基于遙感、GIS技術的煤礦地質災害預測

王曉彪

(山西焦煤西山煤電西曲礦，山西 太原 030200)

煤炭行業在我國的國民經濟發展中占有非常重要的地位，它的健康對我國經濟有著不可替代的意義。然而一些采煤區經常會發生一些地質災害，比如底板突水、地面塌陷等等，過度的人為開采帶來的是嚴重的毀滅性災害，因此有必要構建基于遙感、GIS 技術的煤礦地質災害預測系統，借助這兩種技術尋求對于煤礦區地質災害的科學的、快速的、有效的處理，降低地質災害帶來的損失。經濟的發展必然帶來大規模的廣泛的煤礦開采，完善對煤礦地質災害的檢測能夠實現我國煤礦企業的可持續發展。

一 遙感與GIS 技術

遙感是一種不用接觸、可以進行遠距離探測的探測技術，通常是借助傳感器來對物體所散發的電磁波做出反應，并實施分析。作為一種對地球進行觀測的綜合性技術，遙感的出現，人類為認識和探索自然的必然產物，遙感系統主要由四部分構成:信息來源、獲取、處理、應用。與其它探測技術相比，它具有著自身鮮明的優勢，可以實現大范圍的同步觀測，同時獲取信息效率極高，往往能在第一時間讓人知道探測結果，它提供的數據是富有變化的，由于其周期、重復對同一地區進行觀測，所以可以捕捉到地球事物的變化。遙感的這些優勢都使其服務于煤礦地質災害預測工作提供了可能。

GIS 全稱地理信息系統，它是借助計算機來實施對于地球相關數據的采集儲存、管理分析的一種技術系統，GIS 在生活中有著廣泛的應用，比如科學調查、路線規劃、資源管理等等，它具有著超強的對空間的分析能力，且能及時提供對地球的動態預測結果，當然這一切的成功實施，技術人員的熟練操作必不可少。

二 遙感、GIS 預測煤礦地質災害的方法

地質災害的引發原因有二，一者主要是人為的不恰當的活動，再者就是自然原因。地質災害有很多種，比如滑坡、泥石流、地震等等。一般而言，相比于其他地區，煤礦地區地質災害發生的更為頻繁，諸如地面裂縫、山體滑坡在煤礦地區時有發生。近年來，由于煤礦地區事故頻發，所以國家對煤礦這一產業政策做了不斷的調整，一定程度上規范了煤礦作業，但是豐富的煤礦資源必將帶來高強度的開采，很多地方存在著亂挖現象，采煤區呈現點多面廣、規模大的特點，一些采煤區出現大片采空區，如果遇到強大暴雨沖蝕，就會導致塌陷，給周圍居民帶來人身財產威脅。

煤礦地區的安全不僅僅關乎整個煤礦企業的利益，更關系到周圍居民的安全，因此必須重視對于煤礦地質災害的預測，以便在造成重大事故損失前進行有效預防與治理，防患于未然。煤礦地質災害的預測可以從這兩方面入手，首先在以往地質災害相關資料的基礎上，有針對的對一些無法避免的災害做一些固定預防措施。具體說來，對于礦區的地質災害預測和預報，可分為兩層，其一是對礦區的危險程度實施區分，就是預測一下地質災害發生有多大可能，并根據可能造成損失的程度的不同進行劃分;其二是做好災前的預報工作，給予人們以警示。分析二者我們可以發現，對礦區危險程度進行劃分實際上給煤礦開采提供了規劃依據，而對災害的預報同時也可以起到對礦區具體工作的監測作用。這些都可以借助遙感、GIS 技術來實現。首先是采用遙感這種技術，調查礦區的地質災害情況，從而確定其發育程度和空間分布;然后運用GIS 技術，綜合分析遙感勘探資料和統計資料，及時且準確地預報可能發生的地質災害。

(一)遙感預測原理

借助遙感，我們可以實現遠程、無接觸的對地面的觀測，這就給煤礦區地質監測提供了便利，遙感技術能夠給我們提供地質方面的各種數據，通過對遙感影像的分析，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 預測原理

GIS 是這幾年來發展比較迅速且日漸成熟的一種技術，相比于傳統的地質考察，它具備著更高效的組織形式和更全面的數據信息，除此之外，它能夠借助計算機強大的計算功能實現對數據分析與整合，煤礦地質災害發生的原因有很多種，不僅有地質自身不穩定因素，還有采煤區作業不科學因素，且級數不定，時間不定，空間不定，借助GIS 技術可以有條理的把這些相關因素的信息進行存儲，組合，繼而構建煤礦地質災害預測模型，其原理如下圖所示。

三 遙感、GIS 預測地質災害的過程

遙感和GIS 技術在礦區地質災害的預測中，首先需要進行的工作是解譯遙感圖像，通過遙感獲取的資料這時候還不成系統，所以需要對數據實施預處理，分析處理后的信息，我們可以大致掌握礦區的地質狀況，并結合已往發生過的地質災害，完成對地質災害影響因素、形成機理的一個系統認識。

比如，對于在華北地區的煤礦而言，底板突水是其主要的地質災害，由多年的煤礦開采的實踐可知，導致礦區地質災害發生的主要因素是地質的構造、隔水層厚度、含水層的富水性和水壓力等。(1)巖溶地質會促進突水狀況發生，在華北的部分地區分布著一些溶洞，這些溶洞中，通常都有豐富的巖溶水，采掘煤礦的過程中，如果挖通了這個水源，就會招致突水。(2)斷裂的地質構造會促進突水狀況發生，這一方面是由于斷層打破了隔水層固有穩定性，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)高水壓帶來的突水狀況。在華北地區煤礦挖掘過程中，很多時候承壓水都都對煤層底板施加有一定的壓力，在開采過程中，稍有不慎，就會因壓力過大，導致地質層出現導水裂隙，這時候承壓水就會順勢往上突水，迅速而直接的涌入采煤區，水深也相當可觀。(4)隔水層能夠有效防止突水事件的發生，對地板突水起到一定的抑制作用，據考察，我國很多發生突水狀況的煤礦區隔水層的厚度都相對比較薄，多在40m 以下，由此可見，倘使隔水層有一定的厚度，那么就可以大大減少突水地質災害的發生。總而言之，地板突水地質災害的發生原因是多方面的，溶洞中富含著的豐富的巖溶水是其水源，水壓實際上與隔水層厚度互相影響互相制約，當它們之間達不到有機平衡，就會有突水狀況發生，斷裂的構造是進行煤礦開采之前所必須重視的一種地質面貌，在它周圍必定是有連通著的水源。

對于華北地區比較典型的地板突水地質災害做了一個詳盡的分析了解后，我們不難發現，煤礦地區的災害與其它地質災害更為嚴重，追究其發生原因，可以看見煤礦自身也有著很大的問題，在本文里，我們對于與地質災害的有關因素做了一個量化，把量化的指標交由遙感預測，如此，便形成了一個層次，具體的層次重要性有所不同，借助這個層次我們可以掌握伴隨著各個因素而來的圖層配準、空間分析、初始計算等問題，在獲取結果后，與以往已有的煤礦地質災害資料做一個對比，從而確定預測模型。

四 結語

總而言之，在煤礦區，向地面坍陷、地板吐水等地質情況屢見不鮮，因此對煤礦地質災害做好準確預測具有著十分積極的意義，考慮到礦井區地質條件比較復雜且多存在不規則作業，因而想要做好預測工作必須重視一下幾點:第一，注重礦區地質災害研究系統性;第二，預測要具備及時有效性;第三，對于不同來源的數據要進行全面比較分析。在煤礦地質災害預測過程中，可以充分借助遙感、GIS 以實現對多種渠道信息的綜合利用，同時保證消息的時效性，準確率，為預測工作的安排提供參考依據。對造成災害的各種因素及成災機理認識是否充分對基于遙感、GIS 技術的煤礦地質災害預測的精準度有著直接而深遠的影響。

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