广东石人樟钨矿矿山采矿塌陷区提取及成果应用

吴寿江，龚 梅

(贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550005)

1 引言

地下开采矿山在采矿过程中造成的塌陷坑、地裂缝、积水坑等地质环境破坏，已成为影响矿山及附近村民健康、生活、经济发展的突出问题，引起国家及地方政府部门的重视，积极投入人力、物力、财力开展研究与治理，塌陷区作为矿山地质生态环境的重要组成部分，国家颁布了《矿山地质环境保护规定》，实施《矿山地质环境保护与治理规划》，推动了矿山环境恢复治理，一定程度上改善矿山生态环境，但矿山地质环境恢复治理仍不适应新形势要求，特别是地下开采引起的塌陷、地裂缝，治理难度高，治理成本大，对矿山地质环境造成破坏仍然严重，严重影像地质生态景观与矿山发展。

采空塌陷区是指矿层采空后顶板覆岩易崩塌冒落，发展至地面造成地面变形而形成的塌陷坑(杨金中等2011)。本文利用两期Spot6遥感影像对广东省石人嶂矿山塌陷坑、地裂缝进行判读解译，然后圈划塌陷区范围，即解译采矿引起的塌陷、地裂缝等地质灾害，在充分对比两年度的各种灾害图斑变化情况及分析，从而圈定该矿山塌陷区的范围及发展趋势，力求全面、较真实的反应矿山塌陷区，为政府相关部门对该矿山环境治理提供基础数据与科学依据。

2 研究区概况

广东省韶关市石人嶂钨矿矿山位于韶关市始兴县深渡水乡下村，矿区总面积为2.816 2 km2，开采日期为2016年6月—019年6月，为地下开采矿山，矿权范围东经114°06′31″～14°08′12″，北纬24°47′54″～24°49′19″。区内年降水量1 600 mm左右，水系发育较高，为浈江、流墨江与澄江，水资源丰富，海拔300～1 025 m，高山陡坡地貌，属于亚热带季风气候(冯经平等2011)。矿区地质为寒武系与奥陶系浅变质碎屑岩系的变质砂岩与砂质板岩(胡孝奎等2011)。

3 技术方法

1.遥感影像制作。收集2017年、2018年两期遥感影像数据，影像分辨率为优于2 m，采取遥感数据与多源数据相结合，对遥感影像进行拉升图像增强，制作最佳解译的遥感图像。 2.针对性地对遥感信息进行多层次技术筛选、信息综合分析等，进行矿山信息分析，制作塌陷坑、地裂缝解译标志，排除矿山开采固体废弃物、中转场干扰。3.圈定塌陷坑、地裂缝，进行三维直观展示分析，计算两年度塌陷坑、地裂缝面积与长度。4.根据解译结果，对比两年度各因素变换情况，分析塌陷发展性趋势，圈定矿山塌陷区范围，为相关部门提供基础数据与技术支撑(见图1)。

图1 矿山塌陷区圈定方法流程

4 遥感解译标志建立

塌陷坑、地裂缝集中分布是采空塌陷区形成的直接解译标志。根据石人嶂矿山地质地貌特征和解译标志，开展塌陷坑、地裂缝专题的遥感解译工作，排除矿山固体废弃物与中转场的干扰，解译方法如表1。

表1 遥感影像解译特征表

5 解译结果

5.1 信息提取

根据遥感影像解译，分别就地裂缝、塌陷坑两个专题内容进行解译、综合分析。

通过两年度遥感解译，共解译9条地裂缝，2017年总长度1 365.49 m，2018年总长度较2017年增加了297.54 m，其中增加的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ号，见表2。通过数据对比，此四处地裂缝有进一步开裂趋势。

表2 两年度塌陷坑面统计表 单位：m

两年度共解译16个塌陷坑，2017年总面积35 585.46 m2，2018年总面积较2017年增加了3 854.99 m2，其中增加的C、D、E、G、I、K、O、P号，变化最大的是P号，面积增加了1 542.04 m2。通过数据对比，此八处塌陷坑发展趋势继续向周边扩大。

表3 两年度塌陷坑面统计表 单位：m2

续表

塌陷坑编号2017年2018年两年差值J493.25493.250.00K1 224.571 682.50457.93L225.49225.490.00M651.79651.790.00N282.06282.060.00O192.85556.32363.47P661.622 203.661 542.04合计35 585.4639 440.453 854.99

通过数据对比分析，对广东石人樟钨矿矿山采矿塌陷区进行综合研究，圈定了塌陷区范围，总面积为617 047.23 m2。

5.2 三维展示

利用2017年、2018年Spot6遥感影像进行三维展示，如图2，图3。

图2 2017年三维影像图

图3 2018年三维影像图

直观的对比，立体反应了广东石人樟钨矿矿山采矿塌陷区范围，清晰的反应了塌陷坑、地裂缝分布，图2为2017年影像，图3为2018年影像，有效的为相关部门对塌陷区治理提供真实有效直观的数据。

6 综合分析

地裂缝

该矿山地裂缝是矿山开采过程中矿层挖空，地表岩、土体在自然与人为因素作用下，逐渐产生开裂，并在地面形成裂缝的，随着矿山开采剧烈与时间推移，并慢慢变长变宽，直接在高分辨率影像上显现出来，开采越剧烈，短时间变化越大，两期遥感影像特征表现越明显，对矿区生产活动造成危害越大。

塌陷坑

地面塌陷是指上覆岩层发生破坏.岩土体下陷或塌落在地下空洞中，并在地表形成不同形态的塌坑，这种现象称为地面塌陷。在塌陷区往往伴随有围绕塌坑的若干裂缝，形成大小不等的环形或弧形开裂。由于下陷的不均一性，有时候在塌陷区内形成一些起伏不平的鼓丘或不规则开裂。人为导致土被、植被消失，使其下隐伏的石芽、洼地、溶沟等喀斯特岩溶地貌暴露地表，形成人为石漠化景观。

塌陷区

在遥感图像上，矿山塌陷坑、地裂缝集中或者规律性的分布，反映了矿山采空后的破坏范围，矿层采空后，受到外力作用，矿体、岩体受到挤压出现变形，导致地面发生变形，并在崩落、裂开的地面造成一定影响范围，从而形成了采空塌陷区，利用遥感监测技术方法进行塌陷区监测与圈定，既降低塌陷区调查成本，又能直观的反应塌陷区状况，给予矿山生态环境治理提供了科学数据，在对矿山生态治理中有着不可替代的作用。

7 成果运用

(1)现阶段遥感已成为监测矿山开采引发塌陷的重要技术手段，不断日益成熟，在对获取矿山塌陷区数据中大大节约成本，高分辨率的三维图像使矿山塌陷坑、地裂缝“一目了然”，通过“天眼”直接展示，对塌陷区的情况及发展趋势尽收眼底。

(2)采用遥感解译与GIS分析手段，对矿山开采造成塌陷区进行预判圈定，取得了良好的效果，以这种技术方法，已为自然资源部生态修复司提供了及时准确的数据，并根据其成果展开了塌陷区治理，在为有关部门对矿山塌陷区治理提供依据和技术支撑，同时也为矿区生态环境的综合治理提供一份翔实数据和充分科学依据。