煤矿区地质环境调查技术与评价方法_野兆瑞.pdf

中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-44-两星推荐内容中体现。本次针对矿区开展遥感调查解译工作，最终正射影像成果和图件成果采用 2 000 国家大地坐标系（CGCS2000），高斯-克吕格投影，图幅采用中央子午线 117、六度分带，主要实物工作量包括数据收集、数据预处理、遥感影像解译、生态参数反演计算及野外核查验收。数据收集：收集了国产高分系列米级分辨率遥感影像数据，镶嵌裁剪成两个时相 1 幅影像；哨兵数据两个时相，镶嵌裁剪成1幅影像，河北省30m数字高程模型（DEM）数据，按照调查区边界裁剪匹配；调查区地形图数据，按照边界裁剪匹配；行政界限矢量文件，按照边界裁剪匹配。数据预处理：遥感影像均进行了正射校正、图像配准、图像融合、图像裁剪、定义投影的处理步骤。并把收集来的1：5 万地形图、30mDEM 数据和处理后的影像数据进行高精度配准，使其精确叠合，然后选取有明显特征的地物野外进行核查验证，位置均准确无误，误差满足规范要求。调查内容（1）地形地貌显德汪矿位于太行山东麓山前地带，呈山前台地地形，并被北西向次一级分水岭分割，地势西高东低，起伏较大。最高标高 339.6m，位于孟石岗附近，最低标高 194.10m，位于得义东侧河床。井田内发育有三级台地，自下而上依次为：漫滩及一级台地、二级台地和三级台地。（2）年平均降水显德汪矿属于温带大陆性气候，四季分明，春季干旱多风砂，夏季炎热雨水多，秋季干燥日照长，冬季寒冷雨雪少。根据邢台气象站的资料，降雨主要集中在每年的 79 月，占全年降水量 62.5%。近 20 年降水量在 234.1800mm 之间，平均 494.2mm。多年蒸发量 1 472.92 268.3mm，平均 1 719mm。（3）植被覆盖度运用遥感技术手段分析植被分布现状，基于像元二分法对影像进行植被覆盖度反演计算，计算目标区域 NDVI 植被指数端元并剔除异常值，根据影像表现选取植被生长态势相同的区域进行均衡处理，最后使用波段计算器根据像元二分法计算影像目标区域植被覆盖度。结果显示显德汪矿植被覆盖度为 56.15%。（4）土地资源压占运用遥感技术主要详细解译与调查工作区煤矿对土地的破坏与占用面积，对涉及的其它采矿类的活动也做了相应的统计，解译内容主要包括耕地、林地、草地、采矿用地、交通用地、城乡居民与工业用地等，经调查，土地资源压占面行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度野兆瑞（1986），河北衡水，河北省煤田地质局新能源地质队，研究生，毕业于中国矿业大学（北京）矿物学、岩石学、矿床学专业，研究方向：煤田地质勘探。煤矿区地质环境调查技术与评价方法野兆瑞研究区概况显德汪煤矿位于河北省邢台市西南部，矿区几乎全部被新生界第四系松散沉积层覆盖，区内基岩出露很少，仅在鸽子沟、窑坡村南和朱金紫一带的沟谷中有零星基岩露头。煤矿关闭后，多年的煤炭生产造成了一系列土地资源压占、地表水污染、水资源均衡系统被破坏、土壤污染等地质灾害与环境污染问题。调查技术运用资料收集、地质调查、遥感解译、采样化验等多种手段与方法，针对上述地质环境问题，开展调查与研究。重点介绍遥感解译的相关技术流程，其他技术手段在下述调查-45-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023中国科技信息 2023 年第 3 期两星推荐积 627316m2。（5）含水层破坏据水文地质条件分析，1#、2#煤充水水源为下石盒子组砂岩含水层（-1）和山西组砂岩含水层（-2）；9#煤充水水源为伏青灰岩含水层（-2）和大青灰岩含水层（-3）。由于含水层之间隔水条件相对较好，视含水层之间无水力联系，其他含水层不受矿坑排水影响。第含水组和第含水组受地质构造影响被切割为相对独立的小水文地质单元，受矿井排水影响，水位下降幅度较大，含水层呈半疏干状态。煤层顶板以上采煤影响带内含水层可概化为近水平含水层。将煤矿采空区假设为一个大井，矿井排水假设为抽水，可根据抽水试验中影响半径的公式来概略的计算矿井排水的影响范围。显德汪矿在开采 1#、2#煤时，充水水源为 2#煤顶板砂岩水和野青灰岩裂隙岩溶含水层水；9#煤充水水源为大青灰岩含水层，受矿井开采的影响，水位下降幅度较大，开采煤层以上的含水层呈半疏干状态。奥灰水为 9#煤的间接充水水源，因开采 9#煤层采用底板注浆加固的开采方式并没有对奥灰水进行疏放，因此，奥灰水水位变化不大。根据矿区地下水现状，显德汪矿采掘活动对地下水水位破坏有一定的影响，水位需要一定时间才能逐渐恢复。（6）水污染水样采集对象主要为矿井范围内矿井水、水井水、地表水及矿井排放水、附近泉水以及井下水仓等。按照地下水质量标准，选取 pH 酸碱度、总硬度、硫酸盐、氯化物、铁、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮等 8 项指标综合评价，对比显示显得汪矿三十年余年采矿活动对地下水质量无明显变化，含水层水质变化影响较轻。（7）土污染土样采集对象主要是矿井废水排放区域、固体废弃物堆放区域以及煤矿附近发电厂粉煤灰堆放区域土壤样、煤矸石样和粉煤灰样。测试项目包括 pH 酸碱度、硫酸盐、硝酸盐、六价铬、砷、汞、铜、铅、硒、锌、镉等。结果显示，土污染程度较轻。（8）地貌景观破坏主要调查工业广场、固体废弃物（废石渣、煤矸石堆、尾矿渣等）、地灾等造成地形地貌改变的地点、方式及范围。经调查，显徳汪矿共有 371 万吨煤矸石遗留，形成一座矸石山，占地面积为 76 220m2，高度达 82m 左右，修建挡墙后圈定面积为 105 711m2。地貌景观破坏严重。（9）地面塌陷及地裂缝显 德 汪 矿 现 状 形 成 一 个 地 面 沉 陷 区，面 积 为10.3405km2，最大地面沉陷区位于矿区中西部，最大沉陷值 5.2m。矿区范围内的地面沉陷主要在工作面回采边界发展，沉陷区形状整体不规则，沉陷面积大于开采面积。目前显德旺矿对地表出现的地裂缝、地面塌陷已填埋，对影响到的居民建筑已维修或其他妥善处理。对采矿过程中破坏的或影响到的土地在地表变形基本稳定后进行了削高填低，回填整平。整体影响程度较轻。地质环境评价方法（1）层次分析法层次分析法（AHP）是由 A.L.Seaty 提出的，适用于复杂层次结构的决策问题。它广泛应用于系统、决策和管理领域。特别是处理混合型、困难的 AHP 的定量型问题，此种分析法的难点在于评判矩阵的建立，本次通过咨询相关领域专家及矿方相关技术人员，确定评价体系指标，运用专家打分法，对指标的重要程度进行比对分析，最终完善的判断矩阵。评价指标及权重：针对显德汪煤矿面临的地质环境问题，运用层次分析法，将评价体系划分为两个层次：要素层、指标层。建立U-U1U3判断矩阵（表 1）最 大 特 征 根：max=3.0803，CI=0.045，RI=0.58，CR=0.07720.1，判断矩阵具有满意一致性。W=（0.0549，0.6554，0.2897）。表 1 判断矩阵U-U1U3UU1U2U3权重U111/91/70.0549U29130.6554U371/310.2897建立U1-U1U3判断矩阵（表 2）最 大 特 征 根：max=3.0000，CI=0.000，RI=0.58，CR=0.0000 0.1，判断矩阵具有完全一致性。W1=（0.50，0.25，0.25）。表 2 判断矩阵U1-u1u3U1u1u2u3权重u11220.5u21/2110.25u31/2110.25图 1 植被覆盖率解译图中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-46-两星推荐建立U2-u4u8判断矩阵（表 3）最 大 特 征 根：max=5.0671，CI=0.017，RI=1.12，CR=0.01500.1，判断矩阵具有满意一致性。W2=（0.4569，0.3046，0.0912，0.0912，0.0561）。表 3 判断矩阵U2-u4u8U2u4u5u6u7u8权重u4125560.4569u51/214450.3046u61/51/41120.0912u71/51/41120.0912u81/61/51/21/210.0561建立U3-u9u10判断矩阵（表 4）最大特征根：max=2.0000，CI=0，判断矩阵具有完全一致性。W3=（0.75，0.25）。表 4 判断矩阵U3-u9u10U3u9u10权重u9130.75u101/310.25评价指标等级划分：本 次 研 究 参 照 矿 山 地 质 环 境 调 查 评 价 规 范DD2014-05 中对各类矿山地质环境评价指标的级别评判，在充分考虑煤矿山的地质环境实际情况的基础上，将矿山地质环境质量等级划分为较轻、较严重、严重 3 个等级。（2）模糊综合评判建立要素集、指标集U=（U1，U2，Un）U1=u1，u2，u3U2=u4，u5，u6，u7，u8U3=u9，u10建立评价集评价指标等级划分为 3 个，较轻、较严重、严重。设V=（v1，v2，vn）v1为较轻、v2为较严重、v3为严重。依据前文计算的各指标的权值，构建权重集合。A=（w1，w2，wn）构建模糊关系矩阵利用所选各评价因子的临界值进行等级评价，构建评价因子及其对应等级评价的隶属函数，将各评价因子实际值代入公式，得到 3 个指标的评判级别结果，从而列出关系矩阵。模糊综合评判B=AR=（b1，b2，bn），隶属度最大的等级既为评价的等级。评价结果与分析显 德 汪 煤 矿 地 貌 单 元 属 于 丘 陵，平 均 年 降 水 量494.2mm，植被覆盖度为 56.15%，土地资源压占面积627 316m2，含水层破坏较严重，水综合污染较轻，土壤综合污染较较轻，地貌景观破坏严重，地面塌陷影响程度较轻，地裂缝程度较轻。初级评判根据研究区调查现状，构建初级评判隶属度矩阵，得出：地质环境背景R1=资源损毁R2=100001001010100地质灾害R3=001001一级评判W1=（0.50，0.25，0.25）W2=（0.4569，0.3046，0.0912，0.0912，0.0561）W3=（0.75，0.25）B1=W1R1=（0.7500，0.1467，0.1033）B2=W2R2=（0.1824，0.3046，0.5130）B3=W3R3=（1.0000，0.0000，0.0000）二级评判根据一级评判结果，构建对应的隶属度矩阵。B=WR=（0.0549，0.6554，0.2897）0000.00000.00000.15130.03046.01824.01033.01467.07500.0=（0.4504，0.2077，0.3419）显德汪煤矿矿山地质环境影响程度 3 个级别的隶属度分别为较轻（0.4504）、较严重（0.2077）、严重（0.3419），较轻等级相较于较严重和严重等级隶属度最大，得出显德汪煤矿矿山地质环境影响程度的评判等级为较轻，这个结论与实际调查的情况一致。技术总结运用资料收集、地质调查、遥感解译、采样化验等多种手段与方法，调查研究显德汪煤矿关闭后的地质环境要素现状，技术方法可靠，尤其是遥感技术的运用，能够较为直观地表现出野外调查所不能反映的问题。运用层次分析法，建立相应评价指标体系，利用模糊综合评判法，根据最大隶属度原则判定评价目标等级。经分析，评判结果和实际调查情况一致。图 2 层次分析法评价模型