近年来, 矿山遥感调查与监测工作在全国范围内已陆续展开。在诸多监测内容中, 矿山采矿硐口位置的确定是矿山开发现状调查的重要内容之一。目前随着监测工作的不断推进, 矿山开发遥感解译标志日益完善。对单个硐口的解译标志在以往调查中进行分析: 根据煤矿开采硐口周边运输轨道、硐口旁小坪地的存在或相关的矿山建筑形迹等综合解译标志可以间接地解译硐口位置^[1], 再通过野外查证进一步确定硐口位置; 对比采矿权界线与硐口位置的关系, 判别硐口是否越界, 进而判断矿山是否存在违法开采行为。但上述遥感解译标志的建立主要基于矿山开采相关地物的影像特征, 对与资源开发有关的赋矿地层等地质、地形信息未深入分析, 对区域煤矿开发规律及违法开采原因认识不足, 不能提出针对性、实用性强的矿政管理建议与对策, 在一定程度上影响了遥感技术对规范整顿矿业秩序工作的支撑作用。针对以上不足, 本次研究主要根据2010年云南省宣威煤矿1∶ 1万矿山开发多目标遥感调查成果, 综合地质、矿产、矿权等相关信息, 进一步完善了研究区内的矿山硐口的解译标志, 对矿山开采情况作进一步解译; 并深入分析了煤矿矿业秩序与硐口分布规律的关系, 为强化矿业秩序监管工作提供科学依据。

本研究采用WorldView-2遥感图像(空间分辨率为1 m)为基础数据, 经过全色波段与多光谱波段的正射纠正和数据融合处理; 以ArcGIS 9.2 软件为工作平台, 结合以往工作的相关资料和遥感解译标志, 叠加采矿权等基础数据, 进行包括矿井硐口在内的矿山开发现状信息提取; 然后通过野外实地验证对研究区内的矿山硐口进行准确定位, 总结硐口分布规律, 在ArcGlobal软件平台上利用DEM数据实现地物三维立体恢复^[3]; 最后分析遥感调查结果, 提出相应矿政监管依据。技术流程如图1所示。

图1

Fig.1

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	图1 技术流程图Fig.1 Technical flow chart

2.2 煤矿开发状况及硐口解译标志建立

建立正在开采与关闭煤矿和煤矿硐口的遥感解译标志, 通过解译和分析, 对采矿权界内硐口和矿山开发秩序进行判定。

1)正在开采与已关闭煤矿。在WorldView-2遥感图像上, 可通过煤矿矿山地物的色调及中转场地上是否存在运输车辆等情况直接判断开采状态。煤矿中转场地呈明显黑色为正在开采矿山(图2), 呈灰色则为已关闭矿山或废弃矿山^[5](图3)。

图2

Fig.2

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	图2 正在开采煤矿影像特征Fig.2 Imaging features of coal mine being exploited

图3

Fig.3

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	图3 已关闭煤矿影像特征Fig.3 Imaging features of coal mine closed

2)煤矿硐口。受图像分辨率限制, 地下开采的煤矿硐口位置等细节影像不甚清楚, 直接从影像上判定采煤硐口有一定难度, 通常依靠间接解译标志进行判定。主要根据硐口周边多有煤堆及矿山建筑分布、在矿车轨道靠近山体的方向出现断点处即为硐口特征, 间接进行硐口位置的初步确定^{[6, 7]}(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 煤矿开采硐口影像特征Fig.4 Imaging features of coal-mining cave mouth

3)界内硐口判定。采矿权范围线是一个闭合曲线, 其范围是国家相关矿政管理部门核定的矿山合法开发区域。一般说来, 矿山开采硐口应位于采矿许可证规定的范围内, 且一个煤矿矿山开发主体仅允许存在一个采矿硐口。

4)矿山开发秩序判定。通过煤矿硐口与采矿权范围是否为包含关系判定矿山开发秩序状况。若硐口在采矿权范围内, 属合法开采; 若硐口越出采矿权范围, 则为违法越界开采(图5); 若一个采矿权范围内出现多个开采硐口, 则为一证多井违法开采; 矿业开发没有采矿许可证, 则为无证开采。

图5

Fig.5

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	图5 采矿权界内与越界的煤矿开采硐口影像特征Fig.5 Imaging features of cave mouth innor and cross the border of mining right

通过对遥感解译结果进行野外实地调查与验证可知, 研究区中的49个煤矿矿山企业中, 正在开采的煤矿企业共有48个, 已关闭煤矿1个。调查发现煤矿企业共开采51个硐口, 其中41个硐口位于采矿权范围之内(包括6个已废弃硐口), 10个硐口存在越界开采行为。煤矿矿山主要分布于东山乡, 其次是田坝镇、海岱乡, 最后是羊场镇。各乡镇硐口开采现状详见表1。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 研究区所属乡镇煤矿开采硐口统计 Tab.1 Statistics of the coal-mining cave mouths in thecountys within the study area (个) 所属乡镇 煤矿 企业 煤矿开采 硐口 采矿权内开采 (废弃) 越界开采 硐口 东山乡 25 25 18(5) 7 田坝镇 12 12 12(1) 0 海岱乡 9 9 6 3 羊场镇 3 5 5 0

表1 研究区所属乡镇煤矿开采硐口统计 Tab.1 Statistics of the coal-mining cave mouths in thecountys within the study area (个)

将调查结果、矿权、地质背景等信息叠加, 制作出研究区硐口平面分布图(图6), 在ArcGlobal软件平台上利用调查结果与DEM数据制作出研究区硐口分布三维立体图(图7)。

图6

Fig.6

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	图6 研究区硐口分布图Fig.6 Distribution map of cave mouths in study area

图7

Fig.7

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	图7 研究区硐口分布三维立体图Fig.7 Three-dimensional map of cave mouths in study area

以上述图件为基础, 充分利用遥感地质学知识, 吸取专家经验, 对研究区内遥感调查成果进行分析, 规律如下:

1)煤矿硐口基本沿含煤地层边缘分布, 背离断层一侧分布居多。区内正在开采煤矿硐口数量为45个, 其中44个硐口沿向斜含煤地层呈环状分布, 43个布设在远离断层一侧, 其原因是煤矿矿山企业为追求最大资源收益尽量沿煤系地层设置硐口, 且多数企业为减少煤矿开采风险、避免断层垂直错断煤层所致。

2)山谷中的煤矿由于受坡度等地形、地貌因素制约, 硐口越界现象较为普遍。区内位于山谷中的硐口有12个, 越界硐口6个, 越界率达50.0%; 位于山坡上或平坝中的硐口有39个, 越界开采4个, 越界率为10.26%。究其原因, 山谷中的硐口多沿煤系地层设置, 采用平硐开采, 无意识越界行为较为普遍; 而位于山坡上或平坝中的硐口主要开采目标为向斜深部煤系地层中赋存的煤资源, 多采用斜井开采, 因开采硐口不宜远离煤系地层, 越界行为有所减少。

3)矿政部门批准的部分采矿权的面积中约有50%超越了矿山含煤地层的分布范围, 从而导致出现严重的硐口越界现象。区内煤矿矿山越界开采硐口共7个, 其中因采矿权面积超越矿山含煤地层范围的越界硐口有6个, 越界开采率达85.71%。可见越界开采跟矿权范围与含煤地层的套合程度有密切关系。究其原因, 是因为在设置矿权范围时未充分考虑煤层分布状况等地质、地形条件, 采矿权范围本身已越出了含煤地层范围, 使硐口越界现象的出现成为无主观故意的必然。

针对区内存在的煤矿硐口越界开采行为, 提出相应矿政监管建议如下:

1)对已具有采矿权的矿山, 当地矿政管理部门应加强对山谷中及采矿权面积约50%超出含煤地层范围的煤矿的监管力度, 并适当调整此类煤矿的采矿权范围, 使采煤硐口位于采矿权范围之内。

2)对正在办理新采矿权的矿山, 应充分考虑矿权和资源分布状况, 使采矿权尽量覆盖含煤地层范围, 以减少硐口越界现象的发生。

采用WorldView-2高分辨率遥感图像与GIS相结合的方法, 并通过野外实地验证快速提取了宣威煤矿区煤矿硐口的数量、分布位置等信息, 准确了解了区内煤矿开发秩序等状况。

通过综合分析研究区的地质、矿产、地形以及矿权等相关资料, 总结硐口的分布规律, 客观地反映了区内煤矿硐口越界分布严重等问题的产生原因, 进而提出了具体的矿政监管建议, 为提高矿政管理水平、规范整顿矿业秩序提供了科学依据, 提升了遥感技术在矿山开发调查与监测工作中的支撑作用。