煤礦地質災害的GIS、遙感預測方法探析

（江蘇師范大學地理測繪與城鄉規劃學院，江蘇 徐州 221116）

【摘要】：煤礦作業過程中的各種災害事故頻繁發生，諸如礦井頂板或底板突水、瓦斯爆炸、地面塌陷和礦井坍塌等災難數不勝數，給國家和人民帶來了巨大的人員和經濟損失。本文研究了GIS、遙感技術在煤礦地質災害預測中的應用，分別介紹了地理信息系統（GIS）和遙感技術的特點，及其預測煤礦地質災害的方法和原理，對煤礦地質災害的預測具有一定的指導意義。

【關鍵詞】：GIS；遙感技術；煤礦地質災害預測

引言

隨著社會能源消耗的加劇，煤炭資源的需求量也越來越大，煤礦的開采規模也逐漸擴大，向下挖掘的深度也越來越深，對煤礦周邊的生態環境的破壞也更為加深，進而煤礦地質災害的發生概率也隨之增大。在這個大背景之下，研究如何預防煤礦開采過程中的意外事故發生，是廣大學者關注的研究熱點之一。隨著遙感技術的不斷發展，GIS和遙感預測方法在煤礦地質災害的預測中能夠起到非常大的作用，根據煤礦周邊的地質形貌變化，來預測煤礦地質災害發生的可能性，這是一項高效、先進的災害預測手段。

1 .GIS和遙感技術特點

地理信息系統（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）是一種具有空間三維信息的信息系統，通過傳感器、計算機、軟件程序等軟硬件設施，對地理表面空間的地理分布數據進行采集，然后計算機進行運算和分析處理，最后得到詳細的地理狀況描述。遙感技術是通過衛星或者飛機發射和接收電磁波，從而探測地表的地理形貌特征，能夠非常方便地得到地球環境資源信息[1]。在煤礦環境勘探中，遙感技術可以實時、高效快速地獲取地面的地理信息，對煤礦工地周邊的地質地貌特征進行識別。衛星遙感技術的發展很快，如今的衛星遙感技術不僅探測范圍廣，而且還可以獲得很高分辨率的衛星圖像，有些先進的遙感衛星甚至可以形成立體的地貌影像，這給研究人員在辨別煤礦周邊區域的不良地質現象提供了很大的幫助。通過處理遙感圖片上的光譜特征和紋理特征，可以很快的分辨出圖片區域的影響因素，如山體異常現象、地面塌陷、地表水體變化等不良因素，這就有利于研究人員預測煤礦地質災害的發生，提前給煤礦工作人員預警[2]。

2.應用GIS、遙感技術預測煤礦地質災害的方法

煤礦地質災害按其產生原因分為自然因素和人為因素，各種因素的影響可能造成山體崩塌、山體滑坡、泥石流、地面坍塌、地表裂縫等多種地質災害，所以煤炭開采地區的災害預警需要做到位，這對煤礦地區的人員生命安全和煤礦的正常運營生產都是極其重要的。

煤礦地質災害的預測包括兩個方面的內容，一個是判斷出煤礦開采區域出現地質災害的危險等級，也就是對煤礦地質災害的出現概率進行估計，這也是煤礦開采規劃的重點之一，二是預測煤礦地質災害的發生，就是根據煤礦內部和周邊環境的變化，做出短期的災害預報和預警。

煤礦地質災害的GIS、遙感預測方法，就是對以上兩方面的內容進行的。遙感技術可以在宏觀的角度對煤礦區域的地質、地理和開采情況進行勘探，通過對這些信息的分析處理，從而展開對礦區地質災害的預警研究。遙感圖像可以獲得礦區周邊的水文地質信息、地貌特征、地表水體分布、地表濕度以及地面塌陷等多個方面的地質信息，這些對于煤礦區域的地質災害預測研究都是非常有用的。GIS技術的不斷發展，同樣也給煤礦地質災害的研究提供了巨大的幫助。利用GIS技術可以科學高效地組織和管理空間數據及其相關屬性資料。GIS技術可以綜合分析多種不同來源的數據信息，構建煤礦地質災害預測模型，這對于影響因素復雜的煤礦地質災害分析來說是十分方便的。

GIS、遙感技術預測煤礦地質災害的流程可以分為以下幾步：第一步就是遙感圖像的預處理、解譯和現場驗證，從而獲得煤礦區域的地質地貌信息。第二步就是對煤礦災害的成因機理分析，這需要通過一系列的勘探資料、實驗數據和災害統計資料進行分析處理，在此基礎上明確礦區地質災害形成機理和主控因素。第三步就是根據災害因素的數據，進行GIS建模分析，得到礦區初始模型，然后與地質災害模型進行對比，若礦區模型與地質災害模型十分擬合，則可以發出地質災害預報，反之則沒有異常現象發生[3]。

3. GIS技術預測煤礦地質災害原理

煤礦地質災害的形成原因具有多級、多因和多時等特點，通過GIS技術可以建立主題信息層，對礦區各種地質災害相關的影響因素進行關聯并存儲，按照實際煤礦災害需求進行復合分析，構建煤礦地質災害預測模型。如圖1所示，GIS技術預測煤礦地質災害原理分析采用如下結構方式，底板突水預測通過構建底板突水模型進行預測，其影響因素有含水層水壓、底板厚度、巖溶發育和斷裂構造等。頂板突水預測通過構建頂板突水模型進行預測，其影響因素有含巖溶發育、斷裂構造和頂板厚度。瓦斯突出預測通過構建瓦斯突出模型進行預測，其影響因素有斷裂構造、煤層厚度和地應力。地面坍塌預測通過構建地面坍塌模型進行預測，其影響因素有含巖溶發育、斷裂構造、頂板厚度、第四紀厚皮和地貌單元。

GIS技術對煤礦地質災害的形成機理進行了分析，通過相關因素的指標進行量化處理，然后運用這些指標進行預測，形成各種層次的預測分析，通過某一層的配準、空間分析以及初始技術問題等，將煤礦地質災害的預測模型確定，進一步的作為災害預測指導。

4.結語

煤礦作業過程中，各種災害事故頻繁發生，諸如礦井頂板或底板突水、瓦斯爆炸、地面塌陷和礦井坍塌等災難數不勝數，給國家和人民帶來了巨大的人員和經濟損失，因此煤礦地質災害的預測研究具有很重要的現實意義。煤礦礦井的地質情況十分復雜，開采過程具有很多的不確定性，在煤礦地質災害的預測中需要做到系統性的研究、盡快地處理獲取的數據資料、綜合全面地分析多方面的信息，才能保證較高的預測準確性。相關研究人員需要對煤礦地質災害的形成機理有充分的認識，才能對煤礦地質災害的預測有更高的保障。

參考文獻：

[1]曾康生，胡乃聯.煤礦系統安全預測模型與組合預測[J].煤炭學報，2008，33（10）：11-14.

[2]江東.GIS 支持下煤礦底板突水預測模型的建模研究[D].江蘇：中國礦業大學， 1997.

[3]張大順，鄭世書，等.地理信息系統技術及其在煤礦水害預測中的應用[M].中國礦業大學出版社， 1994.

作者簡介：岳呈祥（1994.08.14—），男，單位：江蘇師范大學地理測繪與城鄉規劃學院，研究方向 ：地信/遙感。