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矿山环境监测技术与数据分析方法研究论文

 人参与  2024-12-04 09:58:37  分类 : 理学  点这评论  作者：团论文网  来源：https://www.tuanlunwen.com/
　　摘要：随着国民经济持续，对矿产资源需求量增加，因采矿带来的地质环境问题不仅仅对矿区产生影响，也对矿山周边居民生产和生活长期影响，由于开采带来的地质结构破坏，很容易出现塌陷、滑坡等问题。基于这种情况，政府出台了相应的制度要求，通过建立完整的矿山环境监测体系，选择科学有效的环境监测技术，实时掌握矿山环境的具体情况，并据此作出相应的治理方案。在本文研究过程中，依托高分辨率航空正射影像获取数据资源，通过查找基础地理省情监测成果与专题资料、业内解译与外业核查相结合的方式，提出了一种快速精确提取与多维统计分析相结合的工作流程和方法，用于解决区域矿山环境问题。基于这种情况，本文在研究过程中，选择了A区域作为研究对象，开展了区域内矿山地质环境遥感监测，构建了矿山地质环境问题的快速监测体系和分析模式，为矿山地质环境保护与治理工作提供数据支撑。

　　关键词：矿山环境；环境监测技术；监测数据分析

　　矿产资源作为工业发展的基础保障，为人民群众生活和生产提供自然资源，但因采矿企业发展速度不同，避免不了一些不合理开采现象，导致出现了很多的矿山地质环境问题，既对生态环境破坏，也对人民群众生活生产产生了影响。基于这种情况，矿山环境问题开始受到全社会的高度关注，党和国家也制定了诸多法律法规对矿产行业进行规范，要求矿山企业加强环境治理，降低环境破坏程度，以此实现矿山资源开采的经济效益、社会效益、环境效益统一。针对矿山环境问题来说，以往采取的调查方式是逐级上报或者依靠外业核实的方法，所产生的经济效益不高，也需要耗费大量时间和资源，并不能掌握矿山整体情况，导致难以对环境问题有效治理。在现代科学技术发展后，遥感技术因具有波谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率等优势，能够全面掌握矿山地质环境情况，为矿山地质环境监测提供了有效的数据支撑。通过对该部分数据的获取，采取数据分析方法进行处理，明确矿山环境问题，为矿山环境治理提供有效的依据，以此保障矿山地质环境的稳定性。

　　1矿山环境监测区域概况

　　此次研究的区域处于黄河下游，并且山脉居多，基本上西部地区相对平坦，东部区域地势起伏非常大，地形主要以山地、平原等为主。另外，研究区域地质资源储量大，形成了以资源开发型为主的经济体系，截至2023年底，地质团队勘查出了具有开发价值的资源种类超过100种，并且确定了资源储量的达到50种。其中，金属矿产资源、非金属矿产资源、海洋资源等都有分布，储量相对周围省份较大。此外，现阶段该区域超过30种资源进入了开发阶段。基于这种情况，整个区域矿产资源分布面积大、加上地质环境的多样性、复杂性，导致各个区域的矿产资源种类和储量存在差异。

　　2矿山环境监测数据来源与研究方案

　　2.1监测数据来源

　　第一，遥感影像。在研究过程中，收集了矿山监测区域2023年6月～9月的高分辨航空正射影像数据，空间分辨率是0.4m。第二，基础性省情监测数据。收集了监测范围内的2023年度基础性地理省情检测成果。其中，监测成果中的数字高程模型数据用于统计分析；行政区层数据作为行政区域划分和统计的依据；道路层和作为外业核查的数据依据。第三，收集其他相关资料。收集该地区第三轮矿产资源规划资料，据资料记录2023年数据库成库，把矿山点状及矿山注记数据作为矿种判断依据之一。收集该地区1:500000地质图，利用该区岩性地层年代及地质构造数据作为成果统计分析的参考。
 

 
　　2.2研究方法

　　在研究过程中，为确保研究工作的顺利开展，选择了遥感技术对区域地质环境、水文等资料获取，并且明确了研究需要数据资料来源，依托遥感影像数据收集、整理、分析后，对其中特殊区域进行了实地勘查，掌握了非常全面的遥感勘查结果，也对现有的地质环境问题进行明确，依托多层面、多因素的分析，把握勘查区域的实际情况，制定了符合需求的遥感监测机制和体系，有助于为后续工作开展提供技术保障。

　　在具体实施过程中，按照六个步骤进行落实。第一，数据预处理。通过对2023年0.4分辨率航空正射影像的镶嵌裁剪及坐标转换，矿山地质环境专题资料的格式转换，对存在异常的数据预处理。第二，形成该区域矿山地质环境问题解译标志。调查研究区域矿山地质环境特点，矿山地质环境问题专题要素划分七类，分别为破损山体、露天采矿、塌陷区域、矿渣堆放区等，且依托外业勘查获取的数据，形成了矿山地质环境问题解译标志。第三，矿山地质环境问题专题信息获取。先利用遥感解译标志的内容，获取其中的专题信息，找出当前研究区域存在的环境问题，标记需要开展外业核查的区域。在信息提取中，工业材料生产基地、建筑材料供应厂等都属于加工类企业，不能纳入矿山环境管理的范围，如果可以确认属于此类区域，就不要提取相应的信息；风力发电建设区域只是对地表植被产生的破坏，并未对山体带来很大影响，也是不需要进行提取的；石油开采区域，也不需要进行提取；很早就停止开采的矿山区域，当前转变为农业用地、工业用地等，但是其依旧属于采矿用地，只要其中存在采矿痕迹，也是属于工业广场；工业广场内如果存在矿渣堆放，需要对其分别标记；采矿塌陷区域的数据解译中，应当按照影响进行扩大或者保持不变，不能对其删除或者缩小；图斑涉及到多种区域时，需要将生产类作为主要部分。第四，外业核查。在矿山地质环境监测中，依托外业核查的方式，能够对其中存在异常的区域进行全面核查，也需要清楚记录核查情况。而且，对没有存在疑问的区域，需要以矿山作为单位进行样本采集，为后续研究提供有效的数据支撑。第五，内业编辑和处理。在外业工作完成后，就需要对原本存在异常的区域进行调整优化，对没有出现异常的区域抽查，经过质量检查后，就可以作为研究区域的矿山地质环境问题数据库。第六，多维统计分析和表达。通过对监测结果及多种数据做叠加分析，从行政区域、不同地形区域、岩性等五个方面进行剖析，从而对矿山地质环境进行清晰阐述。

　　3矿山环境监测结果与分析

　　在本文研究过程中，采集了研究区域矿山地质环境存在问题的图斑一共13000个，面积达到860km2。从具体情况而言，研究区域矿山地质环境问题类型主要包括采矿塌陷地、固体废弃物堆放、工业广场、露天采坑、破损山体、其他矿料堆放、尾矿库等。其中，研究区域最为严重的地质环境问题是露天开采所产生的破损山体和矿产开采活动形成的工业广场，其对生态系统带来了重大影响。结合矿产资源分布情况可知，研究区域东部区域主要是尾矿库数量较多，并且山地丘陵地区都有非常多的破损山体和加工用途的工业广场。在中部地区中，主要以黑色金属矿山为主，对金属矿开采产生了很多的尾矿库和固体废弃物堆放区，同时中部地区以开采建材为主，形成了面积不大，但是数量多的破损山体。此外，西部地区因资源开采，导致出现了大规模的塌陷问题。

　　3.1基于地形的数据分析

　　在研究区域矿山环境监测数据分析中，经过对获取的数据叠加后发现，整个地区中的丘陵地区存在的矿山环境问题最为严重，达到300km2；平原和山地矿区存在的矿山环境问题也比较严重，达到270km2、220km2。基于这种情况，山地和丘陵主要以山地破损为主，平原地区以采矿塌陷和工业广场为主，其他部分区域属于露天采矿形成的采坑为主。因此，从该区域具体情况可知，只要是山体破碎程度越高的区域，基本上对地质环境带来的影响也是最高的，这要求对其进行高度关注，结合其具体情况，制定科学合理的治理方案，才能保障矿山环境的稳定性。如果从地质环境问题分析，应当对该区域的地形情况进行重视，坚持因地制宜的原则，对整个区域的地质环境问题分析，才能进一步实现区域环境恢复。

　　3.2基于岩性的矿山地质环境问题分析

　　在研究区域中，依托岩性性状，明确了矿山地质环境问题形成的具体原因，也确定了二者的关系，为后续环境治理工作提供了真实性、可靠性的数据保障。在此类区域中，基本上南部很多岩石都露出地面，如果对其进行岩性进行分析，都是变质岩，并且河流区域中存在非常多的膨胀土。另外，其他区域中主要以沉积物为主，并且厚度非常大。基于这种情况，勘查区域所形成的环境问题与岩性存在密切的关系，要想对其进行有效治理，也需要从岩性层面出发，采取科学合理的治理方式，才能实现地质环境的恢复。
 

 
　　针对该矿山地质环境问题分析，其属于存在于第四系松散沉积物中，占到整个矿山地质环境问题的一半。其中，沉积物主要以泥岩、页岩、粉砂等组成，并且分布在西北、西南地区，因主要以砖瓦窑厂为主，取土量非常大。石灰一二叠纪是该区域主要的含煤层，集中分布在西部地区，因其有着数量充足的煤炭资源，导致塌陷区域较多。此外，花岗岩和泥灰岩区域存在的地质环境问题也非常严重，其主要分布在中部、东部等地区，这源于建筑石材使用数量大。因此，破损山体分布在水泥灰岩、第四系松散沉积物等区域。加上水泥灰岩岩土破碎程度高，因其组成的地层很容易出现滑坡，基本上破损山体分布较多，并且风化作用的持续影响，最终造成了很严重的滑坡、崩塌等。

　　3.3基于断裂带的矿山地质环境问题分析

　　通过对矿山地区断裂带存在的环境问题分析，基本上断裂带10km以内的矿山地质环境问题很多，影响到500km2，基本上是矿区的一半以上，说明因断裂带的形成增大了地质环境问题的影响程度。一般情况下，矿山资源开采后，地质结构的力学结构开始变化，也会引发崩落、坍塌等地质灾害的产生，加上断裂带的作用，增大次生灾害的出现，最终形成了更大规模的灾害。此外，也需要对断裂带附近的破损山体和露天采坑等进行及时处理，采取危岩的清理、护坡等工作，以此降低地质灾害的产生。

　　4矿山环境监测及数据分析的应用要点

　　首先，科学合理确定监测因子。由于我国地域面积广阔，每个地区都有不同的地质结构、水文状况、资源分布，因此每个城市会根据各自的区域特点，规划资源开发，其中也包括矿产资源，因矿石形成区域地理环境复杂。工作人员在开采前要提交一份地质环境和地质特征调查报告，采矿人员会根据报告判断开采难度，制定计划，以此让矿山工程顺利进行。对矿山环境监测时，想要借助遥感技术，除了具备最佳的环境监测因子、适当扩大环境监测范围外，监测人员对GPS、GIS仪器使用的专业程度同样关乎监测数据的完整性和数据误差率。所以在监测因素选择中，监测人员需结合当前勘查矿山的所属地质条件，综合利用GPS、GIS等技术，在掌握矿山地质勘查区的数据信息后，对矿山环境进行外业勘查，方便后期矿渣合理处理。通过采取这种方式后，能够减少对周围环境的消极影响，也可以保障土壤和水资源的安全。

　　其次，常态化监测周边环境。地质环境会随着外部环境因素的变化产生相应的变化，为确保矿山开展活动的安全性，降低地质灾害的产生的概率，以此实现矿山资源的有效开采。特别是没有对矿山地质灾害进行有效处理后，产生了次生灾害，这就需要将遥感技术进行使用，能够对矿山开采过程进行全面监测，通过发挥遥感技术全天候、全方位的优势，能够实时掌握矿山环境的具体情况，针对环境所呈现的相应变化，及时发现其中存在的环境问题，并且坚持因地制宜的原则，制定科学合理的治理方案。而且，矿山人员应当树立安全意识，重视光谱信息的分析，依托具体数据的作用，识别矿山存在的地质风险，加快风险预防和处理工作。

　　最后，提升人员专业能力。遥感技术在矿山环境监测的使用，也会因矿山自身环境存在的影响因素，导致无法获取到精确的分析结果，增大了矿山环境监测的难度。为确保矿山环境监测数据的完整性、精确性，应当要求监测及分析人员综合素质持续提升，既要对遥感技术的使用方法掌握，也要依托矿山环境对监测技术进行合理使用，确保分辨率和成像时间符合要求，并且对辐射校正和融合工作进行完成，以此提升图像质量。此外，获取矿山环境数据是利用监测影像实现的，为掌握全面的环境信息，应当具备相应的职业素养，既要对图像信息进行分析，也要找出其中深层次的价值信息，客观呈现矿山环境的具体问题，逐步为矿山环境治理提供数据支撑。也因此，在矿山环境监测及分析中，人员专业素养是非常重要的，直接影响到监测效果和数据分析质量。为保障监测工作和分析数据的顺利开展，应当对监测及分析人员提出明确的要求，确保监测数据的有效收集，也可以满足矿山环境治理的需求。

　　5结语

　　在建设生态强国和职业安全理念的持续推动中，矿山资源开采本质上有着很高的危险系数，要想实现矿山开采的持续发展，应当加强环境监测工作的开展，并且依托客观性、真实性的监测数据，提前制定针对性的地质灾害预防方案，也选择相应的矿山环境问题治理策略，从而实现矿山开采的经济效益、环境效益、社会效益统一。一方面，监测人员应当认识到遥感技术在矿山环境监测中的应用价值，因其具有全天候、全方位、全过程的监测优势，并且结合矿山具体情况选择了相应的监测因子，实时获取矿山的环境变化，及时掌握矿山环境问题，以此实现环境问题预防和治理。另一方面，重点培养监测人员专业性，监测设备监测到数据的真实精准性直接关系到环境安全。开采的原则，除了减少地质灾害和降低环境污染，也要确保开采人员的安全，以此实现开采的经济效益。因此，在矿山环境监测中，需要选择合理的监测技术，制定符合要求的监测方案，获取矿山的环境数据，分析出其中存在的环境问题，采取针对性的治理措施，以此实现环境保护目标。
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