遙感監(jiān)測技術在煤礦區(qū)環(huán)境地質問題中的應用

【摘要】 大規(guī)模、高強度的煤炭資源開采活動，加劇破壞了煤礦區(qū)的地質環(huán)境，引發(fā)了一系列的地質災害，中遙感監(jiān)測技術分別在采煤沉陷調查、煤礦區(qū)水資源監(jiān)測及煤礦火災三個領域獲得應用，并取得了明顯經濟技術效益和社會效益。

【關鍵詞】 遙感技術;采煤沉陷區(qū);煤礦區(qū)水資源;煤礦火災

一、煤礦區(qū)主要的環(huán)境地質問題

在內蒙西北地區(qū)，煤礦開采引發(fā)的環(huán)境地質問題十分嚴重，是所有礦產工業(yè)類型中礦山環(huán)境地質問題最為嚴重的一種類型。西北地區(qū)煤礦以地下開采為主，其產量約占煤炭產量的96%。隨著礦區(qū)環(huán)境地質問題日益嚴重，航天遙感技術在超前處理煤礦區(qū)的地質災害中，取得了明顯經濟技術效益和社會效益。

二、煤礦區(qū)采空沉陷區(qū)及邊界圈定

目前來說，內蒙地區(qū)煤礦開采引發(fā)的環(huán)境地質問題十分嚴重，西北部的煤礦以地下開采為主。采煤工作面頂板絕大部分采用陷落法，回采過程中巷道及采空區(qū)的圍巖支護是臨時性的，當開采后的采空區(qū)頂板失去支撐，頂板的拉張應力超過該巖層的抗拉強度時，原始地層應力平衡被破壞，產生向下彎曲和移動，發(fā)生斷裂和破碎并相繼冒落，致使上覆巖層相繼向下彎曲、移動，進而發(fā)生斷裂和斷層形成地表裂縫、沉陷帶、沉陷區(qū)等地質災害。尤其在第四系覆蓋層較厚的平原區(qū)，由于數十年采煤活動的頻繁，小煤窯無組織粗放型的經濟開采行為，常常造成局部出現地裂縫并伴有區(qū)域性大面積的地面沉陷，這種變化兼有漸變和突變的特點，形成規(guī)模也相差懸殊。采煤礦區(qū)沉陷的發(fā)生與煤層的賦存條件(埋深、產狀、厚度)和開采狀況(層位、深度、圍巖、邊界條件)及自然環(huán)境(降雨、地震)等因素有關。一般來說，開采深度越大，變形擴展到地表的時間越長，地面變形越小;開采空間越大，地表變形越大，并逐步擴大形成比采空區(qū)大的沉陷區(qū)(盆地)。

三、煤礦區(qū)水資源問題及其監(jiān)測手段

(1)煤礦區(qū)水資源問題。產于鄂爾多斯盆地周邊的石炭一二疊系中的煤田，其下部是奧陶系石灰?guī)r，上部為侏羅系砂泥巖，屬干旱盆地嚴重缺水地區(qū)。礦井疏干排水導致地下水均衡系統破壞，地表水量減少，地下水位下降。1997年以來，陜西神府煤田開發(fā)區(qū)的不少河流斷流，如2000年窟里河斷流75天，2001年斷流106天。由于煤礦采空區(qū)裂縫遍布，最寬達2m多，局部地區(qū)地面下降2～3m，導致原流量達7344m3/d的雙溝河已完全干枯。煤礦開采外排的礦井水、洗(選)煤水及煤矸石淋濾水的酸性及礦化度都比較高，從而造成了地下水的污染，加劇了礦區(qū)環(huán)境用水的危機，尤其是水體較為發(fā)育的地區(qū)，礦區(qū)水污染問題已十分嚴重。(2)水污染監(jiān)測手段。把衛(wèi)星遙感技術應用于這個領域，先取得煤礦區(qū)的航片圖像，并在圖像處理時突出水體分布及所受影響程度，這些信息是進行礦區(qū)水體污染研究的關鍵。一般是通過增強方法來突出水體分布、增強水體邊界，取得較好的水體邊界效果。對于水體層次的處理，主要用密度分割的方法，對TM波段中的水體進行分級，層次性非常明顯，從而為建立水資源污染遙感解譯標志和宏觀調查研究區(qū)地表水的污染程度以及圈定水污染范圍提供重要依據。

四、煤礦火災問題及探測技術

(1)煤礦火災情況。內蒙地處北方干旱氣候條件環(huán)境，煤田火災的歷史由來已久，特別是近年來煤礦開采管理的不規(guī)范，星羅棋布的小煤窯亂采亂挖，造成礦山地下煤火燃燒和煤層自燃火災日趨嚴重。造成了寶貴資源的大量損失，不但危及煤礦的生產安全，而且煤火長期污染大氣空間環(huán)境，影響和破壞人類的基本生存條件，烏達煤礦區(qū)火區(qū)屬礦井火，是區(qū)內煤田火災較為嚴重的地區(qū)之一。目前仍在燃燒的火區(qū)有三處，共16個火點，燃燒面積349.61萬m2，燃燒沿礦區(qū)淺部形成一條長約12km的火龍，著火區(qū)常年煙霧繚繞，向天空排放CO2、SO2，嚴重污染大氣環(huán)境，影響周圍植被生長和居民正常生活。直接損失原煤3026.7萬噸。桌子山煤田現有27處起火，燃燒面積883.66萬m2，其中位于烏海市境內的有13處火區(qū)，燃燒面積504.58萬m2。鄂托克旗境內的有14處火區(qū)，燃燒面積379.08萬m2。受火區(qū)影響的人口有近20萬，已經嚴重影響了當地脆弱的生態(tài)環(huán)境，損失了寶貴的煉焦用煤資源，人民正常生活質量和煤礦安全生產受到嚴重威脅。目前火區(qū)仍未得到有效治理，火勢仍在繼續(xù)蔓延，因此解決煤火問題迫在眉捷。(2)煤礦火區(qū)探測。隱伏火區(qū)地表一般無火區(qū)指示特征，地表無法確定火區(qū)的范圍和燃燒情況，只有在燃燒強烈的火區(qū)有時地表能見到熱汽、青煙等。對于隱伏火區(qū)的探測也可以應用到遙感技術，通過多年大量的野外觀察和數據測試發(fā)現:自燃后煤層結構、地球化學場、地球物理場都發(fā)生顯著變化。以地球物理場在發(fā)火前、發(fā)火中和發(fā)火后的全過程中變化最為明顯。

伴隨著近些年來航空航天遙感、GPS和其他遙測技術成熟并迅速推廣應用，相信這些手段定將在我區(qū)煤礦區(qū)環(huán)境地質災害的時空模擬、預測預報中發(fā)揮著更為重要作用。