煤矿山环境监测
煤矿山的开发引发一系列的矿山环境问题,以往通常采用卫星遥感技术,开展煤矿区资源开发状况和矿山环境遥感地质解译、矿山环境问题区监测,通过实地调查验证,评价矿山环境分布状况。随着低空无人机技术的普及和物联网技术的发展,面向生产的煤矿山,遥感矿山环境监测由单纯的遥感解译提升为“卫星遥感+无人机遥感+物联网”的矿山环境监测模式(图1)
图1面向生产煤矿的矿山环境监测模式
利用卫星高分遥感影像对植被类型、植被损毁面积、复垦区植被面积、植被覆盖度及土地利用类型图斑的解译。采用雷达遥感数据,如Sentinel-1、ALOS等,利用InSAR技术通过多期数据的叠加分析,获取煤矿区地表沉降区域,圈定沉降中心、沉降范围及沉降量,评价采煤沉陷区稳定性和趋势预测,指导矿区安全生产。
利用无人机航拍对煤矿地质灾害(地面塌陷、地裂缝、滑坡、崩塌)发育情况、地形地貌景观(包括植被损毁面积、土地压占规模)破坏情况、土地损毁情况(损毁的面积、地类、损毁程度)、复垦区植被状况进行监测,与卫星遥感监测效果进行互补与验证。通过部署地表各类物联网监测仪器,对地表形变、地下水、降雨量等进行收集,结合实地野外调查及采样测试,对监测区域的地下水环境、土壤环境、各类矿山地质环境问题的变化趋势进行预测评价,为进行矿山地质环境保护与恢复治理提供依据。
煤矿绿色矿山建设
矿区环境与资源开发方式是绿色矿山建设的重要评估指标,在绿色矿山建设评估审核中,选取煤矿区的高分卫星影像,按照《绿色矿山评估指导手册》中绿色矿山评分表,对煤矿区开发环境进行全要素解译,结合实地调查验证,编制矿区绿色矿山遥感图件,根据不同区域的环境特征和复垦绿化情况,直观核查绿色矿山主要环境指标的建设效果和存在的问题(图2),指导进一步针对性地修整,从而为绿色矿山建设评估提供基础依据。通过一系列的遥感绿色矿山评估实践,综合而言,高分辨率遥感技术在绿色矿山基础可视指标的评估中,具有宏观、经济、高效的优势,可进一步推广使用。
煤矿山环境恢复治理
以多源、多平台遥感技术(卫星、无人机)为主,辅以常规的地表监测、地质调查、物探、钻探等,构建了矿山环境恢复治理遥感监测体系(图3),卫星遥感技术基于多平台、多种类、多尺度的遥感数据,对矿区生态环境(露天采矿场、开采塌陷地、矿山固体废弃物排弃场、矿区地质环境(崩塌、泥石流、滑坡、地表沉降、地裂缝)进行中等比例尺度的调查和监测。无人机遥感基于固定翼、多旋翼飞行平台,搭载可见光、多光谱、高光谱、热红外等传感器,对矿区修复治理工程进行大比例尺高分辨率的监测,对修复治理工程进展和修复治理效果进行监管。
在我国高原高寒地区首例矿山环境修复治理工程-青海木里矿区矿山环境修复治理中,面临矿山环境背景资料缺乏、工期紧、施工难度大等问题,通过木里矿区从未开发至2020年30余年的历史多源卫星遥感数据分析与信息提取,快速查清了矿山环境问题,制定了科学合理的修复治理方案,并且对修复治理工程开展了无人机遥感监管,高效获取工程方量,直观展示修复治理效果,实现矿山修复治理的精准可视化评价(图4),为遥感技术有效支撑矿山环境恢复治理工程化应用提供了新的服务模式和借鉴。
图2煤矿山绿色矿山建设遥感核查
图3矿山环境恢复治理遥感监测体系
图4无人机倾斜摄影展示修复治理效果
煤火区评价及碳排放监测
煤炭自燃不仅破坏宝贵的煤炭资源,也向大气中排放大量的CO2,加速全球变暖进程,是碳减排的主要治理目标之一。随着遥感图像光谱分辨率、几何分辨率的提高,并且低空无人机和热红外成像仪的技术发展,遥感煤田火区技术应用向精细化、定量化发展。
煤田火区遥感探测由传统的低分辨率、大范围的监测到高分辨率、小范围的精细化调查发展,由面到点,由煤田到具体的火点,为灭火工程设计提供直接依据。利用卫星遥感、低空无人机遥感和地表调查相结合的技术,面向煤田火区治理的全流程,构建天空地时煤田火区遥感监测方法体系(图5),广泛应用于火区调查、治理设计、施工、监测等方面,近年来,在陕北侏罗纪煤田浅部煤层自燃综合治理区、杨伙盘生产矿井工作面地表火区和内蒙古古拉本煤田等火区调查治理中,取得了良好的应用效果。
图5天空地时煤田火区遥感监测方法体系
在煤田火区碳监测方面,通过综合遥感圈定出的火区面积、监测火区地表出口处的CO2浓度,从排放通量、时间和面积等多个因素考虑,开展煤田火区碳排放通量计算模型构建,实现煤田火区碳排放通量的动态计算。针对煤矸石山,应用遥感技术监测煤矿矸石山的分布、恢复治理及再生利用情况,结合热红外遥感,调查矸石山的自燃情况,为掌握煤炭矸石山碳排放情况提供基础数据。
遥感煤矿山环境监测
面向矿山开采与恢复的全生命周期,以大数据、云计算、物联网、遥感等新技术和新方法为手段,整合矿山地质环境调查、动态监测、生态修复与治理工程监管数据库,针对性开展矿山地质环境监测工作。从矿山环境问题评价、治理工程的监管和生态环境常态化监测等方面,展示矿山环境变化与修复治理效果,建设矿山地质环境监测平台,为矿山地质环境修复治理和生态环境保护提供依据。同时基于云平台,开发矿山环境保护与生态修复监管“一张图”系统,全面掌握矿山地质环境破坏、治理的现状和动态变化,分析其原因和发展趋势,客观、准确、及时的为矿山地质环境保护和生态修复工作提供基础资料和科学依据。主要包含地质环境监测系统、生态修复治理监管系统、生态修复数据管理系统、矿山地质环境“一张图”应用系统。
参考文献：杨创，李聪聪等.遥感技术在矿山环境监测中的应用[A].中国煤炭地质,2022(7).
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