基于遙感的遼寧省采煤沉陷區(qū)治理調查

劉莎莎　高俊華　尹向紅　朱家彪　周力　蘇棟

摘 要：利用遙感技術手段，首次對遼寧省全域開展采煤沉陷現狀及恢復治理調查，獲取了基礎調查成果，為遼寧省地質災害綜合防治提供了參考依據。結果表明：（1）全省 67 處采煤沉陷區(qū)中特大型有 1 處、大型 25 處、中型 38 處、小型 3 處，總面積約 648.44 km²，主要分布在阜新、南票、鐵法、紅陽、撫順、康平和鳳城等煤礦區(qū)，開采主體以生產礦山和責任主體滅失礦山為主，威脅對象包括土地資源、工業(yè)區(qū)、居民點和主要交通干線。（2）全省采煤沉陷區(qū)恢復治理面積約 11.37 km²，治理類型以修復再造和地質災害治理為主，治理后地類以農用地為主，少部分為居民點搬遷、光伏太陽能發(fā)電站和養(yǎng)魚塘等，朝陽市、沈陽市及黑山縣、康平縣和北票市治理程度相對較高。

關鍵詞：遙感;采煤沉陷;恢復治理

中圖分類號：TP79? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1672-5603（2022）01-17-06

Investigation on Coal Mining Subsidence Area Control Based on Remote Sensing in Liaoning Province

LIU Shasha ， GAO Junhua ， YIN Xianghong ， ZHU Jiabiao ， ZHOU Li ， SU Dong

（Hunan natural resources affairs center， Changsha? Hunan 410004）

Abstract： Remote sensing technology was used to investigate the current situation of mining subsidence and its restoration in Liaoning Province for the first time. The basic survey data results were obtained， which provided a reference for the comprehensive prevention and control of geological disasters in Liaoning Province. The results show that： （1） Among 67 mining subsidence areas in the province， there are 1 large subsidence area， 25 large subsidence area， 38 medium subsidence area and 3 small subsidence area， with a total area of 648.44km². It is mainly distributed in Fuxin， Nanpiao， Tiefa， Hongyang， Fushun， Kangping and Fengcheng coal mining areas. The main body of mining is production mines and mines without responsible main body. The threat objects include land resources， industrial areas， residential areas and main traffic arteries. （2） The area of coal mining subsidence area restoration and treatment is about 11.37 km²in the whole province. The treatment type is mainly restoration-reconstruction and geological disaster treatment. After treatment， the land type is mainly agricultural land， and a few residential areas are relocated， photovoltaic solar power stations and fish ponds. The treatment degree of Chaoyang City， Shenyang City， Heishan County， Kangping County and Beipiao City is relatively high.

Keywords： remote sensing;mining subsidence; restoration and treatment

遼寧省是我國重要的煤炭生產基地，有南票、北票、阜新、鐵法、沈北、撫順、本溪、紅陽等8個煤田和數十個煤產地，開采歷史悠久，為省內外的經濟發(fā)展做出了重大貢獻。煤礦開采規(guī)模達到一定深度，就會引起地面變形，產生裂縫、塌陷和沉陷，破壞地面環(huán)境，損毀地面建筑設施、地下管網、耕地、公路、通信線路和自然景觀，嚴重威脅人民生命財產安全。

從變形移動特點、規(guī)模和空間分布看，地面沉陷的危害范圍和程度都較大，延續(xù)時間也較長[1]。李成尊等[2]研究了采空沉陷地質災害的遙感影像識別特征，王海慶等[3～5]利用遙感技術對山東、新疆、四川等典型采煤沉陷區(qū)開展了調查研究，取得了良好的應用效果。張紅日等[6～8]探討了采煤沉（塌）陷區(qū)的防治對策，提出了先進的治理理念、模式和可行的技術方法。在遼寧省內，崔玉環(huán)等[9～11]等分別探討了鐵法、撫順和阜新煤礦區(qū)的采煤沉陷現狀特點、影響因素及治理對策，但對全省采煤沉陷區(qū)整體情況還未開展相關調查研究。gzslib202204021058

2020年中國地質調查局部署開展采煤沉陷區(qū)遙感調查，旨在摸清我國采煤沉陷區(qū)當前現狀。本文基于地質調查項目，應用國產高分衛(wèi)星遙感影像開展遼寧全域范圍采煤沉陷區(qū)調查研究，分析其沉陷特點、規(guī)模及分布規(guī)律，并對采煤沉陷區(qū)綜合治理提供決策參考。

1 煤炭資源概況

遼寧省地理位置處在中朝準地臺和天山—興蒙地槽褶皺系2個一級大地構造單元內，近 30 條巖石圈斷裂、殼斷裂構成斷裂構造的基本格架[12]。東西向構造體系與華夏系構造體系聯合控制石炭—二疊紀與早中侏羅世含煤地層沉積，新華夏系與東西向構造體系共同控制晚侏羅世含煤地層沉積，華夏式構造體系控制了古近紀和新近紀含煤地層沉積[13]。主要成煤期為晚古生代太原組、山西組、早侏羅世北票組、早白堊世沙海組和阜新組， 對應的主要煤盆地群為太子河—渾江賦煤帶之盆地群和復州灣賦煤帶、北票—朝陽盆地群、阜新—鐵法盆地群、下遼河—撫順盆地群[14]。據統計，遼寧省煤炭資源儲量大約有 59.27 億t，其中煙煤 25.35 億t，無煙煤 15.53 億t[15]。

2 遙感數據源和解譯標志

收集全省高分辨率衛(wèi)星遙感數據，建立遙感解譯標志，采取自動化信息提取和人機交互解譯相結合的方式提取采煤沉陷區(qū)信息，部分輔以地面調查驗證，獲取了遼寧省采煤沉陷區(qū)現狀遙感調查成果。

2.1 遙感數據源

數據源主要是國產光學衛(wèi)星數據，包括地面分辨率為1.0 m的GF2數據和 2.0 m的GF1、GF6及ZY3數據，基本覆蓋遼寧省全域范圍，獲取時間為 2019 年的 9—12 月。對遙感數據進行波段組合和圖像增強處理，數據質量和精度滿足本次調查研究的需要[4]。

2.2 遙感解譯標志

參照煤礦開采歷史和范圍，了解礦脈所處地層屬性，結合礦區(qū)地面的植被、水體及人類活動等呈現的異?，F象，在遙感影像上直接或間接判讀采煤沉陷的狀態(tài)、形態(tài)和影響對象等信息，如圖1所示。

2.2.1 直接判讀

無積水坑：主要是在山地或平地的早期發(fā)育時期，其在遙感影像上反映出暗灰色或黑色色調，形態(tài)呈圓形、橢圓形及與地下采煤巷道相關的長條形，采煤集中區(qū)可表現為串珠狀分布。

有積水坑：在平地上的采煤沉陷中后期，沉陷趨于穩(wěn)定，其形成的盆地逐漸積水，積水區(qū)根據地面形變程度呈不規(guī)則形態(tài)，一般小于沉陷區(qū)范圍，水面呈暗黑色。沉陷區(qū)輪廓與無積水沉陷區(qū)類同，但其由內而外，地面形變逐漸減緩，影像上色調由暗黑色到深灰色再到淺灰色轉變。

2.2.2 間接判讀

居民點搬遷：地面沉陷導致房屋開裂、道路阻斷，原有居民點已不適合居住而整體搬遷，搬遷后在影像上消失或者留下了地基廢墟行跡，可間接判斷沉陷位置。

植被稀疏或裸地：地面沉陷使得地表水滲漏，地下水水位下降，土壤層含水量不足，土壤退化，原本附著其上的植被不能生長，出現水田變旱地，喬木變灌木或草本植物，甚至出現裸地的現象。

復墾治理區(qū)：采煤沉陷區(qū)的復墾治理形式多樣，有的是用煤矸石和電廠的粉煤灰回填，其上植被稀疏，色調為灰白色;有的整治形成魚塘養(yǎng)殖場，邊界修葺規(guī)整，色調為暗黑色;有的鋪成太陽能電板，內為東西向暗灰色規(guī)則長條紋。

3 沉陷區(qū)分布特征

全省調查出采煤沉陷區(qū)共67個，分布在葫蘆島、錦州、阜新、朝陽、沈陽、鐵嶺、撫順、本溪、遼陽和丹東等10個市，總面積約648.44 km?，沉陷區(qū)內調查有塌陷坑2 065個，面積約 37.49 km?，塌陷坑積水面積約 15.21 km?，地裂縫 30 條。見表1。

3.1 區(qū)域分布

采煤沉陷區(qū)主要集中在阜新煤田、鐵法煤田、紅陽煤田和康平煤礦區(qū)，調查出采煤沉陷區(qū)20個，面積 440.35 km?，占全省沉陷區(qū)總面積的67.91%，調查出塌陷坑 783個，面積 27.53 km?，占全省塌陷坑總面積的 73.43 %，地裂縫 15 條。其次是分布在沈北煤田、南票煤田、北票煤田、本溪煤田和鳳城煤礦區(qū)，調查出采煤沉陷區(qū) 37 個，面積 182.65 km?，占全省沉陷區(qū)總面積的 28.17 %，調查出塌陷坑 1 177 個，面積 8.33 km?，占全省塌陷坑總面積的 22.22 %，地裂縫 15 條。此外，在撫順煤田、黑山、建昌、寬甸和恒仁等地區(qū)也調查出采煤沉陷現象，如圖2所示。

3.2 災害發(fā)生規(guī)模

全省 67 處采煤沉陷區(qū)，規(guī)模從小型到特大型均有發(fā)現。其中，特大型沉陷區(qū) 1 處，位于阜新煤田阜蒙縣境內;大型沉陷區(qū) 25 處，分別位于南票煤田、鐵法煤田、紅陽煤田、阜新煤田、撫順煤田以及康平、鳳城、恒仁、寬甸、凌海等地;中型沉陷區(qū) 38 處，分別位于鐵法煤田、沈北煤田、南票煤田、北票煤田、本溪煤田以及鳳城、康平、寬甸、建昌、黑山等地;小型沉陷區(qū) 3 處，分別位于撫順煤田、鳳城和寬甸地區(qū)。

3.3 礦山開采主體

礦山開采主體有5類，包括生產礦山、停采礦山、違法礦山、2006年以來責任主體滅失礦山及其他關閉礦山。經調查，生產礦山發(fā)現沉陷區(qū) 24 處，面積 388.92 km?，占總面積的 59.98 %;停采礦山發(fā)現沉陷區(qū) 2 處，面積 26.53 km?，占總面積的 4.09 %;2006年以來責任主體滅失礦山發(fā)現沉陷區(qū) 40 處，面積 217.12 km?，占總面積的 33.48 %;其他關閉礦山發(fā)現沉陷區(qū)1處，面積 15.87 km?，占總面積的 2.45 %;未發(fā)現違法礦山有沉陷現象。

3.4 危害對象

經調查，全省采煤沉陷災害損毀土地面積 37.49 km?，其中損毀農用地 37.35 km?，損毀建設用地 0.02 km?，損毀未利用地 0.12 km?;沉陷地質災害威脅村莊 83 個，縣級以上公路 10 條，長度約 3 775.58 m，鐵路 3 條，長度約 7 074.38 m。損毀土地面積較大的沉陷區(qū)集中在康平、調兵山、沈北、阜新、燈塔和義縣等地，威脅村莊的沉陷區(qū)主要在康平、沈北、調兵山、南票、阜新、鳳城、北票、本溪和燈塔等地。威脅公路和鐵路線的沉陷區(qū)分布在撫順、北票、阜蒙、調兵山和黑山等地。gzslib202204021058

4 沉陷區(qū)恢復治理

全省 67 個采煤沉陷區(qū)中已實施恢復治理的有 24 個，治理總面積約 11.37 km?，主要分布在北票、撫順、鐵法、康平、沈北、南票、阜新、鳳城和黑山等地。

4.1 治理類型

調查發(fā)現涉及的治理類型共有 4 類，分別為工程治理、修復再造、土地復墾和地質災害治理。其中，修復再造面積最大，約 6.96 km?，主要分布于康平、沈北、凌海和南票;地質災害治理面積次之，如溝壑填埋，約 3.68 km?，主要分布于北票、鳳城、撫順、阜新、鐵嶺和調兵山;工程治理面積第3，如邊坡加固，約 0.69 km?，位于黑山;土地復墾面積最小，約 0.04 km?，也位于黑山。

4.2 治理后地類

治理后地類以農用地為主，其他包括倉儲用地、居民點搬遷、光伏太陽能發(fā)電站及養(yǎng)魚塘等地類。其中，旱地的面積最大，約 8.60 km?，主要分布于沈北、康平、阜新、北票、撫順、南票、黑山和凌海等地;林地的面積次之，約 1.91 km?，主要分布在鐵法、鳳城等地;治理成光伏太陽能發(fā)電站，面積約 0.45 km?，排第3，位于黑山;恢復成水澆地，面積約 0.30 km?，排第4，位于黑山和阜新等地;其余依次為養(yǎng)魚塘、倉儲用地和居民點搬遷，面積分別為 0.06，0.03和0.02 km?，主要分布在阜新和北票等地，見表2。

4.3 治理程度

全省 67 個采煤沉陷區(qū)有 24 個已實施治理，治理面積 11.37 km?，治理面積占采煤沉陷總面積的 1.75%，治理程度不高。按市級行政區(qū)統計，朝陽治理程度最高，面積治理率為 4.30%，其他行政區(qū)面積治理率如下：沈陽為3.91%，撫順為 2.17%，錦州為1.68%，丹東為1.58%，鐵嶺為1.15%，阜新為0.39%，葫蘆島為0.07%，本溪和遼陽未調查出治理地塊。按縣級行政區(qū)統計，治理程度由高到底依次為黑山（6.51%）、康平 （6.14%）、北票 （4.44%）、海州（3.58%）、東洲（3.25%）、新撫（1.92%）、鳳城（1.67%）、調兵山（1.15%）、凌海（0.31%）、沈北（0.15%）、南票（0.07%）以及阜蒙（0.02%），其余采煤沉陷區(qū)所在的縣未調查出治理地塊。

5 結論

遼寧省遙感調查發(fā)現 67 個采煤沉陷區(qū)，包括特大型 1 處、大型 25 處、中型 38 處、小型 3 處，沉陷總面積約 648.44 km?，主要分布在阜新、南票、鐵法、紅陽、撫順、康平和鳳城等煤礦區(qū)，開采主體以生產礦山和責任主體滅失礦山為主，對土地資源、工業(yè)區(qū)、居民點和主要交通干線造成嚴重威脅。

對采煤沉陷區(qū)開展部分恢復治理，治理面積約 11.37 km?，全省治理程度普遍較低。治理類型以修復再造和地質災害治理為主，治理后地類以農用地為主，少部分居民點搬遷、光伏太陽能發(fā)電站和養(yǎng)魚塘等，朝陽市、沈陽市及黑山縣、康平縣和北票市治理程度相對較高。

利用遙感技術可以在較大范圍內對采煤沉陷區(qū)進行調查，與人工地面調查實現技術互補，能較直觀準確地確定采煤沉陷區(qū)的范圍、面積和形態(tài)，再根據沉陷區(qū)的分布特征、規(guī)模，將恢復治理與產業(yè)結構調整、用地保障、鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明建設相結合，因地制宜制定出合理有效的恢復治理方案，打造新的經濟增長型。

本文首次開展覆蓋遼寧省的采煤沉陷遙感調查，欠缺遼寧省以往相關調查數據，因此未能對采煤沉陷的發(fā)生和發(fā)育程度進行更加深入的研究。建議充分利用最新遙感技術手段，持續(xù)開展多輪次調查研究，以掌握采煤沉陷變化趨勢情況和恢復治理狀況，為遼寧省地質災害綜合防治提供決策依據。

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