高光谱遥感技术在矿山地质环境调查中的应用

矿山地质环境受矿产资源开采活动的影响而产生剧烈变化,直接或间接影响了生态环境的可持续发展。近年来,高光谱遥感技术因其具备高光谱分辨率、空间信息与光谱信息合一的优势,解决了传统遥感技术仅能识别大致地物的问题,被广泛应用于矿山地质环境研究与监测。在梳理相关文献的基础上,介绍了高光谱遥感技术原理及发展现状,归纳了高光谱遥感技术在矿区植被、矿区水体、矿区土壤和矿区大气等方面的应用与监测;对矿区高光谱发展前景进行展望,认为未来随着遥感技术的发展对矿山地质环境的监测将逐渐有序化、长期化。

锡林郭勒盟大型露天煤矿区地质环境时空演化评价

内蒙古锡林郭勒盟大型露天煤矿区经过20多年的开发,产生了一系列矿山地质环境问题,矿区地质环境在一定程度上遭到破坏,因此,开展大型露天煤矿区地质环境时空演化评价可为矿区生态地质环境修复提供参考。本文对锡林郭勒盟3个大型矿区进行地质环境时空演化评价。首先通过现场调查,明确了研究区主要的矿山地质环境问题,包括植被覆盖度下降、土地压占(排土场和工业场地)、地形地貌景观破坏(露天采坑)和含水层破坏等4类;其次利用遥感影像定量获取了2000—2020年之间的矿山地质环境问题信息,并建立了矿山地质环境评价指标体系;然后应用层次分析法确定了矿山地质环境评价指标的权重,并通过基于GIS的影响指数模型对矿山地质环境影响进行了评价和区划,探讨了矿山地质环境时空演化规律。研究结果表明:(1)3个大型矿区植被覆盖度下降区域的面积、排土场压占土地面积和露天采坑破坏地形地貌景观面积随时间不断增加;(2)大型矿区采矿对地质环境的影响划分为无影响区、轻微影响区、一般影响区、较强影响区和强烈影响区5个等级分区;(3)3个大型矿区地质环境时空演化规律基本相同,不同影响区的空间分布特征和面积随时间变化的规律不同。

矿山开采损害InSAR/UAV融合监测关键技术及应用

煤炭开采引起的地质环境损害问题已成为关注和研究的焦点;尤其西部矿区以大规模、高强度开采主,引起的岩层及地表移动也呈现出变形速度快、损害程度深、波及范围广的特点,对其进行快速、准确、全面地监测是矿区生态环境保护、绿色矿山建设的关键。传统的地表移动观测方法和单一测量技术均难以满足需求;无人机(UAV)摄影测量与合成孔径雷达干涉(InSAR)优势互补,二者融合在地质环境损害监测方面具有优势,提出了融合UAV/InSAR监测矿山开采损害的关键理论、技术和方法。重点论述了UAV/InSAR融合新型多尺度观测站建立模式和二者协同观测方法;探讨了UAV/InSAR跨尺度异质遥感数据融合策略;提出了基于UAV/InSAR特征级融合的地表沉陷变形及关键环境因素精确提取的思路和方法;并以内蒙古王家塔煤矿为例进行了应用研究,首先采用UAV摄影测量和InSAR技术建立了工作面尺度“点-线-面”结合新模式观测站,同时获得研究区域的UAV光学影像、InSAR影像和主断面关键点水准数据;利用UAV/InSAR的特征级融合方法提取了矿区沉陷盆地,并利用UAV沉陷盆地和融合沉陷盆地分别进行求参。研究结果表明:UAV监测的最大下沉值为2487 mm,中误差为81 mm,UAV测量误差对于沉陷盆地边界影响较大,导致无法精确获取盆地边界区域;InSAR监测的最大下沉为110 mm,远小于实际,InSAR受时空失相干影响,无法准确获取大变形区域沉降;通过InSAR/UAV特征级融合,得到了整体和边界区域精度更高融合下沉盆。在求参方面,单独UAV数据求取的下沉系数与水准结果的相对误差为1.4%,主要影响角正切偏差较大,约20%,主要为UAV下沉盆地边界误差较大所致。与单独UAV求参相比,融合下沉盆地数据求出的参数更准确,主要影响角正切的相对误差仅为5%,融合数据很好解决了单一UAV反演tanβ误差偏大的问题。该工程案例表明了UAV/InSAR融合技术在西部矿区地表沉陷变形监测中具有显著的优势,可为西部煤矿开采地表损害监测提供技术支撑。

洛阳市龙门山废弃露天矿山地质环境影响评价及修复研究

以龙门山废弃露天矿山为对象,开展矿山地质环境影响评价及修复研究,探索其矿山地质环境修复模式和技术措施。分析研究区矿山地质环境影响因素,开展矿山地质灾害、含水层破坏、地形地貌景观破坏及土地损毁等矿山地质环境影响评价,划分矿山地质环境恢复治理分区,讨论废弃露天矿山地质环境修复措施。结果显示,研究区矿山地质灾害危害程度小,对含水层影响小,地形地貌景观和土地资源破坏严重;矿山地质环境重点防治区面积6.47 hm^(2)、占总面积的17.80%,次重点防治区9.73 hm^(2)、占总面积的26.77%,一般防治区面积20.15 hm^(2)、占总面积的55.43%;针对评价成果采用“坡面危岩清理+地形地貌重塑+土壤重构+挡土墙+截排水渠+植被重建”修复措施对破坏地貌景观和土地进行修复治理,取得了良好的修复效果。研究成果对同类型露天矿山的地质环境影响评价及修复研究具有一定的借鉴意义。

矿区地质环境评价及环境恢复治理策略分析

以某矿区为例,根据矿区地质资料以及地质环境调查资料,将矿区分为8个地质分区,确认地质灾害主要集中分区和环境污染主要集中分区。根据矿区地质环境条件以及矿山开采情况,合理选取9种地质环境评价指标因素,并采用组合赋权法对矿区地质环境进行综合评价分析,结合ArcGIS插值方法开展矿区地质环境评价分析,得到矿区地质环境评价结果。根据地质环境评价结果,从地质灾害、地貌景观、土地损毁3个角度介绍矿区地质环境恢复治理策略,旨在为后续矿区地质环境恢复治理提供策略参考。

矿区水工环地质勘察技术应用

研究背景:矿区工程在推动社会发展建设过程中发挥了关键作用,也为城市化、工业化发展提供了具有支柱意义的能源支持;研究内容:矿产资源有效开发需要以众多地质勘察技术为前提,矿区水工环地质勘查技术就是其中的重要内容。研究目的:以矿区水工环地质勘察概述为出发点,辨析勘察过程中存在的问题及具体的勘察技术;研究结论:明确了矿区水工环地质勘察的关键点,并给出了具体的管理措施及应用优化策略。

井工煤矿区地质环境风险识别及预测分级研究

为了对井工煤矿区的地质环境风险进行量化分级与评价,研究过程识别了主要风险类型,并在其基础上归纳出地质环境风险的影响因素,包括自然地理条件、开采地质条件和工程条件。再运用层次分析法构建三级评价指标体系,为各级指标分配量化的权重值。最后基于多准则决策分析模型计算出煤矿的地质环境综合评价指数,根据该指数的分值确定煤矿地质环境的风险等级。经实测,该方法取得了良好的应用效果。

巷道跨度及采动应力对围岩松动圈影响的测试与分析

巷道设计在很大程度上是支护设计,而围岩松动圈作为支护设计的依据,进行现场实测是最可靠的方法。采用地质雷达对榆树岭煤矿进行松动圈测试,探究巷道跨度、采动应力等因素对围岩松动圈的影响。测试与分析结果表明:下5煤层巷道全断面松动圈均小于2.0 m,为中等松动圈,而水平应力远大于垂直应力是顶板松动圈大于两帮松动圈的原因;巷道跨度对围岩松动圈的影响并不显著,在5.0~11.5 m跨度范围内,松动圈增幅5%~15%,因此4~8 m跨度范围内巷道采用相同支护方案时,可优化锚杆与锚索预紧力来保证巷道稳定;沿空掘巷一次采动影响后,全断面松动圈均超过2.0 m,松动圈增幅15%~22%,可作为沿空掘巷煤柱留设宽度的依据;围岩松动圈范围内的破碎区较易识别,而裂隙区的判断则需要结合经验或2种以上测试方法进行综合分析判断。

露天矿区生态地质层修复中地形重塑层的构建技术及应用

露天地区矿山开采容易形成不规则采坑、高陡边坡和渣山、原始土壤破损、采坑积水等一系列地貌形态的改变,造成与周边环境的不协调。不仅影响地表生态环境,还会对地下浅层水渗流场、冻土层等带来不同程度的影响和破坏,且存在滑坡、垮塌等地质隐患和灾害。针对这些问题,从地质角度提出通过构建地形重塑层实现开采后矿山地形地貌重塑的思路与方法,应用形成的地形重塑层修复关键技术,在青海木里高原高寒露天矿区生态环境治理与修复中取得显著效果。首先定义地形重塑层,即是对地貌起伏形态、采坑和渣山边坡等的稳定性和安全性起控制作用的复杂成形曲面。地形重塑层是一个复杂不规则且动态变化的重构层,是生态地质层修复的一种情况。提出地形重塑层的构建思路与方法:(1)通过空-天-地一体的地质勘查与监测手段,对矿山开采后的采坑、采坑边坡和渣山等情况进行系统的勘查、监测和评估。(2)根据治理对象的不同,对修复的目标地质体进行分类,本次依据边坡坡体岩性变化和岩层倾向与坡向的关系,将岩质边坡分为4类13型。(3)通过理论计算结合现场勘查测量,确定不同修复地质体的地形重塑层形态与产状。(4)通过覆土复绿,实现采坑、渣山依形就势的综合治理和矿山地形地貌的修复。以青海木里矿区为例,系统论述了地形重塑层构建与修复技术:对采坑坑底的修复,考虑挖损采坑深度和地形现状,设计合理的坑底样式,防止出现二次滑坡或坍塌等地质灾害;对边坡治理与修复,通过理论计算和野外现场观测,确定木里矿区边坡稳定的合理坡角应小于26°,治理时根据不同岩质边坡类型,采用清坡处理、修筑台阶状边坡等方法,保证采坑边坡稳定和后期植被复绿;对于特殊的渣山边坡治理,需要通过构建坚硬的地形重塑层,形成类似鸡蛋壳一样的渣山外壳,以起到稳定地形地貌、防止水土流失和涵养水源的作用。利用遥感影像数据对比治理效果,治理前矿区地形杂乱,边坡坡角大且不稳定,植被退化,经地形地貌重塑治理后,矿区边坡的坡角基本都处于26°以下,植被长势良好,治理效果显著。提出的地形重塑层构建方法和修复技术为高原高寒矿区生态治理和矿山地形地貌的修复提供了新的治理思路与方法。

辽宁省矿山地质环境评价与治理分区研究

辽宁省矿产资源丰富,在带动当地经济发展的同时也带来一系列的矿山地质环境问题。本文基于辽宁省矿山遥感监测结果,在摸清辽宁省矿山地质环境现状的基础上,结合成熟的矿山地质环境评价体系,运用层次分析法,对辽宁省进行了矿山地质环境评价。根据矿山地质环境影响评价结果,结合矿山地质环境发展趋势,按照分区原则,提出辽宁省矿山地质环境恢复治理分区方案和治理建议,以期为相关部门部署矿山生态恢复治理和环境保护工作提供技术支撑和决策依据。

衡阳市常宁水口山矿区生态环境问题及生态修复对策探讨

水口山矿区矿产资源丰富,开采历史悠久,矿业的繁荣也伴随着地质环境问题的发生,与现行的生态文明建设背道而驰,亟须开展全面的生态环境修复工作。本文分析阐述了水口山矿区存在的主要矿山地质环境问题,以“人与自然和谐共生”的理念为指导,遵循“因地制宜、分类治理”的原则,开展矿山环境保护与治理、资源综合利用和污染防治、土地复垦和地质灾害防治、三废治理与循环利用的生态修复,可为同类矿业集中开采区的生态修复工作提供重要的参考。

河南栾川县钼矿区周边农田土壤重金属污染特征与健康风险评价

【研究目的】栾川县是中国典型钼矿集中开采区,查清钼矿区周边农田土壤重金属污染状况对区域环境污染防治、矿山生态修复以及矿业可持续发展具有重要意义。【研究方法】在典型钼矿区周边赤土店镇范围内农田采集表层土壤样品54件,分析其重金属Cd、Cu、Zn、Pb、Hg、As、Cr、Ni含量及空间分布特征,采用地累积指数法、潜在生态风险指数法、健康风险指数法开展重金属污染评价、生态风险及健康风险评估。【研究结果】研究区农田土壤中Cd、Cu、Zn、Pb含量平均值超过农用地土壤污染风险筛选值,是区域农田土壤主要污染重金属元素,As仅个别点位超标,Hg、Cr、Ni未超标;空间分布特征显示:钼矿开采集中区较近的A区是Cd、Cu、Zn、Pb含量高值的主要分布区,随着距离的增大,到B区和C区,含量呈逐渐降低趋势,元素超标率A区>B区>C区;以河南省表层土壤背景值为标准,Hg、As、Cr、Ni地累积指数平均值均小于1,表现为无污染至轻污染,Cd、Cu、Zn、Pb污染较为严重,Cd达到中污染至重污染,Cu、Zn、Pb主要为轻污染至重污染水平,污染程度Cd>Pb>Zn>Cu,其中A区污染程度最高,B区次之,C区相对较低;重金属潜在生态风险以轻微生态风险为主,少量为中等生态风险,其中A区潜在生态风险高于B区和C区,以Cd元素最为突出;研究区农田土壤中各元素非致癌健康风险指数均小于1,从大到小依次为Cr>As>Pb>Ni>Cd>Cu>Zn>Hg,致癌健康风险指数均小于1×10^(-4),从大到小依次为Ni>Cr>As>Cd,属于可接受风险水平,其中儿童的致癌和非致癌健康风险指数均高于成人。【结论】钼矿区周边农田土壤中Cd、Cu、Zn、Pb存在一定程度的污染,达到中污染至重污染水平,但整体生态风险较低,非致癌和致癌健康风险均在合理范围内,人群受土壤中重金属的影响患癌症和非致癌疾病的风险较低,其中儿童对重金属更为敏感,更容易受到重金属危害,因此需要加强保护。

新时期榆林煤矿区生态保护修复与综合治理策略及路径探索

榆林作为陕北地区国家能源基地的重要组成部分,在过去30余年为中国经济社会发展作出了重要贡献。然而,煤炭资源开发不可避免地给当地生态环境带来了采空区塌陷、土地与水资源破坏、生态退化等诸多问题,且目前因煤炭规模开发的负面效应持续加剧着矿区水资源、土地资源的破坏以及生态系统韧性的下降,已然威胁到榆林经济社会的可持续发展及国家能源资源的长远安全。多年来,榆林煤矿区在地质环境治理方面形成了一批可复制、可推广的经验和模式,但目前仍然呈现出整体效果不显著、基金使用率低、实施阻力大、系统设计受限、顶层规划缺乏等“五个问题”的困境,多元化治理模式和相应的政策机制也尚未形成合力。为解决这一实际,本研究在剖析煤矿区生态问题现状及生态修复工作面临问题及原因的基础上,结合煤矿区治理现状及乡村高质量发展需求,创新形成了“1个目标、2个底线、3个空间、4种模式”的榆林市煤矿区综合治理系统性解决策略,建议了3项创新机制以及“三步走战略”的具体实践路径,总结了适用于榆林煤矿区生态修复+N的综合治理模式清单,最后从政策、技术、管理等方面提出了对策建议。研究结果有助于为下一步系统性、整体性指导榆林市各煤矿企业开展矿山生态保护修复工作提供借鉴,切实促进煤矿区生态保护修复走向多元化综合治理模式、走向社会-经济-生态协调的绿色发展新格局。

泰安市角峪地区废弃矿山地质环境问题及治理措施

泰安市角峪地区3个废弃矿山分布于角峪镇,即鲁西村治理区、泉上村治理区、牛角村治理区。通过废弃设备、厂房的拆除,立面治理,清理整平,覆土绿化等治理措施,消除矿山地质环境问题,实现废弃矿山的综合开发利用,为当地的土地利用可持续性发展及生态环境提供有力的生态保障。

江西西华山钨矿生态修复方案探讨

西华山矿区历经百年开采,造成大面积的地表景观损毁、生态破坏,对矿区生态环境、可持续发展构成较大威胁。在对西华山矿区地质环境详细调查的基础上,分析阐述了西华山矿区主要地质环境问题。遵循因地制宜、循序渐进的原则,针对整个西华山矿区进行生态修复布局。采用地质灾害防治、地貌恢复、边坡绿化的技术方法,提出了修复边坡生态、建设矿山公园的生态修复方案。生态修复工程将对改善当地环境、促进地方经济发展具有重要意义。

桂林地区石灰岩矿山地质环境问题治理分区研究

随着近些年对石灰岩矿产资源的需求不断增加,桂林地区石灰岩的开发强度不断扩大,矿山地质环境问题越来越突出。因此,以桂林市大神山石灰岩矿山为研究区域,基于无人机倾斜摄影技术获取准确的数据信息,通过组合赋权模型建立矿山地质环境问题治理分区评价指标体系,利用Arc-GIS栅格评价单元划分法实现矿山地质环境问题治理分区综合评价。划分出3个等级的治理区域,并提出立体绿化法的针对性生态修复技术方案,对实际的治理工作提供参考作用。

煤矿区地质环境调查及其综合评价

对煤矿区的水体、土壤、煤矸石分别取样,分析了样品中各类元素含量,并基于生态危害指数评价方法对各区域的污染程度进行了综合评价。结果发现,水质与国家标准Ⅰ类水质相比较存在很大差距,Cu、Pb、Cr、Cd元素分别超标了37倍、65倍、15倍和300倍,P元素超标了17倍;与该地区土壤元素背景值进行比较,Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、V、As、Hg、Ni、Co元素均有超标,超标在1.2~2.6倍。对26个土壤样品利用生态危害指数方法进行综合评价,发现严重污染、重度污染、中度污染和轻度污染所占比例分别为0、11.54%、61.54%和26.92%,煤矸石中关键元素的含量与土壤基本类似。基于综合评价结果,对于不同污染程度的区域,可以采用分区治理的措施提升煤矿区地质环境治理效果。

矿山地质环境评估及其防治工程设计--以宜阳君伟煤业为例

为了避免和减少矿产资源开采活动中对矿区地质环境破坏,提高矿产资源利用效率,实现矿产资源开发与地质环境保护协调发展,以宜阳君伟煤业为例,对其矿山地质环境进行了评估,评估区面积0.8481 km^(2),评估区为较重要区,矿山地质环境条件复杂程度为中等,确定评估级别为二级。现状评估认为现有工业场地为较严重区,其他为较轻区。预测评估认为未来采空塌陷区为严重区,现有工业场地为较严重区,其他为较轻区。根据评估结果,将未来采空塌陷区划为重点防治区,现工业场地划为次重点防治区,其他为一般防治区。并对其防治工程进行了设计,主要包括矿山地质环境保护工程和矿山地质环境恢复治理工程。应用所设计的环境治理方案后,矿山地质环境得到了保护和恢复,减少了矿山地质灾害所造成的巨大损失,提高了矿山企业生产效率,降低了生产成本。

锦卓煤矿矿山地质环境影响评估研究

为了最大限度地减轻矿业活动对土地资源和地质环境的影响,实现矿山土地复垦和地质环境的有效保护治理,以锦卓煤矿为例,评估了该地区地质环境影响。首先对矿山地质环境影响评估范围进行了划分,以矿区东、北、西侧边界,南侧根据二1煤层的开采影响范围外扩345 m作为评估边界,评估区面积为136.41 hm2,分别对现状、未来预测、地质灾害危险性综合分区进行了评估。研究得出,该矿山地质环境影响评估分级为“一级”;现状评估认为,采矿活动在地面塌陷区对土地资源的影响程度为严重,在工业场地对矿山地质环境的影响程度为较严重;预测评估认为,预测采矿活动在塌陷区和预测塌陷区对矿山地质环境的影响程度为严重,工业场地对矿山地质环境的影响程度为严重,根据该矿山地质环境影响评估结果,将预测塌陷区和工业场地划为重点防治区,其他区划为一般防治区。研究可为后续矿山环境恢复治理提供技术支持。

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。