南竣祥，趙志芳，洪友堂，杜瑞玲

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083;2.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院，昆明 650091)

云南宣威煤礦開發(fā)遙感調(diào)查研究

南竣祥1，趙志芳2，洪友堂1，杜瑞玲1

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083;2.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院，昆明 650091)

以2010年獲取的WorldView－2遙感圖像為主要數(shù)據(jù)源，以GIS平臺(tái)為支撐，對(duì)云南宣威市(羊場(chǎng)、東山、海岱、田壩)煤礦礦山進(jìn)行調(diào)查;結(jié)合野外實(shí)地查證及研究區(qū)礦權(quán)數(shù)據(jù)和地質(zhì)資料，系統(tǒng)建立了煤礦礦山遙感解譯標(biāo)志，對(duì)礦山開采情況進(jìn)行解譯。結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)煤礦礦山硐口分布明顯受含煤地層及斷層限制，硐口越界現(xiàn)象較為普遍。建議礦政管理部門充分考慮礦區(qū)地形、地質(zhì)條件，針對(duì)硐口越界礦山，變更采礦權(quán)范圍，促進(jìn)礦業(yè)秩序全面好轉(zhuǎn)。

WorldView－2遙感圖像;礦山遙感調(diào)查;硐口越界;云南宣威

0 引言

近年來(lái)，礦山遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)工作在全國(guó)范圍內(nèi)已陸續(xù)展開。在諸多監(jiān)測(cè)內(nèi)容中，礦山采礦硐口位置的確定是礦山開發(fā)現(xiàn)狀調(diào)查的重要內(nèi)容之一。目前隨著監(jiān)測(cè)工作的不斷推進(jìn)，礦山開發(fā)遙感解譯標(biāo)志日益完善。對(duì)單個(gè)硐口的解譯標(biāo)志在以往調(diào)查中進(jìn)行分析:根據(jù)煤礦開采硐口周邊運(yùn)輸軌道、硐口旁小坪地的存在或相關(guān)的礦山建筑形跡等綜合解譯標(biāo)志可以間接地解譯硐口位置［1］，再通過野外查證進(jìn)一步確定硐口位置;對(duì)比采礦權(quán)界線與硐口位置的關(guān)系，判別硐口是否越界，進(jìn)而判斷礦山是否存在違法開采行為。但上述遙感解譯標(biāo)志的建立主要基于礦山開采相關(guān)地物的影像特征，對(duì)與資源開發(fā)有關(guān)的賦礦地層等地質(zhì)、地形信息未深入分析，對(duì)區(qū)域煤礦開發(fā)規(guī)律及違法開采原因認(rèn)識(shí)不足，不能提出針對(duì)性、實(shí)用性強(qiáng)的礦政管理建議與對(duì)策，在一定程度上影響了遙感技術(shù)對(duì)規(guī)范整頓礦業(yè)秩序工作的支撐作用。針對(duì)以上不足，本次研究主要根據(jù)2010年云南省宣威煤礦1∶1萬(wàn)礦山開發(fā)多目標(biāo)遙感調(diào)查成果，綜合地質(zhì)、礦產(chǎn)、礦權(quán)等相關(guān)信息，進(jìn)一步完善了研究區(qū)內(nèi)的礦山硐口的解譯標(biāo)志，對(duì)礦山開采情況作進(jìn)一步解譯;并深入分析了煤礦礦業(yè)秩序與硐口分布規(guī)律的關(guān)系，為強(qiáng)化礦業(yè)秩序監(jiān)管工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理及煤礦分布概況

研究區(qū)地處云南省東部，與貴州省盤縣交界，地理范圍 E 26°10'37″～ 25°57'38″，N 104°12'19″～104°27'22″，面積約600 km2。該區(qū)屬滇東高原盆地區(qū)，平均海拔2 000 m左右，以中山—高原—湖盆地貌景觀為主。整個(gè)研究區(qū)位于宣威市行政區(qū)內(nèi)，覆蓋東山鄉(xiāng)、羊場(chǎng)鎮(zhèn)、海岱鎮(zhèn)和田壩鎮(zhèn)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，屬云南省曲(靖)—昭(通)經(jīng)濟(jì)區(qū)。區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較好，交通便捷，320國(guó)道、101省道貫通全區(qū)，有多條鐵路線通過，構(gòu)成全區(qū)較為發(fā)達(dá)的陸路交通網(wǎng)。

研究區(qū)內(nèi)有煤礦礦山企業(yè)49個(gè)，是云南省重要的能源基地。東山鎮(zhèn)煤礦分布較為集中，但開采規(guī)模較小;羊場(chǎng)鎮(zhèn)和田壩鎮(zhèn)分別以羊場(chǎng)煤礦和田壩煤礦兩家國(guó)有煤礦開采為主，開采規(guī)模較大且集中;海岱鎮(zhèn)煤礦分布則較為零星、分散。

1.2 地質(zhì)概況

1.2.1 地層

研究區(qū)出露的地層由老至新分別為:上二疊統(tǒng)峨嵋山玄武巖(P2β)、上二疊統(tǒng)宣威組砂巖粉砂巖(P2x)、下三疊統(tǒng)卡以頭組砂巖粉砂巖泥質(zhì)巖(T1k)、下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組砂巖粉砂巖(T1f)及第四系沖積、殘積、坡積層(Q)，其中賦煤地層主要為宣威組(P2x)［2］。

上二疊統(tǒng)宣威組(P2x)地層以黃綠色細(xì)粒砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，是主要的含煤地層，主含煤地層有36～41層，均集中在上段，厚22～323 m。煤系地層在研究區(qū)東部和西部走向近南北，傾向東，傾角40°～50°;在中部走向近東西，傾向北，傾角 40°～50°［2］。

1.2.2 構(gòu)造

研究區(qū)東部地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，較西部復(fù)雜，斷層、褶皺均有發(fā)育，褶曲發(fā)育尤為完整、清晰。主要有東山斷裂及羊場(chǎng)向斜，其中沿南北方向發(fā)育的東山斷裂經(jīng)過研究區(qū)西側(cè)，并有若干平行的小斷層伴存;羊場(chǎng)向斜沿北東—南西走向展布，長(zhǎng)軸方向延伸約26 km，是一個(gè)完整的弧形褶皺。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造總體呈“山”字形，該構(gòu)造體系為煤礦的賦存提供了有利條件。

2 研究方法與技術(shù)流程

本研究采用WorldView－2遙感圖像(空間分辨率為1 m)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過全色波段與多光譜波段的正射糾正和數(shù)據(jù)融合處理;以ArcGIS 9.2軟件為工作平臺(tái)，結(jié)合以往工作的相關(guān)資料和遙感解譯標(biāo)志，疊加采礦權(quán)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行包括礦井硐口在內(nèi)的礦山開發(fā)現(xiàn)狀信息提取;然后通過野外實(shí)地驗(yàn)證對(duì)研究區(qū)內(nèi)的礦山硐口進(jìn)行準(zhǔn)確定位，總結(jié)硐口分布規(guī)律，在ArcGlobal軟件平臺(tái)上利用DEM數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)地物三維立體恢復(fù)［3］;最后分析遙感調(diào)查結(jié)果，提出相應(yīng)礦政監(jiān)管依據(jù)。技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 技術(shù)流程圖Fig.1 Technical flow chart

2.1 遙感圖像獲取與預(yù)處理

選用2010年4月29日獲取的WorldView－2遙感圖像，以1973年測(cè)制的1∶5萬(wàn)地形圖為基準(zhǔn)，利用1∶5萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行正射糾正［4］。對(duì)World-View－2圖像的全色波段與多光譜波段進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，融合圖像精度為地物點(diǎn)的平面位置中誤差不大于0.50 mm。最終采用WorldView－2圖像的B3(R)，B2(G)，B1(B)波段組合進(jìn)行模擬真彩色合成，地圖投影方式為高斯－克呂格投影。

2.2 煤礦開發(fā)狀況及硐口解譯標(biāo)志建立

建立正在開采與關(guān)閉煤礦和煤礦硐口的遙感解譯標(biāo)志，通過解譯和分析，對(duì)采礦權(quán)界內(nèi)硐口和礦山開發(fā)秩序進(jìn)行判定。

1)正在開采與已關(guān)閉煤礦。在WorldView－2遙感圖像上，可通過煤礦礦山地物的色調(diào)及中轉(zhuǎn)場(chǎng)地上是否存在運(yùn)輸車輛等情況直接判斷開采狀態(tài)。煤礦中轉(zhuǎn)場(chǎng)地呈明顯黑色為正在開采礦山(圖2)，呈灰色則為已關(guān)閉礦山或廢棄礦山［5］(圖3)。

圖2 正在開采煤礦影像特征Fig.2 Imaging features of coal mine being exploited

圖3 已關(guān)閉煤礦影像特征Fig.3 Imaging features of coal mine closed

2)煤礦硐口。受圖像分辨率限制，地下開采的煤礦硐口位置等細(xì)節(jié)影像不甚清楚，直接從影像上判定采煤硐口有一定難度，通常依靠間接解譯標(biāo)志進(jìn)行判定。主要根據(jù)硐口周邊多有煤堆及礦山建筑分布、在礦車軌道靠近山體的方向出現(xiàn)斷點(diǎn)處即為硐口特征，間接進(jìn)行硐口位置的初步確定［6－7］(圖4)。

圖4 煤礦開采硐口影像特征Fig.4 Imaging features of coal－ mining cave mouth

3)界內(nèi)硐口判定。采礦權(quán)范圍線是一個(gè)閉合曲線，其范圍是國(guó)家相關(guān)礦政管理部門核定的礦山合法開發(fā)區(qū)域。一般說來(lái)，礦山開采硐口應(yīng)位于采礦許可證規(guī)定的范圍內(nèi)，且一個(gè)煤礦礦山開發(fā)主體僅允許存在一個(gè)采礦硐口。

4)礦山開發(fā)秩序判定。通過煤礦硐口與采礦權(quán)范圍是否為包含關(guān)系判定礦山開發(fā)秩序狀況。若硐口在采礦權(quán)范圍內(nèi)，屬合法開采;若硐口越出采礦權(quán)范圍，則為違法越界開采(圖5);若一個(gè)采礦權(quán)范圍內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)開采硐口，則為一證多井違法開采;礦業(yè)開發(fā)沒有采礦許可證，則為無(wú)證開采。

圖5 采礦權(quán)界內(nèi)與越界的煤礦開采硐口影像特征Fig.5 Imaging features of cave mouth innor and cross the border of mining right

2.3 野外實(shí)地查證

野外實(shí)地查證主要包括煤礦的硐口位置、數(shù)量、開采方式、開采狀態(tài)(正在開采、暫停開采或停采)的確定，礦業(yè)秩序(合法開采、無(wú)證開采、越界開采)的核實(shí)等。

3 調(diào)查結(jié)果

通過對(duì)遙感解譯結(jié)果進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查與驗(yàn)證可知，研究區(qū)中的49個(gè)煤礦礦山企業(yè)中，正在開采的煤礦企業(yè)共有48個(gè)，已關(guān)閉煤礦1個(gè)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)煤礦企業(yè)共開采51個(gè)硐口，其中41個(gè)硐口位于采礦權(quán)范圍之內(nèi)(包括6個(gè)已廢棄硐口)，10個(gè)硐口存在越界開采行為。煤礦礦山主要分布于東山鄉(xiāng)，其次是田壩鎮(zhèn)、海岱鄉(xiāng)，最后是羊場(chǎng)鎮(zhèn)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)硐口開采現(xiàn)狀詳見表1。

表1 研究區(qū)所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦開采硐口統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of the coal－ mining cave mouths in the countys within the study area (個(gè))

4 成果分析

將調(diào)查結(jié)果、礦權(quán)、地質(zhì)背景等信息疊加，制作出研究區(qū)硐口平面分布圖(圖6)，在ArcGlobal軟件平臺(tái)上利用調(diào)查結(jié)果與DEM數(shù)據(jù)制作出研究區(qū)硐口分布三維立體圖(圖7)。

圖6 研究區(qū)硐口分布圖Fig.6 Distribution map of cave mouths in study area

以上述圖件為基礎(chǔ)，充分利用遙感地質(zhì)學(xué)知識(shí)，吸取專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)遙感調(diào)查成果進(jìn)行分析，規(guī)律如下:

1)煤礦硐口基本沿含煤地層邊緣分布，背離斷層一側(cè)分布居多。區(qū)內(nèi)正在開采煤礦硐口數(shù)量為45個(gè)，其中44個(gè)硐口沿向斜含煤地層呈環(huán)狀分布，43個(gè)布設(shè)在遠(yuǎn)離斷層一側(cè)，其原因是煤礦礦山企業(yè)為追求最大資源收益盡量沿煤系地層設(shè)置硐口，且多數(shù)企業(yè)為減少煤礦開采風(fēng)險(xiǎn)、避免斷層垂直錯(cuò)斷煤層所致。

2)山谷中的煤礦由于受坡度等地形、地貌因素制約，硐口越界現(xiàn)象較為普遍。區(qū)內(nèi)位于山谷中的硐口有12個(gè)，越界硐口6個(gè)，越界率達(dá)50.0%;位于山坡上或平壩中的硐口有39個(gè)，越界開采4個(gè)，越界率為10.26%。究其原因，山谷中的硐口多沿煤系地層設(shè)置，采用平硐開采，無(wú)意識(shí)越界行為較為普遍;而位于山坡上或平壩中的硐口主要開采目標(biāo)為向斜深部煤系地層中賦存的煤資源，多采用斜井開采，因開采硐口不宜遠(yuǎn)離煤系地層，越界行為有所減少。

3)礦政部門批準(zhǔn)的部分采礦權(quán)的面積中約有50%超越了礦山含煤地層的分布范圍，從而導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的硐口越界現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)煤礦礦山越界開采硐口共7個(gè)，其中因采礦權(quán)面積超越礦山含煤地層范圍的越界硐口有6個(gè)，越界開采率達(dá)85.71%?？梢娫浇玳_采跟礦權(quán)范圍與含煤地層的套合程度有密切關(guān)系。究其原因，是因?yàn)樵谠O(shè)置礦權(quán)范圍時(shí)未充分考慮煤層分布狀況等地質(zhì)、地形條件，采礦權(quán)范圍本身已越出了含煤地層范圍，使硐口越界現(xiàn)象的出現(xiàn)成為無(wú)主觀故意的必然。

5 礦政監(jiān)管建議

針對(duì)區(qū)內(nèi)存在的煤礦硐口越界開采行為，提出相應(yīng)礦政監(jiān)管建議如下:

1)對(duì)已具有采礦權(quán)的礦山，當(dāng)?shù)氐V政管理部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)山谷中及采礦權(quán)面積約50%超出含煤地層范圍的煤礦的監(jiān)管力度，并適當(dāng)調(diào)整此類煤礦的采礦權(quán)范圍，使采煤硐口位于采礦權(quán)范圍之內(nèi)。

2)對(duì)正在辦理新采礦權(quán)的礦山，應(yīng)充分考慮礦權(quán)和資源分布狀況，使采礦權(quán)盡量覆蓋含煤地層范圍，以減少硐口越界現(xiàn)象的發(fā)生。

6 結(jié)論

采用WorldView－2高分辨率遙感圖像與GIS相結(jié)合的方法，并通過野外實(shí)地驗(yàn)證快速提取了宣威煤礦區(qū)煤礦硐口的數(shù)量、分布位置等信息，準(zhǔn)確了解了區(qū)內(nèi)煤礦開發(fā)秩序等狀況。

通過綜合分析研究區(qū)的地質(zhì)、礦產(chǎn)、地形以及礦權(quán)等相關(guān)資料，總結(jié)硐口的分布規(guī)律，客觀地反映了區(qū)內(nèi)煤礦硐口越界分布嚴(yán)重等問題的產(chǎn)生原因，進(jìn)而提出了具體的礦政監(jiān)管建議，為提高礦政管理水平、規(guī)范整頓礦業(yè)秩序提供了科學(xué)依據(jù)，提升了遙感技術(shù)在礦山開發(fā)調(diào)查與監(jiān)測(cè)工作中的支撐作用。

［1］聶洪峰，楊金中，王曉紅，等.礦產(chǎn)資源開發(fā)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)問題與對(duì)策研究［J］.國(guó)土資源遙感，2007(4):11 －13.

［2］李德福.云南宣威羊場(chǎng)煤礦資源潛力評(píng)價(jià)［J］.云南地質(zhì)，2009，28(2):176 －178.

［3］黎來(lái)福，王秀麗.SPOT－5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在煤礦塌陷區(qū)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.礦山測(cè)量，2008(2):45－47.

［4］張 婷，劉 軍，駱慧琴.1∶1萬(wàn)DEM的生成及SPOT－5衛(wèi)星數(shù)據(jù)正射校正［J］.遙感技術(shù)與應(yīng)用，2004，19(5):420 －423.

［5］CoeLz A F H，Vane G，Solomon J E，et al.Imaging Spectrometry for Earth Remote Sensing［J］.Science，1985，228(4704):1147 －1153.

［6］王曉紅，聶洪峰，李成尊，等.不同遙感數(shù)據(jù)源在礦山開發(fā)狀況及環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用［J］.國(guó)土資源遙感，2006(2):69－71.

［7］Holdent H，Ledrew E.Hyperspectral Identification of Coral Reef Features［J］.International Journal of Remote Sensing，1999，20(13):2545－2563.

Remote Sensing Investigation of Coal Mines in Xuanwei of Yunnan Province for Their Development

NAN Jun－xiang1，ZHAO Zhi－fang2，HONG You－tang1，DU Rui－ling1
(1.School of Land Science and Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China;2.School of Resource Environment and Earth Science，Yunnan University，Kunming 650091，China)

In this study，the remote sensing survey was conducted for the coal mines in Xuanwei city(Yangchang，Dongshan，Haidai and Tianba)of Yunnan province.Based on the main data comprising the worldview －2 remote sensing image acquired in 2010，field verification，mining － right data and geological data，and supported by GIS，the authors systematically established the remote sensing interpretation signs of coal mines to interpret the mining situation.The results show that the distribution of coal－mining cave mouths is distinctly restricted in major coalbearing strata and faults，and the cross－border mining cave mouths are commonly seen.The mining administration and management departments should take full account of the landform and geological conditions of the mines，change the scope of the mining rights for cross－border mines to promote the all－round improvement of the mining order.

WorldView－2 remote sensing image;remote sensing investigation for mining development;crossborder of cave mouth;Xuanwei of Yunnan province

TP 79

A

1001－070X(2012)02－0121－04

南竣祥(1985－)，男，碩士研究生，主要從事攝影測(cè)量與遙感研究工作。E－mail:16819371@qq.com。

趙志芳(1971－)，女，教授，從事遙感地質(zhì)應(yīng)用研究十余年。E－mail:371863896@qq.com。

(責(zé)任編輯:邢 宇)

10.6046/gtzyyg.2012.02.22

2011－10－08;

2011－11－01

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“云南安寧、南溫河、富源等重點(diǎn)礦集區(qū)礦山開發(fā)遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)”(編號(hào):1212010911066)。