晋城采空区遥感调查及稳定性评价

个小区 (表 1、图 1)，如Ⅰ 1 极不稳定区位于王台铺 矿的中东部长、短壁复合采空区，面积 1.006 km2。 该区 3 号煤埋藏深度约为 50 m，厚度约 6.2 m，顶 板为砂岩，采空年限为 1964— 1978 年，开采方式为 短壁式普采，为振兴煤矿所采，工作面短而窄，推 进方向为 NNW 向； 下部 9 号煤埋藏深度约为 85 m， 厚度约为 1.62 m，顶板为灰岩，采空年限为 1993— 1996 年，开采方式为长壁式综采，为王台铺煤矿所 采，工作面宽而长，推进方向为 NNE 向。二层工作 面方向夹角约 30°。 9 号煤的采空区比 3 号煤大的多。 根据调查和资料显示，部分工作面留设的煤柱有小 煤矿开采过。
晋城市矿产资源丰富，蕴藏着煤、煤层气、锰 铁矿、铝土矿等数十种矿产资源，特别是煤、铁的 储量十分可观，有 “煤铁之乡 ”的美称，全市含煤面 积 5 350 km ，占总面积的 56.4%。由于该市煤炭开 采历史悠久，在大量开采煤炭资源的同时，形成了 大面积的煤矿采空区，并诱发采空塌陷和地裂缝等 地质灾害，给人民群众的生命财产安全带来严重的 威胁 。
遥感解译原则 遥感影像目视解译的原则是先“宏观”后“微 观 ”； 先 “整体 ”后 “局部 ”； 先 “已知 ”后 “未知 ”； 先 “易 ” 后 “难 ”等。判读顺序为，在中小比例尺的航片上首 先判读对应的地理位置，然后再判读居民点的分布 和交通道路。在此基础上，再进行塌陷区、地裂缝、 小煤矿等专门要素的判读 [3]。 遥感解译标志
3.3
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煤田地质与勘探
第 39 卷
村民已经连续多年整治塌陷区，使得塌陷区依然呈 现为农田，无论从航空摄影图像上，还是从快鸟图 像上， 塌陷区的标志均比较模糊。 只有在牛庄—大车 渠附近的丘陵坡地上和西上庄北部可以见到一些混 杂的色斑作为塌陷区的标志。 对塌陷区的综合分析就 是对已经判读为塌陷区的影像范围，按塌陷区与道 路、地形、地面建筑依赖关系，进一步圈定边界。
3
遥感解译
在遥感解译分析过程中，可供利用的影像特征
包括光谱特征、空间特征、极化特征和时间特性。 影像要素有 3 类：首先像元的色调 /彩色或波谱特征 是最基本的影像要素，是鉴别物体与背景的物理基 础。其次影像有大小、形状和纹理，它们是构成某 种物体或现象空间的要素。物体的大小与影像比例
遥感影像解译方法 a. 总体观察 观察多期图像特征，分析图像上 目标物的可判读性和各类目标间的联系；观察各种 直接判读标志在图像上的反映。 b. 专题解译 对遥感图像的解译，包括 1974 年、1999 年、2005 年 3 期的航空遥感图像以及快鸟 图像。其中前两期的航空图像可以构成立体像对， 所以按照航空遥感地质填图的要求，对照立体判读 和解译，重点解译小煤矿、采空区图像和地裂缝等 地质灾害现象。 c. 综合解译 综合解译主要应用间接判读标 志、已有的判读资料和统计资料。对图像上表现得 很不明显，或毫无表现的塌陷区进行判读，对已经 判读出的塌陷区和小煤矿作更加深入细致的判读。 塌陷区和地裂缝的解译比较困难，原因是当地
摘要 : 晋城市区周围由于数十年来的地下采矿，形成了大量的采空区。通过遥感地质解译、调查， 利用多时相卫片、航片、数字高程模型等技术资料的研究，对晋城市周围的采空区有了较全面掌 握。确定了采空区塌陷 28 处，地裂缝 23 处。根据采空区年限、顶板岩性、开采层数、地面塌陷 幅度等多种因子，将采空区划分为极不稳定、不稳定、较不稳定 3 种类型，确定了极不稳定区 5 个，不稳定区 4 个，较不稳定区 13 个。 关 键 词 ： 采空区；遥感地质；数字高程模型；稳定性 文献标识码 ： A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2011.06.008 中图分类号 ： X141； P642.26
表1
Table 1
极不稳定区 编号 Ⅰ 1 Ⅰ 2 Ⅰ 3 Ⅰ 4 Ⅰ 5 面积 1.006 0.806 3.449 5.950 4.122
4 Fra Baidu bibliotek.1
稳定性评价 稳定性系数的综合计算 综合评价的方法是利用加权法，分别计算出各
InsT＝ Ins i Pi ，
i 1 5
点的不稳定性参数。具体算法是：
Remote sensing investigation of Jincheng goaf and stability evaluation
LAI Bailian1, 2，WU Junhu2
(1. College of Geology Engineering and Geomatics, Chang′an University, Xi′an 710064, China; 2. Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Bureau, China National Administration of Coal Geology, Xi′an 710054, China) Abstract: Decades of underground mining around Jincheng city results in a large quantity of goaf. By virtue of remote sensing geology interpretation as well as investigation, and research on technical materials of multi-temporal satellite images, aerophotos, digital elevation models, the paper gives a fairly comprehensive grasp of goaf around Jincheng city. 28 sinks and 23 crevices are determined in the goaf. According to various factors, such as goaf’s age, roof lithology, the number of the exploited layers, and the status of ground sinks, the goaf is divided into three types: extremely instable area, instable area, and comparatively instable area. 5 extremely instable areas, 4 instable areas and 13 comparatively instable areas are determined. Key words: goaf; remote sensing geology; digital elevation model; stability
[1] 2
其成像时间比较晚，图上小煤矿数量较多，但由于 比例尺太小，部分小煤矿的位置和范围难以有效判 定，所以只作为本次调查工作的参考图像。 2005 年 6 月航摄的真彩色遥感图像已经过正射 校正，制成了 1:1 万的影像地图。这种图像上的植 物覆盖度高，对部分塌陷区的干扰较严重，对地表 的黑色堆积物如煤堆、洗煤场、废弃小煤矿反映比 较清楚。但是从 1998 年以来，尤其在 2002— 2005 年，晋城市区开展一系列小煤矿关、停、并、转整 治工作，使得部分小煤矿在地表的痕迹完全消失。 尽管如此，正射影像图仍然是本次调查工作的基础 图件。 快鸟图像为 Digital globe 公司的现有档案资料， 成像时间为 2002— 2005 年。 快鸟图像充分反映了晋 城市区 2005 年以前的小煤矿分布状况， 是指导本次
两期地形图的成图时间相距 23 a，把两个不同 时间的地形图相比，能比较准确地反映这些年来的 地形变化。这种变化既包含了煤矿采空区的沉降， 也包含了其他各种人为的改造变化，如兴修水利工 程、道路建设、城市改造和扩建、居民地的变迁等。 为了真实地再现 23 a 来地面发生的地形变化，制作 了两期的数字高程模型， 即首先输入调查区 1983 年 和 2006 年两期地形等高线图，通过内插，制作成数 字高程模型 (DEM)。 DEM 是模拟地面三维景观的基础资料， 借助于 DEM 和正射遥感影像图， 可以再现特定时刻的地面 各点的景观，通过改变观测高度和方位以及太阳高 度和方位，实现遥感影像与地理环境的关联分析， 帮助提高遥感解译的精度。
尺密切相关， 在区分不同物体和现象时起重要作用。 第三，影像要素也包括图形、高度和阴影三者，图 形往往是一些人工和自然现象所特有的影像特征。 本次获取的遥感图像具有宏观性强、时间跨度大、 空间分辨率相互补充的优势。
2 2.1
图像处理与制作
3.1
快鸟图像的处理 初步分析发现，快鸟图像是本次工作的最有效 图件，可以提供大量小煤矿的信息。快鸟图像的成 像时间为冬春季节，植被的干扰较少，各类地物的 特征得到比较充分的显示。在影像上小煤矿和洗煤 厂以及煤矸石堆等得到有效的反映。快鸟图像的另 一个优势是具有较高的分辨率 (0.61 m)， 对综合分析 地表地物与地质灾害的空间关系非常有效。所以制 作高精度的快鸟影像图是重要的预处理工作。 具体处理方法是：用 2006 年 1:1 万的地形图为 参考，在地形图和快鸟图像上选择同名地物点，数 量为 16 个。 然后建立快鸟图像图面坐标与地形图平 面坐标的共线方程，进行误差分析，筛选控制点， 提高共线方程的精度，确保输出图像的平面坐标误 差不超过 1:1 万制图规范的误差要求；再利用共线 方程校正快鸟图像 [2]。 2.2 DEM 制作及与遥感图像的复合
收稿日期 : 2011-03-23 作者简介 : 赖百炼(1964—)，男，江西宁都人，博士研究生，教授级高工，从事摄影测量与遥感工作.
第6期
赖百炼等 : 晋城采空区遥感调查及稳定性评价
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野外调查的主要图件。野外调查发现，虽然 2005 年 以前开展的大规模关、停、并、转已经彻底消除了 部分小煤矿的地表痕迹， 但是快鸟图像成像比较早， 这部分小煤矿在快鸟图像上依然清晰可见。
第 39 卷 第 6 期 2011 年 12 月
煤田地质与勘探
COAL GEOLOGY & EXPLORATION
Vol. 39 No.6 Dec. 2011
文章编号 : 1001-1986(2011)06-0032-04
晋城采空区遥感调查及稳定性评价
赖百炼 1,2，吴军虎 2
(1. 长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710064； 2. 中煤航测遥感局，陕西 西安 710054)
1
遥感解译资料
收集了 1974 年、 1999 年、 2005 年 3 期航摄遥
感图像，以及 2002— 2005 年间的快鸟图像。 1974 年的航空摄影图像的比例尺为 1:8 000， 共计 42 张， 由于成像时间比较早，图上小煤矿数量很少。 1999 年的航空摄影图像的比例尺为 1:3.5 万，共计 6 张，
根据各类遥感影像特征建立塌陷区和地裂缝的 解译标志，是开展遥感解译的预备工作，也是正式 开展遥感解译的依据。 a. 塌陷区的解译标志 在黑白航空遥感图像
3.2
上，塌陷区的标志是色调不同于背景的不规则环型 影像，有圆形、椭圆形、或不规则状，纹理与周围 影像有差异。根据野外调查和分析，这种差异形成 的原因是：第一，塌陷导致地面洼陷，改变了地表 坡度，太阳光照度发生变化；第二，地下水补给不 足，影响农作物的生长；第三，土地荒芜，杂草丛 生，自然放牧，出现混杂的色斑。 b. 小煤矿的解译标志 在全色和彩色图像上， 小煤矿表现为黑色斑块，在 1:1 万的正射影像图上， 生产小煤矿周围的建筑物比较完整。 c. 地裂缝的解译标志 在大比例尺的图像上， 地裂缝通常呈线状或 “之 ”字形，深色调，与周围地 物没有空间联系，表现极不协调。