ArcGIS在淮南某煤礦采煤塌陷區(qū)預測中的應用

■寧尚知鄭雪石勇

（1山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊山東濟寧272000；2山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊山東泰安271000）

ArcGIS在淮南某煤礦采煤塌陷區(qū)預測中的應用

■寧尚知1鄭雪2石勇1

（1山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊山東濟寧272000；2山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊山東泰安271000）

煤礦開采導致的采煤塌陷對環(huán)境造成嚴重的危害，對居民人身財產(chǎn)安全造成嚴重的威脅，同時對企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。對采煤塌陷區(qū)的準確預測則是科學恢復治理的前提。ArcGIS能夠準確識別煤礦塌陷面積和空間分布范圍。本文應用ArcGIS對淮南某煤礦進行塌陷區(qū)預測，提高了工作效率和精度，為環(huán)境保護與恢復治理方案提供了技術支持。

煤礦塌陷恢復治理ArcGIS環(huán)境保護

1 引言

對塌陷區(qū)空間展布的預測直接影響到塌陷區(qū)恢復治理方式的選擇。目前ArcGIS因其具有強大的數(shù)據(jù)處理、空間分析、二次開發(fā)能力,能將地理空間數(shù)據(jù)和各類信息有機的集成在一起,從而能給采煤塌陷區(qū)的地質(zhì)環(huán)境評價提供決策支持,是一種及時、準確、有效的評價手段,為地質(zhì)環(huán)境評價研究提供了新的研究方法。同時基于ArcGIS的三維可視化能夠較為精準的反映塌陷區(qū)的大小，為后續(xù)復墾提供技術支持。本文以淮南某煤礦（下均稱為甲煤礦）為例，運用ArcGIS預測塌陷區(qū)的空間展布。

2 ArcGIS在甲煤礦煤炭塌陷區(qū)的預測

2.1 甲煤礦概況

甲煤礦始建于1958年10月，1966年3月建成投產(chǎn)至今，目前礦區(qū)范圍面積9.96平方公里，煤礦東西長3.25km，南北傾斜寬3km，開采標高+1103~+470米，生產(chǎn)規(guī)模0.45Mt/a。由于有40年的開采歷史，地表塌陷問題在該區(qū)已異常嚴峻，其有以下特點：（1）塌陷面積大、分布散；（2）塌陷隨時間和空間動態(tài)變化；（3）塌陷地貌類型復雜。主要包括農(nóng)用地、建設用地、林地、山地、未利用地等；（4）塌陷程度差異性大。塌陷地主要包括已沉穩(wěn)的、未沉穩(wěn)的、深積水(3米以上)、中等積水(1～3米)、淺積水(1米以下)等。

2.2 ArcGIS基本工作思路

ArcGIS對開采塌陷區(qū)預測的基本工作思路是采集區(qū)域樣品的坐標信息、深度信息等地理信息數(shù)據(jù)；對區(qū)域的構造圖及遙感圖件數(shù)字化，結合采集的信息構建區(qū)域三維柵格圖，即區(qū)域數(shù)學模型；利用包括鉆井信息、地層信息等數(shù)據(jù)，選取最為合適的計算方法，預測塌陷區(qū)的展布，形成塌陷等值線圖；再對圖件進行裁剪、坐標系配準之后，結合實際地表坡度得到符合實際地質(zhì)情況的按地層坡度分類的塌陷區(qū)面積展布。

2.3 圖件數(shù)字化及數(shù)據(jù)轉換

礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復圖件來源包括矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)以紙質(zhì)圖紙掃描后的JPG格式和遙感影像為主，矢量數(shù)據(jù)基本以Autocad格式和Mapgis式為主。矢量數(shù)據(jù)需要進行格式轉換最終可在ArcGIS下編輯處理，柵格數(shù)據(jù)要進行數(shù)字化等工作。

其中需要注意的是:Autocad格式和Mapgis格式轉換成ArcGIS中的shapefile格式時，由于Autocad、Mapgis數(shù)據(jù)結構構與ArcGIS不同，數(shù)據(jù)在轉換后會存在屬性數(shù)據(jù)丟失、要素變形等，因此必須對轉換后的圖形的屬性表進行修正。

2.4 地面塌陷預測

根據(jù)甲煤礦煤層賦存條件"采煤方法及工藝等條件，以及《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中所列預計方法，經(jīng)過初步分析得出，概率積分法中的最大值預測方法在該工區(qū)的地質(zhì)條件下較為適用，因此數(shù)學建模的方法采用最大值預測方法，進行全區(qū)地面塌陷變形量預測。利用ArcGIS中的建模功能得到甲煤礦地面塌陷等值線圖；接下來將甲煤礦地面塌陷等值線圖，按照煤礦規(guī)模劃分為100×100個網(wǎng)格，提取每個網(wǎng)格的節(jié)點信息，計算各個網(wǎng)格節(jié)點坐標及地面塌陷值。

2.5 圖件配準與裁剪

將地形、地面塌陷預測及土地利用數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉換為ArcGIS下空間數(shù)據(jù)shape格式后，需要對以上三個圖形配準，統(tǒng)一空間坐標系，進行投影設置。我國基本比例尺分幅圖均采用高斯克呂格投影，對于比例尺1：1萬的采用3度分帶;ArcGIS中提供了北京54和西安80的坐標系參數(shù)。

圖形配準后，本文所作的研究區(qū)域是甲煤礦礦區(qū)范圍，在ARCMAP下利用Arctoolbox的分析工具欄下的裁剪命令按鈕對圖形進行研究區(qū)裁剪，便于后期的分析和編輯。

2.6 擬合地形數(shù)據(jù)與塌陷預測數(shù)據(jù)

在ARCMAP下，首先將原始地形矢量數(shù)據(jù)轉換為矢量點數(shù)據(jù)，然后將原始地形與塌陷預測矢量點數(shù)據(jù)轉換為柵格文件，最后利用工具欄中的數(shù)學運算按鈕進行數(shù)據(jù)擬合，生成擬合后的塌陷地形柵格文件。

2.7 坡度分析

ArcGIS具有一個能為三維可視化、三維分析及表面生成提供高級分析功能的擴展模塊3DAnalyst，可以用它來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視圖化和分析處理。本次研究在這里利用ArcGIS三維分析模塊進行TIN表面的創(chuàng)建，進行表面分析坡度計算、提取甲煤礦塌陷后的地形坡度數(shù)據(jù)。

在ARCMAP下，將擬合后的塌陷地形柵格文件轉化為TIN文件，然后利用TIN文件構建DEM數(shù)據(jù)最后利用DEM數(shù)據(jù)生成坡度數(shù)據(jù)。

在ArcGIS的GIS制圖模塊中利用工具欄下的分析工具中的重分類工具，進行坡度重分類、生成塌陷后地形的分類坡度數(shù)據(jù)，其中1代表坡度≤8°區(qū)域，2代表8°至25°區(qū)域，3代表＞25°區(qū)域。

2.8 提取塌陷區(qū)坡度、地類數(shù)據(jù)

利用工具欄下的轉換工具將分類坡度數(shù)據(jù)轉換為邊界框，然后疊加土地利用現(xiàn)狀圖，利用工具欄下的分析工具，生成內(nèi)插文件，打開上述圖件的屬性表，選擇屬性表中的“形狀面積”進行幾何計算，然后導出屬性列表，利用Excel進行統(tǒng)計，最終獲得甲煤礦塌陷區(qū)不同坡度分集中的不同土地類型面積數(shù)據(jù)。

3 結論

本文利用ArcGIS強大的數(shù)據(jù)分析能力、三維可視化圖件的解析能力，對甲煤礦采煤塌陷區(qū)分布范圍進行預測，得到了其空間展布特征，為該區(qū)域復墾治理提供了資料依據(jù)，降低了恢復的難度和經(jīng)濟成本。同時對于其他礦區(qū)采煤塌陷區(qū)的恢復也提供了一定的借鑒。

[1]殷作如,鄧智毅.開灤礦區(qū)采煤塌陷地生態(tài)環(huán)境綜合治理途徑 [J],礦山測量,2003,

(3):21一25.

[2]郭愛國,張華興.我國充填采礦現(xiàn)狀及發(fā)展J[],礦山測量,2005,:160一61.

X752[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-202-1