钱家营矿地表沉陷区综合治理问题的探讨

文中结合开滦钱家营矿区生态环境现状,对矿区地表沉陷情况进行综合分析,提出利用复垦土地搬迁村庄、利用积水沉陷区复垦成精养鱼塘、利用矸石加固维护河堤、铁路等综合治理沉陷区的方案.实现边生产、边复垦,建立新的生态环境,为地表沉陷区综合治理开辟一条新的技术途径.     

高潜水位煤矿区地表沉陷信息提取方法研究

准确、快速、高效地获取采煤沉陷信息对矿区土地复垦具有重要意义,尤其是针对极易形成大面积的地表沉陷积水区以及非积水区的高潜水位煤矿区,土地复垦工作更为严峻。以高潜水位矿区——鲍店煤矿为研究对象,结合并改进水体和非水体提取方法,获取整个矿区的地表沉陷信息。在改进归一化水体指数(MNDWI)的基础上,针对采煤沉陷水体边缘易于和水体信息混淆的特点,提出了增强型改进归一化水体指数(E-MNDWI)。利用Landsat 8数据通过E-MNDWI提取沉陷积水区域;利用哨兵1号A星数据(Sentinel-1A),通过小基线集技术(SBAS-In SAR)提取出沉陷非积水区域;最后进行克里金插值获取矿区下沉量为10 mm的等值线。结果表明:利用E-MNDWI提取沉陷水体精度较高,Kappa系数为85.07%。鲍店矿区西部基本达到稳沉状态,东部地表沉陷较为明显,南部地表略有抬升。监测期内矿区最大地表平均下沉速率为41.69 mm/a,最大下沉量为85.16 mm。截至2017年矿区因采煤造成的沉陷区域面积共10.1 km2,其中沉陷积水区为4.6 km2,非积水区域为5.5km2。选取若干基准点验证沉陷非积水区的提取结果,得到决定系数R2为0.92。利用多源多时相数据,结合多种方法获取矿区沉陷信息,可为煤矿城市生态修复和土地整治复垦提供理论依据,并为今后快速高效监测采煤沉陷区地表形变提供新思路。     

黄土沟壑区地表移动变形特征分析

黄陵矿区一号煤矿302、303工作面开采进行的地表移动观测结果表明,采动引起黄土沟壑区地表移动变形剧烈,在活跃期内地表下沉达到最大下沉值的97%,地表移动伴随较大的台阶裂缝非连续变形破坏,地表移动期短,移动角值较大,下沉系数和水平移动系数较大。分析观测结果表明,垂直裂隙发育的厚湿陷性黄土及沟谷梁峁特殊地形,导致煤层覆岩移动变形在传递到土层后快速沟通黄土层中的垂直裂隙形成地表裂缝,在山体重力作用下,引起山体滑移加剧了地表台阶式裂缝破坏程度,导致下沉系数和水平移动系数增大。依据分析结果,建立了地表最大水平移动和水平变形的预计模型。     

山西黄土丘陵采煤沉陷区生态环境破坏与修复研究

山西省煤炭开采大都处于黄土沟壑和丘陵山区,其采煤沉陷及地表破坏具有和平地不同的破坏特点,产生的多种形式和不同大小的地表裂缝、槽形塌陷及采动滑坡,使地形地貌及景观产生较大的破坏,水土流失加重等。因此,研究适宜山西地貌和气候特征,以及山西采煤沉陷损伤规律的土地复垦与生态重建技术,构建山西省黄土丘陵采煤沉陷地复垦技术模式显得尤为重要。分析了黄土丘陵采煤沉陷区的地表破坏的类型、形成机理及影响因素,结合黄土丘陵地貌分析研究了开采对地表水资源分布及沉陷区土地及植被的影响和破坏。地下采煤形成的覆岩及地表裂缝为水资源运移和流失提供了通道,采排矿井水对土地造成了污染,采动土地破坏及地表水土流失的加剧,是造成地面生态植被破坏的主要原因。对于采动生态环境破坏,采煤岩土体损害是根本,水资源和植被的破坏为开采损害的延续性影响,而单一类型的损害修复方法无法达到良好的修复状态,因此提出了以地形修复、水资源保护、植被重建等相结合的黄土丘陵沉陷区生态修复技术。通过山西某矿区黄土丘陵地表的土地复垦实践,证明了黄土丘陵沉陷区结合地形条件和生态环境的土地复垦技术的有效性及适宜性,研究成果对山西黄土丘陵矿区的地下开采与生态环境的恢复具有重要的指导意义。     

采煤驱动下的矿区土地利用演化模拟和预测

准确、可靠地模拟和预测煤矿区土地利用演化,是矿区制定土地利用规划、土地复垦措施的重要依据。考虑到元胞自动机模型(CA)在土地利用变化模拟和预测方面的优越性能,将CA模型引入了矿区土地利用演化的模拟和预测。但矿区土地利用变化具有和一般区域不同的方式,煤炭资源的高强度开采是影响土地利用演变的重要要素之一。因此基于煤炭资源开发的基本原理,从影响矿区土地利用变化的驱动因子出发,建立了采煤驱动影响下的土地利用演化EMMLCA模型,以实现矿区土地利用演化的模拟和预测。为了验证模型的有效性,利用EMMLCA模型对潞安矿区土地利用演化进行了模拟和预测,结果表明,该方法是有效可行的,能够为矿区土地利用规划等提供准确、可靠的数据。     

煤矿区土地覆盖与景观格局变化研究

以徐州市西矿区2000,2005和2010年Landsat TM/ETM+影像为基础数据源,在遥感（RS）与地理信息系统（GIS）技术支持下,采用土地覆盖/土地利用和景观生态学原理,对遥感影像进行支持向量机（Support Vector Machine,SVM）分类,土地覆盖变化分析和景观格局变化分析,探讨了煤炭开采对矿区土地覆盖变化和景观格局演变的规律。结果表明,近10 a来耕地始终占据矿区土地覆盖的主导类型,其次为建设用地,因此两者之间以及与其他类型的转化成为矿区土地覆盖变化的主要部分。未利用土地的土地覆盖变化幅度和年变化率最大,成为矿区土地覆盖变化的重要组成部分;建设用地和未利用土地的面积先减少后增加,耕地和水体的面积先增加后减少,水体面积的增加主要是由于采矿造成地面塌陷导致积水的形成,林地面积前期变化极小,后期增加。2000-2010年间,矿区景观类型中的建设用地、耕地以及未利用土地经历了一个由大破碎度到小破碎度、再由小破碎度到大破碎度的过程,矿区内各景观的聚集度在2005年达到最高,多样性指数呈增加趋势,矿区生态系统正朝着多样性、均匀化的方向发展。     

基于D-InSAR监测黄土沟壑山区采煤引起的地表沉陷实验研究

针对黄土沟壑区煤矿开采引起的地表形变,探讨D-InSAR技术监测的可行性。以彬长矿区亭南煤矿为例,采用5景Sentinel数据进行差分干涉处理,生成矿区形变结果并与水准数据进行对比分析。结果表明:水准数据与D-InSAR处理的形变结果有着差异,不过两者在走势上是大致相同的,D-InSAR技术能够反映出黄土沟壑区地表沉陷趋势。将雷达视线方向形变转换为地表三维形变,D-InSAR监测数据能够更好地反映矿区地表移动规律。     

基于遥感和CA_Markov模型的煤矿区热环境与土地覆盖变化模拟评价

针对遥感影像在定量描述土地覆盖和热环境分布方面的优越性,利用支持向量机（SVM）分类器对遥感影像进行分类,获取土地覆盖图,利用单窗算法反演获取地表温度。通过将元胞自动机和马尔科夫模型结合,构建CA_Markov模型对土地覆盖和热环境时空格局进行模拟与分析。采用定量景观指数和土地利用转移矩阵进一步挖掘了研究区空间信息,综合模拟与预测了土地覆盖和热环境时空变化特征。实验结果表明：利用遥感影像定量反演热环境特征时空分布与预测是可行的,CA_Markov模型能够有效地揭示和预测矿区土地覆盖变化和热环境演变趋势。     

某煤矿土地复垦与生态恢复措施研究

矿井建设及生产过程中挖损、压占和塌陷等都将损毁矿区土地,随着开采的持续发展,损毁土地的数量也将持续增加。为了有效减少因煤矿开采产生的土地损毁,促进经济社会与生态环境的协调发展,通过调查某投产煤矿土地已损毁情况,依据矿区土地利用现状,结合矿区地质条件和开采工艺,以概率积分法计算出地表移动变形值,预测了矿区土地拟损毁情况,确定出土地复垦责任范围,并在此基础上提出了煤矿开采中的土地复垦措施及工程设计,安排了土地复垦工作计划,为煤矿后期的复垦工作提供出可靠的依据。     

煤矿区土地利用综合效益耦合关系分析

社会经济与生态的协调发展是实现可持续发展的必要要求。在煤矿区受到煤炭资源开发的影响,土地作为其对生态影响的最直接反映,土地利用的社会经济效益和生态效益通常具有较大的矛盾。本文在矿区生命周期理论的基础上,分析土地利用社会经济效益与生态效益的耦合机理,从而构建土地利用社会经济效益与生态效益耦合模型。以朔南矿区为例,测算社会经济效益与生态效益两者之间的耦合度,以此判断矿区土地利用的协调性与可持续性。研究结果显示:从2005~2014年,朔南矿区土地利用的社会经济效益与生态效益耦合度呈现倒"U型",经历了三个发展阶段,基本符合矿区生命周期规律,并且受到生态环境保护政策的影响显著。