遙感、GIS技術(shù)在煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測中的應(yīng)用

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1、遙感.GIS技術(shù)在煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測中的應(yīng)用江東王建華陳佩佩鄭世書孫亞軍【摘要】木文闡述了將遙感、GIS技術(shù)應(yīng)用于煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測屮的原理與方法，結(jié)合研究實踐，對該方法進(jìn)行了多方面的驗證?！娟P(guān)鍵詞】遙感GIS煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測煤炭行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。在煤礦開采過程中，人為的采掘活動打破了礦山系統(tǒng)原始的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致了各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，主要表現(xiàn)為礦井頂板、底板突水；地面塌陷；瓦斯突出等。據(jù)統(tǒng)計，1955T990年間，全國共發(fā)生礦井頂板、底板突水2000余起。隨著開采規(guī)模的擴(kuò)大和采掘深度的增加,地質(zhì)

2、災(zāi)害發(fā)生的頻率和損害程度有逐年增高的趨勢。1993年，山東肥城國家莊礦的底板突水，造成全礦井被淹，一直接經(jīng)濟(jì)損失近億元；1994年湖南恩口煤礦采空區(qū)發(fā)生的大規(guī)模巖溶地面塌陷、1995年淮南潘三煤礦的瓦斯爆炸等，都給礦井建設(shè)帶來災(zāi)難性打擊。各種災(zāi)害觸口驚心，尋求一種科學(xué)、合理的災(zāi)害預(yù)測預(yù)報方法，成了當(dāng)前亟待解決的問題。由于井下各種地質(zhì)條件、開采條件的多變性和地下水、瓦斯等運移的不規(guī)則性，對煤礦地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測必須做到：(1)災(zāi)情的系統(tǒng)研究；(2)海量數(shù)據(jù)的快速處理；(3)多源信息的綜合分析。而以上正是遙感和GI

3、S技術(shù)的優(yōu)勢所在，遙感和GIS的引入，為煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測提供了嶄新、高效的研究手段。2遙感、GIS技術(shù)應(yīng)用于煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測的原理關(guān)于煤礦地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測、預(yù)報，具體地說，有兩個層次的涵義：一是礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險程度區(qū)劃，即對災(zāi)害發(fā)生的口J能性進(jìn)行預(yù)測，按危險程度的人小進(jìn)行分區(qū)；二是災(zāi)前預(yù)報，包括短期預(yù)報和預(yù)警。而者主要作為礦區(qū)開采規(guī)劃的基礎(chǔ)，后者是對具體工作而的監(jiān)測和預(yù)報。應(yīng)用遙感和G1S技術(shù)，實現(xiàn)了兩個層次預(yù)測、預(yù)報的結(jié)合。一是運用遙感方法，對礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查，確定地質(zhì)災(zāi)害或其影響因素的空間分布與發(fā)育程

4、度；二是應(yīng)用GIS,對遙感資料、勘探資料、統(tǒng)計資料等進(jìn)行復(fù)合分析，構(gòu)建災(zāi)害模型，對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行及時、準(zhǔn)確的預(yù)報。2.1遙感技術(shù)與礦區(qū)地質(zhì)條件調(diào)査遙感技術(shù)主要是用來對礦區(qū)的地質(zhì)、地理和開釆條件進(jìn)行宏觀調(diào)査。遙感資料是地質(zhì)災(zāi)害研究的重要的數(shù)據(jù)源。通過對礦區(qū)遙感影像的解譯，可以提取豐富的地質(zhì)、水文地質(zhì)等信息；女山地貌單元類型；斷裂構(gòu)造的形態(tài)、性質(zhì)、展布等;地表水體；地表濕度/第四紀(jì)含水量；地面塌陷、溶洞、什石山分布；等等。2.2GIS技術(shù)與多源信息復(fù)合分析G1S是近年來蓬勃發(fā)展并逐步走向成熟的地學(xué)方法，其優(yōu)勢之一

5、，是對空間數(shù)據(jù)及其相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、高效的組織和管理。更重要的是，它可以對多種來源的信息進(jìn)行復(fù)合分析。煤礦地質(zhì)災(zāi)害是多因、多級、多時的，是多種人為因素和自然因素共同耦合的結(jié)果。利用GIS,可以將各種災(zāi)害影響因素，以專題信息層(COVERAGE)的形式加以存儲，然后根據(jù)實際需要，進(jìn)行不同的組合(復(fù)合分析)，構(gòu)建出相應(yīng)的災(zāi)害預(yù)測模型。其基木原理如圖1所示。圖1G1S支持下煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測原理圖3技術(shù)路線與預(yù)測流程遙感、GIS技術(shù)應(yīng)用于煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測，首先對遙感解譯結(jié)果、地面勘探資料、試驗數(shù)據(jù)等進(jìn)行預(yù)處理

6、，然后，根據(jù)已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害實例與該區(qū)域的影響因索條件，分析、確定災(zāi)害的形成機(jī)理及其主要的控制因索。例如，對于華北型煤礦的主要地質(zhì)災(zāi)害底板突水而言，多年的開采實踐證明，主要的致災(zāi)因素為地質(zhì)構(gòu)造、底板承壓含水層富水性、水壓力、底板隔水層的厚度及其特征等。(1)巖溶對突水的影響?；?guī)r含水層中，由于易形成巖溶裂隙、溶洞或陷落柱，為巖溶水提供了良好的賦存空間。采掘時，當(dāng)掘到裂隙、斷裂等通道，連通巖溶水水源時，就會發(fā)生突水。因此，一般來說，巖溶愈發(fā)育的地區(qū)，突水危險性及水量就愈大。(2)斷裂構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造，尤其是斷層

7、，是造成煤層底板突水的主要原因之一。首先，斷層破壞了隔水層的穩(wěn)定性；其次，斷層破碎帶易形成集水廊道：同時，它溝通了不同含水層的水力聯(lián)系。(3)水壓。含水層的頂板巖層為隔水層時，承壓水將作為一種靜力作用于煤層底板上，當(dāng)巖體中存在有構(gòu)造裂隙或工作面開采后因礦壓破壞形成導(dǎo)水裂隙吋，承壓水沿裂隙擠入巖層的深度將十分可觀，其至直接涌入采掘工作面。所以,正常條件下水壓力可簡化為作用于底板的一種面力，在其它條件相同時，水壓力越大，發(fā)生底板突水的可能性越大。(4)隔水層。隔水層是底板突水的抑制因索。據(jù)中國統(tǒng)配煤礦總公司編的

8、《煤礦水害事故典型案例匯編》一書所收集的全部工作面底板突水事故的統(tǒng)計結(jié)果，發(fā)生底板突水事故的工作面，其隔水層厚度一般都在50米以內(nèi)，并且絕大部分在40米以內(nèi)，這在一定程度上揭示了隔水層厚度對底板突水的抑制作用。隔水層厚度越大，突水的危險性就越小。概括地說，底板的灰?guī)r含水層是礦井突水的水源，巖溶發(fā)冇程度直接影響突水危險程度；水壓與隔水層是決定底板能否突水的一對基木孑盾；斷裂構(gòu)造影響巖溶發(fā)育，破壞隔水層的穩(wěn)定性，將促