基于机载LiDAR点云C2C算法的矿山沉陷监测研究

针对地表移动观测站和InSAR技术手段在矿山开采沉陷监测的局限性，利用机载激光雷达(Light Detection and Ranging, LiDAR)采集沉陷区三维点云数据，通过多时相点云构建地表数字沉陷模型(沉陷DEM),获取地表的移动变形特征。然而构建的沉陷DEM包含多种来源复杂且难以去除的噪声，限制了该技术在矿山开采沉陷监测的应用。提出将机载LiDAR点云直接比较的算法(Cloud to Cloud, C2C)进行矿山开采沉陷监测，以榆神矿区某工作面为研究区，将同期水准观测数据作为参考数据，并与三种主流点云插值算法构建的沉陷DEM进行对比，验证该算法的可行性和精度。结果表明，C2C算法能够快速获取高精度的沉陷值，其沉陷精度明显优于通过点云插值算法获取的计算结果，下沉曲线符合矿山开采沉陷的一般规律。该算法可以达到厘米级的精度，为矿山地表移动变形监测和生态环境修复提供了新的参考方案。     

关闭矿井次生沉陷研究现状及展望

我国关闭矿井数量多范围广，矿井关闭后，停止排水，地下水位上升，受地下水影响，覆岩及地表将再次沉陷，危及关闭矿井上方和周边建构筑物、交通电力通讯等基础设施安全及建设场地稳定性，研究关闭矿井覆岩与地表次生沉陷机理、规律、预测方法具有重要的理论和实用价值。在收集国内外相关文献基础上，结合徐州东西部矿区关闭矿井地面次生沉陷监测实践，系统回顾和分析了关闭矿井地面次生沉陷监测方法、形成机理、时空分布规律及预测方法研究现状和存在的问题。首先，对比研究了常规地面变形监测方法和航天航空测量方法的优缺点，重点总结了合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术应用于关闭矿井地表沉陷监测中的优势及存在的问题；其次，基于国内外大量实测资料，分析总结了关闭矿井覆岩及地表次生沉陷形成机理及时空演化规律，得到了覆岩及地表下沉的主要诱因为采动破裂岩体、覆岩结构及煤(岩)柱在地下水作用下的变形或失稳；覆岩与地表上升的主要诱因为：随着地下水位升高，作用在采动破裂岩体、第四系松散层内的孔隙压力增大，有效应力减小，使其产生弹性恢复变形，膨胀岩体遇水膨胀也可能导致覆岩及地表上升；关闭矿井次生沉陷在时间上可分为5个阶段：(1)初期稳定阶...     

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。     

高潜水位地区开采沉陷对耕地的破坏机理研究

开采沉陷对地表破坏规律的研究已取得了丰硕成果，但工采沉陷以耕地的破坏机理研究较少，通过对开采沉陷盆地土壤特性的动态监测，发现开采沉陷对土壤特性的影响有明显的规律性并且是导致耕地生产力下降的主要原因，土壤物理特性受沉陷影响较显，而化学特必除电导率外并不明显，开采沉陷对土壤特性的影响滞后于沉陷过程。’     

三维激光扫描技术在开采沉陷监测中的应用

文中介绍了三维激光扫描系统的工作原理及在沉陷监测中的数据处理方法。针对三维激光扫描技术在沉陷监测中应用的精度问题,运用三维激光扫描技术对沉陷区进行监测,并将提取的下沉值与同期部分水准测量数据作比较分析。结果表明:三维激光监测所得到的沉陷情况与实地情况基本相符,能反映开采沉陷量及矿区沉陷趋势。文中还分析讨论了三维激光扫描技术在沉陷监测中技术优势和存在问题,对三维激光扫描技术在沉陷区监测中的实际应用具有参考辅助作用。     

基于静态GNSS双基线的山区地表开采沉陷监测方法

对山区地表开采沉陷进行高精度监测是现阶段山区地表开采沉陷问题研究的热点和难点。对当前常用的开采沉陷监测方法的优缺点进行了分析,指出GNSS静态测量模式仍是当前山区地表开采沉陷监测的首选方法。但由于地表开采沉陷监测网型特殊,采用传统GNSS静态监测方法需要的控制点多,极大浪费人力、物力和财力。基于CORS测量原理,提出了静态GNSS双基线测量方法,讨论了该方法的实际操作技术流程和数据处理方法,并进一步分析了该方法的优越性。以某矿22618工作面地表控制点和部分监测点的其中4期监测数据为例,分析了采用静态GNSS双基线法监测山区地表开采沉陷的误差,结果显示,控制点和所选监测点解算的高程中误差最大为4.4 mm,通过对比分析控制点各期高程的高差互差,可知误差均未超过3 mm,进一步证实了该方法的有效性。在上述分析的基础上,针对该矿22618工作面采用所提方法进行了地表开采沉陷监测,获得了该地质采矿条件下的地表开采沉陷的部分角量参数。研究结果对于进一步丰富和完善山区地表开采沉陷监测理论体系具有一定的参考价值。     

关闭矿井次生沉陷监测、预测与稳定性评价研究进展和展望

近年来由于部分矿区煤炭资源枯竭和国家去产能政策的出台，大量矿井被关闭。矿井关闭后，采动破裂岩体在应力、地下水等多种因素的作用下发生风化劣化、强度降低，将改变废弃采空区内破裂岩体的应力和承载能力，导致地表发生二次形变或多次形变，这种由非直接采动引起的覆岩及地表沉陷，称为次生沉陷，将对地表工程建设和人民生命财产安全造成巨大的潜在威胁。在回顾关闭矿井发展历史的基础上，首先阐述了关闭矿井的地理分布，之后分别对关闭矿井次生沉陷监测、预测方法和煤柱稳定性评价方法等方面展开综述，最后对关闭矿井次生沉陷灾害研究存在的问题和研究热点进行了展望。研究结果表明：(1)目前我国关闭矿井数量众多，仅在2016—2020年间就退出5 243处，退出产能87 538万t。(2)常规的关闭矿井沉陷监测方法虽然精度高，但存在工作量大、费用高、难以获取面域信息等缺陷，而基于InSAR技术的地表沉陷监测不仅可以获取高精度、大范围当下时间序列形变信息，还可以对已发生形变进行溯源监测，基于时域反射计和微震监测仪的地下岩层移动变形监测可以实时、高密度获取岩层移动形变信息。(3)对于复杂地质采矿条件，数值模拟法预测的关闭矿井地表次...     

InSAR技术在矿山企业地表沉降监测中的应用研究

在矿体开采过程及矿体被采出后，采空区顶底板和两帮形成自由空间，围岩中应力重新分布，可能引发地表沉陷的发生，进而给地表建筑及周边村庄和环境带来不同程度的危害。这种过程及其复杂，受众多条件影响，因此具有很强的特殊性和随机性。本文以莱新铁矿为例，利用InSAR技术对地表沉降进行了监测，通过分析表明利用该方法进行大面积监测地表沉陷具有明显的优势，从而为矿山企业全面监测地表沉陷及时处理安全隐患提供了有效的手段。     

基于D-InSAR技术的煤矿沉陷监测

以D-InSAR技术为研究对象,着眼于煤矿沉陷监测作业。从D-InSAR技术基本工作原理分析、D-InSAR技术在煤矿沉陷监测中的数据获取与处理分析、以及D-InSAR技术在煤矿沉陷监测中的相关问题分析这3个方面入手,围绕基于D-InSAR技术的煤矿沉陷监测这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述,并据此论证了D-InSAR技术的引入与应用在进一步提高煤矿沉陷监测工作质量与工作效率的过程中所起到的重要作用与意义。     

合成孔径雷达干涉技术用于煤矿沉陷监测研究

煤矿沉陷是1种典型的地质灾害,采用差分合成孔径雷达干涉技术可以高精度地监测上世纪90年代以来的煤矿沉陷历史及发育特征。本文以陕北大柳塔1990年代的煤矿沉陷为例进行了监测试验,并讨论了影响形变监测精度的大气效应和DEM。