云南宣威煤礦開發遙感調查研究

南竣祥，趙志芳，洪友堂，杜瑞玲

(1.中國地質大學土地科學技術學院，北京 100083;2.云南大學資源環境與地球科學學院，昆明 650091)

云南宣威煤礦開發遙感調查研究

南竣祥1，趙志芳2，洪友堂1，杜瑞玲1

(1.中國地質大學土地科學技術學院，北京 100083;2.云南大學資源環境與地球科學學院，昆明 650091)

以2010年獲取的WorldView－2遙感圖像為主要數據源，以GIS平臺為支撐，對云南宣威市(羊場、東山、海岱、田壩)煤礦礦山進行調查;結合野外實地查證及研究區礦權數據和地質資料，系統建立了煤礦礦山遙感解譯標志，對礦山開采情況進行解譯。結果表明，研究區內煤礦礦山硐口分布明顯受含煤地層及斷層限制，硐口越界現象較為普遍。建議礦政管理部門充分考慮礦區地形、地質條件，針對硐口越界礦山，變更采礦權范圍，促進礦業秩序全面好轉。

WorldView－2遙感圖像;礦山遙感調查;硐口越界;云南宣威

0 引言

近年來，礦山遙感調查與監測工作在全國范圍內已陸續展開。在諸多監測內容中，礦山采礦硐口位置的確定是礦山開發現狀調查的重要內容之一。目前隨著監測工作的不斷推進，礦山開發遙感解譯標志日益完善。對單個硐口的解譯標志在以往調查中進行分析:根據煤礦開采硐口周邊運輸軌道、硐口旁小坪地的存在或相關的礦山建筑形跡等綜合解譯標志可以間接地解譯硐口位置［1］，再通過野外查證進一步確定硐口位置;對比采礦權界線與硐口位置的關系，判別硐口是否越界，進而判斷礦山是否存在違法開采行為。但上述遙感解譯標志的建立主要基于礦山開采相關地物的影像特征，對與資源開發有關的賦礦地層等地質、地形信息未深入分析，對區域煤礦開發規律及違法開采原因認識不足，不能提出針對性、實用性強的礦政管理建議與對策，在一定程度上影響了遙感技術對規范整頓礦業秩序工作的支撐作用。針對以上不足，本次研究主要根據2010年云南省宣威煤礦1∶1萬礦山開發多目標遙感調查成果，綜合地質、礦產、礦權等相關信息，進一步完善了研究區內的礦山硐口的解譯標志，對礦山開采情況作進一步解譯;并深入分析了煤礦礦業秩序與硐口分布規律的關系，為強化礦業秩序監管工作提供科學依據。

1 研究區概況

1.1 自然地理及煤礦分布概況

研究區地處云南省東部，與貴州省盤縣交界，地理范圍 E 26°10'37″～ 25°57'38″，N 104°12'19″～104°27'22″，面積約600 km2。該區屬滇東高原盆地區，平均海拔2 000 m左右，以中山—高原—湖盆地貌景觀為主。整個研究區位于宣威市行政區內，覆蓋東山鄉、羊場鎮、海岱鎮和田壩鎮4個鄉鎮，屬云南省曲(靖)—昭(通)經濟區。區內基礎設施建設較好，交通便捷，320國道、101省道貫通全區，有多條鐵路線通過，構成全區較為發達的陸路交通網。

研究區內有煤礦礦山企業49個，是云南省重要的能源基地。東山鎮煤礦分布較為集中，但開采規模較小;羊場鎮和田壩鎮分別以羊場煤礦和田壩煤礦兩家國有煤礦開采為主，開采規模較大且集中;海岱鎮煤礦分布則較為零星、分散。

1.2 地質概況

1.2.1 地層

研究區出露的地層由老至新分別為:上二疊統峨嵋山玄武巖(P2β)、上二疊統宣威組砂巖粉砂巖(P2x)、下三疊統卡以頭組砂巖粉砂巖泥質巖(T1k)、下三疊統飛仙關組砂巖粉砂巖(T1f)及第四系沖積、殘積、坡積層(Q)，其中賦煤地層主要為宣威組(P2x)［2］。

上二疊統宣威組(P2x)地層以黃綠色細粒砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖為主，是主要的含煤地層，主含煤地層有36～41層，均集中在上段，厚22～323 m。煤系地層在研究區東部和西部走向近南北，傾向東，傾角40°～50°;在中部走向近東西，傾向北，傾角 40°～50°［2］。

1.2.2 構造

研究區東部地質構造發育，較西部復雜，斷層、褶皺均有發育，褶曲發育尤為完整、清晰。主要有東山斷裂及羊場向斜，其中沿南北方向發育的東山斷裂經過研究區西側，并有若干平行的小斷層伴存;羊場向斜沿北東—南西走向展布，長軸方向延伸約26 km，是一個完整的弧形褶皺。

區內構造總體呈“山”字形，該構造體系為煤礦的賦存提供了有利條件。

2 研究方法與技術流程

本研究采用WorldView－2遙感圖像(空間分辨率為1 m)為基礎數據，經過全色波段與多光譜波段的正射糾正和數據融合處理;以ArcGIS 9.2軟件為工作平臺，結合以往工作的相關資料和遙感解譯標志，疊加采礦權等基礎數據，進行包括礦井硐口在內的礦山開發現狀信息提取;然后通過野外實地驗證對研究區內的礦山硐口進行準確定位，總結硐口分布規律，在ArcGlobal軟件平臺上利用DEM數據實現地物三維立體恢復［3］;最后分析遙感調查結果，提出相應礦政監管依據。技術流程如圖1所示。

圖1 技術流程圖Fig.1 Technical flow chart

2.1 遙感圖像獲取與預處理

選用2010年4月29日獲取的WorldView－2遙感圖像，以1973年測制的1∶5萬地形圖為基準，利用1∶5萬DEM數據進行正射糾正［4］。對World-View－2圖像的全色波段與多光譜波段進行數據融合處理，融合圖像精度為地物點的平面位置中誤差不大于0.50 mm。最終采用WorldView－2圖像的B3(R)，B2(G)，B1(B)波段組合進行模擬真彩色合成，地圖投影方式為高斯－克呂格投影。

2.2 煤礦開發狀況及硐口解譯標志建立

建立正在開采與關閉煤礦和煤礦硐口的遙感解譯標志，通過解譯和分析，對采礦權界內硐口和礦山開發秩序進行判定。

1)正在開采與已關閉煤礦。在WorldView－2遙感圖像上，可通過煤礦礦山地物的色調及中轉場地上是否存在運輸車輛等情況直接判斷開采狀態。煤礦中轉場地呈明顯黑色為正在開采礦山(圖2)，呈灰色則為已關閉礦山或廢棄礦山［5］(圖3)。

圖2 正在開采煤礦影像特征Fig.2 Imaging features of coal mine being exploited

圖3 已關閉煤礦影像特征Fig.3 Imaging features of coal mine closed

2)煤礦硐口。受圖像分辨率限制，地下開采的煤礦硐口位置等細節影像不甚清楚，直接從影像上判定采煤硐口有一定難度，通常依靠間接解譯標志進行判定。主要根據硐口周邊多有煤堆及礦山建筑分布、在礦車軌道靠近山體的方向出現斷點處即為硐口特征，間接進行硐口位置的初步確定［6－7］(圖4)。

圖4 煤礦開采硐口影像特征Fig.4 Imaging features of coal－ mining cave mouth

3)界內硐口判定。采礦權范圍線是一個閉合曲線，其范圍是國家相關礦政管理部門核定的礦山合法開發區域。一般說來，礦山開采硐口應位于采礦許可證規定的范圍內，且一個煤礦礦山開發主體僅允許存在一個采礦硐口。

4)礦山開發秩序判定。通過煤礦硐口與采礦權范圍是否為包含關系判定礦山開發秩序狀況。若硐口在采礦權范圍內，屬合法開采;若硐口越出采礦權范圍，則為違法越界開采(圖5);若一個采礦權范圍內出現多個開采硐口，則為一證多井違法開采;礦業開發沒有采礦許可證，則為無證開采。

圖5 采礦權界內與越界的煤礦開采硐口影像特征Fig.5 Imaging features of cave mouth innor and cross the border of mining right

2.3 野外實地查證

野外實地查證主要包括煤礦的硐口位置、數量、開采方式、開采狀態(正在開采、暫停開采或停采)的確定，礦業秩序(合法開采、無證開采、越界開采)的核實等。

3 調查結果

通過對遙感解譯結果進行野外實地調查與驗證可知，研究區中的49個煤礦礦山企業中，正在開采的煤礦企業共有48個，已關閉煤礦1個。調查發現煤礦企業共開采51個硐口，其中41個硐口位于采礦權范圍之內(包括6個已廢棄硐口)，10個硐口存在越界開采行為。煤礦礦山主要分布于東山鄉，其次是田壩鎮、海岱鄉，最后是羊場鎮。各鄉鎮硐口開采現狀詳見表1。

表1 研究區所屬鄉鎮煤礦開采硐口統計Tab.1 Statistics of the coal－ mining cave mouths in the countys within the study area (個)

4 成果分析

將調查結果、礦權、地質背景等信息疊加，制作出研究區硐口平面分布圖(圖6)，在ArcGlobal軟件平臺上利用調查結果與DEM數據制作出研究區硐口分布三維立體圖(圖7)。

圖6 研究區硐口分布圖Fig.6 Distribution map of cave mouths in study area

以上述圖件為基礎，充分利用遙感地質學知識，吸取專家經驗，對研究區內遙感調查成果進行分析，規律如下:

1)煤礦硐口基本沿含煤地層邊緣分布，背離斷層一側分布居多。區內正在開采煤礦硐口數量為45個，其中44個硐口沿向斜含煤地層呈環狀分布，43個布設在遠離斷層一側，其原因是煤礦礦山企業為追求最大資源收益盡量沿煤系地層設置硐口，且多數企業為減少煤礦開采風險、避免斷層垂直錯斷煤層所致。

2)山谷中的煤礦由于受坡度等地形、地貌因素制約，硐口越界現象較為普遍。區內位于山谷中的硐口有12個，越界硐口6個，越界率達50.0%;位于山坡上或平壩中的硐口有39個，越界開采4個，越界率為10.26%。究其原因，山谷中的硐口多沿煤系地層設置，采用平硐開采，無意識越界行為較為普遍;而位于山坡上或平壩中的硐口主要開采目標為向斜深部煤系地層中賦存的煤資源，多采用斜井開采，因開采硐口不宜遠離煤系地層，越界行為有所減少。

3)礦政部門批準的部分采礦權的面積中約有50%超越了礦山含煤地層的分布范圍，從而導致出現嚴重的硐口越界現象。區內煤礦礦山越界開采硐口共7個，其中因采礦權面積超越礦山含煤地層范圍的越界硐口有6個，越界開采率達85.71%。可見越界開采跟礦權范圍與含煤地層的套合程度有密切關系。究其原因，是因為在設置礦權范圍時未充分考慮煤層分布狀況等地質、地形條件，采礦權范圍本身已越出了含煤地層范圍，使硐口越界現象的出現成為無主觀故意的必然。

5 礦政監管建議

針對區內存在的煤礦硐口越界開采行為，提出相應礦政監管建議如下:

1)對已具有采礦權的礦山，當地礦政管理部門應加強對山谷中及采礦權面積約50%超出含煤地層范圍的煤礦的監管力度，并適當調整此類煤礦的采礦權范圍，使采煤硐口位于采礦權范圍之內。

2)對正在辦理新采礦權的礦山，應充分考慮礦權和資源分布狀況，使采礦權盡量覆蓋含煤地層范圍，以減少硐口越界現象的發生。

6 結論

采用WorldView－2高分辨率遙感圖像與GIS相結合的方法，并通過野外實地驗證快速提取了宣威煤礦區煤礦硐口的數量、分布位置等信息，準確了解了區內煤礦開發秩序等狀況。

通過綜合分析研究區的地質、礦產、地形以及礦權等相關資料，總結硐口的分布規律，客觀地反映了區內煤礦硐口越界分布嚴重等問題的產生原因，進而提出了具體的礦政監管建議，為提高礦政管理水平、規范整頓礦業秩序提供了科學依據，提升了遙感技術在礦山開發調查與監測工作中的支撐作用。

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Remote Sensing Investigation of Coal Mines in Xuanwei of Yunnan Province for Their Development

NAN Jun－xiang1，ZHAO Zhi－fang2，HONG You－tang1，DU Rui－ling1
(1.School of Land Science and Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China;2.School of Resource Environment and Earth Science，Yunnan University，Kunming 650091，China)

In this study，the remote sensing survey was conducted for the coal mines in Xuanwei city(Yangchang，Dongshan，Haidai and Tianba)of Yunnan province.Based on the main data comprising the worldview －2 remote sensing image acquired in 2010，field verification，mining － right data and geological data，and supported by GIS，the authors systematically established the remote sensing interpretation signs of coal mines to interpret the mining situation.The results show that the distribution of coal－mining cave mouths is distinctly restricted in major coalbearing strata and faults，and the cross－border mining cave mouths are commonly seen.The mining administration and management departments should take full account of the landform and geological conditions of the mines，change the scope of the mining rights for cross－border mines to promote the all－round improvement of the mining order.

WorldView－2 remote sensing image;remote sensing investigation for mining development;crossborder of cave mouth;Xuanwei of Yunnan province

TP 79

A

1001－070X(2012)02－0121－04

南竣祥(1985－)，男，碩士研究生，主要從事攝影測量與遙感研究工作。E－mail:16819371@qq.com。

趙志芳(1971－)，女，教授，從事遙感地質應用研究十余年。E－mail:371863896@qq.com。

(責任編輯:邢 宇)

10.6046/gtzyyg.2012.02.22

2011－10－08;

2011－11－01

中國地質調查局“云南安寧、南溫河、富源等重點礦集區礦山開發遙感調查與監測”(編號:1212010911066)。