基于D-InSAR技术的煤矿区开采沉陷监测

基于煤矿区地表沉陷的基本特征,论述了合成孔径雷达差分干涉测量（D—InSAR）技术的基本原理,阐述了利用该技术提取煤矿区地表沉陷数据的过程及处理方法;分析应用中存在的失相关等问题,提出解决方法并对获取的矿区地表沉陷变形值做进一步的分析,以期得到地表变形值在不同方向上分量值;最后得出结论：D—InSAR作为一种新的沉陷监测技术,在开采沉陷方面有着常规监测手段无法替代的优势,应用前景广阔．     

融合D-InSAR和Offset-tracking技术的矿区沉降信息提取

矿区开采沉陷具有沉降速度快、量值大的特点,针对使用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术很难正确获取煤炭开采引起的地表下沉全盆地信息的问题,提出融合D-InSAR和Offset-tracking技术提取矿区沉降信息的方法。试验以陕西某矿52304工作面为例,分别采用D-InSAR和Offset_tracking技术提取了下沉盆地微小及大梯度形变信息,分析了D-InSAR中失相干问题和Offset_tracking的监测优势,最后将两者得到的结果进行融合,获取了工作面上方的时序形变图,实例中最大下沉处的相对误差为0.5%~7.3%。结果表明,Offset-tracking可以有效解决D-InSAR无法监测矿区大梯度沉降的问题,该方法可为矿区开采沉陷监测提供新的技术手段。     

村庄下条带开采对地表建筑的影响预测及评价

为实现在村庄建筑物不搬迁的情况下安全采煤、提高资源采出率、缓解矿井生产接替紧张的矛盾,结合矿区具体的地质采矿条件及地表村庄建筑物的现状,给出了条带开采设计方案．根据万年矿已有的地表移动观测资料,该矿区地表沉陷规律基本符合概率积分法．通过理论分析计算,确定了概率积分法的预计参数,并对地表移动和变形进行了预计,根据预计结果对村庄建筑物损害程度进行了分析和评价．研究结果表明,万年矿村庄下压煤采用条带法开采技术上可行,经济上合理．     

基于D-InSAR技术和SVR算法的开采沉陷监测与预计

针对传统开采沉陷监测和预计方法存在诸多缺陷且两者无法实现集成化的问题,提出了利用合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)进行开采沉陷监测,并将监测结果与支持向量回归算法(SVR)相结合进行开采沉陷动态预计,最终实现开采沉陷监测与动态预计的一体化.首先利用D-InSAR技术获取开采沉陷的影响范围与发展趋势;然后将监测结果作为SVR算法的训练与学习样本建立预计函数;最后在已建立预计函数的基础上采用滚动预测方法进行开采沉陷动态预计.以陕西省大柳塔矿某工作面为例,采用所提出的方法,使用13景TerraSAR-X雷达影像进行实验研究与分析.结果表明:D-InSAR监测结果能够很好地反映开采沉陷的影响范围与发展趋势,其开采沉陷的最大绝对和相对预计误差分别为19mm,5.4%.实验结果证明了该方法的可行性.     

固体充填开采地表沉陷数值模拟研究

应用FLAC3 D软件建立了某矿区固体充填开采的三维数值模型,结合固体充填开采等效采厚的相关概念模拟了模型的开挖以及模型在开采后的移动变形情况。使用FLAC3 D内嵌的FISH程序语言,编制了相关程序,提取出两种不同类型的地表移动观测站的沉陷数据。利用提取出的地表移动观测站沉陷数据,结合MATLAB强大的数据处理和可视化功能,对固体充填开采所产生的地表沉陷进行后处理与可视化操作。研究表明：固体充填开采可以有效控制地表沉陷,适用于村庄等建筑物下采煤的情况;运用FLAC3 D并结合MATLAB的方法可以方便、准确的进行开采沉陷的数值模拟与可视化操作。     

非规范观测站岩层移动角计算方法分析

鉴于某矿区地表移动观测站的非正规布置,根据观测线上三个临界变形值位置,确定地表影响椭圆分布区域的边界点;建立独立坐标系,将边界点与坐标原点进行联合观测,计算出边界点相对于原点的坐标值,然后将各个坐标值代入椭圆方程,求取地表影响椭圆半轴长,根据移动角与开采边界的空间几何关系,计算出矿区的岩层移动角.研究表明,该方法简洁实用,能够满足开采沉陷工程的实际要求.     

利用固体充填开采方法保护建筑群安全的研究

我国煤矿建筑物下压煤量占总压煤量的69%,同时每年要向地面排放4.5亿t以上的固体废弃物,因此,研究利用固体废弃物充填开采方法,在保证地表建筑物安全性的基础上,高效开采出下压煤炭资源意义重大.文章应用数值模拟方法,对建筑物下压煤开采所引起的岩层移动过程进行模拟,系统分析了采场围岩塑性区分布及地表沉陷量变化规律,由计算结果分析得知,应用固体充填开采法与无充填直接开采相比,采场围岩破坏单元数较少,围岩稳定性受影响较小,减少地表沉陷量效果明显.以数值模拟结果作为参考,研制了长臂综采矸石充填开采工艺的配套设备,并在某矿建筑物下压煤炭开采的实际应用中取得良好效果,有效控制了地表变形,保证了建筑物的安全性和资源的高效开采.     

D-InSAR时序开采沉陷观测的干涉策略选优

为了更好地提取开采沉陷形变的动态演化规律,针对开采沉陷D-InSAR时序差分干涉测量,对比分析了二通加外部DEM和三通差分干涉测量4种模式的优缺点．结果表明,对于D-InSAR地表形变信息提取和时序分析,二通加外部DEM的InSAR干涉策略有致命缺陷,三通法差分较优;得出的采用“累积式”和“相邻重访周期式”相结合的干涉策略,可以提高可靠性,结果可以相互验证,是最优干涉策略．     

充填步距对地表移动变形特征的控制影响

为了研究充填开采步距对覆岩移动及地表建筑物变形的影响,首先,采用弹性地基梁理论,建立了顶板的位移方程,并采用力学等效转换,推导得出了顶板最大跨距、控顶距与充填步距间的数学关系式,进而得到充填步距的理论计算公式;其次,根据地表建筑物的特性及对变形形式的敏感分析,得到建筑物的抗变形限值,并进一步计算得出地表沉陷的最大允许值,反算出顶板位移值,按照推导公式计算分析,得出顶板跨距及相应的充填步距.从而建立了充填步距与地表建筑物变形之间的相互关系,通过调整充填步距,达到控制顶板位移和地表沉陷以及保护建筑物的目的.通过实例应用分析,在设定地表水平变形为1 mm/m的变形限值时,得出充填步距为6.4 m,当井下充填步距设为该值时,实测地表下沉为237 mm,且水平变形值小于预设限值,达到了良好地控制地表移动变形及保护地面建筑物的效果.     

“三软”特厚煤层开采地表沉陷规律研究

洛阳常村煤矿开采煤层为"三软"特厚煤层,井田范围内村庄较多.为了合理回采村庄下煤柱、提高资源采出率,需要掌握该地质条件下的地表移动变形规律及参数.在该矿"三软"特厚煤层工作面建立了地表移动观测站,对地表沉陷进行现场观测,获得了大量的地表沉陷观测资料.通过对实测资料的分析,得出常村煤矿"三软"特厚煤层开采地表沉陷规律及其参数.研究结果表明:与一般地质采矿条件相比,"三软"特厚煤层放顶煤开采具有地表移动角量参数偏小、影响范围大、下沉系数大等特点,地表沉陷呈现塌陷坑及台阶裂缝形态.     

PTS采动沉陷模型研究

在厚冲积层条件下，采动沉陷盆地中基岩上表面形成的下沉空间可以认为是采空区向上传播的结果，也是地表得以下沉的必要条件。由于冲积层结构松散，抗弯能力低。抗剪强度也小，与基岩相比，属于软弱层，而基岩对整个上覆岩层的移动变形及破坏过程起着控制作用，因此，基岩可认为是地表沉陷的控制层。本文采用不同的思路和方法来建立厚冲积层条件下的采动沉陷模型，并推导出了计算公式最后用实例进行了验证。     

金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律

金属矿山地下开采引起地表塌陷已经成为一种主要的矿山地质环境问题．地面塌陷受多方面因素影响,各因素相互作用使得金属矿山地表塌陷形成机理复杂．本文以大冶铁矿东露天采场地面塌陷为例,从采场地质环境、矿体特征、采矿方法、崩落角、地面塌陷的形式等方面,综述了地面塌陷的特征,并探讨了地面塌陷的形成规律,该研究为矿山地面塌陷的成因及控制对策研究提供了帮助．     

瞬变电磁法探测煤炭地下气化燃空区扩展的试验研究

煤炭地下气化技术抛弃了全部庞大的、笨重的采煤设备与地面气化设备,并将传统的地面气化转化为地下有控制的气化新技术,具有安全性好、投资少、效率高、污染小、效益高等优点。在地下气化过程中,由于燃空区空间不断扩大影响炉内温度,同时引起燃控区上方煤岩层的过量移动和地表沉陷。如何监测气化过程中燃空区塌落空间的变化,对控制气化过程反应、炉内温度的稳定、燃空区上覆岩层塌落及地表沉陷起着至关重要的作用。本文提出采用瞬变电磁法(TEM)对急倾斜煤层中煤炭地下气化燃空区进行探测。现场试验研究表明,该方法能够较好地探测燃空区扩展范围。     

Whole-mine subsidence over tabular deposits and related seismicity

The challenge of estimating mine-wide subsidence and linkages to seismicity over tabular deposits is addressed by a special finite element technique(dual node–dual mesh). Subsidence and mine-induced seismicity begins near the face when caving occurs and propagates to the surface as extraction reaches a critical extent. Thus, the challenge is to obtain details at the face at the meter scale and also at the surface over the whole mine at the kilometer scale. Interactions between old and new sections of a mine are automatically taken into account with this technique. The finite element method is well established technology based on fundamentals of physical laws, kinematics and material laws. With this technique, no empirical ‘‘scaling" or fitting computer output by input data ‘‘adjustment" to mine measurements is necessary. Capability is demonstrated for doing practical whole-mine subsidence analysis from first principles. Mine-induced seismicity is shown to correlate well with face advance and element failure.     

神府——东胜煤田地表塌陷预测及防治

根据钻孔资料，运用概率积分法预测了矿区的地表移动程度；并采用灰色模型对典型矿井综合开采面引起的地表最终塌陷值在实测数据的基础上进行了预测。该煤矿开采后，塌陷严重大部分矿井地表最大下沉值和水平位移值均超过有关设计规范允许值。在建筑物和线路及地表水体下开采时，除采取井下预留设保护煤柱和提前施工放水孔等措施外，还要加强井下观测，应用拉杆、圈梁等地面防护措施。塌陷地带用开采废弃土石和矸石充填后，及时种植树     

煤矿塌陷区地基稳定性与承载力研究现状分析

煤矿塌陷区在我国分布较广泛,为了保证国家建设的需要和节约耕地,就必须对塌陷区土地进行科学开发和利用,使其恢复为建设用地.在综合分析大量文献的基础上,从老采空区的活化机理、地表沉陷与变形规律等方面,分析了煤矿塌陷区地基稳定性和承载力的研究现状.分析研究表明,提高塌陷区土地利用率的关键是需要准确分析和计算出地基的承载力.煤矿塌陷区地基稳定性和承载力研究,对于提高土地的利用率、保护耕地,促进我国经济和社会的协调和可持续发展等,具有十分重要的理论价值和现实意义.     

Quantifying relationships between subsidence and longwall face advance using DInSAR

Surface subsidence that results from longwall mining can be large magnitude and can affect significant areas. Conventional methods for subsidence monitoring include leveling, global positioning system(GPS), and photogrammetric surveys. Remote sensing techniques including, aerial LiDAR, terrestrial laser scanning, and satellite-based Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar(DInSAR), are also used to measure deformation associated with subsidence. DInSAR data are different than data from conventional subsidence surveys. Images capture data over large areas(hundreds of kilometers), and each pixel(data point) in an image quantifies the average displacement over an area of square meters.DInSAR data can have fairly high time resolution; imaging periods typically range from weeks to months.DInSAR data can be useful to monitor subsidence sequentially over short periods. Regularly monitoring subsidence may help define if caving is progressing normally and can establish relationships between surface deformation and longwall face advance, which has potential to help quantify possible risks to mine stability. In this study, subsidence at a longwall trona mine is monitored over short periods, typically 12 days, as the longwall face is advanced through a panel. C-band interferometric wide swath synthetic aperture radar(SAR) images from the sentinel satellites are used to quantify the subsidence. The onset of subsidence occurs close in time to the beginning of the longwall face advance, and overall,the development of subsidence closely follows the longwall face advance.     

某矿区钢筋混凝土桥梁下沉整治

平顶山矿区铁路大部分位于矿区煤田之上，由于煤田的开采引起部分铁路随地表发生下沉。在对下沉的铁道线路进行整治中，出现问题最多和最难整治的是桥梁结构物。总结了矿区铁路田韩线DK56＋665m处3－12.0m钢筋混凝土桥梁多次发生下沉时，为了保证桥上铁道线路畅通而采取的整治方法。     

Time function of surface subsidence based on Harris model in mined-out area

The surface subsidence is a common environmental hazard in mined-out area. Based on careful analysis of the regularity of surface subsidence in mined-out area, we proposed a new time function based on Harris curve model in consideration of the shortage of current surface subsidence time functions. By analyzing the characteristics of the new time function, we found that it could meet the dynamic process, the velocity change process and the acceleration change process during surface subsidence. Then its rationality had been verified through project cases. The results show that the proposed time function model can give a good reflection of the regularity of surface subsidence in mined-out area and can accurately predict surface subsidence. And the prediction data of the model are a little greater than measured data on condition of proper measured data quantity, which is safety in the engineering. This model provides a new method for the analysis of surface subsidence in mined-out area and reference for future prediction, and it is valuable to engineering application.     

FLAC3D在张集煤矿开采沉陷预测中的应用分析

利用FLAC~(3D)数值分析软件,分析了高潜水的张集煤矿巨厚松散层下12171工作面重复开采对上部17278工作面移动变形区的走向位移、垂直应力分布和塑性破坏区的影响。分析结果表明:数值模拟结果与实测数据基本相符;多煤层重复采动地表下沉具有特殊性,下沉量相比于初次采动是逐渐增大的,随着重复采动次数的增加,下沉量逐渐趋于稳定;同时随着工作面累计推进距离的增加,地面沉陷范围逐渐增加,并形成塌陷盆地;两工作面顶板围岩以剪切破坏为主,局部发生拉伸破坏。