ArcGIS在淮南某煤矿采煤塌陷区预测中的应用

■宁尚知郑雪石勇

（1山东省煤田地质局第二勘探队山东济宁272000；2山东省煤田地质局第五勘探队山东泰安271000）

ArcGIS在淮南某煤矿采煤塌陷区预测中的应用

■宁尚知1郑雪2石勇1

（1山东省煤田地质局第二勘探队山东济宁272000；2山东省煤田地质局第五勘探队山东泰安271000）

煤矿开采导致的采煤塌陷对环境造成严重的危害，对居民人身财产安全造成严重的威胁，同时对企业造成巨大的经济损失。对采煤塌陷区的准确预测则是科学恢复治理的前提。ArcGIS能够准确识别煤矿塌陷面积和空间分布范围。本文应用ArcGIS对淮南某煤矿进行塌陷区预测，提高了工作效率和精度，为环境保护与恢复治理方案提供了技术支持。

煤矿塌陷恢复治理ArcGIS环境保护

1 引言

对塌陷区空间展布的预测直接影响到塌陷区恢复治理方式的选择。目前ArcGIS因其具有强大的数据处理、空间分析、二次开发能力,能将地理空间数据和各类信息有机的集成在一起,从而能给采煤塌陷区的地质环境评价提供决策支持,是一种及时、准确、有效的评价手段,为地质环境评价研究提供了新的研究方法。同时基于ArcGIS的三维可视化能够较为精准的反映塌陷区的大小，为后续复垦提供技术支持。本文以淮南某煤矿（下均称为甲煤矿）为例，运用ArcGIS预测塌陷区的空间展布。

2 ArcGIS在甲煤矿煤炭塌陷区的预测

2.1 甲煤矿概况

甲煤矿始建于1958年10月，1966年3月建成投产至今，目前矿区范围面积9.96平方公里，煤矿东西长3.25km，南北倾斜宽3km，开采标高+1103~+470米，生产规模0.45Mt/a。由于有40年的开采历史，地表塌陷问题在该区已异常严峻，其有以下特点：（1）塌陷面积大、分布散；（2）塌陷随时间和空间动态变化；（3）塌陷地貌类型复杂。主要包括农用地、建设用地、林地、山地、未利用地等；（4）塌陷程度差异性大。塌陷地主要包括已沉稳的、未沉稳的、深积水(3米以上)、中等积水(1～3米)、浅积水(1米以下)等。

2.2 ArcGIS基本工作思路

ArcGIS对开采塌陷区预测的基本工作思路是采集区域样品的坐标信息、深度信息等地理信息数据；对区域的构造图及遥感图件数字化，结合采集的信息构建区域三维栅格图，即区域数学模型；利用包括钻井信息、地层信息等数据，选取最为合适的计算方法，预测塌陷区的展布，形成塌陷等值线图；再对图件进行裁剪、坐标系配准之后，结合实际地表坡度得到符合实际地质情况的按地层坡度分类的塌陷区面积展布。

2.3 图件数字化及数据转换

矿山地质环境保护与治理恢复图件来源包括矢量数据与栅格数据，栅格数据以纸质图纸扫描后的JPG格式和遥感影像为主，矢量数据基本以Autocad格式和Mapgis式为主。矢量数据需要进行格式转换最终可在ArcGIS下编辑处理，栅格数据要进行数字化等工作。

其中需要注意的是:Autocad格式和Mapgis格式转换成ArcGIS中的shapefile格式时，由于Autocad、Mapgis数据结构构与ArcGIS不同，数据在转换后会存在属性数据丢失、要素变形等，因此必须对转换后的图形的属性表进行修正。

2.4 地面塌陷预测

根据甲煤矿煤层赋存条件"采煤方法及工艺等条件，以及《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中所列预计方法，经过初步分析得出，概率积分法中的最大值预测方法在该工区的地质条件下较为适用，因此数学建模的方法采用最大值预测方法，进行全区地面塌陷变形量预测。利用ArcGIS中的建模功能得到甲煤矿地面塌陷等值线图；接下来将甲煤矿地面塌陷等值线图，按照煤矿规模划分为100×100个网格，提取每个网格的节点信息，计算各个网格节点坐标及地面塌陷值。

2.5 图件配准与裁剪

将地形、地面塌陷预测及土地利用数据统一转换为ArcGIS下空间数据shape格式后，需要对以上三个图形配准，统一空间坐标系，进行投影设置。我国基本比例尺分幅图均采用高斯克吕格投影，对于比例尺1：1万的采用3度分带;ArcGIS中提供了北京54和西安80的坐标系参数。

图形配准后，本文所作的研究区域是甲煤矿矿区范围，在ARCMAP下利用Arctoolbox的分析工具栏下的裁剪命令按钮对图形进行研究区裁剪，便于后期的分析和编辑。

2.6 拟合地形数据与塌陷预测数据

在ARCMAP下，首先将原始地形矢量数据转换为矢量点数据，然后将原始地形与塌陷预测矢量点数据转换为栅格文件，最后利用工具栏中的数学运算按钮进行数据拟合，生成拟合后的塌陷地形栅格文件。

2.7 坡度分析

ArcGIS具有一个能为三维可视化、三维分析及表面生成提供高级分析功能的扩展模块3DAnalyst，可以用它来实现数据的可视图化和分析处理。本次研究在这里利用ArcGIS三维分析模块进行TIN表面的创建，进行表面分析坡度计算、提取甲煤矿塌陷后的地形坡度数据。

在ARCMAP下，将拟合后的塌陷地形栅格文件转化为TIN文件，然后利用TIN文件构建DEM数据最后利用DEM数据生成坡度数据。

在ArcGIS的GIS制图模块中利用工具栏下的分析工具中的重分类工具，进行坡度重分类、生成塌陷后地形的分类坡度数据，其中1代表坡度≤8°区域，2代表8°至25°区域，3代表＞25°区域。

2.8 提取塌陷区坡度、地类数据

利用工具栏下的转换工具将分类坡度数据转换为边界框，然后叠加土地利用现状图，利用工具栏下的分析工具，生成内插文件，打开上述图件的属性表，选择属性表中的“形状面积”进行几何计算，然后导出属性列表，利用Excel进行统计，最终获得甲煤矿塌陷区不同坡度分集中的不同土地类型面积数据。

3 结论

本文利用ArcGIS强大的数据分析能力、三维可视化图件的解析能力，对甲煤矿采煤塌陷区分布范围进行预测，得到了其空间展布特征，为该区域复垦治理提供了资料依据，降低了恢复的难度和经济成本。同时对于其他矿区采煤塌陷区的恢复也提供了一定的借鉴。

[1]殷作如,邓智毅.开滦矿区采煤塌陷地生态环境综合治理途径 [J],矿山测量,2003,

(3):21一25.

[2]郭爱国,张华兴.我国充填采矿现状及发展J[],矿山测量,2005,:160一61.

X752[文献码]B

1000-405X（2016）-6-202-1