基于GIS的礦山排土場選址理論探討

夏杰 成都理工大學(xué) 四川成都 610059

一、背景

地理信息系統(tǒng)簡稱（GIS），是對地理空間信息進(jìn)行描述、采集、處理、存儲、管理、分析和應(yīng)用的一門交叉學(xué)科。隨著計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、空間技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于測繪、資源管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測、交通運(yùn)輸、水利水電、環(huán)境保護(hù)、國防建設(shè)等各個領(lǐng)域，并深入涉及地理信息的社會生產(chǎn)、生活各個方面。地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的地學(xué)分析功能和輔助決策功能。若緊密結(jié)合礦山的空間和資源特征可為礦山規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)三大方面帶來巨大的幫助【1】。計算機(jī)技術(shù)在礦業(yè)工程的運(yùn)用研究中，國內(nèi)外學(xué)者都做了大量的工作，國外一些發(fā)達(dá)國家較早地將技術(shù)應(yīng)用于礦產(chǎn)資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、土地復(fù)墾等方面，紛紛將技術(shù)應(yīng)用于礦區(qū)開發(fā)、采動損害預(yù)測與評價、生態(tài)保護(hù)等方面指導(dǎo)礦體的合理開采。

二、目標(biāo)

采礦的設(shè)計工作應(yīng)該采用人機(jī)交互的圖形設(shè)計和操作環(huán)境，在設(shè)計的過程中結(jié)合設(shè)計人員的經(jīng)驗和判斷，利用計算機(jī)的精確性、重復(fù)工作的循環(huán)性和處理數(shù)據(jù)的智能性來輔助設(shè)計。充分利用地表屑性資料、地標(biāo)屬性資料、氣象資料、利用地質(zhì)地形圖資料，切實提高礦山設(shè)計工作人員的工作效率【2】，把設(shè)計工作人員從繁重，冗余的設(shè)計勞動中解放出來。因此，研究目標(biāo)就是充分利用強(qiáng)大的空間分析功能，將所獲取的地質(zhì)地形圖及各種調(diào)查資料組建成排土場選址數(shù)學(xué)模型，通過單因素分析、多因素分析圈出適合做排土場場址的最佳位置?；诳臻g分析的排土場選址模型是一個決策支持系統(tǒng)，結(jié)合專業(yè)知識建立一個有詳細(xì)屬性信息的空間數(shù)學(xué)地理模型，達(dá)到使設(shè)計思想容易實現(xiàn)，縮短設(shè)計時間，減少后期大量的設(shè)計變更工作的效果。

三、排土場選址遵循原則

排土場應(yīng)靠近釆場，盡可能利用荒山、溝谷及貧瘠荒地，以不占或少占農(nóng)田，就近排土減少運(yùn)輸距離，但是避免在遠(yuǎn)期開采境界內(nèi)將來進(jìn)行二次倒運(yùn)廢石。選擇排土場應(yīng)充分勘察其基底巖層的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，如果必須在軟弱基地上（如表土厚、河灘、水塘、沼澤地、尾礦庫等）設(shè)置排土場時，必須事先采取適當(dāng)?shù)墓こ烫幚泶胧员ＷC排土場基底的穩(wěn)定性。對于山坡露天礦，應(yīng)該充分利用其地形特征，高土高排，低土低排，盡量避免上坡運(yùn)輸，減少運(yùn)輸工的消耗，節(jié)約運(yùn)輸成本。排土場不宜設(shè)在匯水面積大、溝谷縱坡陸、出口又不易欄截的山谷中，也不宜設(shè)在工業(yè)廠房和其他構(gòu)筑物及交通干線的上游方向，以避免發(fā)生泥石流和滑坡，危害生命財產(chǎn)、污染環(huán)境。排土場的選擇應(yīng)考慮排棄物的綜合利用和二次回收的方便，如對于暫不利用的有用礦物或貧礦、氧化礦、優(yōu)質(zhì)建筑石材，應(yīng)該分別堆置保存。排土場應(yīng)設(shè)在居民點的下風(fēng)地區(qū)，以防止粉塵污染居民區(qū)。應(yīng)防止排土場有害物質(zhì)的流失，污染江河湖泊和農(nóng)田。有利于土地復(fù)墾。排土場的容量應(yīng)能容納礦山服務(wù)年限內(nèi)所排棄的全部巖土。

四、影響因素的量化與評價

在排土場場址選擇的整個決策過程中將會出現(xiàn)大量的無法量化的影響因素【3】，例如：地基巖性、生態(tài)環(huán)境、地形、工程水文地質(zhì)和地物等。這些因素到底孰輕孰重，哪些因素起決定性作用，哪些因素起輔助作用或僅僅是由其他因素導(dǎo)致的結(jié)果等等都應(yīng)充分考慮。在全局考慮所有影響排土場選址的因素后，為了更科學(xué)的從多個場址備選方案中選定出最終的排土場場址，首先就應(yīng)該將目標(biāo)進(jìn)行分層，根據(jù)本文排土場的特點可先將其分為三層，第一層為最高層即以最佳的排土場場址為總目標(biāo)層；第二層依據(jù)排土場的選址原則將各種影響因素分為安全、經(jīng)濟(jì)和社會因素三大部分；第三層在第二層三大影響部分下分離出影響最終決定方案的各個因素條件，如靠近采場、坡度、生態(tài)環(huán)境、地基巖性、水文地質(zhì)條件、上下游方向等條件，并給這些條件因素賦以一定的評價值。這些條件一部分是定量的，一部分是定性的，有的可立即用明確的數(shù)值來表達(dá)目標(biāo)的優(yōu)劣，有的還無法直接賦以一定的評價值來表達(dá)，則此時應(yīng)繼續(xù)增向下進(jìn)行再次分解，一直到所有的條件因素能用明確的數(shù)值表達(dá)為止。

五、結(jié)論與展望

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，幾乎所有的企業(yè)都加入到經(jīng)濟(jì)全球化浪潮中，中國的礦業(yè)也不例外，隨著世界礦產(chǎn)資源的漸緊缺和枯竭，礦業(yè)在國際上的競爭也日趨激烈，誰在世界競爭的浪潮中掌握了先進(jìn)的科技手段、實現(xiàn)了礦山企業(yè)的集約型發(fā)展、實現(xiàn)了礦業(yè)的信息化、并且能夠高效的實施礦產(chǎn)資源開發(fā)管理方案，誰就在競爭中掌握了先機(jī)，否則只會走入逐漸被淘汰的地位。數(shù)字露天礦是礦業(yè)實現(xiàn)信息化的有效途徑，技術(shù)是數(shù)字礦山的核心技術(shù)之一，因此技術(shù)在今后礦業(yè)的發(fā)展也起著至關(guān)重要的作用，是露天礦企業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。GIS在礦業(yè)的發(fā)展中已取得了一定的成果，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，與國外相比還存在著很大的差距。其他方面比如礦山公路智能定線、礦區(qū)沉陷預(yù)測分析、礦區(qū)土地復(fù)墾分析等也應(yīng)該做深入的研究。因此，在這些方面仍然需要其他科研工作者的進(jìn)一步探索和完善，有計劃、有步驟地實施礦山的數(shù)字化、信息化和智能化，提高采礦業(yè)的勞動效率、促進(jìn)綠色協(xié)調(diào)開釆、改變安全生產(chǎn)狀況。