“矿区生态损毁监测与评价”专题（《煤炭学报》）

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“矿区生态损毁监测与评价”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“矿区生态损毁监测与评价”主题论文。

行业视野: 环境保护
类别; 132个
关键词; 136位
专家; 29篇
论文; 34236IP
点击量; 14608次
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草原区煤电基地开发生态环境时空响应及综合评价

作者(Author)：邵亚琴, 汪云甲, 李永峰, 张华, 刘竞龙

摘要：草原区煤电基地的大规模开发必然引发剧烈的生态环境问题。针对胜利煤电基地生态系统的特点，应用系统分析方法，以土地、水体和大气为空间载体，辨识生态扰动因子，构建生态环境综合评价指标体系，以多源动态监测技术为获取基础信息的主要手段，利用遥感反演、数据融合、空间插值、统计分析等数据处理方法，从煤电基地尺度、功能区单元和最适宜格网单元等多时空尺度，综合评价和分析研究区域2000年，2005年，2010年和2015年的生态环境状况，探寻区域生态的时空变化规律。研究表明，2000—2015年，研究区域生态环境整体处于良好状态;2005—2010年，煤电基地开发规模迅速扩大，恶化趋势明显，生态环境状况显著变差、明显变差和略微变差的区域面积分别达到512.76，664.52,284.26km2市城区、城镇居民点和省道S307两侧区域，并以露天矿区及电厂区、市区和居民点为中心形成阶梯状缓冲区，印证了露天矿开采及电厂开发、城市建设对生态环境产生负面扰动的累积效应;2010—2015年，露天矿区排土场复垦、电厂控排、城市湿地公园建设及省道S307沿线绿化有效改善了局部生态环境状况，体现了生态修复与监管对生态环境恢复的重要性。根据生态环境评价结果及其时空发展规律，提出了搭建基于大数据的草原区煤电基地生态环境“监测-评价-管理”三位一体多源动态监测平台和建立生态环境修复“5W+2H+E”循环管理模式的管控对策，为煤电基地环境保护和生态修复监管提供了可靠依据。

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煤炭学报

2019年第12期

1289

453
基于SBAS和混沌理论的内排土场沉降监测及预测

作者(Author)：田雨, 雷少刚, 卞正富, 曹志国

摘要：为研究露天矿内排土场工后沉降规律，定义内排土场下沉系数为地表最终沉降量与初始覆土高度的比值，并以内蒙古锡林浩特市胜利一号露天矿内排土场为研究区，利用41期高时间分辨率sentinel-1 A数据采用小基线集(SBAS)技术进行内排土场沉降监测，在此基础上引入混沌理论中的相空间重构理论结合二阶Volterra自适应滤波对沉降时间序列进行单步预测。结果表明:① 内排土场沉降剖面呈现明显的半漏斗状，总体上累积沉降量与到矿坑的距离成反比，通过沉降时间序列分析可得Ⅰ,Ⅱ区域处于沉降活跃期，存在滑坡、泥石流风险，是后期沉降监测的重点区域，Ⅲ~Ⅶ区域步入稳定过渡期，Ⅷ区域已基本稳定，初步判断该区已基本满足了土地复垦及建设简单构筑物的基本要求。② 经曲线拟合，得观测周期内，内排土场下沉系数约为0.639 cm/m。③ 经最大Lyapunov指数验证，通过SBAS技术得到的4组沉降量时间序列均具有混沌特征。④ 运用混沌理论中的相空间重构理论结合二阶Volterra自适应滤波对沉降量进行单步预测，预测结果显示其可在短期内较好地反应真实值变化趋势，前10步预测结果的平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)均在6%以下，但随预测步数的增加，预测精度逐渐下降，这表明二阶Volterra自适应滤波仅可用于SBAS获取的一维沉降观测数据的短期预测，将其应用于长期预测的结果不可靠。

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煤炭学报

2019年第12期

1060

504
水分和冻融循环对酷寒矿区煤矸石风化崩解速率影响的定量研究

作者(Author)：程伟, 郭海桥, 尚志, 牟守国, 卞正富, 雷少刚

摘要：酷寒矿区表土瘠薄，陆地覆被破坏后可利用表土稀缺是制约煤矿区土地复垦的重要因素之一，难以获得足够的可用表土不仅直接影响到煤矿土地复垦效果，同时也限制煤矿区可持续发展的进程。因此在缺土区拓展可利用表土来源不仅是煤炭土地复垦中亟待解决的生产问题，也是一个重要的科学问题。煤矸石是矿产资源开发利用的副产物，也是潜在的表土来源之一。针对特殊环境下的土地复垦需要，以酷寒矿区未风化煤矸石为研究对象，从水分变化、冻融循环单独作用和水分-冻融循环叠加作用于煤矸石的角度进行试验设计，分析了3类14种处理下煤矸石风化崩解的差异性。结果表明:水分-冻融循环处理下煤矸石风化崩解速率明显大于水分和冻融循环单独处理，风化崩解速率差异较大。运用聚类分析把煤矸石14 种处理下的崩解速率分为2类，2类间的崩解速率差异显著，引起风化崩解速率差异显著的因素主要是较大的温差变化引起水分和盐分结晶膨胀。其中饱和含水-冻融循环组风化崩解速率大于非饱和水分组，大温差组大于小温差或恒温组。指出了温差变化中冰晶作用的存在引起了煤矸石的快速崩解主导因素。本研究揭示了水分作用对煤矸石风化崩解的影响大于温度用冻融循环有利于煤矸石风化崩解。

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煤炭学报

2019年第12期

1081

406
基于UVA与植被指数的排土场DEM模型构建关键技术

作者(Author)：宫传刚, 雷少刚, 卞正富, 卞和方, 黄赳, 张周爱, 郭海桥, 张浩

摘要：露天煤矿排土场具有地形复杂、堆存松散、异质性强等特点，长期存在会产生整体非均匀沉降、边坡失稳变形、蠕动等地质环境问题。因此，掌握排土场精确地形数据是保证其地质稳定性的基础，然而传统地形测量技术难以满足高精度需求;无人机低空摄影测量所获地形数据虽分辨率高，但受地表植被影响导致垂直精度不足。针对这一问题，提出基于可见光植被指数-植被高度回归模型的地形数据获取方法，即利用回归模型对无人机摄影测量获取的地表高程值进行修正以提高垂直精度。以宝日希勒露天煤矿外排土场北坡为研究对象，利用无人机摄影测量技术获取研究区初始地形和正射影像数据，再基于可见光建立植被指数-植被高度回归模型对初始高程值进行优化。实验表明:可见光植被指数与植被高度具有较好的相关关系，基于不同波段建立的植被指数对植被高度的估算精度存在较大差异，其中利用红绿蓝3个波段建立的植被指数EXG模型(R2=0.952)和RGBVI模型(R2=0.95)具有较高的拟合精度。结合可见光植被指数-植被高度修正模型可提高无人机摄影测量获取的地形数据精度，研究区检查点均方根误差由0.111 m提高到0.045 m。与传统GPS RTK地形测量技术相比，此方法在地形复杂处精度更高，在中小尺度上获取高精度地形数据具有较大优势。

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煤炭学报

2019年第12期

1099

403
露天矿区的生态网络格局评价研究——以胜利露天矿区为例

作者(Author)：张周爱, 杜芳, 黄赳, 邢龙飞, 雷少刚, 曹志国

摘要：生态网络可用于描述、评价生境环境破碎条件下景观空间组织方式与物种存续的关系。生态网络连接对保护物种有重要意义。以锡林浩特市露天矿区为研究区，采用形态学空间格局分析(MSPA)提取对生态有重要意义的核心区，基于连通性指数对核心区进行评价，选取15个重要核心斑块作为生态源地。对研究区景观赋予景观阻力值，构建阻力面，采用最小累积阻力模型构建研究区的生态网络连接，基于重力模型对构建的廊道的重要程度进行分析。研究结果表明:核心区占绿地景观面积的55.82%，破碎化严重;生态源地主要集中于湿地景观;生态廊道中绿地景观占88.78%，道路和建设用地都占1.2%，矿业景观占0;生态源地之间的相互作用强度差异大，廊道的适宜性有很大差别;对研究区的生态网络构建具有指导意义。

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煤炭学报

2019年第12期

1015

314
基于纹理转移的露天矿区遥感图像超分辨率重建

作者(Author)：杨宏业, 赵银娣, 董霁红

摘要：遥感图像是露天矿区生产的主要信息源之一，其空间分辨率影响着矿区各场景边界的区分、细小地物的判读和控制点的定位等，对矿区的生产管理与监测起着重要作用，针对现实中受成本、技术等制约，获取不了满足要求的高空间分辨率图像的问题，提出了利用超分辨率重建技术提高露天矿区遥感图像的空间分辨率;针对露天矿区各场景纹理特征明显的特点，采用深度纹理转移的方法进行超分辨率重建。通过一个端到端的深度学习模型，输入低分辨率的图像和对应的参考图像，把其分成若干个图像块，利用特征提取网络提取图像块的特征，并比较低分辨率特征图像块和参考特征图像块纹理相似性，自适应地从参考图像中转移纹理，在各种尺度的特征层中把多个交换的纹理特征图融合到生成网络中，构建纹理细节丰富的重建图像。同时对特征提取部分进行了改进，用网络深度更深，运算量更小的ResNet34网络代替VGG19网络，更进一步提高了特征提取的效果。研究利用自制的露天矿区图像数据集进行实验，并与先进的图像超分辨率重建方法比较。研究结果表明:在参考图像对结果的影响方面，改进的方法重建效果会随参考图像与待重建图像相似度的增加而提高;与其他方法对比表明改进的方法在峰值信噪比、结构相似性等方面的值都优于未改进的方法、EDSR和SRGAN等方法，视觉感知方面也优于其他方法。

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煤炭学报

2019年第12期

811

315
基于改进UNet孪生网络的遥感影像矿区变化检测

作者(Author)：向阳, 赵银娣, 董霁红

摘要：矿产资源的开采在促进区域经济发展的同时，也造成了地表破坏，对生态环境造成了影响。利用遥感技术及时获取矿区土地利用覆盖和生态环境的变化信息，可以辅助矿区生态保护和生态恢复。针对传统变化检测方法中需要提取大量人工设计的图像特征，提出一种改进UNet孪生网络结构。用卷积层代替UNet结构中的池化层，加入中心环绕、双通道图像输入的孪生结构和特征金字塔模块，对遥感影像进行端到端的矿区变化检测。首先，对经过数据预处理的前后两时期遥感影像利用中心环绕的方法进行裁剪，获取图像的多尺度信息，将裁剪后的中心区域和环绕区域的影像分别输入到网络的孪生结构编码端，通过权值共享的孪生结构提取前后两时期影像的差异信息;然后，将同一特征层上的特征进行相减，获取前后两时期影像在不同卷积层上的差值影像并进行特征融合，把融合后的图像送入特征金字塔模块获取图像多尺度上下文信息。最后，将编码端和解码端对应层跳跃连接，进行端到端的预测，得到前后两时期矿区遥感影像的变化二值图像。实验结果表明:改进的变化检测网络方法与传统方法相比可以自动的提取图像的低层特征和高层语义特征，避免了人工提取图像特征的繁琐。此外，在检测结果上，改进的变化检测方法与对比方法相比，总体精度和Kappa系数有明显提高，同时也降低了检测的误检率和漏检率。

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煤炭学报

2019年第12期

2942

1432
节地减损开采模式下边坡结构及应力发展规律

作者(Author)：尚涛, 韩流, 舒继森, 陈树召

摘要：为了实现节地减损开采技术在露天矿的安全应用，对开采过程中的边坡结构、岩体应力状态和稳定性进行分析，揭示开采程序和参数与边坡应力分布和稳定性的耦合规律。采用剖面法阐述了适用于扩建和新建露天矿的2种节地减损开采技术方案;分析了边坡内部的应力类型，建立了降段或靠帮开采造成的不平衡应力分异模型及其诱发的边坡牵引式渐进破坏模型。以蒙东地区露天矿采场端帮的形成和发展过程为依据建立了三维模型，并设定模拟条件如下:采场深度从0降段至300 m，每次降段50 m;端帮角度从37°线性提高至45°，每次提高2°;内排土场从0回填至300 m，每次回填50 m。分析得到开挖降段和靠帮开采过程中自重应力和水平应力变化规律以及开挖降段和内排回填过程中的端帮边坡稳定系数变化规律。根据矿山的设备生产能力和采剥工程量，计算出开挖降段、靠帮开采所需的工程时间，通过回归分析得到自重和水平应力随时间的变化规律，以及时效稳定性的变化规律。研究结果表明:开挖降段过程中，自重和水平应力分别下降了1.6和5.6 MPa，端帮边坡稳定系数从2.23下降到0.83;靠帮开采过程中，自重和水平应力分别提高了0.5和9.4 MPa;内排回填过程中，端帮稳定系数从0.83提高到1.87。自重应力和水平应力均呈现以采场中心线为轴的对称结构，在采场范围内，自重应力呈拱形结构，水平应力呈“楔形”结构;随着开挖降段深度或端帮边坡角度的增大，自重应力拱顶曲率和水平应力楔形曲率均不断减小。自重和水平应力的峰值随开挖深度的增大呈二次函数下降，随开挖时间的增加均呈线性规律下降，随端帮边坡角度的增大呈二次函数规律增大。端帮稳定系数随开挖降段深度的增加呈负指数降低，随时间的增长呈二次函数规律下降;端帮的稳定系数随内排回填高度、时间均呈现指数的增长规律。

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