基于D-InSAR技术的矿区地表沉陷监测研究

矿山开采可能诱发各种地质灾害,威胁矿区的社会稳定和居民的生命财产安全,快速准确监测矿区沉陷可有效预防地质灾害。本文以山西省大同煤矿为研究对象,获取2022年10月至2023年3月共13景Sentinel-1影像,基于合成孔径雷达差分干涉测量技术(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,D-In SAR)进行地表沉陷监测研究,获取大同煤矿地表累计沉陷量,使用已有研究成果对比验证了本实验结果的可靠性。结果表明,大同煤矿沉陷分布较广,主要分布在大同市南郊区西部以及南郊区、怀仁市、左云县和山阴县四县市交界处,监测期间最大、平均沉陷量分别为381.43 mm、13.88 mm,总沉陷面积约为207.91 km2,根据7个重点沉陷区的时空变化特征及演化规律发现沉陷呈现持续扩张趋势,推断地表沉陷仍会持续较长时间。研究证明了In SAR技术在矿山开采沉陷监测的可靠性,为矿产资源管理工作提供新的技术方法,研究结果可为矿山开采沉陷治理和地质灾害防控提供参考依据。     

基于D-InSAR技术的采煤沉陷区地面形变隐患识别与影响分析

本文基于D-InSAR技术,通过SARscape 521雷达影像处理平台获取了2021年6月至2021年9月鬃岭-勺窝集中采煤区的地表形变信息,同时采用典型形变处最新采空区、采煤巷道数据和野外调查核实方式验证了监测结果的准确性和可靠性。结果表明:(1)本文采用D-InSAR技术成功识别了纳雍县鬃岭-勺窝采煤沉陷区3处地面沉降变形隐患,其影响面积分别为P1处约为006 km2,P2处约为014 km2,P3处约为007 km2;(2)典型沉降区土地利用现状分析表明沉降中心人类活动的强度在缓慢增加,其表现在2017—2021年期间耕地、林地、水体面积减少,居民区、工矿用地、灌木林地以及设施农用地面积增加;重要地类现状实地调查结果表明,典型地面沉降已对居民区房屋道路造成了损坏,对沉陷区生活的人民生命和财产安全造成一定程度的安全隐患。基于此,本文研究D-InSAR技术在岩溶山区集中采煤区地面沉降隐患识别与采矿活动对人类活动的影响为保障矿区人民的生命和财产安全提供了有力的技术支撑,在开采矿区地表环境的整治及人与自然协调发展方面具有一定的现实意义。     

山西采煤沉陷区地质灾害特征分析

笔者从山西省的不同区域选取了7个具有代表性的采煤沉陷区区块样本,采用类比法和归纳法,对采煤沉陷区自然和人为因素引起的地质灾害类型、特征以及地质灾害的环境衍生效应进行了研究。结果表明地裂缝及地面塌陷是山西采煤沉陷区的主要地质灾害类型;地质灾害的诱发因素主要是人类工程活动,特别是采煤活动。此类灾害具有集聚性与群发性、诱发的多因性与治理的复杂性、灾害的衍生性与影响的多方面性等特征。地质灾害是造成地形地貌景观、土地资源、水资源、生态环境被破坏的重要原因,必须对其进行综合治理。     

基于无人机航测技术分析采煤沉陷区地面沉降的研究

中国是世界上煤炭资源较丰富的国家之一。煤炭资源的开发促进了中国经济的快速发展。然而,大量地下开采引起的煤矿地表塌陷对开采环境造成了严重的影响和危害。安徽省淮南地区煤炭资源十分丰富,随着地下采矿活动的进行,发生着不同程度的地面沉降。为掌握沉陷区地面沉降现状,通过无人机航测技术对淮南采煤沉陷区进行摄影测量,并通过后期软件对两期数据的处理,生成点云,DEM对比分析,建立三维影像模型,得出沉陷区监测时间段的地面沉降情况。监测成果可以为灾害防治与预警提供基础数据,为沉陷区生态修复的方向及方式等提供依据。     

兖州煤田采煤沉陷土地利用分区研究

从采煤沉陷土地持续利用角度，依据沉陷土地利用的自然和社会特性，提出采煤沉陷土地的分区方案；以兖州煤田为例，进行实用分区，并依据各分区的特点提出持续利用方向和方案；最后，根据分区实例，就采煤沉陷土地的持续利用提出几点建议。     

基于能值理论的采煤沉陷区土地复垦行为分析

利用能值分析方法揭示采煤沉陷区土地复垦行为特征,为采煤沉陷区土地复垦决策和土地利用导向提供科学依据。以徐州城北矿区复垦区为例,采用野外试验与能值理论分析相结合的方法,对采煤沉陷区土地复垦前后能值变化进行分析。结果表明：土地复垦是以人的价值行为为导向、自然资源为依托、生态系统流为骨架,来实现和提升采煤沉陷区生态经济系统功能;以恢复和提高区域生产力为价值导向的土地复垦行为可有效提高区域和产品服务功能,年净增加能值361.61×10¹⁶ sej;复垦后土地用途增加一定面积的鱼塘和储水区,在满足生产需求的同时,可提高区域水分涵养功能,年净增加能值4.6×10¹⁶ sej;土地复垦行为是通过调整采煤沉陷区土地利用结构、土地利用布局和土地利用行为,以实现生态经济系统能量流动与转换来增加区域生态经济系统能值。     

采煤沉陷区地质环境现状及生态环境修复措施探析——以安龙县普坪采煤沉陷区综合治理为例

煤炭开采引起的地表沉陷造成的地质灾害、经济损失和社会问题日趋严重,对采煤沉陷区进行生态环境修复治理尤为迫切。本文以贵州安龙县普坪采煤沉陷区为研究区域,基于该采煤沉陷区矿山地质环境调查成果,针对存在的地质环境问题提出生态环境修复措施。结果认为：安龙县普坪采煤沉陷区地质环境问题主要为矿山地质灾害、地下水资源破坏和土地资源损毁。生态环境修复治理中应有针对性地采取搬迁工程措施、工业场地及废弃建筑物拆除措施、矿区残余房屋拆除措施、煤矸石堆修复工程措施、土地整治的工程措施及复绿工程措施。通过实施生态修复措施将有效改善矿区生态环境,减少和控制地质灾害发生,实现良好的环境、经济及社会效益。     

靖远矿区采煤沉陷区复垦综合评价方法研究

以靖远矿区为例,从土地复垦和恢复生态学的角度出发,建立了靖远矿区采煤沉陷区复垦综合评价系统,选择土壤条件（土层厚度、土壤质地、有机质含量、土壤水分）、地形改造条件（地面坡度、地表破坏程度、改造难易程度）、气候及水文条件（年降雨量、灌溉条件）作为分类及评价因子对复垦潜力进行评价。将采煤沉陷地分为四种潜力区,对每种潜力类型区的复垦开发利用方向进行了优化设计,从理论上和实践上对靖远矿区采煤沉陷地的复垦能力以及复垦过程中用地结构的优化作了探讨,以期对当地沉陷地的复垦提供一定的科学依据。     

高潜水位采煤沉陷区水质评价与污染因子识别

淮南矿区潜水位高,采煤沉陷区范围广、面积大、水质监测数据缺失,水环境问题较突出,开展大尺度的沉陷区水质评价及污染因子识别,对于区域水环境治理工作意义重大。通过采集、测试研究区175个样点的水样,采用内梅罗污染指数法对沉陷区水域进行水质评价,采用综合营养状态指数法进行水体富营养化状态评价。结果表明：(1)开放型沉陷区Cu、As和Cr的水质评价等级为优良,DO、COD、NH₃-N、Hg、F^-评价等级为良好,TN、TP评价等级为较好。封闭型沉陷区,对标地表水Ⅲ类标准,Cu、Cr水质评价等级为优良,NH₃-N、Hg、As、DO为良好,COD、TN为较好,TP、F^-为较差;对标地表水Ⅴ类标准,NH₃-N、Hg、As、Cu、Cr的评价等级为优良,DO、COD、TP、TN为良好,F^-为较好。(2)研究区综合营养指数范围为40～90,平均68.61,属于中度富营养,沉陷区水体营养水平适中。175个水样中,轻度富营养占比8.57%,中度富营养占比51.43%,中营养占比2....     

采煤沉陷区生态修复技术探讨——以永城市某湿地公园项目为例

针对永城矿区平原地区塌陷区的特点及区域的特殊地理位置,采用传统复垦、生态修复、景观改造、农业种植、渔业养殖等基于自然的解决方案,将传统的注重经济效益开发转向兼顾人口、社会、经济、环境和资源可持续发展的注重复合生态整体效益的发展模式,形成集综合利用、蓄水防洪、生态环保等于一体的采煤沉陷区治理的“永煤模式”,取得了显著成效。研究成果可为采煤沉陷区综合治理与利用提供技术借鉴和实践应用参考。     

淮南顾桥与新庄孜采煤沉陷区土壤镉的差异性研究

对淮南顾桥和新庄孜采煤沉陷区土壤进行采样测试,研究沉陷区土壤中镉的分布及沉陷时间和矸石充填对土壤中镉分布的影响。研究结果表明,受长期的累积作用和下伏充填矸石的影响,新庄孜矿表层土壤中总镉含量是顾桥矿的9.37倍。顾桥矿区土壤镉含量从土壤表层向下呈现出先降低后增加的趋势。受淋滤作用和地形控制,新庄孜充填复垦区土壤中镉含量随深度变化呈现两种变化趋势,一是地势高处先降低后增高,二是地势低处先增加再降低。     

基于SVM的地下采煤区沉陷灾害发育敏感性分区研究

地下采煤区沉陷灾害发育重点区预测目前尚无固定程式,且敏感区预测结果存在不确定性较大的问题。以山西省太原市西山地区沉陷灾害为研究对象,分别以2012年和2014年核查编录的沉陷灾害数据为建模数据和验证数据,以高程、坡度、坡向、地势起伏度、地面曲率、地层岩组、地质构造为敏感性评价因子,综合运用GIS空间分析、统计分析和支持向量机(SVM)等方法,构建了4种核函数SVM沉陷灾害敏感性分区预测模型,分别从模型的评价因子权重、模型优选、敏感性分区预测结果、预测精度和模型适用性进行了分析。结果表明:多项式核函数SVM模型(PL-SVM)的训练精度(受试者特征曲线下面积AUC=0.854)与验证精度(AUC=0.755)均较高,模型预测能力良好,是4种模型中表现最好的模型,所划分敏感性分区结果合理,极高与高敏感区以较小面积分布较多沉陷灾害点,而低敏感区则以较大面积分布极少沉陷灾害点。PL-SVM模型预测的太原西山地区沉陷灾害发育极高、高、中和低敏感区的面积占比分别为:20.19%、17.43%、21.18%、41.20%,频率比值与敏感性等级之间呈良好的正相关,符合线性函数关系。PL-SVM模型敏感性评价结果可靠,适用性好,对地下采煤区沉陷灾害发育特征研究及灾害普查重点区预判具有参考意义。      

断裂活动影响矿区的采煤沉陷灾害问题

文章结合抚顺矿区实际,分析论述了断裂活动影响矿区的地应力环境特征。阐述了在断裂活动影响矿区,岩体长期大规模开挖造成局部区域构造应力卸载,岩体弹性变形能恢复发生水平变形,导致地表产生附加水平移动与变形。通常的沉陷区边缘区域,地表移动变形值不大,采动损害也相对较轻。但断裂活动影响矿区,沉陷区边缘区常存在着明显的水平移动与变形,并造成相应损害。尤其是在矿震等岩体地质动力现象显现影响下,地表沉陷灾害更为严重。     

淮南采煤沉陷区土壤中汞的时空分布特征

以淮南采煤沉陷区土壤为研究对象,测试分析了样品中汞的含量,结合土壤pH值、有机质含量特征,探讨了采煤沉陷区土壤中汞的时空分布特征。结果表明：与未沉陷区土壤相比,沉陷区土壤有机质破坏严重,最高下降了46%;采煤沉陷区土壤中汞的含量为0.013~0.050 mg/kg,平均值为0.027 mg/kg,69.7%的采样点超过了淮南市土壤背景值;沉陷8 a后土壤汞含量最高,为0.033 mg/kg,是未沉陷土壤汞含量的1.74倍,且随着沉陷时间的增加,土壤中汞存在富集趋势;水稻土壤汞富集能力最高,高于玉米和大豆土壤;在垂直剖面上,汞含量由表层向下依次降低;且汞与pH值表现出显著负相关,有机质与汞显著正相关。     

基于空间统计的采煤工作面内断层识别方法

采煤工作面内小断层严重影响瓦斯抽采及煤层回采工作,准确识别位置、落差、产状等参数对保障煤矿安全生产意义重大。为有效降低瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸、开发利用瓦斯资源,煤矿施工了大量的瓦斯抽采孔,这为识别煤层内小断层提供了良好的工程条件。相较于传统依赖地质人员专业基础的断层识别方法,基于数学统计和空间拟合的识别模型具有自动化程度高的特点。为此,依据断层两盘高程相异特性和煤层错断前埋深相似性特征,提出了基于瓦斯抽采孔数据,采用聚类分析方法,识别采煤工作面内小断层的思路。对比分析了不同聚类算法的原理和结构,建立了基于K-Means聚类算法的煤层小断层识别模型;设计了小断层识别的关键技术流程：采用手肘法求解最佳聚类簇数,以戴维森堡丁指数和相关系数作为识别精度评价标准,通过异常点识别、断层参数(走向、倾角、落差)计算、断层面拟合、三维可视化等技术手段,实现煤层小断层识别;利用现场采煤工作面底抽巷的部分瓦斯抽采孔数据,识别出落差为3 m和1 m的断层,结合断层实际揭露情况和工作面可视化结果分析。结果表明,现场揭露情况与模型计算结果基本一致,识别方法可用于煤层工作面内断层的识别。     

淮南采煤沉陷区积水来源的氢氧稳定同位素证据

淮南是我国东部重要的能源基地,由于长期地下采煤,地表形成大面积的采煤沉陷区并积水,造成严重地质灾害。针对于此,部分学者提出利用采煤沉陷区建立"平原水库"解决周边地区干旱年份农田缺水问题的设想。然而,一方面,由于煤层上覆几百米厚的新生代沉积,采煤塌陷形成的沉陷裂隙是否沟通了不同含水层之间的水力联系,并因此改变了这个地区的地下水系统,成为区域水资源评价需要了解的一个重要科学问题;另一方面,建立"平原水库"需要有稳定的补给水源,采煤形成的沉陷裂隙如果沟通了地下不同深度含水层的水力联系,是否使地下水成为塌陷区除降雨外的重要补给来源,这就成为评价"平原水库"水资源潜力的重要参考依据。氢氧稳定同位素是示踪天然水体水来源的重要手段,笔者在淮南矿区采集了旱季和雨季的浅层地下水、河水、雨水、沉陷区的积水等不同水体的水样23件,分析了其氢氧稳定同位素组成并与深层地下水进行对比。结果表明:雨季和旱季,该地区采煤沉陷区积水的氢氧稳定同位素组成都非常接近大气降水的氢氧稳定同位素组成,而与深层地下水的氢氧稳定同位素组成相差较大,说明采煤沉陷区的积水来源主要是大气降水补给。采煤沉陷区的沉陷裂隙贯穿了整个新生代地层,使地表水发生下渗与在深部与深层地下水发生不同程度的混合,而深层地下水尚不是"平原水库"的稳定补给源。     

淮南采煤沉陷区表层沉积物稀土元素地球化学特征

稀土元素由于其独特的化学特征被广泛应用于环境地球化学分析过程研究。以淮南采煤沉陷区表层沉积物中稀土元素(REEs)为研究对象,采集研究区潘一、顾桥、谢桥沉陷区的表层沉积物样品共12个,采用ICP-MS对样品的稀土元素含量进行测试分析,探讨了表层沉积物中稀土元素的含量分布特征、控制因素及其物质来源。结果表明:研究区表层沉积物中稀土元素含量为54.63~130.45 μg/g,平均102.60 μg/g;LREE/HREE比值为11.89~20.55,平均14.29,轻稀土呈现明显富集现象;相关性分析结果显示,REEs趋向于黏土组分中富集;研究区养殖和捕捞活动导致表层沉积物中稀土元素含量的降低;球粒陨石标准化结果表明,研究区稀土元素呈现不同程度的La和Gd正异常,其中,Gd正异常主要是受到燃煤的影响,而La正异常主要与燃煤和化肥有关。结合Pearson相关性、球粒陨石标准化和(La/Yb)_N-(La/Sm)_N-(Gd/Yb)_N三元图判别,认为研究区水体表层沉积物中稀土元素与人类活动(燃煤和化肥)有关,研究认识为污染物的源头控制和煤矿区环境的生态治理提供参考依据。      

平顶山、永城采煤区沉陷202平方公里

近日,河南省地矿局测绘队完成了河南省主要煤矿沉陷区现状项目调查,发现平顶山、永城两地煤矿沉陷区达202平方公里,造成塌陷和地裂缝的主要原因是多煤组、多煤层的重复开采,使得地面多次反复沉陷。     

采煤沉陷对风沙区土壤非饱和水分入渗的影响

为研究采煤沉陷后风沙区土壤水分入渗变化规律,通过定水头注水结合入渗湿润峰测定的方法,对毛乌素沙地南缘补连塔矿区沉陷于2004、2005年的2个沉陷区土壤水分非饱和入渗变化进行研究,结果表明,垂直入渗观测时段(入渗开始后0~175 min)后期,与坡面剖面相比,丘间低地较多剖面垂直湿润峰的间距明显较大,垂直入渗持续能力较强。2004年沉陷区坡面未裂处平均垂直入渗速率、第175 min垂直入渗深度显著超过对照区坡面(P<0.05),2005年沉陷区坡面未裂处平均侧渗速率显著超过对照区坡面(P<0.05)。沉陷区丘间低地垂直入渗速率在入渗10 min左右前期升高后期降低,侧渗速率在入渗10~12 min的前期升高后期降低;沉陷区坡面垂直入渗速率、侧渗速率在大部分观测时段内升高。因子分析表明沉陷区入渗特征是丘间低地垂直入渗偏强,坡面侧渗偏强。