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(yè)在我國的國民經濟發(fā)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(qū)經常會發(fā)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(tǒng)，借助這兩種技術尋求對于煤礦區(qū)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(fā)展必然帶來大規(guī)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(xiàn)我國煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)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(fā)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(xiàn)，人類為認識和探索自然的必然產物，遙感系統(tǒng)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(yōu)勢，可以實現(xiàn)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(shù)據(jù)是富有變化的，由于其周期、重復對同一地區(qū)進行觀測，所以可以捕捉到地球事物的變化。遙感的這些優(yōu)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(tǒng)，它是借助計算機來實施對于地球相關數(shù)據(jù)的采集儲存、管理分析的一種技術系統(tǒng)，GIS 在生活中有著廣泛的應用，比如科學調查、路線規(guī)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(tài)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(fā)原因有二，一者主要是人為的不恰當?shù)幕顒樱僬呔褪亲匀辉颉５刭|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(qū)，煤礦地區(qū)地質災害發(fā)生的更為頻繁，諸如地面裂縫、山體滑坡在煤礦地區(qū)時有發(fā)生。近年來，由于煤礦地區(qū)事故頻發(fā)，所以國家對煤礦這一產業(yè)政策做了不斷的調整，一定程度上規(guī)范了煤礦作業(yè)，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(xiàn)象，采煤區(qū)呈現(xiàn)點多面廣、規(guī)模大的特點，一些采煤區(qū)出現(xiàn)大片采空區(qū)，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(qū)的安全不僅僅關乎整個煤礦企業(yè)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(qū)的地質災害預測和預報，可分為兩層，其一是對礦區(qū)的危險程度實施區(qū)分，就是預測一下地質災害發(fā)生有多大可能，并根據(jù)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(fā)現(xiàn)，對礦區(qū)危險程度進行劃分實際上給煤礦開采提供了規(guī)劃依據(jù)，而對災害的預報同時也可以起到對礦區(qū)具體工作的監(jiān)測作用。這些都可以借助遙感、GIS 技術來實現(xiàn)。首先是采用遙感這種技術，調查礦區(qū)的地質災害情況，從而確定其發(fā)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(tǒng)計資料，及時且準確地預報可能發(fā)生的地質災害。

(一)遙感預測原理

借助遙感，我們可以實現(xiàn)遠程、無接觸的對地面的觀測，這就給煤礦區(qū)地質監(jiān)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(shù)據(jù)，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(fā)展比較迅速且日漸成熟的一種技術，相比于傳統(tǒng)的地質考察，它具備著更高效的組織形式和更全面的數(shù)據(jù)信息，除此之外，它能夠借助計算機強大的計算功能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)分析與整合，煤礦地質災害發(fā)生的原因有很多種，不僅有地質自身不穩(wěn)定因素，還有采煤區(qū)作業(yè)不科學因素，且級數(shù)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(qū)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(tǒng)，所以需要對數(shù)據(jù)實施預處理，分析處理后的信息，我們可以大致掌握礦區(qū)的地質狀況，并結合已往發(fā)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(tǒng)認識。

比如，對于在華北地區(qū)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(qū)地質災害發(fā)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(fā)生，在華北的部分地區(qū)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(fā)生，這一方面是由于斷層打破了隔水層固有穩(wěn)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(qū)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(xiàn)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(qū)，水深也相當可觀。(4)隔水層能夠有效防止突水事件的發(fā)生，對地板突水起到一定的抑制作用，據(jù)考察，我國很多發(fā)生突水狀況的煤礦區(qū)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(fā)生。總而言之，地板突水地質災害的發(fā)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(fā)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(qū)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(fā)現(xiàn)，煤礦地區(qū)的災害與其它地質災害更為嚴重，追究其發(fā)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(qū)，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(qū)地質條件比較復雜且多存在不規(guī)則作業(yè)，因而想要做好預測工作必須重視一下幾點:第一，注重礦區(qū)地質災害研究系統(tǒng)性;第二，預測要具備及時有效性;第三，對于不同來源的數(shù)據(jù)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(xiàn)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(jù)。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。

［1］喬彥肖，李密文，張維宸.基于遙感技術支持的地質災害及孕災環(huán)境綜合評價［J］.中國地質災害與防治學報.2002(04):85－89.

［2］康高峰，雷學武，萬余慶，王成福，閆永忠.遙感技術在煤礦區(qū)地質災害中的應用［J］.中國煤田地質.2000(02):24－26.