφ=HL/tan42°=5.553m

下边界至采煤工作面下端距离

D3= (292-5+ (212.865/2) ×tan16°) ×tan (β-Δβ) =214.170m

下边界 (冲积层交点) 至倾向观测线下端距离

D4=HL/tanφ=HL/tan42°=5.553m

倾向观测线总长度:D5=D1+D2+D3+D4+H0=694.622m

2) 走向观测线长度的确定

以起始回采点C、停采点D分别作 (δ-Δδ) 角作斜线, 交于冲积层与表土的接触面, 再分别从两个交点以φ角作斜线, 交地面于

R3、R4两点, R3、R4两点连线即为走向观测线长度。

走向观测线长度计算:

D6= (H0-5) / (tan (δ-Δδ) ) ×2+5/tanφ×2+ (2077.7-148) =2430.84m

3) 观测线点间距布设标准

每条观测线的两端必须设置控制点, 且控制点不得少于三个。控制点应布设在距离端点50~100m处, 控制点的点间距不得小于50m。观测点在同一条观测线上时, 距离尽可能的相等。根据工作面的开采深度及观测点布设标准, 确定观测点间距为20m, 共布设一条走向观测线和两条倾向观测线。根据两线的计算长度, 共计布设观测点194个。

2 沉降观测点的观测

由于我矿地处戈壁, 首采工作面地表沉陷区多丘陵和山坡, 选择利用全站仪代替水准仪进行观测。

全站仪观测方法:按照先观测走向线后观测倾向线的方法依次进行观测。利用全站仪进行施工测量, 每站保证不低于两个测回, 取平均值作为计算依据。在观测前必须校核控制点, 在确定后方可进行测量, 观测完成后立即进行计算。

摘要：文章阐述了沉降观测站及沉降观测点的设计和沉降观测点的观测。根据矿地处具体地形, 首采工作面地表沉陷区多丘陵和山坡, 选择利用全站仪代替水准仪进行观测。

关键词：地表沉陷,观测设计

参考文献

[1]煤矿测量规程, 2010.

徐矿采煤沉陷区治理方法探讨 篇10

徐州矿务集团及其前身在徐州地区已有130多年的开采历史。由于徐州矿区煤层赋存的特殊性, 在一百多年井工开采过程中, 由于采煤、排水, 不可避免地造成了大范围地面塌陷, 很大程度地改变了原有的地表地貌, 破坏了原有水系及生态平衡, 对徐州地区的环境及矿区人民的生产及建设产生了不利影响。这种状况的形成虽有其历史原因, 但在提倡科学发展、绿色环保发展、建设美丽中国的今天, 则是不容回避的严肃课题, 必须加以认真思考, 需要研究探讨治理塌陷区、恢复生态的途径。

1 徐矿采煤沉陷地形成原因及现状

徐州地区属黄河冲积平原, 地势平坦、水网纵横、耕地肥沃、人口众多、村庄密集。徐州煤田面积1 400 km2, 煤层总厚11~14 m, 平均含煤系数3.6%。矿区的煤层普遍埋藏较深, 最深处达-1 400 m。现已开采至-1 200 m水平。

徐州采煤沉陷区形成原因比较单一, 主要是井下开采煤炭形成采空区, 地层稳定性被破坏, 造成地表水平位移和垂直位移, 即所谓的沉陷。相应的, 必然会对相对应地表的土地、村 (镇) 乃至县城造成塌陷。

徐州矿区的采煤塌陷地, 徐矿所占比重最大, 达68.75%。其特点呈现为:

(1) 分布广。凡是有矿井的地方都有沉陷区。徐州市铜山区、沛县区、原九里区、贾汪区, 坐落着徐矿集团的16对矿井, 分别是韩桥 (夏桥) 、青山泉、大黄山、董庄、旗山、权台、夹河、庞庄、义安、新河、卧牛山、垞城 (马坡) 、张集、张双楼、三河尖煤矿。夏桥井、大黄山、董庄已于2002年实施关破。尔后, 青山泉、韩桥、义安、新河、卧牛山、马坡井等矿井也陆续关破。2012年, 垞城矿实施闭坑措施, 全部停止井下采掘活动。庞庄矿庞庄井的停产闭坑也将近期实施。日前尚有6对矿井正常生产。在这16对矿井的生产过程中, 共形成了14 146.7 hm2的采煤沉陷地。分布在:铜山区4 332.2 hm2, 沛县1 383.1 hm2, 原九里区1 804.4 hm2, 贾汪区6 620.7 hm2。据徐州市统计, 天能集团、大屯煤电公司及其它矿井共造成21 333.3 hm2的土地塌陷。这些沉陷区大小不等, 有规律的分布在矿井周围, 点多、面广、量大。

(2) 塌陷深度不等, 但普遍较深。在徐矿集团的14 146.7 hm2采煤塌陷地中, 已有10 766.7 hm2稳沉, 其中7 280.0 hm2已征, 3 493.3 hm2已复垦。已征的7 280.0 hm2采煤塌陷地, 塌陷深度全部大于1.5 m。在西部矿井, 由于冲积层较厚, 地面标高相对高, 地表潜水位相对较低, 塌陷1.5~2 m左右, 影响排、灌, 大部分还不至于积水。但在东部矿井, 由于冲积层较薄, 潜水位相对较高, 塌陷达到1.5 m以上的, 都会有积水。在煤层厚度大于3 m, 或采厚大于3 m的地方, 塌陷深度随着采厚的增加而增加, 最大下沉值可达9 m。在尚未稳沉的3 333.3 hm2塌陷地中, 至少有1 666.7 hm2的塌陷深度超过1.5 m。位于沛县的张双楼、三河尖矿区的塌陷一般均在4 m左右。张双楼矿开采沉陷超过1.5 m的现有约733.3 hm2, 最大下沉约7 m。三河尖矿开采沉陷超过1.5 m的现有约866.7 hm2, 最大下沉达6 m。

(3) 有效治理程度不够。虽然徐矿集团十分重视采煤塌陷地的征复工作, 征用了7 280.0 hm2, 复垦了3 493.3 hm2。凡是稳沉的采煤沉陷地均及时办理征复手续, 并按文件规定支付了相关费用, 但由于行政管理的缺失及监督的缺位, 虽然徐矿集团支付了巨额的费用, 但沉陷区的治理不尽人意。沉陷深度小于0.5 m的, 恢复治理较好, 主要是复垦为耕地, 但这类沉陷地仅占沉陷区的10%左右。沉陷深度大于0.5 m的, 治理效果差强人意, 有些根本未采取任何治理措施, 约占60%以上。尽管都能全部利用, 能种植的依然种植, 不能种植的, 搞淡水养殖, 但利用的效率和效益并不理想。

2 采煤塌陷的负面影响

采煤而造成地表的沉陷, 虽然在现有技术条件下不可避免, 但应当承认, 其负面影响是比较大的。特别是在土地资源越来越珍贵、优质土地不可再生的情况下, 更加凸显了问题的严重性。概括起来讲, 有以下几个方面:

(1) 土地总量减少。经过百余年, 特别是近几十年大规模地开采, 徐州矿区1 400多km2的土地上, 土地的总量在不断减少, 这是不争的事实。据不完全统计, 在两县 (铜山、沛县) 、两区 (九里、贾汪) , 仅徐矿就造成14 146.7 hm2土地塌陷。其中铜山4 332.3 hm2, 沛县1 383.1 hm2, 九里1 804.3 hm2, 贾汪6 620.7 hm2。已成为水面的占32.14%, 以后平均每年减少约333.3 hm2。在徐矿集团采煤塌陷涉及的98个村, 有12个组人均耕地不足150 hm2, 当地政府对农民实行了农转非, 有一半村由原来的人均耕地15 hm2以上减少到15 hm2以下。同时, 由于搬迁村庄需占用新址, 绝大多数选在农用地上, 每年约需53.3 hm2左右, 虽然对原址进行了复垦, 但原址复垦出来的土地质量则不能与新址所占土地的质量同日而语。

(2) 土地质量下降和环境质量的不良化。开采塌陷, 地表沉陷, 虽然部分土地仍可耕种, 但土地质量、地力下降。有不少的土地涝不能排, 旱无法灌溉。原来的旱能灌、涝能排的水浇地变成了旱则焦土、涝则内渍的“望天田”。由于沉陷, 原来一年两季, 既能种植粮食, 又能种植经济作物的优质粮田, 则变成了只能种一季作物的劣质田。九里区庞庄办事处张庄村的20多hm2塌陷地, 原来为优质粮田, 后来只能种植一季, 再后来大棚种植, 积水后, 大棚被淹, 改种杨树苗, 后干脆开挖成鱼塘。由于沉陷, 对当地的生态也造成了影响, 河流阻塞, 水体污染, 水利工程设施损坏, 影响了地下水系, 位于塌陷区内的村民的手压井打不出水。

(3) 影响煤炭企业的社会形象。采煤沉陷, 致使良田变水面, 平地变坡地, 好地变瘠地。未搬迁的村庄被水包围, 未拆除的民房被水淹到房顶。张双楼矿东的采煤塌陷区, 树梢在碧波中摇曳, 电杆露头于水面之上, 沙鸥翔集, 锦鳞游泳, 水天一色, 碧波万顷。美则美矣!这里曾是良田!不管有多少理由, 也不管出于什么原因, 毕竟是采煤所致, 或多或少对煤炭企业的社会形象有所影响。

3 治理方法初步探讨

土地是财富之母。在我国, 土地资源日益减少, 18亿亩耕地红线能否守住, 令人堪忧。土地资源的稀缺, 一定程度上左右一个地方的经济发展。特别是人多地少的江苏省, 土地资源尤为珍贵。因为获取煤炭资源而损失宝贵的土地资源, 同样让人心痛。如何在既不浪费煤炭资源, 在确保有限的煤炭资源能够得到最好的开发利用的前提下, 尽最大可能减少对土地资源的破坏, 是当前必须作出的抉择。就目前情况而言, 其途径方法有以下方面:

(1) 明确环境优先战略。加大环境价值在煤炭生产过程的效益权重, 准确评估环境在煤炭生产中的价值。在煤炭开采过程中, 要突出考虑因开采对环境所造成的影响, 把环境恢复纳入煤炭开采成本, 把环境效益纳入企业社会责任评价体系, 真正把环境代价作为煤炭开采的首要因素, 放在全社会要求的大环境下来考量。换言之, 即是对那些无法避免破坏环境的煤矿, 只要没有能力承担环境恢复的义务, 即停产;对于煤质不好、开采困难、安全风险较大的采区, 可以放弃开采。这样可以减少煤炭生产对环境的破坏。

(2) 改革回采工艺, 尽最大可能减少因采煤对土地资源的破坏。这是解决问题的最基本途径。充分比较其经济效益及长远社会效益, 两利权衡取其重, 两害相权取其轻。在回采对地面的塌陷不可避免的情况下, 选择影响最小、最轻的办法。在煤炭资源和土地资源都必须有所损失的情况下, 取其损害小者;充分考虑煤炭开采经济效益和社会效益, 比较煤炭资源和土地资源的经济价值及社会价值, 取其利益多者而舍去利益少者。就目前而言, 可以选择的办法有: (1) 采完后充填。采完后充填, 力争减少采煤对地面的影响。此办法比较好, 只要充填及时, 就能较好地减少地表下沉量及变形值, 是比较理想的解决办法。但此办法需大量的充填物。充填物的来源是一个问题, 且成本偏高, 不易实施。 (2) 条带式开采。即采取条带式开采的办法, 避免因采煤对地表产生破坏。开采前, 对地表形变进行预计, 计算工作面采宽、采厚及合理的采留比, 使地表形变控制在一定范围内, 减少因地下采煤对地面及建筑物的损害。山东枣庄矿业集团多年来一直采用此办法, 不仅避免了对土地的破坏, 而且减少了压煤村庄的搬迁量。近十年来, 该集团虽然在村庄下采煤, 由于采用条带式开采, 对民房的破坏轻微, 因而无须对村庄进行搬迁, 不仅节约了费用, 而且减少许多不必要的麻烦。但此种办法是煤炭资源的成本较低, 煤矿经济寿命短。采用此种方式开采, 需对眼前及长远利益作出明智的比较和选择。

(3) 加大土地复垦、治理力度, 尽最大可能恢复原有地貌。既然回采对地表的影响不可避免, 那么, 积极开展治理、复垦工作, 尽最大可能使土地恢复到可利用的状态, 则不失为事后救济的一条途径。在煤矿采煤已经稳沉的前提下, 采取以下治理途径: (1) 因势制宜, 生态治理。对于因采煤塌陷深度大于1.5 m以上的塌陷区, 宜采取生态治理的办法。这种办法的具体措施为:聘请有资质的单位, 结合区域性的土地利用规划, 对该区域进行总体规划, 根据具体情况, 采取不同的治理方式。区位优势明显的, 可治理成景观;没有区位优势的, 可治理成湿地公园, 或水源涵养区;可以搞水面养殖, 开发成水面养殖区。无论何种方式, 均需要有计划、有设计、有步骤地主动为之。九里区的九里湖的开发, 便比较成功。因其区位优势明显, 曾是庞庄煤矿塌陷区, 政府投资, 改造景观区, 提升了周围的土地价值, 经济效益和社会效益非常明显。沛县龙固镇在塌陷地水面搞起了农家乐旅游项目, 亦颇有创意, 尽管其起点低, 规模小。总之, 宜水则水, 宜养则养, 宜景则景。一句话, 要凸显生态功能。 (2) 土地复垦。凡是能够复垦治理的塌陷地, 都应当复垦成农用地。这方面, 地方政府应主动有所作为, 加大复垦治理的力度。第一, 要有专门的机构和人员管理。徐州矿区每年新增采煤塌陷地近万亩, 仅徐矿每年就新增333.3 hm2左右。如此大的土地复垦量, 必须有专人负责。第二, 要管好复垦资金。企业支付的费用要真正投入到土地复垦中去, 绝对不可以再像以往那样, 一分了之, 或挪作他用。必须做到专款专用。这一点, 九里区的工作做得比较好。他们有制度、有审核、有计划、有设计、有验收, 保证了有限的资金落实到实处。第三, 应当将土地复垦工作与村、镇两级班子的考核挂起来, 纳入考核体系, 采用行政问责制, 以增强各级干部的责任心。

(4) 采取措施降水, 做到沉陷而不积水。他山之石, 可以攻玉, 德国鲁尔的经验可以借鉴。鲁尔区是老煤炭工业基地, 他们在采煤沉陷地的治理上采取了很多行之有效的措施, 其中降水工程便是措施之一。其实道理很简单, 在沉陷区设置若干排水泵站, 往外排水, 以使沉陷区内的村庄、城市及土地不因地下潜水位上升而淹没。据介绍, 在鲁尔区内, 这样的大型泵站约有1 400余个, 有的泵站已运行了近百年。德国波鸿市郊就有170多个这样的泵站。在中国华东地区, 完全可以借鉴这种方式, 采取降水措施, 来保护村庄及农田。至于费用问题, 德国是设立一个基金, 由政府立法向煤炭企业收取, 然后交由独立的基金管理者运行, 实践证明效果很好, 我们也可以借鉴。