'第九部份:[郭达志教授主要科研成果简介]

笫一篇:千米竖井激光指向仪

“千米竖井激光指向仪”是国家科委通过原煤炭工业部于1985年10月向中国矿业大学(原中国矿业学院)下达的国家“六五”科技攻关项目。该项目研究组在对国内外相关情况进行充分调研的基础上,经过近二年的努力于1987年8月设计、研制出了样机,并首先在地面进行不同大气条件下的激光传输模拟试验。试验结果表明,夜间激光束的投射距离均大于1500米,在1030米处光斑直径不超过30毫米。根据在地面的初步测试情况,对样机做了局部改进,进而仪器于1988年4月起在山东新汶矿务局孙村煤矿的新建北风井进行工业性试验,前后历时五个多月,于1988年10月8日结束现场试验。试验工作是在压入式通风,且井筒淋水、水汽、烟尘较大的条件下进行的,属于测试条件较差的情况。结果表明,激光束在井筒中的投射深度为984米(井深所限),实际光斑直径为25毫米,满足小于30毫米的要求,且光斑周边清晰、亮度均匀、明显可见。该仪器主要适用于竖井掘进施工,矿井指向测量及垂直投点测量,也可用于斜井施工、平峒和长隧道施工。

自20世纪70年代以后,我国开始在竖井建设施工中推广应用激光指向仪,这种技术方法指向速度快、精度高、作业效率高,优越性明显。当时我国上海、西安、江苏等地的几个光电仪器厂研制了不同型号的激光指向仪,激光器均采用波长为0.6328μm的氦氖光源。其中,以上海物理光学仪器厂生产的DJZ—1型指向仪性能最好,在抽出式通风、井筒中空气清洁的条件下,激光投射深度可达800米。但在有淋水、雾气及烟尘较大的实际施工环境下,光束的穿透能力大为减弱,在压入式通风条件下该仪器的投射深度仅能达到300米左右,远远不能满足施工要求。而在我国竖井施工中绝大部分都采用压入式通风方式。井筒内的炮烟和粉尘可以通过改善通风条件、适当增加通风时间加以解决,但淋水和水雾大是施工地点水文条件本身所致,极难靠改善通风来解决。其次,现有激光指向仪的激光发散角偏大,使光斑直径大,并且因淋水等原因使光斑周边往往不清晰。因此,研究组在研制新型千米竖井激光指向仪时需要攻关解决的主要难题是:研制新型激光器件,尽力克服、减小井筒中水滴、雾气对光能的吸收,提高激光的投射距离(深度);研制适宜的光学系统,提高聚光性能,减小激光束的发散角,使光斑直径满足要求,光斑清晰;设计制造稳定且方便安置的机座,以及方便、精确的制动、微动机构等机械装置。

本项目研制的竖井激光指向仪,于1988年12月21日由中国统配煤矿总公习技术发展部组织成果鉴定,肯定“该仪器均采用国产原部件,工艺合理,与国外同类产品相比,性能好,造价低,具有极大的推广价值。”仪器达到如下主要技术参数和指标:

井筒内的最大投射深度可达1000m,光斑直径小于30mm,且周边清晰; 激光光源为氩离子激光器,单模输出,波长0.4880和0.5145μm;光束发散角1毫弧度左右;望远镜物镜有效孔径68mm;望远镜放大倍率近60×;望远镜调焦范围(内调焦)10m~∞;指向仪输出光功率0~25mw连续可调;安平水准管精度10’’/2mm;竖轴系精度<3μm;激光器工作电流4~10A;供电电源220V,50HZ。达到国家科委下达的研究指标和要求。

注:① 程玉生为项目负责人,郭达志为主要成员,其他主要成员有:

周丙申、陈石麟、李仁彬 等。

② 该项目1991年一被国家科委批准为国家科技成果。

笫二篇:全国煤炭资源开发利用现状与保护对策研究

该研究项目是根据地质矿产部(现国土资源部)的指示进行立项研究的。煤炭资源在我国国民经济发展中的地位十分重要,而当前煤炭资源回采率低、损失浪费严重的问题十分突出。该项目对全国18个省、市、自治区中36个主要矿区的264座大中小型煤矿进行了实地调研及综合分析,着重分析了造成煤炭资源严重损失浪费的原因,涉及地质勘探资料、采矿设计、采矿技术方法和其他人为因素,提出了有针对性的解决问题的一系列切实可行的对策建议,并对一些带根本性的问题进行了深入的方向性探讨。研究报告对于正确认识我国煤炭资源开发利用的现状与形势,促进解决当前煤炭生产中严重的损失浪费问题,整顿矿业秩序,对有关部门制定煤炭资源合理开发利用的方针、政策,促进煤炭工业的发展都有十分积极和重要意义。

主要成果包括:

(1)首次基本摸清了我国煤炭资源开采回采率的真实状况,得到目前全国煤矿平均回采率为27%,其中统配、地方、乡镇煤矿分别为44.9%、33%和16.1%,形势严峻。

(2)首次总结分析了当前我国煤炭资源开发利用中的问题,揭示出统计报表中回采率失真度可达20%,在49.7%的全矿性损失中主要损失是设计损失这一重要事实。

(3)深入剖析了产生回采率低的根本原因,提出了有针对性的十大方面的对策建议。

(4)为加强煤炭资源的利用和保护,通过理论和实践分析,分别从行政、经济、法规和管理的角度提出了六个大方面的对策和建议。

但是,由于历史的原因和客观条件所限,这次调研及报告还存在一些不足,如对乡镇煤矿的调研深度不够,对个别问题的论证还可深入一些等。

注:① 孙建明、郭达志为项目负责人,其他主要成员有:侯振才、陈于恒、艾建华、苗义文、杨志刚、朱晓岚、汪应宏、汪云甲。

② 该项目1992年获地矿部科技进步二等奖。

笫三篇:工矿城市土地利用与生态环境的遥感研究

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1989年10月在晋城市城区约46km2的范围开展了航空遥感综合调查,通过1:1万比例尺的彩红外摄影和双时相热红外扫描,取得了土地利用、建筑、交通、热场、绿化、环境污染等方面的系统数据资料,尤其是通过建立植物绿色指数与实测求取的大气污染综合指数的相关关系,评价了区内大气质量及污染区城分布,所设计的土地利用制图系统(CMLUS)结合PC-ARC/ INFO 地理信息系统软件编制了专题系列图,并具有对任意边界区域进行相关分析的功能。

研究成果为晋城市进行城市规划、建设与管理,以及环境综合整治提供了定性定量的基础资料,综合调查的技术路线可在中、小城市推广,设计改造的软件包可望更广泛应用。该项目在矿、城结合的综合调查中节省资金达数十万元,就提高规划的科学性与可行性、避免决策失误所造成的损失而言,其价值更是难以估量。

提交的主要技术资料包括:(一)山西晋城市遥感综合调查与分析报告;(二)图件:①晋城市彩红外航空影像镶嵌图(1:1万和1:5千);②晋城市土地利用现状图;③晋城市建筑物类型分布图;④晋城市绿地植被分布图;⑤晋城市大气污染源与大气环境质量遥感评价图;⑥晋城市地表水体分布与污染等级图;⑦晋城市地面热场强度图(1989年11月30日6时和14时的两个时相);⑧晋城市固体废弃物分布图。

¢ù   该项目获1995年山西省科技进步三等奖。

郭达志、金学林为项目负责人,主要成员有:田才良、盛业华、韩国建、王书农、李揪叶、刘忠海、吴瑜、刘钊等。

注:① 郭达志、金学林为项目负责人,主要成员有:田才良、盛业华、

韩国建、王书农、李揪叶、刘忠海、吴瑜、刘钊。

② 该项目获1995年山西省科技进步三等奖。

笫四篇:矿区环境及地质灾害遥感综合应用研究

该研究项目是在山西省煤炭工业管理局的支持下,由中国矿业大学与晋城矿务局共同完成的。旨在研究遥感、地理信息系统等高新科技应用于矿区的主要目标、遥感信息机理、应用模式等。为此,1989年10月在矿区近200km2范围内进行了三个架次的航空遥感综合调查飞行,获取了彩红外像片和双时相热红外扫描图像,作了地面同步(准同步)测温、地物波谱测试,还利用综合物探技术对煤矿区煤系地层中隐蔽存在的岩溶陷落柱进行了验证探测。应用计算机图像处理和GIS等技术手段,完成了数字图像处理、多因素复合分析、典型现场解剖等大量工作,提取了矿区土地利用、地形图、生态环境、岩溶陷落柱、小煤窑等数据、信息,进而建立了矿区地理和环境信息数据库,并据此编绘了晋城矿区土地利用、绿地植被、大气污染、固体废弃物分布、水体污染评价、小煤窑、老窑分布等系列图件。通过对岩溶陷落柱形成机理、展布规律的综合研究,提出了陷落柱分布预测模型,并采用多种物探方法进行验证,取得了重大技术突破。

该项研究是国内首次将遥感、地理信息系统和综合物探手段,综合应用于煤矿区,面向煤炭生产实际。研究成果为矿区环境综合整治与规划提供了系统的定性/定量基础资料,尤其是采用常规方法难以取得的分布型信息和动态信息,对矿区生产的组织管理、减少各种灾害事故的发生,具有重要的实用价值,对矿区的发展与建设将产生重大的经济、环境和社会效益。研究成果居于国际同类研究的前沿。

该项目提供了如下主要技术资料:(一)山西晋城矿区遥感综合应用研究报告;(二)主要图件:①矿区航空彩红外影像镶嵌图(三个生产矿山各一幅);②矿区植被类型及覆盖率图;③矿区土地利用现状图;④矿区大气污染源及污染强度图;⑤矿区地表水体与污染强度及固体废弃物分布图;⑥矿井及小煤窑分布图;⑦古(老)窑分布图;⑧生产矿东区凤凰山矿陷落柱分布预测图。

注:① 郭达志、金学林为项目负责人,主要成员有:叶遐龄、

盛业华、韩国建、李广德、李志聃、李凤堂、张丕杰。

② 该项目获1996年劳动部科技进步三等奖

笫五篇:DCB1型矿用本质安全型防爆测距仪

该项目的研究是在北京市仪器仪表工业总公司的支持下,由北京光学仪器厂与中国矿业大学合作,历时两年多于1991年完成两台样机的生产,并在富含瓦斯的生产煤矿井下进行测试,于1992年1月通过了由北京市仪器仪表工业总公司主持的样机产品鉴定。

鉴于当时我国矿山使用的防爆测距仪大都是从国外直接进口,部分是对进口的非防爆型测距仪进行改造而成的,没有自主产权的国产防爆光电测距仪产品。对于我们这样的一个矿业生产大国来说,防爆型光电测距仪和电子经纬仪必须立足于自立更新、国产化。

DCB1型矿用光电测距仪实现了本质安全的防爆效果,它的研制成功填补了我国这类产品的空白。该型仪器产品具有功能多、体积小、重量轻、操作方便、性能稳定、精度较高等特点,居于国内领先水平。该仪器样机经“国家煤矿防爆安全产品质量监督检测中心”按相关国家标准通过了技术文件审查、样机结构检查和防爆性能试验,经北京市自动化智能化仪器仪表产品质量监督检验站检测合格,并在阳泉矿务局和徐州矿务局所属的瓦斯矿井进行现场试验,结果表明两台样机的各项性能指标均达到设计要求。此后,北京光学仪器厂开始批量生产了这一型号的仪器。

进行样机鉴定时除陈列二台样机之外,同时提交了如下主要技术文件资料:仪器研制可行性分析报告,设计技术任务书,试制总结,企业标准,仪器电路原理图,仪器机械设计及工艺,标准化审查报告,鉴定大纲,仪器性能测试分析报告二份(由北京市仪表质量检验站和煤炭科学研究院抚顺分院提交),仪器例行试验报告(由北京测振仪器厂例行试验室提供),用户使用报告二份(由阳泉矿务局和徐州矿务局提交)。

DCB1型仪器的主要技术性能指标如下:

测程:地面 一块棱镜1000m,三块棱镜1700m;矿井下 三块棱镜>500m;

测距精度:单次和重复平均测量精度为±(5mm+5×10-6×D);跟踪测量精度为 ±(10~20mm+5×10-6×D);

多功能:具有单次测量、重复平均测量及跟踪测量三种测距功能;显示斜距、水平距和高差,自动归算;回光信号强度和电池电压值指示;天顶角、大气改正系数、重复测量次数、跟踪距离预置及仪器加常数显示:m-ft,360o-400g, 天顶角-天底角之间相互转换,自动断电等。

注:① 郭达志为主要成员,其他主要成员有:唐春芳、周丙申、

晏宝海、张瑞欣、张大江、鄢德文。

② 该项目(产品)获1992年北京市科学技术进步三等奖。

笫六篇:HD-1型巷道断面数字测量仪

精确、快速测定巷(隧)道和地下硐室的断面形状和大小,是矿山和交通运输部门急需解决的难题之一。当时在我国,一直没有适用的国产巷(隧)道断面测量仪器。几十年来,许多矿山采用皮尺、缩尺或摄影测量方法来量测或拍摄巷道的断面形状,然后经过烦杂、费时的计算或影像处理,才能求得巷道的断面积和周长等参数,并且精度不高,不能现场实时获知这些巷道参数,因而不能适应当今矿山机械化、安全、高效生产和科学管理的要求。在国际上,当时只有瑞士Wild厂生产了A。MT2000型和3000型的光电测距式断面仪,但其价格昂贵,分别为30多万元和100多万元。我国绝大多数矿山企业等均难以承受。因此,研制适合我国国情、方便适用、满足精度要求的巷(隧)道断面自动(数字)测量仪器十分必要。

巷道断面仪的研制申请于1991年获得原煤炭工业部科技司的批准和一定的经费资助。研制工作历经近三年的过程,包括调研、设计、加工制造、通过我国权威机构的防爆试验,矿山井下现场测量试验等工作。该断面仪的加工制造由中国矿业大学与江苏南通纽泰克仪器有限公司合作完成。

就这类仪器的工作原理和操作方式而论,可分为接触式和非接触式两大类。如上述的Wild2000型和3000型断面仪属于非接触式。考虑到造价、适用性、精度等因素,HD—1型数字式巷道断面仪则采用接触式,其基本结构原理是:利用伸缩拉丝杆传动机内的长度和角度传感器,利用拉杆逐次触及巷道壁以测量仪器中心到断面壁上各点的距离及夹角变化,进而解算出断面的一些参数,绘制断面的形状。该仪器为光机电一体化的智能型仪器,采用单片微型机作程序控制和成果计算,配以专用软件和接口,测量作业完成后,能自动快速地计算并显示出巷(隧)道的断面积、周长等数值,必要时还可显示最大宽度、最大高度等参数,还具有数据存储与打印输出的功能。当通过接口将断面仪与微机连接后,还能够做进一步的运算及自动绘制断面图形。该仪器为本质安全型防爆电气产品,可在各类矿山、铁路或公路隧道、地下洞库中进行断面测定工作。

该仪器的具体构造和功能要点是:仪器的关键部件包括测长传感器、测角传感器和电脑三部分。测长和测角传感器是一种红外光电传换的圆光栅编码器。测长光栅编码器能产生1000条光栅条纹,每个条纹的脉冲当量为0.25mm,相应的显示分辨率为1mm。测角传感器采用有2500线的光栅编码器,每个光脉冲当量为8'34″,相应的角度分辨率为10',可达±5′的精度。均完全满足要求。测长和测角编码器在机械结构上是同轴的,轴的中心线通过仪器的测量中心,从而保证长度和角度测量数据采集和处理的正确性。电脑部分的电子器件全部采用CMOS集成电路,利用专用软件和判别电路对两个圆光栅编码器进行方向判别,保证以最少的采样点(测点)完成断面图形的拟合,自动处理数据计算时可能出现的临界值及溢出问题。断面仪还具有以下性能和功能:测量数据和计算结果能在仪器断电条件下保存三个月;保存数据量约5000个测点的数据;基本作业程序(步骤)—测量、计算显示和打印—在机内电脑控制下通过按键操作来完成。

该断面仪的主要技术参数和精度如下:

显示值:液晶显示值16×2字符;

长度传感器分辨力:1mm;

角度传感器分辨力:约10'

测量断面最大直径:5.5m(基本型);

断面积和周长精度:±1%~±3%(取决于断面形状的复杂度及采样点的代表性);

内部电源:DC 8.5V, 400mA;

主机体积:400mm×165mm×170mm;

主机重量:约3kg。

注:① 郭达志为项目负责人,其他主要成员有:朱家麟、王义门、徐峰、盛业华、缪泽。

②该项目(产品)获1995年江苏省煤炭工业科技进步二等奖、

1995国家高新技术、新产品博览会金奖。

第七篇:矿山空间与资源信息采集及数据综合处理技术研究

该项目是在煤炭工业部科技教育司立项并支持下开展研究的。是根据矿山特别是煤矿的特点和生产实践的需要,以当代前沿测绘科学技术为指导,对矿山地面和地下空间地理信息、矿产和土地资源信息的获取技术方法,以及其数据的数字化综合处理、分析与应用等问题进行研究。主要研究内容包括:

(1)矿区空间、资源和环境信息的主要数据类型、特征及其采集、提取,各种数据类型的计算机系统输入、匹配与复合处理及分析;(2)矿区特殊地形地物(如开采沉陷区、积水区、煤矸石堆积区、地下岩溶陷落柱等地质体的地表特征、采空区、小煤窑等)的航空及卫星遥感图像判读和特征提取,以及与其它地质、采矿、地形数据的空间复合分析;(3)矿区(山)GIS的特点,适用的数据结构和模型,特别是矿山动态空间四维GIS数据结构的基本原理、数学模型和算法,不同数据格式的转换。矿区GIS较合理、可行的硬软件配置和基本功能要求;(4)矿山专题图的计算机绘制,特别是矿山井巷和矿床(煤层)三维立体图的绘制、显示和输出的数学模型、算法与软件开发;(5)遥感和GIS等高新技术在矿区资源开发、地质构造如岩溶陷落柱探测、矿区规划和管理中的应用的基本模式与技术方法。

取得的主要创新性成果如下:

(1)技术手段和方法方面:改变传统的单一学科的研究路线,既发挥常规技术手段(如测量工程、环境取样监测、地球物理勘探)的长处,又创先结合矿山的特点运用遥感、计算机和GIS等先进科技,进行多学科多技术手段之间的交叉、综合应用研究,以取长补短,取得了较好的社会经济效益和生产安全效果。

(2)科学理论和数据综合分折处理方面:为了克服经典的、静态的、孤立的、线性的传统观点和研究路线与方法的局限性,代之以应用现代的、动态的、综合的、非线性等为标志的新理论、新方法的研究思想和方法,并取得了一些创新成果。例如:

① 针对矿区资源环境条件的动态时空四维特征,对GIS矿山应用研究中的一个前沿基础问题——四维数据结构和数据模型进行了研究,取得创新性成果,它对GIS的应用和软件开发有重要理论意义和实用价值;

② 基本解决了航空/卫星遥感信息、地图图形、野外实测数据、矿山地质采矿工程数据与社会经济数据等多元多类型数据的采集、提取、存储、处理、检索及复合分析与表达的理论和技术方法问题,提供了具有多功能的改进型的计算机软件(以ARC/INFO GIS工具型软件为基础二次开发);

③ 矿山井巷三维立体图及含有断层、褶皱的矿床(煤层)和带有断崖地

形的三维立体图的计算机自动绘制,一直是国内外研究的热点和难点,本项目研究在相关数学模型、算法及软件开发的一些关键难点上取得了突破性的成果,并初步应用于生产矿山的实践;

④ 采场顶板条件和支护是矿山安全生产中的重要问题,我们在国内首次探

讨了应用遥感信息配合其它井下遥测技术进行采场顶板压力条件的综合分析,在理论和技术上开辟了这方面研究的新理念、新途径;

⑤ 由美国环境系统研究所(ESRI)研究开发的ARC/INFO GIS软件系统在我国当时使用较广泛。该软件系统功能较强、性能较可靠,但都没有汉化版,广大用户使用时深感不便,特别是在图形输出时不能做汉字注记。我们在充分消化该GIS软件功能特点的基础上,在国内首次研发了它的汉字注记功能,基本解决了国外GIS软件系统在我国使用上的主要障碍。

注:① 郭达志为项目负责人,主要成员有:金学林、余兆平、盛业华、

韩国建、刘忠海、方涛、汪家琪、吴瑜。

② 该项目获1995年煤炭工业部科技进步三等奖。

第八篇:GIS支持下矿井地应力的遥感遥测研究

在矿产资源的地下开采过程中,岩体的应力状态与冲击地压和井筒、巷道壁的爆裂、岩崩等问题密切相关。过去,矿区井巷布置主要是依据矿藏赋存的地质条件和施工条件,很少考虑矿山地应力对井巷工程的影响。在我国各种类型的矿山中发生的许多事故表明,如果对工程区的地应力分布不了解,将可能做出错误的工程设计,给施工带来麻烦,难以保证井巷工程的稳定性,甚至井巷建成后其变形、垮塌事故屡屡发生,造成严重的经济损失或人身伤亡事故。因此,深入研究矿区地应力(场)具有十分重要的意义。

国内外对矿区地应力的研究己有多年的历史,取得了一些成果,但大都是采用传统的地面和地下应力测量、分析的方法。这些方法一般是通过逐点测量来完成的。但由于地应力状态的复杂性和多变性,要比较准确地了解某一区域的地应力场,必须进行足够数量点的应力测量,然后通过多元非线性回归、数值模拟计算等方法近似推算出该区域的地应力场分布规律。显然这种方法费用高,周期长。此外,一些测点的应力测量值很容易受到局部因素的影响,难以反映区域地应力场的全貌特征。过去,我国地震界和一些金属矿山较常采用这种方法进行区域地应力研究。

随着遥感技术的发展,利用遥感进行区域应力场信息提取和特征分析,进行区域地质灾害和地震现象的研究、预测预报己做了许多工作,有一定成效。但是,在矿区运用遥感和GIS等的理论和技术来研究其应力状态,进而指导新建矿区的井田规划、井巷工程设计工作则未见报道。本论文的研究思路是利用遥感图像及其他地学信息资料,基于地貌学和构造力学的理论及GIS方法来研究矿区的地应力状态。我们的研究方法不同于其他方法只给出地应力的点场,不会如同原地应力测量那样易受到工程项目的限制,也不同于震源机制解那样受到地震活动的影响,并且费用较低、全局精度较高。

本项目研究取得的主要成果如下:

(1)深入研究了矿区地应力场的形成机理、主要影响因素,提出重力场和构造应力场是地应力场的主要组成部分,地形地貌仅对区域地应力场起局部调整作用,而不能决定地应力场的整体分布规律等论点。

(2)剖析了地貌形迹在反推构造应力场中的作用,依据岩石破裂的非线性准则,建立了断裂形成时的构造力学模型,为定量研究新构造应力场提供了理论基础。研究了新构造运动对地貌特征的影响,结果表明在地貌现象中以水系对新构造运动的反映最为明显,因而水系可成为从地貌学角度研究构造应力场的重要地貌特征。

(3)针对地应力场影响因素的模糊性和不确定性,应用粗集(Rough Set)理论计算了各因素对地应力场的影响,以及各个影响因素权重的计算方法。此外,在运用粗集理论来处理呈非线性特征的遥感图像噪声时,重新定义了粗集理论中的上近似和下近似的概念,令其表示图像象元的灰度值,使得能用上近似方法来去除局部噪声,从而增强图像的边缘信息,并取用熵值及平均梯度来定量评价图像的质量。

(4)利用卫星遥感图像资料解译区域的水系和地层的岩性,在GIS技术支持下,利用水系密集度和构建力学模型反演最大主应力场的方向和大小。并以本区和周围地区的地震机制解及地应力实测资料对计算结果的正确性和可行性进行验证。结果表明,本区(河北峰峰—邢台矿区)新构造应力场与华北地区的新构造应力场具有一致性。同时说明,遥感和GIS技术是研究区域(矿区)地应力场的可行而重要的科技手段。

(5)研究了重力场的分布规律和特征,分析了地形地貌对重力场的影响,建立了相应的影响模型。并以峰峰—武安矿区为例,应用该模型计算了地形对重力场的影响,验证了所建模型的合理性和正确性。

(6)基于该矿区的地应力分布规律,对矿区进一步开发规划、矿山设计包括主要巷道最佳轴线方向的选择、巷道断面几何形状、采场(工作面)设计等问题提出了建议。

注:① 国家自然科学基金资助项目,No.49372157。

② 郭达志为项目负责人,主要成员有:胡明星、盛业华、

韩国建、方涛、张培宏、吴瑜等。

笫九篇:矿区环境及灾害动态综合监测与调控系统的基础研究

人口、资源、环境和灾害是当今人类生存与发展的四大基本问题。我国是这四大问题比较突出的国家之一。目前,我国95%的能源和80%的工业原料依赖于矿产资源,因此矿产资源是保证我国可持续发展的重要物质基础。煤炭资源在我国能源总量中的比例占75%左右。矿产资源的开发开采、加工和利用,一方面促进了国民经济和社会的发展,另一方面又引发诸多环境和灾害问题。但是,矿区的环境和灾害问题在产生原因、表现形式、影响范围和长期性,以及对其监测、防治的理论和技术等方面都具有特殊性、复杂性和区域的多样性。主要表现为:矿产资源的开发、加工和储运是产生环境、灾害问题的原动力或诱发因素;区域地质、采矿、地形地貌条件的多层空间动态特性是其重要影响或制约因素,并且具有复杂性和不确定性。

本研究项目开创性地综合运用多学科多技术手段,对我国典型煤矿区(中小工矿城市)的环境生态系统进行了动态综合监测;充分发挥遥感图像信息宏观性、真实性、多时相等的优势,全面获取区域地形、地貌、水域、植被、热场等环境及其损害和社会经济状况的多种信息;在GIS技术支持下开发了矿区环境和灾害信息系统专用软件,并进行矿区多层空间(地面、地下及近地表大气空间)多元信息(遥感、环境、地质、采矿和社会经济信息)的空间复合、迭加与综合分析;以生态系统的动力学原理,系统论和熵(entropy)理论对生产矿区的环境影响机制和调控(减缓、改善)模式进行研究,从而为矿山和工矿城市的规划管理部门在协调资源开发与城镇建设、环境保护之间的关系,改善矿区生态环境质量等方面,提供新思路、新技术、新方法。

该项目的研究成果得到国家自然科学基金委员会出版基金的资助,发表了10多篇相关学术论文,出版了专著《工矿区环境动态监测与分析研究》(地质出版社,2001)。该专著的主要内容包括:矿产资源开发对区域环境的影响;遥感技术在工矿区环境调查、监测中的应用;卫星定位技术在工矿区环境灾害监测中的应用;矿区岩溶陷落柱的综合探测技术;矿区资源环境信息系统及其应用;工矿区环境灾害的数理分析与模拟;煤矿城市环境质量的分析评价;煤矿区(城市)的环境保护与可持续发展等。此外,基于该项目的相关内容还培养了多名硕士和博士研究生。

注:① 国家自然科学基金资助项目,No.59478013。

② 郭达志为项目负责人,主要成员有:盛业华、方 涛、韩国建、杨维平、张培宏、吴瑜、刘钊、蒋银明、范爱民、周廷刚、陈云浩等。

第十篇:基于遥感和GIS的徐淮矿区陆面演变及城乡变迁研究

徐-淮矿区地处苏、皖、豫、鲁四省结合带,已构成独特的地理单元,在这一区域,大中小煤矿在管理体制上比较复杂,分别隶属于中央、省、市或乡镇,区域经济比较发达(与我国中西部矿区比较),地下水位比较高,把徐-淮矿区作为一个整体地理环境和社会经济单元,进行资源(主要指矿产和土地)开发和社会经济可持续发展的综合研究具有重要科学意义和社会经济价值。影响该区域人居环境和社会经济发展最突出、最严重的问题是矿区陆面演变,或者称为地面塌陷引发的一系列生态环境变化及损坏,以及与之相关的区域城乡人口的动态迁移问题。

本项目的主要研究内容和成果包括:工矿区陆面演变的概念、诱导因素和作用机制;陆面演变的多传感器(近红外可见光、合成孔径雷达等)、高分辨率卫星遥感和近景摄影测量/GPS测量相配合的动态监测技术方法;多源多时相遥感影像与非遥感数据的融合、集成处理和信息提取、数据挖掘与知识发现理论、方法;基于GIS的矿区陆面演变模型、模拟分析和3维可视化;陆面演变的调控治理方法及城乡发展建设相协调的对策等。

在该项基金的资助下,在国内外学术期刊及国际学术会议上发表的学术论文超过12篇,培养了多名与项目内容有关的博士研究生。

该项目的研究成果获得了国家自然科学基金委员会成果出版基金的资助,出版了专著《工矿区陆面演变监测分析与调控治理研究》(地质出版社,2005)。该专著的主要内容包括:人地系统、人地关系、人居环境与陆面系统的概念;工矿区陆面演变及其基本问题;工矿区陆面演变遥感监测与分析;多源多时相遥感影像数据融合与陆面演变动态监测;基于数字近景摄影测量与GPS技术的矿山地面塌陷坑监测;基于GIS的陆面演变模拟与分析;工矿区陆面演变调控与土地整治利用等。

注:① 国家自然科学基金资助项目,No。49871069。

② 郭达志为项目负责人,主要成员有:廖椿庭、杜培军、盛业华、

陈云浩、周廷刚、胡召玲、陈龙乾、张书毕等。

笫十一篇:采煤驱动下土地生态系统演变的监控及重建的综合技术

据统计,目前我国工矿生产累计破坏土地约400万平方公里,其中采煤导

致破坏的数量占最大比重,且每年仍以4万平方公里的速度递增,但土地复垦率仅为12%左右。其中,黄淮海地区遭损坏土地的90%以上为高产农业区,且人口居住密度大。这种中国特有的开采沉陷与土地损害,既是一种生态环境问题,又是一类社会问题。

本项目开创性地研究和综合运用“3S”技术、土地科学、土壤学、生态学、采矿工程学科等的理论和方法,对我国重点煤矿区的土地系统损害演变进行了卫星遥感宏观监测,土壤性质变化的微观典型测试,开展了基于GIS技术的矿区土地系统多源动态数据存储、处理与分析评价。提出并实施了损害土地综合治理的技术体系,科技成果得到大面积推广应用,对我国煤矿区的土地复垦与生态重建、国家制定有关政策和技术标准,促进农业生产、改善矿区环境质量和社会可持续发展均有重要作用。取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益。

主要特点是:多学科、多技术手段综合,宏观与微观结合,成果突出、综合效益显著。

主要成果是:

1.   提出了“煤矿区土地生态系统”和“土地复垦学”的概念和内涵,为采矿环境学

2.     的系统深入研究提供了理论支撑。

3.   采煤驱动下土地生态系统演变的监测技术:(1)利用“3S”技术进行煤矿区土地生

4.     态系统演变的综合动态监测与分析评价,解决了土地生态系统演变信息提取问题;(2)研发了矿区资源环境信息系统(MREIS),并成功地应用于矿山图件的扫描数字化、矿区土地生态系统演变的分析评价、模拟及重建的决策规划。

5.   采煤驱动下土地生态系统演变的规律:(1)基于“3S”技术揭示了徐准等煤矿区土

6.     地利用/覆盖变化规律;(2)揭示了土地生态系统演变的煤系地层岩体动力学机理和地表景观破坏的特征与变化规律,特别是开采沉陷导致的地表裂缝分布规律;(3)首次揭示了采煤驱动下土壤质量的演变特征和规律。

7.   受损土地生态系统重建的综合技术:(1)首次提出了土壤重构原理与方法并创立其

数学模型,成为土地生态系统重建的独特理论基础;(2) 提出了受损土地资源管理与复垦管理新模式,特别是参与型复垦模式;(3)提出了采煤塌陷地生态重建的技术体系,特别是提出了新颖的采煤塌陷地泥浆泵复田工艺和完整的技术模式、拖式铲运机复垦新技术和生态工程复垦技术;(4)揭示了复垦土壤特征及其时空变化,为复垦土壤改良奠定基础;(5)提出了煤矸石山生态重建技术并揭示其生态效应;(6)创立了评价复垦土壤生产力的"模糊PI模型";(7)研究了露天矿复垦工艺和深耕对复垦土壤的改良;(8)提出了生物复垦新技术,特别是菌根技术;(9)研究了充填复垦的环境风险和“无污染”充填复垦新技术;(10)生态重建区地貌景观的三维可视化技术。

本项目已在苏皖的徐准、河南的平顶山、山西的潞安、山东的兖州等煤矿区推广应用,成功复垦33968亩采煤塌陷地,准确地确定了淮河大堤上开采沉陷引起的裂缝堤段,保证了大堤的安全。解决了10000多人的就业,避免了一个500户村庄的搬迁,获得6.32亿元的经济效益。煤矸石山绿化技术在山西和河南的矿区应用,取得了境效益。

注:① 该项目获2002年中国煤炭工业科学技术一等奖。

② 郭达志、胡振琪为项目负责人,主要成员有:盛业华、吴侃、赵艳玲、杜培军、张书毕等。

第十二篇:煤矿区土地生态环境损害的综合治理技术

煤炭资源的开发造成了大量土地资源和环境的破坏,使许多农民失去赖以生存的土地成为无业游民,社会矛盾加剧,有时还会引发次生环境灾害,因此,煤矿区土地生态环境的综合治理关系到矿业和社会的可持续发展,且与“四矿”、“三农”等紧迫问题密切相关。这一新兴的交叉学科,存在许多理论和技术问题需要研究,本项目开创性地研究和综合运用"3S"技术、土地科学、土壤学、生态学、采矿工程学等理论与方法,提出了矿区土地生态环境损害的综合监测与综合治理技术体系,并对若干关键技术有所创新和进行了大面积推广应用,成果对国家制订有关技术标准和保证社会可持续发展有重要作用。

主要研究目标和内容是:

(1)煤矿区土地生态环境损害的综合宏观与微观监测及预测分析,利用卫星遥感技术进行监测,配合其他地面检测技术手段,获取矿区土地损害及生态环境变化的数据信息,并在GIS技术支持下,综合矿山的地质和采矿资料、数据,通过多元动态空间分析,以揭示损害机理和变化规律;

(2)通过现场取样和试验,配合实验室研究,构造了适宜的土壤介质和迅速恢复生产力的综合土地复垦技术及土壤改良技术,在多个矿区进行了大面积的不同类型塌陷地的复垦整治工程,效果良好,综合效益显著;

(3)在山西、河南的一些矿山,进行以“配土栽植”为核心的煤矸石无覆土绿化技术研究,并取得成效,使昔日光秃秃的矸石山披上了绿装;

(4)同时开展了土地损害治理的综合技术体系以及科学规划、管理与评价体系的研究。研究成果对我国众多煤矿区的土地复垦与生态重建,国家制定有关技术标准,促进社会和谐、可持续发展都有重要意义和作用。

主要特点和成果如下:

1.研发了煤矿区土地生态环境损害的综合监测与预测技术,揭示了煤矿区土地生态环境损害的机理和规律,为土地复垦技术的优选和革新奠定了基础:

(1)研发了以GPS为基准定位、以RS图像为主要信息源、以GIS为空间分析手段的煤矿土地生态环境损害的宏观(地貌景观和土地利用变化)的综合监测技术;

(2)提出了沿开采走向、倾向主断面进行土壤质量损害的微观监测技术;

(3)提出了采煤塌陷地损害的预测新技术和研发了通用的“矿区沉陷预测预报系统”(MSPS),准确预测了采煤塌陷的破坏范围、程度和地表裂缝分布规律。

2.创立了以“分层剥离、交错回填”为核心的土壤重构原理、方法和数学模型,并运用这一原理革新了泥浆泵复垦工艺、提出了拖式铲运机复垦新技术和挖掘机+四轮翻斗车复垦新技术以及总结了横跨采场倒堆的露天采矿-复垦一体化工艺,特别是研制了薄表土含砂礓困难条件下的塌陷地复垦技术,从而解决了治理中构造适宜土壤介质的关键技术问题。

3. 提出了以"配土栽植"为核心的煤矸石山无覆土绿化技术和复垦土壤生物改良和添加改良剂改良的实用技术,从而解决了迅速恢复植被与生产力的关键技术问题。

4. 提出了土地生态环境损害治理的综合技术体系,包括监测预测、管理、规划、工程和生物改善五大技术方法,并在管理技术上提出了复垦管理新模式和重建效果(质量)验收评价新方法,在规划技术上提出实用的复垦规划设计方法和3维可视化规划技术。

该项目历经10多年的研究与应用实践,已在江苏、安徽、河南、山西、山东等煤矿区推广应用, 成功复垦40245亩采煤塌陷地,解决了10000多人的就业,成功绿化4座矸石山,获得近8亿元的经济效益,取得了显著的经济、社会和环境效益,出版专著 4部,发表论文100余篇(其中EI检索 25 篇)。

注:① 该项目获2004年国家科技进步二等奖。

② 郭达志、胡振琪为项目负责人,主要成员有:姜光杰、徐雪林、

龚乃勤、张吉瑞、王安民、盛业华、吴侃、单卫东。

笫十三篇:基于空间信息技术的工矿区陆面演变与生态重建决策支持

该项目主要依托一项国家自然科学基金项目(No。49871069)和两项教育部博士点基金项目(No。97029005,No。[1**********])以及相关企业委托研究项目所取得的成果整理而成。主要成果包括:

(1)提出了工矿区陆面演变的概念,研究了其特点和驱动机制,将区域LUCC、陆面演变、人居环境优化与可持续发展相结合,进行理论探讨和实证分析;

(2)针对工矿区和矿山塌陷区或陆面演变的形态特征等实际情况, 研究运用卫星遥感或数字近景摄影测量系统(为自主设计集成)与GPS技术相结合,进行工矿区陆面及土地景观演变的动态监测,完成了一个铁矿山塌陷坑空间形态的影像信息获取、三维DTM生成与分析、塌陷坑体积计算与采掘量的对比分析,以及二个矿区陆面演变的TM/ETM图像提取、分类及其生态环境影响分析;

(3)应用遗传算法、人工神经网络、小波变换等非线性理论研究解决了卫量遥感波段组合/选择、信息处理、多源信息的集成/融合,Radarsat SAR图像的去噪、滤波及信息提取等的理论和算法问题;

(4)在GIS技术支持下,完善了矿区资源环境信息系统(MREIS)的功能, 特别是3D数据结构、空间模拟、3D可视化,以及工矿区陆面演变的调控与空间决策分析等方面的功能;

(5)结合矿山实际,基于矿山土地复垦复用与生态重建的理念,进行了复垦土壤物化性质时空变化模拟及复垦工程优化设计;

(6)结合研究课题培养了10多名博士生硕士生和博士后,发表学术论文40多篇,并为中国矿业大学的“211工程”建设、“测绘科学与技术”学科的建设与发展做出了重要贡献。

注:① 该项目获2005年中国测绘学会、国家测绘局科技进步三等奖。

②郭达志为项目负人,主要成员有:杜培军、盛业华、陈云浩、

张海荣、胡召玲、张书毕、陈龙乾、周廷刚、闫志刚。


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