遥感技术在矿山地质环境监测中的应用 程鹏

发表时间:2021/7/28   来源:《中国科技信息》2021年9月上   作者:程鹏
[导读] 随着经济的不断发展,科学技术也与之进步,遥感技术得到了快速发展和广泛应用。

华北水利水电大学  程鹏

摘    要:随着经济的不断发展,科学技术也与之进步,遥感技术得到了快速发展和广泛应用。在矿山地质环境监测中,利用遥感技术了解环境问题的危险源和成因,为重要矿集区矿产资源开发利用情况的监测提供实时数据和技术支持,进而为矿产资源可持续开发利用提供参考。
关键词:遥感技术; 矿山环境; 监测;应用
        1 矿山地质环境呈现的主要问题
        1.1 资源问题
        随着经济发展的需求,矿山的开采量也逐步扩增,这也就造成资源环境被持续破坏。矿山开采过程中会持续破坏土地资源和植物资源,影响农田耕作和地表植被生长,长期作用下会改变地貌并引发景观生态变化。矿山开采造成的矿体资源或矿业固体废物集中堆放在露天环境中,不仅会占用大量土地资源,而且会污染土地和地下水资源,给生态环境造成极大破坏。这些矿业固体废物化学成分复杂,处理难度较大,一般可采用物理法、化学法、植物法、土地复原和再植法及综合利用法进行处置,但生态环境的修复往往需要更长的时间,在这期间可能会对区域居民及生活环境造成不利影响。
        1.2 地质环境问题
        1.2.1 滑坡灾害
        矿山地质滑坡灾害的形成可以从两个方面来分析,一是露天开采过度,超过了生态环境的负荷,严重破坏了矿山植被层,从而失去了对地表土层的固定作用,在外力作用下极易造成滑坡;二是采空区导致岩、土体应力改变后发生变形,诱发地表地貌整体蠕动变形滑移,在局部堆积后极易失稳发生地质滑坡现象。
        1.2.2 地表灾害
        矿山地质地表灾害的发生,大多是由于矿山开采选用井工开采方式,引起地面沉降或地形发生变化。这类灾害的发生,主要原因是矿井开采形成的采空区会引起上覆岩层断裂、移动,并逐渐向上扩展,到达地表时造成地表塌陷。矿井开采也会导致地下水循环变化,严重影响地质层间的平衡,从而加速塌陷进程。
        1.2.3 地裂缝灾害
        地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下产生开裂,并在地面形成一定长度和宽度的裂缝。裂缝的出现会对矿区的地表构筑物和基础设施造成破坏,严重时会造成构筑物垮塌,危害居民生命、财产安全。另外,地面塌陷和裂缝还会影响耕地种植,严重时还会造成土地撂荒现象。
        2 遥感技术概述
        2.1 遥感监测技术
        遥感监测技术主要是利用电磁辐射来接收和记录光学或电子探测目标所辐射的信息,然后对其进行处理和成像。将遥感监测技术应用于矿山地质环境监测过程中,通过运用光学摄影、红外扫描、多光谱扫描和激光雷达探测等手段,可在较大范围内得到准确的监测结果。矿山地质环境监测可通过建立计算机处理平台,对矿山及其周围地质环境进行调查分析,采集相关数据,并将信息数据输入计算机系统对其精细化分类处理,然后将处理后的数据通过云平台进行实时共享。
        2.2 遥感技术在矿山地质环境监测中的运用及前景
        运用遥感技术对矿山地质环境进行监测,主要是以矿产卫片遥感解译为基础,根据相关分类知识对高空间分辨率遥感监测结果进行分析,从而获取影响矿山地质环境的因素并进行预警。比如在泥石流监测过程中,如果无植被覆盖,将会增加泥石流的发生率。因此在对植被覆盖数据进行分析时,应采用科学的方法对地表岩石情况进行了解。如果岩石的耐风化能力较低,且所在位置有大量松散物质时,则有可能发生泥石流。
遥感技术在许多领域得到了广泛应用,具有良好的应用前景。


在矿山地质环境监测实际应用中,根据矿山的实际情况选择合适的监测方法,采用多种技术对矿区地表沉降、滑坡监测、地裂缝、煤田自燃、土地利用变更调查、生态修复的可行性和实际效果进行监测和评价,从而保证监测结果的科学性。
        3 遥感技术在矿山地质环境监测中的具体应用
        3.1 对矿山崩塌的遥感监测
        矿山塌陷是一种严重的破坏性现象,多发生在陡峭的斜坡或悬崖上,由某些岩土或陡坡土层在重力作用下发生坍塌而引起。利用遥感技术进行矿山环境监测时,成像图中塌陷部分的图像边缘往往为弧形或线形,向阳坡段的成像颜色较浅,背光坡段的成像颜色较深。ETM和TM图像虽然能真实反映监测矿山的地质情况,但在山体崩塌地区仍存在一定的缺陷。为了弥补这些不足,可采用SPOT-5图像和高分系列卫星成像图,这类图像可清晰地显示塌陷区的边界线。
        3.2 在采空塌陷区的遥感监测
        利用遥感技术对塌陷区进行探测时,遥感图像可以明显地呈现塌陷区的图像,或椭圆形,或环形光斑图像。此时,由于矿物元素含量和崩塌深度的不同,TM图像中呈现的崩塌区图像会由于塌陷深度不同、矿物元素含量差异而具有不同的明暗特征。在矿山采空塌陷区,周围的地质环境也与其他地方不同,此时可采用阈值法采集塌陷区信息,然后结合全色波段和SPOT213波段显示边界图像,也可以对地质环境的变化做出相应分析,为采空塌陷监测和治理决策提供依据。
        3.3 对矿山污染的遥感监测
        矿山地质环境监测包含对矿山开采过程中产生的废水、废气、废渣进行监测。如果这类废物处置不当,将造成严重的环境污染。利用遥感技术进行监测时,TM543波段图像上会出现明显的亮白色或暗红色斑点,相关人员可以根据这些图像针对性地进行详细调查并提出处置方案。运用SPOT5多光谱图还可监测矿山排出的废水,分析判断水中的化合物,监测其对地表和地下水的污染。
        3.4 对地貌景观的遥感监测
        矿山开采活动会改变矿山原有的地形地貌特征,造成山体破损、岩石裸露、植被破坏等现象。露天采场和固体废弃物的堆放场也会对矿区地貌景观造成改变与破坏,若得不到科学的处置,必然会对周边的生态环境造成严重影响。利用遥感技术进行监测时,可重点监测固体废弃物的堆放形式、场地地貌和植被恢复情况,通过数据处理、人机交互解译、野外拍照取证、成果数据库管理等流程实现监测信息流程化和自动化。
        3.5 对矿山地质灾害的评估及预警
        遥感技术用于矿山地质环境监测时应重点关注裂隙、地表沉降变形、泥石流、矿山滑坡等地质灾害,并利用高空间分辨率和多时相数据对致灾环境和承灾对象进行信息化、智能化管理。要根据不同区域、不同矿山类型的数据信息制定地质灾害分类标准或处置规范。在遥感监测数据的基础上,利用大数据技术和人工智能算法,对遥感监测收集的数据信息进行自动解译分类、入库信息化管理。根据分类标准和相关规范划分灾害类型、等级及定制应急预案,根据历史数据对灾害进行预警,以保证矿区居民的生命财产安全和矿山的安全、绿色开采。
        4 总结
        综上所述,采矿过程中难免会对自然生态环境造成影响,可见对矿山地质环境的保护迫在眉睫。利用遥感动态监测技术可以有效地探测矿山环境并提取有效数据信息,并以此为依据采取相应措施,积极改善矿山开采带来的不利影响,促进我国采矿事业的健康发展。
参考文献
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