矿区原始地形对采煤沉陷区地形特征的影响分析

采煤塌陷地预测对于矿区土地复垦具有重要意义,是矿区损毁土地复垦工作的基础,对于确保土地复垦方案科学性、准确性及合理性起决定性作用。采煤塌陷地预测一般仅考虑开采计划和地质特点,未考虑矿区原始地形的影响,预测结果往往无法准确反映矿区地表沉陷情况。以我国东部某煤矿为研究对象,通过对矿区原始地形、采煤沉陷区DEM进行融合,获得考虑原始地形的采煤沉陷区,通过计算并提取坡度、地表起伏度、积水面积地形因子,分析矿区原始地形对采煤沉陷区地形特征的影响。研究表明:考虑矿区原始地形后的采煤沉陷区地形特征发生了明显变化,沉陷区地形坡度、地表起伏度明显增大,积水面积明显减少,采煤沉陷区损毁土地地形特征更加准确、真实。分析结果可为矿区开采沉陷预测和损毁土地复垦治理提供可靠依据。     

基于时序TM影像的淮南潘谢矿区采煤沉陷水域动态监测

利用时序TM遥感影像数据,在对比单波段阈值法、谱间关系法、归一化水体指数法和改进归一化水体指数法4种水体信息提取精度的基础上,选择改进归一化水体指数(MNDWI)法并结合GIS空间叠加技术,对潘谢矿区2005-2017年采沉陷水域进行提取并分析其时空演变特征。结果显示,2005-2017年,淮南潘谢矿区采煤沉陷水域面积增至4948.65hm~2,总增量达到4003.52hm~2,年均增长333.63hm~2,年均增长率为20.1%;分析研究区内煤炭开采作为主要贡献因素对沉陷水域面积变化影响及预测。通过线性拟合分析,预计到2020年潘谢矿区沉陷水域面积5968.12hm~2;2021-2030年沉陷水域面积年均增约为350hm~2,至2030其总量将达到9468.12hm~2。利用时序TM遥感影像对高潜水位矿区沉陷水体的时序动态变化监测,分析了其变化原因,为后期采煤沉陷区的土地复垦与治理提供了科学依据。     

考虑原始地形的采煤沉陷积水范围确定方法

高潜水位矿区采煤沉陷后,将导致大面积积水,给当地的生态环境、工农业生产以及人民生活带来了严重影响。目前土地复垦方案编制过程中需要对未来沉陷积水范围进行预测,常规做法是根据预计的下沉等值线和当地潜水位埋深确定采煤沉陷后的积水范围,由于没有考虑原始地形的影响,通过这种简单预测所获得的积水范围往往与实际积水范围有所差异。本文利用GIS提供的空间分析功能,将原始地形纳入地表沉陷分析中确定了煤炭开采后地面将出现的积水区域范围,并通过高分辨率遥感影像获取实际积水信息,对以上两种方法确定的沉陷积水范围进行了精度对比分析。研究结果表明:考虑原始地形后确定的沉陷积水范围与传统未考虑原始地形方法相比,其面积相对精度提高了约13%,位置精度也由传统方法的106提高到58,因此考虑原始地形确定沉陷积水范围的方法更加科学合理,且更贴近于实际情况,这将为采煤沉陷地复垦规划与方案提供精确的基础数据,从而促进复垦工作的实施与开展。     

徐州高潜水位采煤沉陷区水土资源开发利用研究

平原区高潜水位采煤沉陷区拥有丰富的水资源,为矿区复垦后的农业生产提了良好的自然条件.结合采煤沉陷土地开发复垦,对平原高潜水位采煤沉陷区进行水土资源功能区划分,有效控制、 调蓄、配置沉陷区水资源,建立水土资源综合、高效利用模式,促进采煤沉陷区生态环境的良性循环.     

典型高潜水位矿区采煤塌陷地损毁特征及复垦模式分析

以济宁市为例,在分析采煤塌陷现状及2020、2025年预测数据的基础上,从开采沉陷特点、塌陷区稳定性、土地利用影响等角度对高潜水位矿区采煤塌陷地损毁特征进行深入剖析,提出了适合于济宁市的采煤塌陷地治理边界判定标准,最终确定了适合济宁市的采煤塌陷地复垦模式。结果表明:高潜水位矿区下沉范围大,积水严重;治理过程中需加强基本稳沉区与采动影响区的工作,避免末端治理;高潜水位矿区采煤塌陷形成的季节性积水、常年积水对农田、建筑等影响巨大,破坏方式与程度有别于其他区域。在考虑开采沉陷差异、未来开采以及地域性特点等前提下将济宁市采煤塌陷地划分为4个不同的功能区,并分区进行治理模式分析。     

黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地治理的若干基本问题研究

黄河下游流经河南和山东两省,该区域为冲积平原地貌,既是我国的粮食主产区,也是重要的煤炭基地。平原煤矿区煤炭开采最主要的生态环境问题是采煤塌陷并严重积水,造成耕地面积减少、生态环境恶化。以黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地为研究对象,针对治理范围、积水机理和稳沉性分析这三大采煤塌陷地治理的基础性问题进行探讨,并研究其治理措施。研究表明:(1)采煤塌陷地治理范围是一个隐伏信息,比较难以精准确定。传统以下沉10 mm的沉陷边界作为治理范围往往过大,应以塌陷对建筑物和耕地的损毁边界作为采煤塌陷地治理范围,对建筑物的损害边界以临界变形值:倾斜i=3 mm/m,水平变形ε=2 mm/m,曲率K=0.2 mm/m²来确定,耕地损毁边界以对耕地生产力开始产生影响的临界下沉值、临界倾斜值、临界水平变形值的最小值来圈定,并提出耕地损毁临界变形值计算方法和治理范围圈定方法。(2)采煤塌陷地积水是平原矿区生态损毁的主要特征和优选治理技术的关键,它主要与地表下沉量、潜水位、气候、土壤结构和质地等因素有关,通过厘清塌陷后的地表与潜水位的关系,阐述了塌陷积水的机理及动态过程,并以是否积水作为土地损毁...     

高潜水位采煤沉陷区积水时空演化特征研究——以安徽省矿区为例

随着煤炭资源大面积、高强度开采,高潜水位矿区积水问题尤为突出,对周围生态环境产生了严重影响。为了给采煤沉陷积水区生态环境修复提供科学依据,开展了高潜水位采煤沉陷区积水的时空演化特征研究和影响因素分析。以整个安徽省矿区为研究区域,基于Landsat TM/OLI遥感数据,采用归一化水体指数法(NDWI)和目视解译法对1995—2020年(共计22期)和2020年12个月份(12期)沉陷区积水区域进行提取,获取了近25年安徽省采煤沉陷区积水空间信息,并结合水文和降雨资料分析和讨论了沉陷区积水时空演化的影响因素。结果表明：(1)近25年来,安徽省采煤沉陷区积水面积的增长呈“缓慢—快速—稳定”3阶段分布特征。研究期内平均积水面积增长了约6倍,从18.95 km²增长到118.09 km²,年均增长3.97 km²。(2)从时间尺度上沉陷区积水演化分为3阶段：第1阶段(1995—2005年),由于积水初步形成还未稳定,增长速度较为缓慢,年均增长率为4.65%;第2阶段(2005—2013年),基于安徽省煤炭开采量进入快速增长期,积...     

高潜水位煤矿区开采扰动的长时序过程遥感监测与影响评价

煤炭开采导致地表沉陷积水,是东部高潜水位平原煤矿区的主要特征,对矿区开采中沉陷水体变化的长时序检测,有助于定量评估煤炭开采对土地、生态与社会的综合影响效应.在没有地下采矿信息为先导的情况下,如何识别与区分自然水体、人类地面活动导致的挖掘水体,以及沉陷水体,同时量化开采沉陷影响的边界与程度是目前单纯采用遥感手段进行监测的...     

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.     

淮南潘谢矿区土地与水域演变趋势及治理对策

淮南潘谢矿区为高潜水位煤层群开采条件,随着煤炭大规模开发,引起地表大范围的沉陷导致生态环境发生严重变化,在现状调查的基础上,结合矿区生产规划,应用开采沉陷预测技术、地理信息及遥感技术,对淮南矿区土地、水域演变趋势进行研究并提出治理对策。分析结果表明沉陷区土地面积占比整体快速下降,而水体面积占比快速上升,到煤炭资源采毕后,淮南潘谢矿区范围内（不包括留设煤柱保护的建筑用地）积水面积相当于100个西湖,达597.6km2;蓄水容积相当于3个太湖,达143.6亿m3;生态系统结构由陆生生态系统转变为水陆复合生态系统。鉴此提出一套湿地生态系统重构、生态农业构建等多种治理模式相结合的复垦和生态修复体系,充分利用沉陷区并改善生态环境;结合沉陷积水区、天然湖泊洼地及水系相通的条件,将沉陷区开发为蓄水工程,为国家“引江济淮”服务,改善区域水资源短缺现状。     

东部煤粮复合区采煤沉陷地边采边复时机

东部高潜水位煤粮复合区采煤沉陷导致连片耕地积水，加剧了区内煤炭保供和粮食生产之间的矛盾。为了协调耕地保护与地下采煤的关系，采用边采边复技术，可以实现地面复垦技术与井下采煤技术的耦合，在高潜水位矿区可显著提高复垦率。复垦时机的选择是边采边复的关键，直接决定复垦工程的成败。梳理了影响边采边复时机选择的自然因素和人为因素，提出了2种边采边复时机类型：(1)采动地表临界积水下的理论复垦时机；(2)采动地表浅积水(积水深度0～3 m)下的实际复垦时机。以单一煤层开采为例，研究了采动地表积水与地下开采的时空关系，提出了采动地表临界积水启动距及积水边界角，揭示了工作面推进速度与理论复垦时机的时空关系。提出以采动地表临界积水下沉值为约束的井下减沉的耕地源头保护措施，构建了采区尺度下的跳采全采工作面临界宽度模型和浅积水下的实际复垦时机模型。案例研究表明：以顾桥煤矿北一采区临界积水下沉值1.00 m为约束，所优化的跳采全采工作面宽度可将复垦时机延迟到全采阶段，即推迟复垦时间和延长耕地使用寿命12.5 a。模拟了龙固煤矿不同采动积水深度下的复垦耕地面积变化，构建了复垦时机与复垦率之间的定量模型，以此预测了不...     

基于无人机影像的西部矿区地表沉陷信息提取方法改进

利用低空无人机航拍影像进行建模叠加可高效获取矿区地表沉陷信息，但植被覆盖和航测系统性误差往往会导致沉陷模型的噪声过大，制约了航测技术在矿区沉陷监测中的实际应用。为此，以陕北某矿采煤沉陷区为试验场地，利用低空无人机航拍影像数据构建初始沉陷模型。在选取非沉陷区样本分析植被、道路、沙地等主要地物对沉陷建模精度影响的基础上，利用可见光波段差异植被指数(VDVI)从初始沉陷模型中剔除对沉陷模型精度影响较大的植被覆盖区沉陷数据，再结合高斯卷积核与数字高程模型插值算法拟合植被区域沉陷信息，生成剔除植被影响的地表沉陷模型。进一步以非沉陷区下沉量应为零作为先验条件，通过统计非沉陷区域的误差分布特征，从中提取沉陷模型中潜在的系统误差，并以统计样区与控制点的距离作为权重，分析系统误差传播规律，对沉陷模型施加系统误差改正。通过与实测数据对比表明，经植被剔除后的沉陷模型精度得到显著改善；经系统误差改正后，沉陷模型主断面下沉曲线与实测数据更加吻合。研究结果表明：在剔除噪声并改正系统性误差影响后的无人机影像建模方法能够满足西部低植被覆盖区大范围、高强度采煤地表沉陷监测的基本要求，为无人机遥感技术用于西部矿区采煤沉陷...     

兖州煤田地表温度空间分异特征

以东部高潜水位区域——兖州煤田为研究区,以Landsat TM数据为数据源,利用单窗算法反演兖州煤田地表温度,分别从土地利用类型、植被覆盖度、距沉陷积水区边缘距离、地表下沉值等4个方面分析研究区地表温度的空间分异特征。结果表明:不同土地利用类型间地表温度差异较大,其中建设用地平均温度最高,水体平均温度最低;地表温度与植被覆盖度呈负相关;在沉陷积水区以外,地表温度随距积水区边缘距离的增加先降低,而后趋于稳定,两者呈指数相关;地表温度自积水区边缘向外随地表下沉值的减小而逐渐降低。     

基于RSEI的采煤塌陷积水对生态环境的影响研究

采煤塌陷积水是东部高潜水位矿区最主要的生态环境问题，但塌陷湖的形成又对生态环境建设提供了难得的水资源，因此，研究塌陷积水后对周边生态环境的影响特征，对于指导矿区塌陷地生态恢复治理与湿地资源保护利用具有现实意义。本文以任楼煤矿塌陷积水区为研究区，以建矿后至今约20年的5期遥感影像为数据源，通过多光谱计算和主成分分析获取RSEI指数，并提取北、东、南、西四个方向数据，通过数据拟合与秩和检验，得出以下结论：（1）研究区生态环境自2000年以来有很大改善，矿区土地复垦与生态恢复成效显著；（2）塌陷积水对周边生态环境总体上产生正面影响，影响具有显著的方向差异性和年度变化特征；（3）塌陷积水对生态环境的影响随距离呈“凸型”抛物线变化，平均影响范围约3.7km，南北向约3.5km，东西向不超过7.8km，塌陷积水区形成后需要经土地整治工程才能最大程度发挥水域生态环境功能。     

基于GIS的高潜水位煤矿区边采边复表土剥离策略

高潜水位煤矿区采煤塌陷后积水现象严重,积水后再治理造成复垦后耕地所占比例低,复垦成本增多,且施工难度增大。在地面沉陷积水前,预先进行表土的剥离存储以便后期复垦利用,是提高复垦效率的最有效方法。本文以山东某矿工作面为例,结合GIS的空间分析功能,将地面划分为40m×40m的地面格网单元(共7875个),对煤炭开采后地面的动态沉陷过程进行了模拟,明确了地面开始沉陷及出现积水的时间,最后定量的确定了461个地面格网单元表土剥离的时间、范围与深度,剥离的表土可用于后期土地复垦工作。研究有利于井工煤矿区的边采边复技术的研发,并促进开采与治理的同步进行。     

梅河四井采煤沉陷区的恢复治理

梅河四井采煤沉陷区内积水,已通过裂隙渗入井下威胁到开采安全。因此,在开采的同时,应及早对沉陷区开展治理工作,确保安全,维持矿区生产生活的秩序。采煤沉陷区恢复治理和土地复垦后,不但解决了威胁安全的地表水患问题,增加了耕地面积,改善了矿区的生态环境,而且煤矿每年可减少大量的地面和井下排水费用,减少土地赔偿费,经济和社会效益显著。     

东部高潜水位采煤沉陷区生态修复与利用技术体系

针对东部高潜水位矿区长期高强度开采引起的土地损毁、潜水位下降、生态破坏、景观变化、覆岩失稳及地表存在残余变形等一系列技术问题,文中以兖州矿区土地整治和生态修复项目的技术需求为导向,通过采煤沉陷区现状调查和综合监测,开展损害边界识别及治理利用适宜性评价、水体保护与维系技术、微地貌整治与土壤构建技术、沉陷区土地利用与建设用...     

基于SBAS-InSAR的窑街煤矿开采沉陷研究

基于SBAS-InSAR技术,利用84期Sentinel-1A数据,对窑街煤矿矿区2014年10月至2018年9月期间地表形变进行监测,获取研究区时间序列地表形变信息。研究发现矿区范围内存在三处开采沉陷区,提取沉陷影响面积,并对时序沉陷规律进行分析。最大累积沉陷值达到350 mm,沉陷中心区最大年平均沉陷速率约为200 mm/a,沉陷区位置与煤矿开采工作区一致。研究表明SBASIn SAR技术可以有效应用于开采沉陷区的识别与监测,为采空区灾害的预防及治理提供技术服务。     

高潜水位平原矿区采煤塌陷地复垦方向划定及规划分区

高潜水位平原矿区采煤沉陷范围广、深度大,积水严重,土地利用条件相对复杂。为科学指导该区域采煤塌陷地综合治理的设计与施工,以济宁市为例,通过收集济宁市辖区内各矿地质采矿资料、现有观测成果以及土地利用现状资料,在充分掌握采煤塌陷地损毁现状的基础上,利用概率积分预计软件对济宁市截至2020年的采煤沉陷情况进行了分区块科学预测,并确定了土地损毁程度与工程治理边界的界定标准。基于济宁市采煤塌陷地损毁特征,在科学确定土地单元利用方向的基础上,提出了适合济宁市采煤塌陷地的综合治理模式。结果表明:随着煤炭资源的开采,地表沉陷深度与塌陷范围逐步扩大,不同区域土地损毁特征显著不同;确定了影响济宁市采煤塌陷土地利用的主要影响因素有地面坡度、塌陷类型、地下水埋深、复垦难易程度、沉陷稳定性5项自然因子指标和城镇区位、交通条件、水源条件、政策导向、已治理区现状5项社会经济因子指标,从农业综合治理、生态综合治理、城市功能建设3个角度获得了土地利用评价成果;将济宁市采煤塌陷地分为东部矿区生态景观治理区、中部矿区城市功能开发治理区、西北部矿区农业综合治理区、南部矿区环湖特色产业治理区4个治理区,优化了治理区的治理利用方向与区域土地利用结构,实现了节约集约用地,促进了区域可持续发展。     

高潜水位采煤沉陷地构建平原水库可行性分析与实践

针对我国高潜水位矿区中普遍存大面积积水的问题,为了更好地兼顾水资源与采煤沉陷地土地利用,改善沉陷区生态环境,基于目前沉陷区平原水库建设存在的问题,从技术和经济2方面探讨了构建平原水库的可行性。在此基础上提出了构建采煤沉陷地平原水库建设的流程与模式,并以安徽淮南张集煤矿采煤沉陷区为例进行了平原水库建设的实践案例分析。研究结果表明:主动式平原水库建设能更有效提高复垦耕地率、增加水库库容,节约水库建设成本,具有良好的推广与应用前景。