基于GIS的矿山地面沉陷分析研究

【摘要】:矿产资源的大规模开发和利用，极大地推动了人类经济和社会的发展，在矿山开采过程中，经常会出现地面沉陷的现象，给人们的生活和居住环境造成了很大的影响，为有效地控制和减轻沉陷程度，减少不必要的影响，减轻或避免环境灾害，有必要对矿山地面沉陷进行分析，对矿山开采引起的地面沉陷造成的损失进行预测评估，提出了具体可行的治理对策。

【关键词】：GIS；矿山地面沉陷；分析研究

中图分类号：TD167文献标识码： A 文章编号：

引言

随着经济的快速发展，GIS技术日益成熟，其应用范围越来越广泛，特别是在大地测量、工程测量、地壳形变测量等多个领域内，GIS技术起着至关重要的作用。近些年来，矿山在开采的过程中，其采空区沉陷现象较为普遍，影响矿山开采的正常进行，鉴于此状，各个企业开始着手于这一方便的研究，目前已经形成一定的检测方法。

一、我国开采现状

地下矿产资源的开发开采在给我们带来巨大社会经济价值的同时，也对土地资源及建筑物、构筑物造成破坏，影响到整个环境系统，留下塌陷的采空区和荒芜的采矿场。我国是产煤大国，每年因煤炭开采造成的塌陷土地有2.4万公顷，平均每采1万吨煤炭就有0.2km2土地坍塌，至1990年底，我国已有30万公顷土地因煤炭开采而坍塌，然而这个数据竟在近20年内被翻了一番。土地沉陷不仅影响整个环境系统，也影响到人们正常的生产生活，还会对人类的生命安全造成一定的损害。因此，必须采用新思路、新方法，提高地表沉降预测的准确性，控制地表沉陷引起的破坏，为社会的和谐发展提供技术支撑。

二、矿山开采沉陷带来的环境灾害问题

1、矿山开采过程中出现沉陷的原因

人为活动是导致在矿山开采出现沉陷的主要原因，特别是进行地下采掘活动时，矿山容易出现采空区，在开采过程中上方岩、土体也就没有良好的支撑，最终导致地面塌陷，甚至出现安全事故等严重后果。我国许多的矿区都有矿山沉陷现象的发生，建筑物、交通设施、水利设施、道路、农田等在很大程度上受到了破坏，甚至引起山体滑坡和崩塌现象，导致安全事故的发生。

2、开采沉陷造成的环境破坏

由于社会发展的需要，对资源的需求和消耗很大，对资源的开采强度也不断增大，不可避免的破坏矿山及其周围环境，从而出现了一系列的环境问题，矿山开采造成的岩层和地表沉陷是这些问题出现的主要原因。造成的主要环境危害有：农田塌陷和水土流失，使破坏后的土壤严重退化，可耕面积减少；土地地表湿地、沼泽和湖泊化，造成农田的减产或者绝产；矿山开采沉陷造成交通设施、水利设施、输电线路、地面建筑物等的破坏；矿山开采沉陷造成的环境恶化和土地破坏，恶化了矿山及周边地区的生产、生活条件和环境，给矿区居民的生活造成了严重的影响，破坏了人们的居住环境,降低了居民的生活水平；矿山开采沉陷严重的地区，不适宜人们居住时，人口迁移和村庄搬迁重建不可避免，导致社会矛盾的出现。

3、开采沉陷造成的经济损失

开采沉陷造成的环境的破坏，直接造成设施的破坏、产量或质量下降所引起的损失,为改善和恢复环境的功能或防止环境破坏采取了各种措施,环保措施的费用即改善和保护环境所付的各种费用。

三、矿山地面沉陷分析的GIS采用

1、建立矿区数据库

建立与矿山有关的测绘、地质、物探、化探、遥感、试验、水文条件、环境条件、生产条件、工程条件等数据和资料的矿区数据库,处理、分析、储存、查询各种信息的的速度提高，提高工作效率，有效的保证了矿山信息管理的统一性、科学性、实时性、实用性和高效性,对矿区的环境条件有一定的掌握，保障企业的管理效率，可以制定沉陷预防措施。

2、实现矿山二维地质图件自动编绘

实现矿山资源勘查、采掘所需的各种地质图件（钻孔综合柱状图、矿床勘探剖面图、矿山地质图、矿田构造纲要图、矿体分布平面图、矿床水平切面图、矿石品位平面分布图、各种伴生元素分布平面图,以及各种曲线图表）的计算机辅助设计和自动绘制，准确掌握矿区信息，做好防控工作。

建立数字矿山

数字矿山对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，以计算机为主要手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于各个生产环节与管理和决策之中。GIS的组成模块中的数据输入、存储、处理和传输能较好的融入数字矿山的建立，提高矿山企业效率、减少沉陷现象的发生、保证人员健康安全和增加经济效益。

4、三维地质建模

三维地质建模属于3DGIS的研究范畴，是对二维的扩展。其形成是含有复杂地质结构和矿体成分结构参数的三维数字矿床模型,实现矿床观测和分析数据的三维可视化,为制定沉陷预防措施及综合利用等重大问题的研究和决策提供基础。实现具有坡度、储量和采剥比功能的三维可视化环境和操作平台,有利于矿山地质分析、资源预测和采掘设计工作的开展,制定矿山规划和采掘计划、采剥计划、运输计划等,确保进度的同时，能进行实时边坡管理、巷道管理和安全管理，减少沉陷的出现。

5、应用于三维可视化计算和表达

在三维空间模型的基础上利用多种储量计算方法,快速、准确地对矿床和矿体最低可采品位的分布及其相应的储量进行三维可视化计算和表达,实时提供多个开采方案,减少错误的开采，从而避免沉陷的出现，为公司决策层进行快速比较选优创造条件。

6、进行动态监测

利用GIS来对土地进行规划。对矿山进行动态监测的方式主要是遥感动态监测方法。工作主要是要将发生变化的图版勾勒出来，将结果与往年的数据进行叠加分析。从叠加分析得出的结果用来为决策提供依据。主要功能就是要进行数据输入、变更分析以及数据输出。而变更分析又是整个系统的核心。有了这个系统，用户就可以直接根据过程库的结果来生产各种各样的统计表，用这些统计表判断各种数据的准确性，这是一种准确率十分高的判断方法。如果在数据确认无误之后就可以进行图斑的合并操作，而且还可以将合并过程库中的一些被分割的变更图斑合并，这样就可以得到一个新的图斑，进而得到一个新的现状图层。同时，我们还可以将这些现状图层发生变化的图斑存在历史库中，这样就可以方便今后的查找和回溯。如果一旦发现更新现状后出现有误操作，那么用户就可以根据历史库里面的资料将现状数据恢复到初始的状态。

7、应用于开采执法监察

开采执法监察有以下几项内容，分别是对矿山管理法律、法规的执行情况进行督察和检查，并且对违法者要依法进行有效的制裁。要是具体来讲，又分为两方面的内容，一方面就是要对行政主管部门进行是否依法履行职责的情况进行监督和监察。二是要对所有者以及使用者，要依法监督检查他们是否依法合理的利用了土地。应该要预防和制止一切违法占地以及侵害土地合法权益的行为。

在其中我们也可以通过3S技术构建的执法监察系统，从而有效的提高执法监测的水平。这样，土地利用监测系统就可以将违法用地的发现、定性以及查处的整个过程融合为一体。并且还可以利用精确可靠的GPS的手持设备，以此来完成对违法用地的发现并且可以实时传输一些有效的信息，这样可以用来接受社会的广泛的督察。

结束语

随着科技的快速发展，各项测量技术日益成熟，GIS技术在多个领域的应用越来越广泛，已经深入到社会的各行各业中，如土地管理，电信，电力，水利，城网，火灾，交通和城市规划等。作为一个采矿大国对于能源的需求和消耗量仍很大，加速了对矿山的开采力度，由于科学技术含量有限，开采沉陷等矿区地质灾害时常发生，GIS应用于矿山中能有效地控制沉陷程度,减轻或避免环境灾害。

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