基于SBAS-DInSAR的大宁矿区多工作面开采地表沉陷规律研究

针对常规DInSAR监测方法对多工作面开采沉陷预计难度较大的问题,以大宁矿区为例,利用小基线集技术对研究区9景PALSAR数据进行时序处理,去除轨道误差、残余数字高程模型误差和大气延迟误差,得到研究区沉降速率图、时序累计沉降图,并利用实测数据对SBAS-DInSAR的反演结果进行验证。首先分析了2007年1月—2008年7月的矿区地表沉降速率;其次选择了沉降范围较大的研究区东部P101、P102、P103工作面作为研究对象,分析正在开采的工作面对已采工作面的影响;最后讨论了开采工作面走向和倾向方向观测点的累计沉降特征,总结了矿区多工作面开采沉陷规律。研究表明:矿区开采工作面上方地表发生的沉降范围广、速率快,在多工作面开采作业条件下,相邻工作面的开采会使已采工作面上方的地表移动衰退期延长,且随着时间的推移,地表累计沉降值增加,矿区沉降总体趋势体现出下沉盆地特征;SBAS-DInSAR技术可以有效监测矿区多工作面开采地表沉陷,可为类似矿区开采沉陷高精度监测提供参考。     

多时相SAR振幅信息的大量级沉陷区识别研究

针对传统雷达差分干涉测量技术(DInSAR)无法利用相位信息识别矿区大量级沉降区域地表活动信息的问题,本文采用时序振幅分析方法,对16景Sentinel-1A的振幅数据进行多时相处理,提取了2017年5月13日至2018年2月25日开采沉陷区地表后向散射系数。通过建立研究区后向散射系数分析模型,分析了开采活动过程中地表后向散射系数时序变化特征,发现地表后向散射系数由工作面外边缘至工作面中心逐渐增大,在工作面中心区域变化剧烈;通过对比分析工作面走向和倾向地表特征观测点的沉降速率与后向散射系数的关系,发现两者在开采沉陷过程中平均相关系数r大于0.8,具有较强的相关性。实验结果表明,利用沉陷区地表后向散射系数能较好地分析地表动态沉降速率规律,是识别大量级沉降区域地表活动剧烈程度的指标,为矿区地表变形提供了新的分析手段,具有良好的应用前景。     

免像控无人机摄影测量开采沉陷监测方法研究

针对常规全站仪等传统监测方法在矿区沉陷监测中存在的监测周期长、劳动强度大等问题,以山西 某矿区为例,利用免像控无人机摄影测量技术在短期内采集研究区 5 期影像数据,通过对内业数据处理成果密集 匹配点云进行滤波和插值处理得到每期的 DEM 数据,将两时段的 DEM 相减得到矿区地表沉陷盆地,并利用实测数 据对其进行验证。首先分析了监测期间动态沉陷盆地的发展过程,将全站仪实测与无人机沉陷 DEM 提取的下沉 曲线进行对比,计算均方根误差;其次分析了无人机监测的误差来源以及减小误差的方法;最后提取工作面主断面 数据进行多项式拟合,验证拟合后曲线最大下沉值的精度,讨论了开采工作面主断面方向的累计沉降特征,总结了 工作面开采沉陷规律。研究表明：时序无人机摄影测量沉陷数据与同时期的全站仪实测数据对比,平均均方根误 差为 150 mm,拟合曲线的最大下沉监测精度最优值与实测值相差仅 20 mm;随着工作面的推进,地表累计沉降值增 加,矿区沉降总体趋势体现出下沉盆地特征,并且沉陷盆地的发展过程符合开采沉陷规律;免像控无人机摄影测量 技术可以有效监测矿区开采地表沉陷,为无人机摄影测量在矿区开采沉陷监测中的推广应用提供了技术支撑。     

基于SBAS-InSAR的矿区全盆地开采沉陷求参方法研究

传统测量手段监测矿区开采沉陷时所需的成本较高,且无法全面反映地表移动盆地的沉降情况。为了使矿区地表沉陷监测更全面高效,从而获得更高精度的概率积分预计参数,以内蒙古某矿区为例,先采用SBAS-InSAR技术处理27景Sentinel-1A卫星数据,获得2017年9月至2018年7月间的全矿区地表时序形变情况,再结合改进步长的果蝇优化算法实现地表全盆地3 723个点的共同求参。结果显示,工作面开采导致的地表最大沉降量为201 mm,与实测数据相比,其绝对误差的平均值为3.00 mm,相对误差的平均值为9%。研究结果表明:SBAS-InSAR技术与传统手段相比,对于监测矿区工作面开采引起的地表全盆地沉陷具有较大优势;此外,采用改进步长的果蝇优化算法能将全盆地开采沉陷结果用于概率积分预计参数的求取,得到一组效果良好的参数;获得的研究区域最优概率积分预计参数为:下沉系数q=0.33,主要影响角正切tan β=1.83,拐点偏移距s=0.045H(H为采深),开采影响传播角θ0=89°。研究成果为今后矿区地表的开采沉陷监测与概率积分预计参数确定提供了科学依据。     

时序DInSAR在重复采动地表沉陷监测中的应用

基于TerraSAR-X高分辨率SAR数据,利用时序DInSAR技术监测矿区开采沉陷,探讨其在开采沉陷监测中的定量化应用。结合矿区工作面回采进度资料,对时序DInSAR结果进行分析,提取不同开采阶段的超前影响角、边界角、起动距等参数,以认识和描述上覆岩层存在重复采动时的地表沉陷规律。利用在工作面上方角反射器位置上同步获取的GPS观测结果对DInSAR技术进行验证,结果表明X波段SAR数据可以准确监测微小形变,从而保证了开采沉陷影响范围监测及角量参数提取的可靠性。     

大采宽工作面开采沉陷规律的FLAC~(3D)模拟研究

为得到余吾煤业在大采宽开采条件下的沉陷规律,以便提出切合实际的防治措施,以余吾煤业S1202工作面为研究背景,运用FLAC3D对该工作面的开采沉陷进行模拟分析,得出了地表移动变形规律及其最大值。将FLAC3D模拟工作面停采时得到的地表最大下沉量和水平移动量与现场实测值作对比,结果表明两者相对误差较小,验证了模拟结果的准确性。对余吾煤业及其他矿区大采宽工作面的开采沉陷预测具有借鉴意义。     

相邻工作面开采地表动态沉陷规律

为研究同煤层老采空区影响下的相邻工作面开采地表移动变形规律,在陕北榆神矿区金鸡滩煤矿建立了GNSS连续变形监测系统,通过对连续监测数据的分析处理,并结合FLAC~(3D)数值模拟,揭示了同煤层相邻工作面重复开采条件下的动态非对称性沉陷规律。研究表明:①受同煤层老采空区影响,相邻工作面在重复开采条件下,工作面中心两侧相同距离监测点的下沉值、下沉速度、水平位移及移动变形持续时间等并不相同,表现出极不对称性;②已破坏的老采空区岩层对重复开采响应快速,其移动变形更加敏感、剧烈,稳定时间较长;③数值模拟分析体现出,相邻工作面开采条件下地表下沉系数增大了5%,倾向方向地表移动变形影响范围增大了35.7%,走向主断面并未经过工作面中心,而是偏向老采空区一侧30 m,老采空区塑性破坏区高度增大了21.4%。分析结果对于相邻工作面重复采动条件下的地表移动变形预计、矿区土地复垦及矿区地面建筑物保护具有一定的参考价值。     

D-InSAR监测煤矿区采动地表移动变形规律研究

煤炭开采引起的地表沉陷灾害对矿区资源和生态环境造成了严重的破坏,为了研究其采动地表移动变形规律,论文以荆各庄矿为实验区,采用2004年11月至2006年3月的7景ENVISAT ASAR影像,利用两轨差分D-InSAR方法提取了研究区的动态下沉曲线和下沉速度等值线,分析了荆各庄矿区的采动地表移动变形情况。研究表明:荆各庄矿区在20041121-20050410时段累积最大沉陷量为60 mm,沉降速率最大值为20050130-20050306时段的1.68 mm/d,该时段沉陷形变处于危险形变阶段。该结果为指导矿区建筑物、铁路等基础设施建设和防灾减灾工作提供了数据支持,具有一定的参考价值。     

基于SBAS-InSAR的大采深条带开采地表沉降监测与特征分析

矿区地下开采造成地表不同程度的沉降,引发安全隐患,InSAR技术是地表变形监测 的重要手段之一。项目利用31景Sentinel-1A影像,基于SBAS-InSAR技术,通过去除地形误差、轨 道误差及大气延迟误差等,获得下沉盆地年平均沉降速率达到61 mm/a,最大沉降127 mm,整体呈 现下沉趋势,不均匀沉降较为明显,局部区域沉降量持续增大。统计下沉盆地沉降面积发现,沉 降量大于100 mm的沉降面积达到0.32 km2,累计沉降面积达到4.33 km2,沉降面积呈现逐渐增加 的趋势;将SBAS-InSAR结果与水准数据对比分析,均误差为2.9 mm,两者结果基本吻合。从SBAS 结果提取研究区下沉盆地的剖面时序沉降信息并做高斯曲线拟合,曲线形态与开采沉陷概率积分 法特征一致。研究表明：基于SBAS-InSAR在大采深条带开采矿区地表变形监测中是可行的,受条 带工作面开采的影响,引发相邻老采空区持续发生沉降,地表变形较小,地表移动范围大, SBAS-InSAR可以有效得到全盆地、全要素地表变形信息,为类似矿区开采沉陷高精度监测提供参 考。     

双轨D-InSAR技术在矿区地表沉陷监测与分析

为了能够精确监测矿区地表沉陷,验证D-InSAR技术在矿区地表沉陷监测应用中的可行性,采用D-InSAR技术提取工作面推进93、153、443、809 m时SAR影像沉陷信息,结合现场实地监测试验对宁夏枣泉矿区采动过程中地表沉陷展开了详细分析。结果表明：卫星监测期间,枣泉矿区出现了4个明显沉陷区域,且地表沉陷中心都滞后于工作面一定距离;D-InSAR技术监测结果与实际监测结果基本一致,说明D-InSAR技术能够有效地监测矿区沉降情况。研究成果验证了D-InSAR技术作为面向矿区的地表沉降监测方法的可行性,为矿区的安全开采和绿色发展提供了技术支撑。     

五龙沟矿区时序InSAR地表形变监测

矿区资源开采引发的环境地质问题日益突出,地表形变监测可对矿业开采沉降进行有效预估,最大限度地降低地表沉降带来的损失。五龙沟矿区作为青海省重要的矿产地之一,对其进行形变监测具有重要意义。传统D-InSAR技术易受时空去相干和大气相位延迟限制,导致形变监测失效,而SBAS-InSAR技术则能突破上述限制条件,获得毫米级的地表形变特征。因此,本文选取覆盖该区域的2017—2019年30期Sentinel-1A降轨数据,采用时序InSAR技术对该矿区进行地表形变监测,最后从整体形变、形变速率、形变量等方面进行时序分析。实验结果表明:矿区的整体形变不大,其平均沉降速率为-1.40mm/a,最大年平均沉降速率为-11.8mm/a,最大形变量为-21.7mm。矿区范围内存在两个主沉降区,其中沉降区A呈漏斗状,沉降区B呈条带状,随着时间的推移均有明显向外扩张趋势。监测结果可为矿区后期防护治理与安全生产提供参考资料。     

采煤工作面沉陷预计方法及其应用

义桥煤矿在首采工作面开采前,运用概率积分法对地表影响范围进行了沉陷预计,根据预计结论对地表受影响的建筑物采取了针对性的保护措施。工作面开采结束,且沉降稳定后,将预计结果与实际沉陷情况进行对比,发现地表移动参数与实际基本吻合。为义桥煤矿其他工作面的开采提供了较为可靠的技术依据,同时对同类地质条件下其他矿井也有很好的借鉴意义。     

大采高综采条件下地表沉陷规律研究

地表沉陷规律研究对矿区进行保护煤柱留设和"三下"压煤开采设计等工作具有重要意义。为研究大采高综采条件下地表沉陷规律,文中以察哈素煤矿3101首采工作面为研究对象,进行了地表移动观测站设置和观测、分析,绘制了地表移动变形曲线,得出了地表移动参数和规律。     

急倾斜矿体分步充填开采对地表沉陷的影响

为了研究金川镍矿急倾斜矿体利用充填法开采出现的地面沉陷问题,基于三矿区多期地表岩移GPS监测数据,阐明了F17以东地下开采引起地表岩体移动的总体显现特征,在此基础上,分析了出矿量和地表沉陷盆地体积之间的关系,运用ADINA软件,对不同充填开采条件下围岩应力场、位移场变化特征进行了探讨.研究结果表明:三矿区地表沉陷盆地正在形成,其几何形态明显受到控矿断层的控制;当矿体几何形态和采矿方式较稳定时,地表沉陷盆地体积(T)和矿山出矿量(Q)在一定时段内具有一定的相关关系;影响地表沉陷的主要因素是从开采进路形成至充填阶段的围岩收敛变形和间柱的采断;多进路开采较单进路开采条件下的地表沉陷量大.     

离层注浆开采关键层变形特征及地表沉陷控制效应

为研究覆岩离层注浆开采条件下关键层变形特征及地表沉陷控制效应，准确预计地表移动变形值，对离层注浆开采关键层变形进行了力学分析，将关键层下方离层注浆充填体和煤岩体的组合视为弹性地基，并将之划分为压实区、欠压实区和实体煤区3种不同的区段，基于弹性地基梁理论，给出了关键层挠度方程和弹性地基系数计算方法；采用“两步法”,通过分层模拟的方式开展了离层注浆开采关键层变形与地表沉陷数值模拟，研究了不同工作面宽度条件下离层发育和关键层破断特征，以及不同注采比条件下地表移动变形特征；借鉴等价采高理论，将离层注浆开采条件下关键层弯曲下沉空间等效视为开采空间，结合概率积分法，建立了适用于离层注浆开采的地表沉陷预计模型。以淮北矿区袁店二矿7221离层注浆开采工作面为例进行了验证，结果表明：该地质条件下，离层注浆开采工作面宽度宜设计在90～120 m;采用提出的预计模型和方法能够对离层注浆开采条件下的地表沉陷进行有效预计，预计值与实测值平均误差9 mm,在允许误差范围内；离层注浆开采地表沉陷控制效果显著，减沉率约83%。     

深埋厚冲积层薄基岩煤层开采地表沉降特征与预测方法

煤炭地下开采导致上覆岩层的破断和运动,岩层运动传递至地表引发地表沉陷,改变地表形态,破坏地表连续性和生态环境。为降低采矿活动的负外部性,以赵固二矿为工程背景,综合运用室内试验、理论分析和现场实测等方法研究深埋厚冲积层薄基岩煤层开采地表沉陷与覆岩运动的关系、地表沉陷演化特征和地表沉陷预测方法。结果表明：深埋薄基岩厚煤层开采覆岩运动存在关键层控制和厚冲积层主导2个阶段,第1阶段薄基岩呈现层状破断特征,关键层下缘离层现象明显,厚冲积层保持稳定;第2阶段采动裂隙萌生于高位厚冲积层,下行扩展导致薄基岩全厚破断,层间离层现象消失;得到了工作面推进过程中不同层位覆岩沉降曲线动态演化特征,发现厚冲积层对覆岩运动和地表沉陷具有强烈控制作用,冒落拱失稳导致覆岩沉降曲线呈现周期性突变现象;薄基岩全厚破断后整体下沉,厚冲积层冒落体下向压实,采动裂隙快速闭合,导致采空区上方垮落带和裂隙带岩层破坏后的碎胀系数小,地表下沉速度快,沉降系数高,最大下沉量达到开采厚度;将地表沉陷区划分为直接沉降和间接沉降2个区域,深埋厚冲积层薄基岩赋存条件下间接沉降区范围增大,构建了地表沉陷分区预测模型;对赵固二矿地表沉陷特征进行了预...     

山区工作面开采地表沉陷监测分析

通过在山区某矿区其中一个工作面的地表设置移动观测站,在采动过程中对观测点进行定期观测获取点位移动数据,并对所获得的数据进行整理、分析。运用矿山开采沉陷的基本理论求取角量参数,着重介绍此过程中山区工作面开采地表沉陷监测的特殊之处,为提高山区工作面开采地表沉陷监测质量积累经验。     

大采高采煤工作面地表岩移规律研究

煤矿开采对地表的建筑物、生态环境等产生了影响，为了实现煤矿的可持续发展，需要对开采沉陷规律进行研究。采用现场观测的方法，布置了倾向观测线和走向观测线，对大采高23201、23103采煤工作面进行了全面观测和日常观测，并对观测结果进行了分析，确定了大采高采煤工作面地表沉陷的规律。该地表沉陷规律符合概率积分法预计模型，为“三下”开采保护煤柱的留设提供了理论依据。     

基于StaMPS技术的矿区开采沉陷监测与分析

针对DIn SAR技术易受时空失相关、大气相位延迟等影响的问题,采用Sta MPS方法对12景ALOS PALSAR数据进行时序处理。首先获取了采动区边缘区域2012-2014年的非线性时序沉降量,在工作面边缘地区走向方向和倾向方向各选取若干点,提取各点的时序沉降量进行时序分析,掌握了采动区在不同时间段里的地表下沉情况。实验表明Sta MPS技术可为矿区的开采沉陷监测与分析提供新的手段。     

重复采动条件下地表移动变形规律实测研究

为了揭示重复采动条件下地表沉陷变形规律,凤凰山煤矿在154309工作面上方建立了地表移动观测站。通过对岩移观测资料的分析研究,给出了重复开采时地表沉降曲线,获得了该地质采矿条件下地表移动变形预计参数和岩移角值,探讨了重复采动条件下地表移动变形特征。研究认为,重复采动条件下地表沉陷变形剧烈,下沉盆地陡峭,变形分布集中,地表下沉系数大,采动影响范围大。地表动态变形剧烈,下沉速度快,最大下沉速度为143.4mm/d,地表移动持续时间较短,活跃期约占地表移动持续时间的30.7%,其下沉量占地表总沉降量的96.3%。