基于遥感的辽宁省采煤沉陷区治理调查

刘莎莎　高俊华　尹向红　朱家彪　周力　苏栋

摘 要：利用遥感技术手段，首次对辽宁省全域开展采煤沉陷现状及恢复治理调查，获取了基础调查成果，为辽宁省地质灾害综合防治提供了参考依据。结果表明：（1）全省 67 处采煤沉陷区中特大型有 1 处、大型 25 处、中型 38 处、小型 3 处，总面积约 648.44 km²，主要分布在阜新、南票、铁法、红阳、抚顺、康平和凤城等煤矿区，开采主体以生产矿山和责任主体灭失矿山为主，威胁对象包括土地资源、工业区、居民点和主要交通干线。（2）全省采煤沉陷区恢复治理面积约 11.37 km²，治理类型以修复再造和地质灾害治理为主，治理后地类以农用地为主，少部分为居民点搬迁、光伏太阳能发电站和养鱼塘等，朝阳市、沈阳市及黑山县、康平县和北票市治理程度相对较高。

关键词：遥感;采煤沉陷;恢复治理

中图分类号：TP79      文献标志码：A      文章编号：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

遼宁省是我国重要的煤炭生产基地，有南票、北票、阜新、铁法、沈北、抚顺、本溪、红阳等8个煤田和数十个煤产地，开采历史悠久，为省内外的经济发展做出了重大贡献。煤矿开采规模达到一定深度，就会引起地面变形，产生裂缝、塌陷和沉陷，破坏地面环境，损毁地面建筑设施、地下管网、耕地、公路、通信线路和自然景观，严重威胁人民生命财产安全。

从变形移动特点、规模和空间分布看，地面沉陷的危害范围和程度都较大，延续时间也较长[1]。李成尊等[2]研究了采空沉陷地质灾害的遥感影像识别特征，王海庆等[3～5]利用遥感技术对山东、新疆、四川等典型采煤沉陷区开展了调查研究，取得了良好的应用效果。张红日等[6～8]探讨了采煤沉（塌）陷区的防治对策，提出了先进的治理理念、模式和可行的技术方法。在辽宁省内，崔玉环等[9～11]等分别探讨了铁法、抚顺和阜新煤矿区的采煤沉陷现状特点、影响因素及治理对策，但对全省采煤沉陷区整体情况还未开展相关调查研究。gzslib202204021058

2020年中国地质调查局部署开展采煤沉陷区遥感调查，旨在摸清我国采煤沉陷区当前现状。本文基于地质调查项目，应用国产高分卫星遥感影像开展辽宁全域范围采煤沉陷区调查研究，分析其沉陷特点、规模及分布规律，并对采煤沉陷区综合治理提供决策参考。

1 煤炭资源概况

辽宁省地理位置处在中朝准地台和天山—兴蒙地槽褶皱系2个一级大地构造单元内，近 30 条岩石圈断裂、壳断裂构成断裂构造的基本格架[12]。东西向构造体系与华夏系构造体系联合控制石炭—二叠纪与早中侏罗世含煤地层沉积，新华夏系与东西向构造体系共同控制晚侏罗世含煤地层沉积，华夏式构造体系控制了古近纪和新近纪含煤地层沉积[13]。主要成煤期为晚古生代太原组、山西组、早侏罗世北票组、早白垩世沙海组和阜新组， 對应的主要煤盆地群为太子河—浑江赋煤带之盆地群和复州湾赋煤带、北票—朝阳盆地群、阜新—铁法盆地群、下辽河—抚顺盆地群[14]。据统计，辽宁省煤炭资源储量大约有 59.27 亿t，其中烟煤 25.35 亿t，无烟煤 15.53 亿t[15]。

2 遥感数据源和解译标志

收集全省高分辨率卫星遥感数据，建立遥感解译标志，采取自动化信息提取和人机交互解译相结合的方式提取采煤沉陷区信息，部分辅以地面调查验证，获取了辽宁省采煤沉陷区现状遥感调查成果。

2.1 遥感数据源

数据源主要是国产光学卫星数据，包括地面分辨率为1.0 m的GF2数据和 2.0 m的GF1、GF6及ZY3数据，基本覆盖辽宁省全域范围，获取时间为 2019 年的 9—12 月。对遥感数据进行波段组合和图像增强处理，数据质量和精度满足本次调查研究的需要[4]。

2.2 遥感解译标志

参照煤矿开采历史和范围，了解矿脉所处地层属性，结合矿区地面的植被、水体及人类活动等呈现的异常现象，在遥感影像上直接或间接判读采煤沉陷的状态、形态和影响对象等信息，如图1所示。

2.2.1 直接判读

无积水坑：主要是在山地或平地的早期发育时期，其在遥感影像上反映出暗灰色或黑色色调，形态呈圆形、椭圆形及与地下采煤巷道相关的长条形，采煤集中区可表现为串珠状分布。

有积水坑：在平地上的采煤沉陷中后期，沉陷趋于稳定，其形成的盆地逐渐积水，积水区根据地面形变程度呈不规则形态，一般小于沉陷区范围，水面呈暗黑色。沉陷区轮廓与无积水沉陷区类同，但其由内而外，地面形变逐渐减缓，影像上色调由暗黑色到深灰色再到浅灰色转变。

2.2.2 间接判读

居民点搬迁：地面沉陷导致房屋开裂、道路阻断，原有居民点已不适合居住而整体搬迁，搬迁后在影像上消失或者留下了地基废墟行迹，可间接判断沉陷位置。

植被稀疏或裸地：地面沉陷使得地表水渗漏，地下水水位下降，土壤层含水量不足，土壤退化，原本附着其上的植被不能生长，出现水田变旱地，乔木变灌木或草本植物，甚至出现裸地的现象。

复垦治理区：采煤沉陷区的复垦治理形式多样，有的是用煤矸石和电厂的粉煤灰回填，其上植被稀疏，色调为灰白色;有的整治形成鱼塘养殖场，边界修葺规整，色调为暗黑色;有的铺成太阳能电板，内为东西向暗灰色规则长条纹。

3 沉陷区分布特征

全省调查出采煤沉陷区共67个，分布在葫芦岛、锦州、阜新、朝阳、沈阳、铁岭、抚顺、本溪、辽阳和丹东等10个市，总面积约648.44 km?，沉陷区内调查有塌陷坑2 065个，面积约 37.49 km?，塌陷坑积水面积约 15.21 km?，地裂缝 30 条。见表1。

3.1 区域分布

采煤沉陷区主要集中在阜新煤田、铁法煤田、红阳煤田和康平煤矿区，调查出采煤沉陷区20个，面积 440.35 km?，占全省沉陷区总面积的67.91%，调查出塌陷坑 783个，面积 27.53 km?，占全省塌陷坑总面积的 73.43 %，地裂缝 15 条。其次是分布在沈北煤田、南票煤田、北票煤田、本溪煤田和凤城煤矿区，调查出采煤沉陷区 37 个，面积 182.65 km?，占全省沉陷区总面积的 28.17 %，调查出塌陷坑 1 177 个，面积 8.33 km?，占全省塌陷坑总面积的 22.22 %，地裂缝 15 条。此外，在抚顺煤田、黑山、建昌、宽甸和恒仁等地区也调查出采煤沉陷现象，如图2所示。

3.2 灾害发生规模

全省 67 处采煤沉陷区，规模从小型到特大型均有发现。其中，特大型沉陷区 1 处，位于阜新煤田阜蒙县境内;大型沉陷区 25 处，分别位于南票煤田、铁法煤田、红阳煤田、阜新煤田、抚顺煤田以及康平、凤城、恒仁、宽甸、凌海等地;中型沉陷区 38 处，分别位于铁法煤田、沈北煤田、南票煤田、北票煤田、本溪煤田以及凤城、康平、宽甸、建昌、黑山等地;小型沉陷区 3 处，分别位于抚顺煤田、凤城和宽甸地区。

3.3 矿山开采主体

矿山开采主体有5类，包括生产矿山、停采矿山、违法矿山、2006年以来责任主体灭失矿山及其他关闭矿山。经调查，生产矿山发现沉陷区 24 处，面积 388.92 km?，占总面积的 59.98 %;停采矿山发现沉陷区 2 处，面积 26.53 km?，占总面积的 4.09 %;2006年以来责任主体灭失矿山发现沉陷区 40 处，面积 217.12 km?，占总面积的 33.48 %;其他关闭矿山发现沉陷区1处，面积 15.87 km?，占总面积的 2.45 %;未发现违法矿山有沉陷现象。

3.4 危害对象

经调查，全省采煤沉陷灾害损毁土地面积 37.49 km?，其中损毁农用地 37.35 km?，损毁建设用地 0.02 km?，损毁未利用地 0.12 km?;沉陷地质灾害威胁村庄 83 个，县级以上公路 10 条，长度约 3 775.58 m，铁路 3 条，长度约 7 074.38 m。损毁土地面积较大的沉陷区集中在康平、调兵山、沈北、阜新、灯塔和义县等地，威胁村庄的沉陷区主要在康平、沈北、调兵山、南票、阜新、凤城、北票、本溪和灯塔等地。威胁公路和铁路线的沉陷区分布在抚顺、北票、阜蒙、调兵山和黑山等地。gzslib202204021058

4 沉陷区恢复治理

全省 67 个采煤沉陷区中已实施恢复治理的有 24 个，治理总面积约 11.37 km?，主要分布在北票、抚顺、铁法、康平、沈北、南票、阜新、凤城和黑山等地。

4.1 治理类型

调查发现涉及的治理类型共有 4 类，分别为工程治理、修复再造、土地复垦和地质灾害治理。其中，修复再造面积最大，约 6.96 km?，主要分布于康平、沈北、凌海和南票;地质灾害治理面积次之，如沟壑填埋，约 3.68 km?，主要分布于北票、凤城、抚顺、阜新、铁岭和调兵山;工程治理面积第3，如边坡加固，约 0.69 km?，位于黑山;土地复垦面积最小，约 0.04 km?，也位于黑山。

4.2 治理后地类

治理后地类以农用地为主，其他包括仓储用地、居民点搬迁、光伏太阳能发电站及养鱼塘等地类。其中，旱地的面积最大，约 8.60 km?，主要分布于沈北、康平、阜新、北票、抚顺、南票、黑山和凌海等地;林地的面积次之，约 1.91 km?，主要分布在铁法、凤城等地;治理成光伏太阳能发电站，面积约 0.45 km?，排第3，位于黑山;恢复成水浇地，面积约 0.30 km?，排第4，位于黑山和阜新等地;其余依次为养鱼塘、仓储用地和居民点搬迁，面积分别为 0.06，0.03和0.02 km?，主要分布在阜新和北票等地，见表2。

4.3 治理程度

全省 67 个采煤沉陷区有 24 个已实施治理，治理面积 11.37 km?，治理面积占采煤沉陷总面积的 1.75%，治理程度不高。按市级行政区统计，朝阳治理程度最高，面积治理率为 4.30%，其他行政区面积治理率如下：沈阳为3.91%，抚顺为 2.17%，锦州为1.68%，丹东为1.58%，铁岭为1.15%，阜新为0.39%，葫芦岛为0.07%，本溪和辽阳未调查出治理地块。按县级行政区统计，治理程度由高到底依次为黑山（6.51%）、康平 （6.14%）、北票 （4.44%）、海州（3.58%）、东洲（3.25%）、新抚（1.92%）、凤城（1.67%）、调兵山（1.15%）、凌海（0.31%）、沈北（0.15%）、南票（0.07%）以及阜蒙（0.02%），其余采煤沉陷区所在的县未调查出治理地块。

5 结论

辽宁省遥感调查发现 67 个采煤沉陷区，包括特大型 1 处、大型 25 处、中型 38 处、小型 3 处，沉陷总面积约 648.44 km?，主要分布在阜新、南票、铁法、红阳、抚顺、康平和凤城等煤矿区，开采主体以生产矿山和责任主体灭失矿山为主，对土地资源、工业区、居民点和主要交通干线造成严重威胁。

对采煤沉陷区开展部分恢复治理，治理面积约 11.37 km?，全省治理程度普遍较低。治理类型以修复再造和地质灾害治理为主，治理后地类以农用地为主，少部分居民点搬迁、光伏太阳能发电站和养鱼塘等，朝阳市、沈阳市及黑山县、康平县和北票市治理程度相对较高。

利用遥感技术可以在较大范围内对采煤沉陷区进行调查，与人工地面调查实现技术互补，能较直观准确地确定采煤沉陷区的范围、面积和形态，再根据沉陷区的分布特征、规模，将恢复治理与产业结构调整、用地保障、乡村振兴、生态文明建设相结合，因地制宜制定出合理有效的恢复治理方案，打造新的经济增长型。

本文首次开展覆盖辽宁省的采煤沉陷遥感调查，欠缺辽宁省以往相关调查数据，因此未能对采煤沉陷的发生和发育程度进行更加深入的研究。建议充分利用最新遥感技术手段，持续开展多轮次调查研究，以掌握采煤沉陷变化趋势情况和恢复治理状况，为辽宁省地质灾害综合防治提供决策依據。

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