ArcGIS在淮南某煤礦采煤塌陷區預測中的應用

■寧尚知鄭雪石勇

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

ArcGIS在淮南某煤礦采煤塌陷區預測中的應用

■寧尚知1鄭雪2石勇1

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

煤礦開采導致的采煤塌陷對環境造成嚴重的危害，對居民人身財產安全造成嚴重的威脅，同時對企業造成巨大的經濟損失。對采煤塌陷區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預測，提高了工作效率和精度，為環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環境保護

1 引言

對塌陷區空間展布的預測直接影響到塌陷區恢復治理方式的選擇。目前ArcGIS因其具有強大的數據處理、空間分析、二次開發能力,能將地理空間數據和各類信息有機的集成在一起,從而能給采煤塌陷區的地質環境評價提供決策支持,是一種及時、準確、有效的評價手段,為地質環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的大小，為后續復墾提供技術支持。本文以淮南某煤礦（下均稱為甲煤礦）為例，運用ArcGIS預測塌陷區的空間展布。

2 ArcGIS在甲煤礦煤炭塌陷區的預測

2.1 甲煤礦概況

甲煤礦始建于1958年10月，1966年3月建成投產至今，目前礦區范圍面積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，生產規模0.45Mt/a。由于有40年的開采歷史，地表塌陷問題在該區已異常嚴峻，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變化；（3）塌陷地貌類型復雜。主要包括農用地、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的、未沉穩的、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對開采塌陷區預測的基本工作思路是采集區域樣品的坐標信息、深度信息等地理信息數據；對區域的構造圖及遙感圖件數字化，結合采集的信息構建區域三維柵格圖，即區域數學模型；利用包括鉆井信息、地層信息等數據，選取最為合適的計算方法，預測塌陷區的展布，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情況的按地層坡度分類的塌陷區面積展布。

2.3 圖件數字化及數據轉換

礦山地質環境保護與治理恢復圖件來源包括矢量數據與柵格數據，柵格數據以紙質圖紙掃描后的JPG格式和遙感影像為主，矢量數據基本以Autocad格式和Mapgis式為主。矢量數據需要進行格式轉換最終可在ArcGIS下編輯處理，柵格數據要進行數字化等工作。

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數據結構構與ArcGIS不同，數據在轉換后會存在屬性數據丟失、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程》中所列預計方法，經過初步分析得出，概率積分法中的最大值預測方法在該工區的地質條件下較為適用，因此數學建模的方法采用最大值預測方法，進行全區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，按照煤礦規模劃分為100×100個網格，提取每個網格的節點信息，計算各個網格節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據統一轉換為ArcGIS下空間數據shape格式后，需要對以上三個圖形配準，統一空間坐標系，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。

圖形配準后，本文所作的研究區域是甲煤礦礦區范圍，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裁剪，便于后期的分析和編輯。

2.6 擬合地形數據與塌陷預測數據

在ARCMAP下，首先將原始地形矢量數據轉換為矢量點數據，然后將原始地形與塌陷預測矢量點數據轉換為柵格文件，最后利用工具欄中的數學運算按鈕進行數據擬合，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，可以用它來實現數據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據。

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數據最后利用DEM數據生成坡度數據。

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據，其中1代表坡度≤8°區域，2代表8°至25°區域，3代表＞25°區域。

2.8 提取塌陷區坡度、地類數據

利用工具欄下的轉換工具將分類坡度數據轉換為邊界框，然后疊加土地利用現狀圖，利用工具欄下的分析工具，生成內插文件，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進行統計，最終獲得甲煤礦塌陷區不同坡度分集中的不同土地類型面積數據。

3 結論

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

[1]殷作如,鄧智毅.開灤礦區采煤塌陷地生態環境綜合治理途徑 [J],礦山測量,2003,

(3):21一25.

[2]郭愛國,張華興.我國充填采礦現狀及發展J[],礦山測量,2005,:160一61.

X752[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-202-1