基于遙感、GIS技術(shù)的煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

王曉彪

(山西焦煤西山煤電西曲礦，山西 太原 030200)

煤炭行業(yè)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有非常重要的地位，它的健康對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)有著不可替代的意義。然而一些采煤區(qū)經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些地質(zhì)災(zāi)害，比如底板突水、地面塌陷等等，過(guò)度的人為開采帶來(lái)的是嚴(yán)重的毀滅性災(zāi)害，因此有必要構(gòu)建基于遙感、GIS 技術(shù)的煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)系統(tǒng)，借助這兩種技術(shù)尋求對(duì)于煤礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的科學(xué)的、快速的、有效的處理，降低地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的損失。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然帶來(lái)大規(guī)模的廣泛的煤礦開采，完善對(duì)煤礦地質(zhì)災(zāi)害的檢測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)我國(guó)煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

一 遙感與GIS 技術(shù)

遙感是一種不用接觸、可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)的探測(cè)技術(shù)，通常是借助傳感器來(lái)對(duì)物體所散發(fā)的電磁波做出反應(yīng)，并實(shí)施分析。作為一種對(duì)地球進(jìn)行觀測(cè)的綜合性技術(shù)，遙感的出現(xiàn)，人類為認(rèn)識(shí)和探索自然的必然產(chǎn)物，遙感系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成:信息來(lái)源、獲取、處理、應(yīng)用。與其它探測(cè)技術(shù)相比，它具有著自身鮮明的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的同步觀測(cè)，同時(shí)獲取信息效率極高，往往能在第一時(shí)間讓人知道探測(cè)結(jié)果，它提供的數(shù)據(jù)是富有變化的，由于其周期、重復(fù)對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，所以可以捕捉到地球事物的變化。遙感的這些優(yōu)勢(shì)都使其服務(wù)于煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)工作提供了可能。

GIS 全稱地理信息系統(tǒng)，它是借助計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)施對(duì)于地球相關(guān)數(shù)據(jù)的采集儲(chǔ)存、管理分析的一種技術(shù)系統(tǒng)，GIS 在生活中有著廣泛的應(yīng)用，比如科學(xué)調(diào)查、路線規(guī)劃、資源管理等等，它具有著超強(qiáng)的對(duì)空間的分析能力，且能及時(shí)提供對(duì)地球的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果，當(dāng)然這一切的成功實(shí)施，技術(shù)人員的熟練操作必不可少。

二 遙感、GIS 預(yù)測(cè)煤礦地質(zhì)災(zāi)害的方法

地質(zhì)災(zāi)害的引發(fā)原因有二，一者主要是人為的不恰當(dāng)?shù)幕顒?dòng)，再者就是自然原因。地質(zhì)災(zāi)害有很多種，比如滑坡、泥石流、地震等等。一般而言，相比于其他地區(qū)，煤礦地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的更為頻繁，諸如地面裂縫、山體滑坡在煤礦地區(qū)時(shí)有發(fā)生。近年來(lái)，由于煤礦地區(qū)事故頻發(fā)，所以國(guó)家對(duì)煤礦這一產(chǎn)業(yè)政策做了不斷的調(diào)整，一定程度上規(guī)范了煤礦作業(yè)，但是豐富的煤礦資源必將帶來(lái)高強(qiáng)度的開采，很多地方存在著亂挖現(xiàn)象，采煤區(qū)呈現(xiàn)點(diǎn)多面廣、規(guī)模大的特點(diǎn)，一些采煤區(qū)出現(xiàn)大片采空區(qū)，如果遇到強(qiáng)大暴雨沖蝕，就會(huì)導(dǎo)致塌陷，給周圍居民帶來(lái)人身財(cái)產(chǎn)威脅。

煤礦地區(qū)的安全不僅僅關(guān)乎整個(gè)煤礦企業(yè)的利益，更關(guān)系到周圍居民的安全，因此必須重視對(duì)于煤礦地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)，以便在造成重大事故損失前進(jìn)行有效預(yù)防與治理，防患于未然。煤礦地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)可以從這兩方面入手，首先在以往地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，有針對(duì)的對(duì)一些無(wú)法避免的災(zāi)害做一些固定預(yù)防措施。具體說(shuō)來(lái)，對(duì)于礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，可分為兩層，其一是對(duì)礦區(qū)的危險(xiǎn)程度實(shí)施區(qū)分，就是預(yù)測(cè)一下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生有多大可能，并根據(jù)可能造成損失的程度的不同進(jìn)行劃分;其二是做好災(zāi)前的預(yù)報(bào)工作，給予人們以警示。分析二者我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)礦區(qū)危險(xiǎn)程度進(jìn)行劃分實(shí)際上給煤礦開采提供了規(guī)劃依據(jù)，而對(duì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)同時(shí)也可以起到對(duì)礦區(qū)具體工作的監(jiān)測(cè)作用。這些都可以借助遙感、GIS 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先是采用遙感這種技術(shù)，調(diào)查礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害情況，從而確定其發(fā)育程度和空間分布;然后運(yùn)用GIS 技術(shù)，綜合分析遙感勘探資料和統(tǒng)計(jì)資料，及時(shí)且準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害。

(一)遙感預(yù)測(cè)原理

借助遙感，我們可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、無(wú)接觸的對(duì)地面的觀測(cè)，這就給煤礦區(qū)地質(zhì)監(jiān)測(cè)提供了便利，遙感技術(shù)能夠給我們提供地質(zhì)方面的各種數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)遙感影像的分析，可以獲取豐富的信息。例如，地表水體，地面塌陷、矸石山、溶洞的分布，地貌單元的類型，等等。

(二)GIS 預(yù)測(cè)原理

GIS 是這幾年來(lái)發(fā)展比較迅速且日漸成熟的一種技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的地質(zhì)考察，它具備著更高效的組織形式和更全面的數(shù)據(jù)信息，除此之外，它能夠借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)分析與整合，煤礦地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因有很多種，不僅有地質(zhì)自身不穩(wěn)定因素，還有采煤區(qū)作業(yè)不科學(xué)因素，且級(jí)數(shù)不定，時(shí)間不定，空間不定，借助GIS 技術(shù)可以有條理的把這些相關(guān)因素的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，組合，繼而構(gòu)建煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)模型，其原理如下圖所示。

三 遙感、GIS 預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害的過(guò)程

遙感和GIS 技術(shù)在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)中，首先需要進(jìn)行的工作是解譯遙感圖像，通過(guò)遙感獲取的資料這時(shí)候還不成系統(tǒng)，所以需要對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施預(yù)處理，分析處理后的信息，我們可以大致掌握礦區(qū)的地質(zhì)狀況，并結(jié)合已往發(fā)生過(guò)的地質(zhì)災(zāi)害，完成對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響因素、形成機(jī)理的一個(gè)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

比如，對(duì)于在華北地區(qū)的煤礦而言，底板突水是其主要的地質(zhì)災(zāi)害，由多年的煤礦開采的實(shí)踐可知，導(dǎo)致礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因素是地質(zhì)的構(gòu)造、隔水層厚度、含水層的富水性和水壓力等。(1)巖溶地質(zhì)會(huì)促進(jìn)突水狀況發(fā)生，在華北的部分地區(qū)分布著一些溶洞，這些溶洞中，通常都有豐富的巖溶水，采掘煤礦的過(guò)程中，如果挖通了這個(gè)水源，就會(huì)招致突水。(2)斷裂的地質(zhì)構(gòu)造會(huì)促進(jìn)突水狀況發(fā)生，這一方面是由于斷層打破了隔水層固有穩(wěn)定性，另一方面斷層和它周圍的巖層都十分破碎，這種破碎帶一般都含水或者是與地表水、含水層相通。(3)高水壓帶來(lái)的突水狀況。在華北地區(qū)煤礦挖掘過(guò)程中，很多時(shí)候承壓水都都對(duì)煤層底板施加有一定的壓力，在開采過(guò)程中，稍有不慎，就會(huì)因壓力過(guò)大，導(dǎo)致地質(zhì)層出現(xiàn)導(dǎo)水裂隙，這時(shí)候承壓水就會(huì)順勢(shì)往上突水，迅速而直接的涌入采煤區(qū)，水深也相當(dāng)可觀。(4)隔水層能夠有效防止突水事件的發(fā)生，對(duì)地板突水起到一定的抑制作用，據(jù)考察，我國(guó)很多發(fā)生突水狀況的煤礦區(qū)隔水層的厚度都相對(duì)比較薄，多在40m 以下，由此可見(jiàn)，倘使隔水層有一定的厚度，那么就可以大大減少突水地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生?？偠灾匕逋凰刭|(zhì)災(zāi)害的發(fā)生原因是多方面的，溶洞中富含著的豐富的巖溶水是其水源，水壓實(shí)際上與隔水層厚度互相影響互相制約，當(dāng)它們之間達(dá)不到有機(jī)平衡，就會(huì)有突水狀況發(fā)生，斷裂的構(gòu)造是進(jìn)行煤礦開采之前所必須重視的一種地質(zhì)面貌，在它周圍必定是有連通著的水源。

對(duì)于華北地區(qū)比較典型的地板突水地質(zhì)災(zāi)害做了一個(gè)詳盡的分析了解后，我們不難發(fā)現(xiàn)，煤礦地區(qū)的災(zāi)害與其它地質(zhì)災(zāi)害更為嚴(yán)重，追究其發(fā)生原因，可以看見(jiàn)煤礦自身也有著很大的問(wèn)題，在本文里，我們對(duì)于與地質(zhì)災(zāi)害的有關(guān)因素做了一個(gè)量化，把量化的指標(biāo)交由遙感預(yù)測(cè)，如此，便形成了一個(gè)層次，具體的層次重要性有所不同，借助這個(gè)層次我們可以掌握伴隨著各個(gè)因素而來(lái)的圖層配準(zhǔn)、空間分析、初始計(jì)算等問(wèn)題，在獲取結(jié)果后，與以往已有的煤礦地質(zhì)災(zāi)害資料做一個(gè)對(duì)比，從而確定預(yù)測(cè)模型。

四 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在煤礦區(qū)，向地面坍陷、地板吐水等地質(zhì)情況屢見(jiàn)不鮮，因此對(duì)煤礦地質(zhì)災(zāi)害做好準(zhǔn)確預(yù)測(cè)具有著十分積極的意義，考慮到礦井區(qū)地質(zhì)條件比較復(fù)雜且多存在不規(guī)則作業(yè)，因而想要做好預(yù)測(cè)工作必須重視一下幾點(diǎn):第一，注重礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究系統(tǒng)性;第二，預(yù)測(cè)要具備及時(shí)有效性;第三，對(duì)于不同來(lái)源的數(shù)據(jù)要進(jìn)行全面比較分析。在煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)過(guò)程中，可以充分借助遙感、GIS 以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種渠道信息的綜合利用，同時(shí)保證消息的時(shí)效性，準(zhǔn)確率，為預(yù)測(cè)工作的安排提供參考依據(jù)。對(duì)造成災(zāi)害的各種因素及成災(zāi)機(jī)理認(rèn)識(shí)是否充分對(duì)基于遙感、GIS 技術(shù)的煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度有著直接而深遠(yuǎn)的影響。

［1］喬彥肖，李密文，張維宸.基于遙感技術(shù)支持的地質(zhì)災(zāi)害及孕災(zāi)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào).2002(04):85－89.

［2］康高峰，雷學(xué)武，萬(wàn)余慶，王成福，閆永忠.遙感技術(shù)在煤礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用［J］.中國(guó)煤田地質(zhì).2000(02):24－26.