矿山采空区稳定性分析中遥感监测技术的应用研究

2022-09-12

煤炭是我国重要矿产资源, 是主要的一次性能源, 但其开采中因政策、方法及意识等因素, 导致了地质灾害及环境等问题的发生, 特别是采空塌陷问题, 最为突出。当前, 大规模开采是导致采空塌陷的重要因素, 据统计, 全国采煤塌陷地表面积超过45亿立方, 严重威胁着区域内人民生命财产及生态环境的安全。为此, 有效监测采空塌陷区及积极防治已极为重要。随着遥感技术的不断发展及应用, 遥感技术在矿山资源规划、环境管护及资源开采等方面得到有效应用[1]。本文利用遥感监测技术搜集了山西煤矿等采空区塌陷、开采点、占地面积等的动态信息, 分析了其开采与塌陷采空的相关性, 从而分析其变形及稳定性。

一、矿区概况

平煤十三矿位于平顶山煤田的东北部, 距平顶山市岩是本区主要含水层之一, 地层平均厚度56m, 灰岩4~8层, 总厚20m左右, 53.6km。其含水层不均匀, 富水性较强, 水位标高变化比较大, 本层石灰岩层呈灰、浅灰色, 隐晶质石灰岩、含大量燧石结核、致密、坚硬, 局部含泥质呈17km, 矿2区东西走向长15km, 倾向宽2.3~5km, 面积褐色。年生产能力为210万吨/a, 该含水层在矿区内又可分为灰6己一、己二、己三3个生产采区和己四准备采区。含水层和灰含水层上下两, 该区采空塌陷主要为破坏水资源、损毁土地及房屋开裂等。

二、遥感监测及数据搜集 (解译)

(一) 遥感监测 (解译) 及成像处理

应用遥感监测技术对该矿区进行监测和分析。对近三年的遥感成像数据进行了正射融合、矫正及配准等预处理, 遥感成像集合精度及空间分辨率均符合1:5万比例尺信息提取精度的要求。按照矿区遥感监测的相关标准规范, 参照采矿权资料, 依据遥感多期影响对矿区开采、崩塌、占地、裂缝等开发环境进行解译, 并对采空塌陷去进行解译推测。

矿区采空塌陷多于陡峭地势的山区, 岩体活动性断裂发育及破碎, 导致采空塌陷, 且易造成崩塌及地裂缝等灾害[2]。因地势陡峭、塌陷坑内无积水及植被覆盖佳而未能从遥感成像中直接判定塌陷采空区的范围。本文利用崩塌、裂缝等标志对其部位进行间接推测, 并结合实地查证, 圈定和推测采空区范围。

(二) 精度分析

已经遥感监测相关技术标准的要求, 遥感监测解译塌陷区及灾害图斑25个, 野外实地验证25个, 验证显示准确解译24个, 准确率96%。解译开采硐口96个, 实地抽查43个, 准确解译40个, 验证解译准确度为93.0%。修正误判图斑, 以保证相关遥感信息的准确性和可靠性。

三、遥感监测结果分析

由遥感监测影响及相关数据信息分析可知, 矿区崩塌、塌陷及裂缝图斑量及面积变化状态能够反映采空塌陷区的形变趋势, 采空塌陷图斑面积、地裂缝、崩塌等灾害量均呈现出先快后慢的增长状态, 同时, 随着开采力度的加大, 其采空区崩塌、塌陷的数量也不断增加, 这表明采空塌陷范围在不断扩大[3]。也可以说, 采空塌陷区形态的变化与煤矿开采点的增加, 开采状态及开采规模等都有着紧密联系。2010年至2012年, 矿区开采点数量增多, 煤矿开采的强度及规模在不断扩大, 从而导致采空塌陷面积、地裂缝及崩塌灾害量也不断上升。而2013年至2015年, 受煤炭改革的影响, 煤矿开采点数量及开采规模、强度均无明显变化, 则其地质灾害也相应地无明显变化。