航空三通道扫描技术在乌达煤田火区调查中的应用

利用航空三通道(可见光、中红外、热红外)扫描技术,在乌达煤田火区航空遥感探测基础上,采用图像处理、建立解译标志、煤火信息提取方法,辅之以野外验证方法,快速圈定了乌达煤田火区面积350万m2.野外验证表明,火区调查精度超过95%,显示出航空遥感地物识别力高,可迅速获取地面煤火燃烧热信息等特点,有助于在较短时间内快速完成大面积煤田火区的调查与监测任务.     

遥感技术在乌达煤火变化监测中的应用（增刊）

煤田火灾问题存在由来已久,利用遥感技术进行煤火监测正引起广泛关注。为更加精确地圈定乌达煤火的燃烧范围,本文以乌达2000年、2006年和2010年三时期的Landsat TM和ETM 热红外及多光谱遥感影像作为基本信息源,采用温度反演、最优密度分割和地质条件分析,提取各年的煤田热异常信息,再通过ArcGIS空间叠加分析和逻辑分析,研究煤田火灾随时间的动态变化过程。结果圈定了煤田火区的燃烧范围和2000-2010年来煤火变化面积及速率,对于发展煤火理论和乌达煤火的治理皆有一定的理论与实践意义。     

基于遥感技术的乌达煤田火区变化监测

采用遥感反演、自然间隔点分割与空间叠加分析等技术手段,提取1989、2001、2005年的乌达煤田火区范围,分析煤田火区的空间分布格局、空间演变态势、变化速度与变化趋势。研究结果表明：1989-2005年乌达煤田火区面积增加了9810 万m2,每年新增约613万m2,年增加率为248%,乌达煤田南部的A(12、13与14号)火区面积在逐渐减少,其他火区的面积在逐渐增加,并向四周扩散蔓延形成新的燃烧带。     

攀枝花宝鼎煤田露头大面积火区探测成果分析

科学分析煤田露头火区燃烧界限,准确判断其影响范围和危害程度,有利于提出有效的治理措施。攀枝花市运用高分遥感、无人机航测等先进技术手段和设备,对宝鼎煤田大面积火区开展了详实的探测,探测出39个火区点位的燃烧状况,形成44.85 km2的光学影像、10.30 km2的热红外影像图和250 km2的遥感影像图,圈定露头火区面积为17.43万m2,划定影响范围面积为1 285.19万m2。根据探测结果,分析了火区特点、变迁原因及危害,提出按照“分级防治、逐步推进、综合管控”的原则,采取火情监测、火源探测、注水降温、注浆灭火、高温区煤体剥离、黄土覆盖等综合防治措施,推进火区治理进度,为宝鼎煤田露头大面积火区治理提供了基础资料和决策依据。     

基于无人机热红外遥感的新疆宝安煤矿火区探测

煤火燃烧会释放大量的热,造成地表热异常,无人机热红外遥感技术为精准探测煤火范围提供了一种有效的技术手段。为了实现基于无人机热红外遥感技术的煤田火区精细化监测,使用无人机热红外遥感的方法对新疆宝安煤矿火区进行探测,并根据自适应梯度阈值法和人工阈值法,对两次连续飞行的无人机热红外影像进行温度阈值分割与煤火信息提取,对无人机热红外相机测温精度进行验证,两次无人机影像之间中误差为0.97℃,证明无人机测温精度可靠,技术可行,对煤火范围精准圈定与灭火具有参考价值。     

基于分区决策树的乌达煤田土地覆被分类研究

精确的土地覆被分类结果是研究煤田火区生态环境变化的基础。本文基于Landsat8卫星遥感数据,依据地形特征、主体地物类型以及辐射特征,将乌达煤田分为五个子区。利用多光谱特征、高程、坡度和热辐射特性构建决策树模型,并分区实现土地覆被分类。分类结果表明,与传统决策树分类法相比,基于决策树法的分区分类方法总体分类精度提高了14.75%,Kappa系数增加了0.17,其准确性有了较大的提高。     

遥感技术在乌达煤火变化监测中的应用

煤田火灾问题存在由来已久,利用遥感技术进行煤火监测正引起广泛关注。为更加精确地圈定乌达煤火的燃烧范围,本文以乌达2000年、2006年和2010年三时期的Landsat TM和ETM+热红外及多光谱遥感影像作为基本信息源,采用温度反演、最优密度分割和地质条件分析,提取各年的煤田热异常信息,再通过ArcGIS空间叠加分析和逻辑分析,研究煤田火灾随时间的动态变化过程。结果圈定了煤田火区的燃烧范围和2000~2010年来煤火变化面积及速率,对于发展煤火理论和乌达煤火的治理皆有一定的理论与实践意义。     

乌达煤田火灾Landsat-8/TIRS遥感动态监测

为了更加方便和准确地对实施灭火工程之后的乌达煤田火区变化情况进行监测,以覆盖乌达地区的Landsat-8卫星遥感影像为基础,采用普适性单通道算法对煤田地表温度开展了反演研究,通过设定一定的阈值提取了煤田火区的空间分布,并利用相邻时间多幅影像提取的相似结果验证了煤田火区监测结果的可靠性,最后依据时间序列监测结果分析了2015—2017年煤田火区分布的变化情况。结果表明:提取出的煤田火区分布范围明显,且具有较高的可靠性;近3年乌达煤田煤火分布范围基本稳定,但有增大的趋势。     

遥感技术在乌达煤田火灾监测中的应用

 利用2001、2003、2007、2010年Landsat TM/ETM热红外数据对内蒙古乌达煤田的地表温度进行反演,分析了煤田火区的空间分布格局、空间演变态势与变化趋势,并监测了矿区十年的植被覆盖变化。结果表明：高温异常区范围明显,反演出的煤火区符合实际煤火区分布;12、13、14号火区面积减少,其他火区继续蔓延,并形成了新的煤火区;十年来矿区的归一化植被指数(NDVI)从0.0926减少到-0.0378,植被覆盖度逐年减少。矿区煤火遥感监测实现了火区的动态监测和新火区的预测,为煤田火区灭火工程、矿井安全生产和矿区可持续发展提供了辅助决策。     

钻孔监测在乌达煤田火区治理中的应用

介绍了一种钻孔温度和标志性气体监测方法,可以获得煤田火区不同区域的燃烧状态信息,用于煤田火区治理效果评估。在乌达煤田Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ号火区布置测温钻孔1 296个进行为期1年的连续监测,采集及化验标志性CO气体气样1 296组;单孔完成测温24次,单组完成气体化验24次,完成地面调查79.962万m²。监测结果表明,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号火区内煤火均处于熄灭状态,仅Ⅸ号火区煤火尚未完全熄灭,但有熄灭趋势。该方法可广泛用于采取回填覆盖、灌浆填充方法治理的火区开展治理效果评价。     

内蒙古乌达煤田火区相关裂隙研究

针对当前煤层自燃研究中的薄弱环节,以强化地质因素研究为切入点,选择内蒙古乌达石炭二叠系煤田为工作区,深入研究裂隙系统在煤田火区形成的点→线→面扩展演化动力学过程中所起的重要作用.从成因角度将与煤田火区相关的裂隙划分为构造裂隙、采动塌陷裂隙、燃烧裂隙等3种基本类型和5种复合类型.其中,构造裂隙对采动塌陷裂隙和燃烧裂隙具有控制作用,燃烧裂隙通常在构造裂隙和塌陷裂隙基础上发育,单独的燃烧裂隙少见.野外调查和高分辨遥感解译证实,乌达煤田火区分布在裂隙密度较大的区域,裂隙类型与火区类型具有良好的相关性.     

煤田火区自然地物热红外发射率光谱测量及其特征

利用傅里叶变换红外光谱仪对新疆水西沟煤田火区自然地物进行发射率光谱测量,采用平滑光谱迭代法对温度和发射率进行分离反演,得到精确的地物温度和发射率,对7种典型自然地物热红外发射率光谱特征进行分析,并选择ASTER影像5个热红外波段进行数据模拟。结果表明：① 波长在8～13 μm,地物热红外发射率光谱特征存在明显差异,尤其是在8.5～10.0,11.3和12～13 μm处,可作为识别不同地物的特征波段;② 发射率光谱在ASTER影像5个热红外波段变化趋势呈现明显区别,在遥感影像对火区地物信息的提取研究中具有实际应用价值;③ 得到的地物发射率为火区地表温度的反演提供了精确的参数,可以提高温度反演的精度。     

乌达煤田地表汞交换通量研究

地表汞释放被认为是大气汞的主要来源之一。我国拥有世界上总面积最大的煤矿区,但对煤矿区地表汞释放的研究鲜有报道。采用通量箱与RA-915+测汞仪联用法对具煤火发育的乌达煤矿区地表汞交换通量进行了测试。测试结果显示:背景区地表汞交换通量值为4~29 ng/（m²·h）,均值为19 ng/（m²·h）;无火区地表汞交换通量值为14~62 ng/（m²·h）,均值为32 ng/（m²·h）;火区地表汞交换通量值为80~318 ng/（m²·h）,均值为177 ng/（m²·h）。煤矿区地表汞交换通量值显著高于背景区,并且部分汞可能直接来源于地下煤火,地表汞释放可作为认识地下煤火发育状况的有效途径。通过分析地表汞交换通量与自然条件相关性,发现汞交换通量与光照强度、地表温度存在显著正相关性。矿区白天大气汞含量受地表汞释放影响。     

自适应边缘阈值法的煤火探测研究

为了探测内蒙古乌达煤田的煤火位置,针对国产CBERS-04卫星的热红外波段提出一种自适应边缘阈值算法。该算法通过高斯滤波算法过滤热图像噪声,利用Sobel算子和提取的高温区域生成高温边缘,将高温边缘像素温度值的平均值作为温度分割阈值识别并提取煤火区。通过外业调查的火区验证提取的火区,发现二者的位置重叠度高达81.3%。对比同一日夜晚ASTER卫星和CBERS-04卫星所提取火区发现二者的位置重叠度为81.0%。这些结果均表明自适应边缘阈值煤火识别算法具有较高的煤火识别精度。     

新疆第五次煤田火区普查成果分析

相较于2013年新疆开展的第四次煤田火区普查成果,新疆新生煤田火区增加,部分未治理的煤田火区面积扩大以及责任主体灭失,给新疆煤炭工业的能源基地建设、井田划分、矿区规划、矿井安全生产、生态环境保护带来严重影响。2019年,新疆开展了第五次煤田火区普查,以新疆第五次煤田火区普查结果为研究对象,分析了新疆煤田火区的特点、变化原因、危害和影响。新疆煤田火灾存在分布广、发展快、新火区产生快、易发煤火风险区域多等特点,煤田火区的持续燃烧造成损失煤炭资源、污染大气环境、破坏土壤环境、污染水资源、易发地质灾害等危害。针对上述特点和危害,提出了新疆煤田火区治理措施,为新疆煤田火区治理规划提供了基础资料和决策依据。     

煤田火灾无线监测方法的应用研究

在现有煤火灾害监测方法的基础上,结合煤田火区的特点,根据火区钻孔温度监测的实际需求,提出了无线自组网技术、移动通信技术、互联网技术与温度传感器相结合的监测方法,实现了煤田火区钻孔温度数据短距离采集与数据的远程传输,解决了目前煤田火灾远程监控的难题,现场应用表明系统通讯距离满足大规模煤田火灾的监测需求,可靠性高,能方便地实现煤田火灾监测的自动化和网络化。     

基于Landsat-8的煤火监测方法研究

为了监测乌达矿区煤火的变化趋势,减少因煤自燃引起的经济损失,根据landsat-8卫星影像数据采用辐射传输方程法,单窗算法,劈窗算法等反演了内蒙古乌达矿区的地表温度,提取了煤火信息,并结合内蒙古乌达市环境监测中心站提供的数据和实地考察,验证地表反演结果的有效性。结果表明:几种反演算法得到的结果与地下煤火区地表温度的空间分布一致,其中劈窗算法综合考虑了两个热红外波段,其反演结果与实测温度值的差值较小,约为0.5℃,与地面实测值一致性比较好,高温异常区范围明显,在地下煤火反演中具有一定的适用性。     

新疆煤田火灾的危害与治理挑战（增刊）

中国新疆每年因煤炭自燃不仅造成了大量煤炭资源浪费还危害了火区周围的生态环境,而且经过近60年的治理,新疆煤田火灾依然是屡禁不绝。本文论述了新疆煤田火灾的危害、屡治不绝的原因及治理过程中所面临的挑战,并提出了相关建议。     

海石湾井田CO2成藏演化机制及防治技术研究

以窑街海石湾井田为研究背景,以海石湾井田煤二层中CO2为主要研究对象,运用地球化学、岩石学、构造地质学、表面物理化学、岩石力学、采矿工程、渗流力学、数值模拟等多学科理论,采用理论分析、实验室实验与现场工程实践的研究方法,系统地开展了井田CO2成因、CO2成藏规律、CO2的赋存状态、海石湾煤对CO2的吸附解吸特性、孔隙压力对煤层卸压作用机制以及工程实践等多方面的研究,并取得了一定的创新成果,主要研究结论如下:(1)根据对海石湾井田煤二层中CO2的碳同位素与氦同位素测定结果,实测海石湾井田主要测点的CO2含量均大于60%,实测δ13CCO2变化范围主要为+1.00‰～-5‰,3He/4He测定值均为10-8数量级,R/Ra为0.004 2～0.185 0,分析认为海石湾煤田中CO2为无机地壳来源。并根据F19断裂构造岩性质、多期运动性以及实验分析,提出了海石湾井田CO2为F19韧-脆性剪切带的动力变质成因;且F19断裂在井田CO2成藏过程中起到了成气断裂、输气断裂和封气断裂的多重作用。(2)建立了修正的D-A模型,该模型对现有的高压吸附实验数据具有较高的拟合精度,并对海石湾煤对超临界CO2吸附等温线进行了分析,引入了聚合物的自由体积理论对异常吸附等温线进行了理论分析,并得到了解吸曲线的初步验证。(3)海石湾井田煤二层埋深600～1 000 m时,地温为31.72～43.88°C,实测最大瓦斯压力为7.3 MPa,井田东部CO2浓度超过90%,计算海石湾井田东部区域的混合瓦斯含量达到50～60 m3/t,现场测定、实验测定以及理论计算结果表明,海石湾井田煤二层中赋存超临界CO2。(4)数值模拟结果表明,随着保护层工作面推进,下伏煤岩体的采动卸压范围及煤二层的膨胀变形量均随着孔隙压力的升高而增大,最大绝对变形量为328 mm,最大相对变形量可达0.5%,随着保护层推进与孔隙压力的增大,被保护层发生塑性破坏并随之增大,并进行了理论分析,结果表明孔隙压力在增强被保护层卸压中起着重要作用。(5)远距离上保护层开采及卸压瓦斯抽采实践验证了高孔隙压力在煤层卸压中的作用,抽采单孔流量达到2 m3/min以上,煤层透气性增大878倍,煤层瓦斯含量由53 m3/t降至12 m3/t,消除了煤二层的突出危险性,同时工程实践也验证了相关结论。