遥感监测技术在煤矿区环境地质问题中的应用

来源:用户上传      作者: 张 娟 彭胜龙 靳云鹏

　　【摘要】 大规模、高强度的煤炭资源开采活动,加剧破坏了煤矿区的地质环境,引发了一系列的地质灾害,中遥感监测技术分别在采煤沉陷调查、煤矿区水资源监测及煤矿火灾三个领域获得应用,并取得了明显经济技术效益和社会效益。
　　【关键词】 遥感技术;采煤沉陷区;煤矿区水资源;煤矿火灾
　　
　　一、煤矿区主要的环境地质问题
　　在内蒙西北地区,煤矿开采引发的环境地质问题十分严重,是所有矿产工业类型中矿山环境地质问题最为严重的一种类型。西北地区煤矿以地下开采为主,其产量约占煤炭产量的96%。随着矿区环境地质问题日益严重,航天遥感技术在超前处理煤矿区的地质灾害中,取得了明显经济技术效益和社会效益。
　　二、煤矿区采空沉陷区及边界圈定
　　目前来说,内蒙地区煤矿开采引发的环境地质问题十分严重,西北部的煤矿以地下开采为主。采煤工作面顶板绝大部分采用陷落法,回采过程中巷道及采空区的围岩支护是临时性的,当开采后的采空区顶板失去支撑,顶板的拉张应力超过该岩层的抗拉强度时,原始地层应力平衡被破坏,产生向下弯曲和移动,发生断裂和破碎并相继冒落,致使上覆岩层相继向下弯曲、移动,进而发生断裂和断层形成地表裂缝、沉陷带、沉陷区等地质灾害。尤其在第四系覆盖层较厚的平原区,由于数十年采煤活动的频繁,小煤窑无组织粗放型的经济开采行为,常常造成局部出现地裂缝并伴有区域性大面积的地面沉陷,这种变化兼有渐变和突变的特点,形成规模也相差悬殊。采煤矿区沉陷的发生与煤层的赋存条件(埋深、产状、厚度)和开采状况(层位、深度、围岩、边界条件)及自然环境(降雨、地震)等因素有关。一般来说,开采深度越大,变形扩展到地表的时间越长,地面变形越小;开采空间越大,地表变形越大,并逐步扩大形成比采空区大的沉陷区(盆地)。
　　三、煤矿区水资源问题及其监测手段
　　(1)煤矿区水资源问题。产于鄂尔多斯盆地周边的石炭一二叠系中的煤田,其下部是奥陶系石灰岩,上部为侏罗系砂泥岩,属干旱盆地严重缺水地区。矿井疏干排水导致地下水均衡系统破坏,地表水量减少,地下水位下降。1997年以来,陕西神府煤田开发区的不少河流断流,如2000年窟里河断流75天,2001年断流106天。由于煤矿采空区裂缝遍布,最宽达2m多,局部地区地面下降2～3m,导致原流量达7344m3/d的双沟河已完全干枯。煤矿开采外排的矿井水、洗(选)煤水及煤矸石淋滤水的酸性及矿化度都比较高,从而造成了地下水的污染,加剧了矿区环境用水的危机,尤其是水体较为发育的地区,矿区水污染问题已十分严重。(2)水污染监测手段。把卫星遥感技术应用于这个领域,先取得煤矿区的航片图像,并在图像处理时突出水体分布及所受影响程度,这些信息是进行矿区水体污染研究的关键。一般是通过增强方法来突出水体分布、增强水体边界,取得较好的水体边界效果。对于水体层次的处理,主要用密度分割的方法,对TM波段中的水体进行分级,层次性非常明显,从而为建立水资源污染遥感解译标志和宏观调查研究区地表水的污染程度以及圈定水污染范围提供重要依据。
　　四、煤矿火灾问题及探测技术
　　(1)煤矿火灾情况。内蒙地处北方干旱气候条件环境,煤田火灾的历史由来已久,特别是近年来煤矿开采管理的不规范,星罗棋布的小煤窑乱采乱挖,造成矿山地下煤火燃烧和煤层自燃火灾日趋严重。造成了宝贵资源的大量损失,不但危及煤矿的生产安全,而且煤火长期污染大气空间环境,影响和破坏人类的基本生存条件,乌达煤矿区火区属矿井火,是区内煤田火灾较为严重的地区之一。目前仍在燃烧的火区有三处,共16个火点,燃烧面积349.61万m2,燃烧沿矿区浅部形成一条长约12km的火龙,着火区常年烟雾缭绕,向天空排放CO2、SO2,严重污染大气环境,影响周围植被生长和居民正常生活。直接损失原煤3026.7万吨。桌子山煤田现有27处起火,燃烧面积883.66万m2,其中位于乌海市境内的有13处火区,燃烧面积504.58万m2。鄂托克旗境内的有14处火区,燃烧面积379.08万m2。受火区影响的人口有近20万,已经严重影响了当地脆弱的生态环境,损失了宝贵的炼焦用煤资源,人民正常生活质量和煤矿安全生产受到严重威胁。目前火区仍未得到有效治理,火势仍在继续蔓延,因此解决煤火问题迫在眉捷。(2)煤矿火区探测。隐伏火区地表一般无火区指示特征,地表无法确定火区的范围和燃烧情况,只有在燃烧强烈的火区有时地表能见到热汽、青烟等。对于隐伏火区的探测也可以应用到遥感技术,通过多年大量的野外观察和数据测试发现:自燃后煤层结构、地球化学场、地球物理场都发生显著变化。以地球物理场在发火前、发火中和发火后的全过程中变化最为明显。
　　伴随着近些年来航空航天遥感、GPS和其他遥测技术成熟并迅速推广应用,相信这些手段定将在我区煤矿区环境地质灾害的时空模拟、预测预报中发挥着更为重要作用。
　　

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