基于遥感、GIS技术的煤矿地质灾害预测

王晓彪

(山西焦煤西山煤电西曲矿，山西 太原 030200)

煤炭行业在我国的国民经济发展中占有非常重要的地位，它的健康对我国经济有着不可替代的意义。然而一些采煤区经常会发生一些地质灾害，比如底板突水、地面塌陷等等，过度的人为开采带来的是严重的毁灭性灾害，因此有必要构建基于遥感、GIS 技术的煤矿地质灾害预测系统，借助这两种技术寻求对于煤矿区地质灾害的科学的、快速的、有效的处理，降低地质灾害带来的损失。经济的发展必然带来大规模的广泛的煤矿开采，完善对煤矿地质灾害的检测能够实现我国煤矿企业的可持续发展。

一 遥感与GIS 技术

遥感是一种不用接触、可以进行远距离探测的探测技术，通常是借助传感器来对物体所散发的电磁波做出反应，并实施分析。作为一种对地球进行观测的综合性技术，遥感的出现，人类为认识和探索自然的必然产物，遥感系统主要由四部分构成:信息来源、获取、处理、应用。与其它探测技术相比，它具有着自身鲜明的优势，可以实现大范围的同步观测，同时获取信息效率极高，往往能在第一时间让人知道探测结果，它提供的数据是富有变化的，由于其周期、重复对同一地区进行观测，所以可以捕捉到地球事物的变化。遥感的这些优势都使其服务于煤矿地质灾害预测工作提供了可能。

GIS 全称地理信息系统，它是借助计算机来实施对于地球相关数据的采集储存、管理分析的一种技术系统，GIS 在生活中有着广泛的应用，比如科学调查、路线规划、资源管理等等，它具有着超强的对空间的分析能力，且能及时提供对地球的动态预测结果，当然这一切的成功实施，技术人员的熟练操作必不可少。

二 遥感、GIS 预测煤矿地质灾害的方法

地质灾害的引发原因有二，一者主要是人为的不恰当的活动，再者就是自然原因。地质灾害有很多种，比如滑坡、泥石流、地震等等。一般而言，相比于其他地区，煤矿地区地质灾害发生的更为频繁，诸如地面裂缝、山体滑坡在煤矿地区时有发生。近年来，由于煤矿地区事故频发，所以国家对煤矿这一产业政策做了不断的调整，一定程度上规范了煤矿作业，但是丰富的煤矿资源必将带来高强度的开采，很多地方存在着乱挖现象，采煤区呈现点多面广、规模大的特点，一些采煤区出现大片采空区，如果遇到强大暴雨冲蚀，就会导致塌陷，给周围居民带来人身财产威胁。

煤矿地区的安全不仅仅关乎整个煤矿企业的利益，更关系到周围居民的安全，因此必须重视对于煤矿地质灾害的预测，以便在造成重大事故损失前进行有效预防与治理，防患于未然。煤矿地质灾害的预测可以从这两方面入手，首先在以往地质灾害相关资料的基础上，有针对的对一些无法避免的灾害做一些固定预防措施。具体说来，对于矿区的地质灾害预测和预报，可分为两层，其一是对矿区的危险程度实施区分，就是预测一下地质灾害发生有多大可能，并根据可能造成损失的程度的不同进行划分;其二是做好灾前的预报工作，给予人们以警示。分析二者我们可以发现，对矿区危险程度进行划分实际上给煤矿开采提供了规划依据，而对灾害的预报同时也可以起到对矿区具体工作的监测作用。这些都可以借助遥感、GIS 技术来实现。首先是采用遥感这种技术，调查矿区的地质灾害情况，从而确定其发育程度和空间分布;然后运用GIS 技术，综合分析遥感勘探资料和统计资料，及时且准确地预报可能发生的地质灾害。

(一)遥感预测原理

借助遥感，我们可以实现远程、无接触的对地面的观测，这就给煤矿区地质监测提供了便利，遥感技术能够给我们提供地质方面的各种数据，通过对遥感影像的分析，可以获取丰富的信息。例如，地表水体，地面塌陷、矸石山、溶洞的分布，地貌单元的类型，等等。

(二)GIS 预测原理

GIS 是这几年来发展比较迅速且日渐成熟的一种技术，相比于传统的地质考察，它具备着更高效的组织形式和更全面的数据信息，除此之外，它能够借助计算机强大的计算功能实现对数据分析与整合，煤矿地质灾害发生的原因有很多种，不仅有地质自身不稳定因素，还有采煤区作业不科学因素，且级数不定，时间不定，空间不定，借助GIS 技术可以有条理的把这些相关因素的信息进行存储，组合，继而构建煤矿地质灾害预测模型，其原理如下图所示。

三 遥感、GIS 预测地质灾害的过程

遥感和GIS 技术在矿区地质灾害的预测中，首先需要进行的工作是解译遥感图像，通过遥感获取的资料这时候还不成系统，所以需要对数据实施预处理，分析处理后的信息，我们可以大致掌握矿区的地质状况，并结合已往发生过的地质灾害，完成对地质灾害影响因素、形成机理的一个系统认识。

比如，对于在华北地区的煤矿而言，底板突水是其主要的地质灾害，由多年的煤矿开采的实践可知，导致矿区地质灾害发生的主要因素是地质的构造、隔水层厚度、含水层的富水性和水压力等。(1)岩溶地质会促进突水状况发生，在华北的部分地区分布着一些溶洞，这些溶洞中，通常都有丰富的岩溶水，采掘煤矿的过程中，如果挖通了这个水源，就会招致突水。(2)断裂的地质构造会促进突水状况发生，这一方面是由于断层打破了隔水层固有稳定性，另一方面断层和它周围的岩层都十分破碎，这种破碎带一般都含水或者是与地表水、含水层相通。(3)高水压带来的突水状况。在华北地区煤矿挖掘过程中，很多时候承压水都都对煤层底板施加有一定的压力，在开采过程中，稍有不慎，就会因压力过大，导致地质层出现导水裂隙，这时候承压水就会顺势往上突水，迅速而直接的涌入采煤区，水深也相当可观。(4)隔水层能够有效防止突水事件的发生，对地板突水起到一定的抑制作用，据考察，我国很多发生突水状况的煤矿区隔水层的厚度都相对比较薄，多在40m 以下，由此可见，倘使隔水层有一定的厚度，那么就可以大大减少突水地质灾害的发生。总而言之，地板突水地质灾害的发生原因是多方面的，溶洞中富含着的丰富的岩溶水是其水源，水压实际上与隔水层厚度互相影响互相制约，当它们之间达不到有机平衡，就会有突水状况发生，断裂的构造是进行煤矿开采之前所必须重视的一种地质面貌，在它周围必定是有连通着的水源。

对于华北地区比较典型的地板突水地质灾害做了一个详尽的分析了解后，我们不难发现，煤矿地区的灾害与其它地质灾害更为严重，追究其发生原因，可以看见煤矿自身也有着很大的问题，在本文里，我们对于与地质灾害的有关因素做了一个量化，把量化的指标交由遥感预测，如此，便形成了一个层次，具体的层次重要性有所不同，借助这个层次我们可以掌握伴随着各个因素而来的图层配准、空间分析、初始计算等问题，在获取结果后，与以往已有的煤矿地质灾害资料做一个对比，从而确定预测模型。

四 结语

总而言之，在煤矿区，向地面坍陷、地板吐水等地质情况屡见不鲜，因此对煤矿地质灾害做好准确预测具有着十分积极的意义，考虑到矿井区地质条件比较复杂且多存在不规则作业，因而想要做好预测工作必须重视一下几点:第一，注重矿区地质灾害研究系统性;第二，预测要具备及时有效性;第三，对于不同来源的数据要进行全面比较分析。在煤矿地质灾害预测过程中，可以充分借助遥感、GIS 以实现对多种渠道信息的综合利用，同时保证消息的时效性，准确率，为预测工作的安排提供参考依据。对造成灾害的各种因素及成灾机理认识是否充分对基于遥感、GIS 技术的煤矿地质灾害预测的精准度有着直接而深远的影响。

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