【摘要】 大規(guī)模、高強(qiáng)度的煤炭資源開采活動(dòng)，加劇破壞了煤礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境，引發(fā)了一系列的地質(zhì)災(zāi)害，中遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)分別在采煤沉陷調(diào)查、煤礦區(qū)水資源監(jiān)測(cè)及煤礦火災(zāi)三個(gè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用，并取得了明顯經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】 遙感技術(shù);采煤沉陷區(qū);煤礦區(qū)水資源;煤礦火災(zāi)

一、煤礦區(qū)主要的環(huán)境地質(zhì)問題

在內(nèi)蒙西北地區(qū)，煤礦開采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題十分嚴(yán)重，是所有礦產(chǎn)工業(yè)類型中礦山環(huán)境地質(zhì)問題最為嚴(yán)重的一種類型。西北地區(qū)煤礦以地下開采為主，其產(chǎn)量約占煤炭產(chǎn)量的96%。隨著礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題日益嚴(yán)重，航天遙感技術(shù)在超前處理煤礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害中，取得了明顯經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益和社會(huì)效益。

二、煤礦區(qū)采空沉陷區(qū)及邊界圈定

目前來說，內(nèi)蒙地區(qū)煤礦開采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題十分嚴(yán)重，西北部的煤礦以地下開采為主。采煤工作面頂板絕大部分采用陷落法，回采過程中巷道及采空區(qū)的圍巖支護(hù)是臨時(shí)性的，當(dāng)開采后的采空區(qū)頂板失去支撐，頂板的拉張應(yīng)力超過該巖層的抗拉強(qiáng)度時(shí)，原始地層應(yīng)力平衡被破壞，產(chǎn)生向下彎曲和移動(dòng)，發(fā)生斷裂和破碎并相繼冒落，致使上覆巖層相繼向下彎曲、移動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生斷裂和斷層形成地表裂縫、沉陷帶、沉陷區(qū)等地質(zhì)災(zāi)害。尤其在第四系覆蓋層較厚的平原區(qū)，由于數(shù)十年采煤活動(dòng)的頻繁，小煤窯無組織粗放型的經(jīng)濟(jì)開采行為，常常造成局部出現(xiàn)地裂縫并伴有區(qū)域性大面積的地面沉陷，這種變化兼有漸變和突變的特點(diǎn)，形成規(guī)模也相差懸殊。采煤礦區(qū)沉陷的發(fā)生與煤層的賦存條件(埋深、產(chǎn)狀、厚度)和開采狀況(層位、深度、圍巖、邊界條件)及自然環(huán)境(降雨、地震)等因素有關(guān)。一般來說，開采深度越大，變形擴(kuò)展到地表的時(shí)間越長，地面變形越小;開采空間越大，地表變形越大，并逐步擴(kuò)大形成比采空區(qū)大的沉陷區(qū)(盆地)。

三、煤礦區(qū)水資源問題及其監(jiān)測(cè)手段

(1)煤礦區(qū)水資源問題。產(chǎn)于鄂爾多斯盆地周邊的石炭一二疊系中的煤田，其下部是奧陶系石灰?guī)r，上部為侏羅系砂泥巖，屬干旱盆地嚴(yán)重缺水地區(qū)。礦井疏干排水導(dǎo)致地下水均衡系統(tǒng)破壞，地表水量減少，地下水位下降。1997年以來，陜西神府煤田開發(fā)區(qū)的不少河流斷流，如2000年窟里河斷流75天，2001年斷流106天。由于煤礦采空區(qū)裂縫遍布，最寬達(dá)2m多，局部地區(qū)地面下降2～3m，導(dǎo)致原流量達(dá)7344m3/d的雙溝河已完全干枯。煤礦開采外排的礦井水、洗(選)煤水及煤矸石淋濾水的酸性及礦化度都比較高，從而造成了地下水的污染，加劇了礦區(qū)環(huán)境用水的危機(jī)，尤其是水體較為發(fā)育的地區(qū)，礦區(qū)水污染問題已十分嚴(yán)重。(2)水污染監(jiān)測(cè)手段。把衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用于這個(gè)領(lǐng)域，先取得煤礦區(qū)的航片圖像，并在圖像處理時(shí)突出水體分布及所受影響程度，這些信息是進(jìn)行礦區(qū)水體污染研究的關(guān)鍵。一般是通過增強(qiáng)方法來突出水體分布、增強(qiáng)水體邊界，取得較好的水體邊界效果。對(duì)于水體層次的處理，主要用密度分割的方法，對(duì)TM波段中的水體進(jìn)行分級(jí)，層次性非常明顯，從而為建立水資源污染遙感解譯標(biāo)志和宏觀調(diào)查研究區(qū)地表水的污染程度以及圈定水污染范圍提供重要依據(jù)。

四、煤礦火災(zāi)問題及探測(cè)技術(shù)

(1)煤礦火災(zāi)情況。內(nèi)蒙地處北方干旱氣候條件環(huán)境，煤田火災(zāi)的歷史由來已久，特別是近年來煤礦開采管理的不規(guī)范，星羅棋布的小煤窯亂采亂挖，造成礦山地下煤火燃燒和煤層自燃火災(zāi)日趨嚴(yán)重。造成了寶貴資源的大量損失，不但危及煤礦的生產(chǎn)安全，而且煤火長期污染大氣空間環(huán)境，影響和破壞人類的基本生存條件，烏達(dá)煤礦區(qū)火區(qū)屬礦井火，是區(qū)內(nèi)煤田火災(zāi)較為嚴(yán)重的地區(qū)之一。目前仍在燃燒的火區(qū)有三處，共16個(gè)火點(diǎn)，燃燒面積349.61萬m2，燃燒沿礦區(qū)淺部形成一條長約12km的火龍，著火區(qū)常年煙霧繚繞，向天空排放CO2、SO2，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，影響周圍植被生長和居民正常生活。直接損失原煤3026.7萬噸。桌子山煤田現(xiàn)有27處起火，燃燒面積883.66萬m2，其中位于烏海市境內(nèi)的有13處火區(qū)，燃燒面積504.58萬m2。鄂托克旗境內(nèi)的有14處火區(qū)，燃燒面積379.08萬m2。受火區(qū)影響的人口有近20萬，已經(jīng)嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境，損失了寶貴的煉焦用煤資源，人民正常生活質(zhì)量和煤礦安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。目前火區(qū)仍未得到有效治理，火勢(shì)仍在繼續(xù)蔓延，因此解決煤火問題迫在眉捷。(2)煤礦火區(qū)探測(cè)。隱伏火區(qū)地表一般無火區(qū)指示特征，地表無法確定火區(qū)的范圍和燃燒情況，只有在燃燒強(qiáng)烈的火區(qū)有時(shí)地表能見到熱汽、青煙等。對(duì)于隱伏火區(qū)的探測(cè)也可以應(yīng)用到遙感技術(shù)，通過多年大量的野外觀察和數(shù)據(jù)測(cè)試發(fā)現(xiàn):自燃后煤層結(jié)構(gòu)、地球化學(xué)場(chǎng)、地球物理場(chǎng)都發(fā)生顯著變化。以地球物理場(chǎng)在發(fā)火前、發(fā)火中和發(fā)火后的全過程中變化最為明顯。

伴隨著近些年來航空航天遙感、GPS和其他遙測(cè)技術(shù)成熟并迅速推廣應(yīng)用，相信這些手段定將在我區(qū)煤礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)空模擬、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中發(fā)揮著更為重要作用。