基于多源遥感监测的煤矿开采沉降及矿区环境变化分析

煤矿的开采会导致地面下沉、塌陷，从而对植被、农作物等矿区环境造成影响。采用多源遥感手段，对矿区地表变化及矿区环境及时监测具有重要的作用。由此，以平顶山煤矿为例，采用InSAR技术，使用43景Sentinel-1A影像获取煤矿开采区的形变情况；针对因煤矿开采而导致的地表环境变化，采用Landsat 8光学影像使用支持向量机和随机森林方法提取地表覆盖情况。研究结果表明：D-InSAR技术可以快速判断沉陷区域的大致范围，而Stacking-InSAR和SBAS-InSAR技术则可以反演出研究区的形变速率和时序形变数值，在研究内区形成量级、范围大小不一的沉降漏斗，耕地面积的变化与煤矿的开采力度呈负相关、植被的面积从减少到增多。此结果对煤矿开采区的沉降范围、形变数值及生态环境修复具有一定的参考意义。     

采煤沉陷区地面塌陷原因及塌陷坑附近房屋居住安全分析

在经历过小煤矿开采的老矿区，塌陷坑是地表沉陷的主要形式之一，有的矿区甚至在非采动时期也会出现地面突然塌陷的情况，严重影响居民的生命财产安全。文章根据我国北方某矿区城市出现的地表塌陷事件，从煤层赋存条件、煤矿开采历史、自然条件等综合分析地面塌陷坑产生原因，并依据该区域采动情况，分析了塌陷坑附近房屋居住安全现状。     

基于GPS技术的矿山塌陷区岩体移动三维模拟研究

为了解某煤矿三矿区因长期开采所造成的地表沉陷情况,通过GPS技术对该区域的地下岩体移动状况实施监测,基于《测绘技术设计规定》等有关规范针对矿区建立监测网点,获取GPS位置数据,并通过Surfer软件对所获取的地理位置数据进行三维模拟,输出三维沉降模型,进而对该区域的沉陷情况进行判断。经三维模拟与数值分析发现,三矿区地表局部出现沉降小盆地,存在较为剧烈的地表塌陷,在加固处理之前不宜再实施煤炭开采作业。     

双轨DInSAR矿区地面沉降监测能力分析

利用双轨DInSAR及GIS空间分析工具对郭屯煤矿4景C波段Sentinel-1A SAR影像进行精细处理,获取该煤矿2015-11-27—2016-03-02期间的矿区地面沉降情况;与矿区工作面以及同时期水准监测数据进行定性和定量对比分析,提出一种新的DInSAR与水准监测结果对比分析验证方法,解决DInSAR与水准监测时间不一致的问题,然后综合利用相对误差与绝对误差对DInSAR地面沉降监测精度进行验证,避免仅通过绝对误差验证DInSAR结果时出现的弊端。结果表明:C波段双轨DInSAR能实时监控由于地下开采以及采空区残余形变引起的地面沉降,其监测的沉降位置及范围与矿区实际开采工作面相符,且沉降变化趋势与工作面开采进度一致;相干性较高的情况下,DInSAR技术在空间上可以准确探测出与水准监测相符的地面沉降变化情况,监测精度可达cm级。     

基于SAR技术的开采沉陷全盆地分区形变提取方法北大核心

针对合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)和偏移跟踪(Offset-Tracking,OT)技术在沉陷盆地边缘小形变和中心大形变交汇区域适用性低的问题,提出1种融合累积DInSAR和自适应OT的开采沉陷全盆地分区形变提取方法;该方法以相干系数和地表形变梯度为阈值,将矿区开采沉陷盆地划分为3种不同形变量级区域。以大柳塔煤矿52303工作面开采沉陷盆地为研究对象,结合同期现场实测数据对比验证,采用融合方法得到的中等量级形变监测结果均方根误差(RMSE)小于0.05 m,研究区地表完整形变RMSE小于0.11 m。融合方法为实现矿区开采沉陷盆地进行精细监测提供1种新的路径。     

基于 InSAR 技术的开采沉陷影响边界划定方法

开采沉陷影响边界(沉陷边界)是地表建(构)筑物损害鉴定的重要依据。 传统沉陷边界划定方法大都 依赖于矿区地面实测沉降或地下开采进度等资料,对于缺乏地表实测资料的矿区则难以采用传统方法划定沉陷边 界。 合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术可通过存档的 SAR 影像“回溯”矿区高空间分辨率历史变形信息,为不依赖 矿区实测资料的沉陷边界划定提供了新契机。 然而现有的 InSAR 沉陷边界划定方法通常以忽略地表东西向和南北 方向水平移动的矿区 InSAR 沉降为基础,采用下沉 1 cm 等值线作为阈值划定沉陷边界。 该方法未顾及 InSAR 观测误 差差异,导致其划定的沉陷边界可靠性不高,容易“误导”开采损害鉴定。 为克服该局限,提出了一种全新的基于 InSAR 技术的开采沉陷影响边界划定方法。 首先,仅忽略 InSAR 不敏感的南北向水平移动分量,通过融合升降轨 InSAR 观测值获取矿区历史沉降,提高 InSAR 沉降监测精度;其次,以非形变区监测值为样本自适应评估 InSAR 开采沉陷估 计值的整体精度;然后以不同的置信区间为指标选取等值线阈值,并据此划定矿区沉陷边界;最后通过模拟试验和唐 山某矿区的真实数据试验进行了方法验证。 试验结果表明:以 99%置信区间(约 2. 58 倍 InSAR 沉降标准差)为阈值 划定的 InSAR 沉陷边界与参考边界较为接近。     

郓城矿区地表形变时空演变DS-InSAR监测

郓城地区煤炭储量丰富,地下煤矿的大量开采导致地面出现不同程度的沉降,为了更好地掌握郓城矿区地表形变的时空演变特征,利用融合分布式目标的时序差分干涉测量(DSInSAR)技术和2018年1月至2019年11月期间获取55景Sentinel-1A雷达影像对郓城矿区进行了地表形变监测。结果表明:DS-InSAR技术能有效地提取到分布在裸地和稀疏低矮植被区的分布式目标,可显著提升矿区监测点数量且其分布更加均匀,能够更加全面地反映了郓城矿区地表形变空间分布;形变分布图显示郓城矿区内李楼、郭屯煤矿形变量级较大,年最大沉降量可达100 mm,彭庄、赵楼煤矿地表形变较小,且不同年份沉降中心差异主要与郓城矿区地下开采活动变化密切相关。     

基于多阈值目标提取的时序InSAR矿区地表沉降监测研究

传统SBAS-InSAR方法进行地表沉降监测时需人工选取目标点的方法进行轨道精炼与沉降反演。但在环境复杂的矿区,很难通过人工选取到稳定的目标点,使得其应用存在诸多局限性。因此提出一种基于多阈值目标提取的SBAS-InSAR矿区地表沉降监测方法,在SBAS-InSAR技术的基础上,设定离差阈值参数,区域窗口阈值参数与相干性阈值参数来提取地面较为稳定的目标点。将该方法与传统SBAS-InSAR方法应用到实际案例中,获取研究区地表沉降监测结果进行时序分析并对比验证。研究结果表明：①矿区内存在三处开采沉陷区,且开采沉陷区位置与该煤矿开采工作区一致,最大年平均沉降速率为-156 mm/a,最大沉降量为-376 mm。②两种方法矿区沉降绝对平均差值不超过12 mm,说明多阈值目标提取的SBAS方法可有效克服传统SBAS-InSAR存在的局限性,同时还能保证较高的精度,在矿区地表沉降监测中更具有优势。     

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。     

相邻工作面开采下的矿区地表沉陷InSAR监测与分析

针对相邻工作面重复开采条件下地表形变复杂和常规D-InSAR方法易受时间去相关和大气延迟等因素影响的问题，以东滩煤矿为研究对象，采用SBAS-InSAR方法对40景Sentinel-1A数据进行时序处理，获取了研究区域的年均沉降速率和时序累计沉降量，并对形变特征进行了分析。结果表明：6303相邻工作面的采动对已采工作面影响效果显著，相邻工作面开采条件下地表沉陷速率快、范围广、沉陷盆地形状不规则，6303工作面在走向和倾向上的沉降量差异明显，表现出非对称性特征；InSAR技术能够效监测到矿区相邻工作面开采的地表沉陷现象，可为类似复杂开采条件下的矿区地表形变分析提供技术参考。     

利用多源雷达影像监测矿区地表沉降

采用L波段的PALSAR数据和C波段ASAR数据,以陕西彬长矿区为研究对象,分别从相干性、沉降区域分布等方面进行对比分析,最终发现L波段雷达数据适用于地下开采活动剧烈的活跃期矿区地表监测,C波段雷达数据适用于地下开采初始期及地下开采活动结束后衰落期矿区地表稳定期沉陷监测。     

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。     

段村-雷沟矿区地表岩移监测技术研究

本文对于地下开采矿山地表岩移监测的研究,是为该矿山开采提供了开采技术条件和相应的基础数据资料。加强矿区长期地面沉降监测与管理,对于预防可能的地面地质灾害的发生,确保矿区地表生产和居民的财产及人身安全,以及对于把矿山建设成为安全型、环保型与周围社会环境的协调型、可持续发展型的高水平的现代化矿山有重要的现实意义。     

段村-雷沟矿区地表岩移监测技术研究

本文对于地下开采矿山地表岩移监测的研究,是为该矿山开采提供了开采技术条件和相应的基础数据资料。加强矿区长期地面沉降监测与管理,对于预防可能的地面地质灾害的发生,确保矿区地表生产和居民的财产及人身安全,以及对于把矿山建设成为安全型、环保型与周围社会环境的协调型、可持续发展型的高水平的现代化矿山有重要的现实意义。     

应用Sentine1-1A卫星数据对宁东煤炭基地进行沉陷监测试验研究

西部黄土高原煤炭开采造成的地表沉陷严重威胁煤矿安全生产,利用InSAR技术监测地表沉陷已成为矿区监测新途径。文中使用Sentinel-1A数据对宁东金凤煤矿探测,得到沉降图,并插值失相干区域的形变数据得到整个矿区的沉陷数据,为矿区灾害预警提供决策信息。     

采空区对哈尔乌素露天煤矿排土场地表沉陷的影响

为了研究长壁工作面开采对排土场地表沉陷规律的影响,以酸刺沟煤矿采空区为工程背景,在实测地表移动特征的基础上,采用概率积分法对酸刺沟煤矿地下开采引起的地表沉陷进行预测,结合哈尔乌素露天煤矿GNSS监测系统,对预测值进行评价。结果表明:4112工作面开采结束后,排土场地表极限沉降为3 062 mm,东西极限水平位移为922 mm,南北极限水平位移为933mm;6上114工作面开采结束后,排土场地表极限沉降为21 529 mm,东西极限水平位移为5 313mm,南北极限水平位移为5 379 mm。GNSS监测系统监测值与预测值基本吻合。     

神东矿区开采沉陷及塌陷指数预测

以神东矿区4个工作面开采沉陷实测资料为基础，用开采沉陷学的基本理论和方法给出了神东矿区地面移动变形的5个预计曲线图，总结了该矿区4个矿的地表塌陷和地裂缝的特点，给出了塌陷指数。     

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。     

徐楼铁矿地面沉降成因及预测

为深入分析徐楼铁矿地表沉降成因,预测矿区地面沉降规律,首先分析了该矿一期采矿工程地面沉降的发育现状,然后从围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等方面对矿区地面沉降成因进行了讨论,最后基于矿区现有的工程地质资料及地面沉降监测资料,采用概率积分法和曲线拟合法预测了矿区地面沉降范围及沉降量,并对预测结果进行了分析。结果表明：①该矿区地面沉降是围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等因素共同作用的结果;②概率积分法预测的采空沉陷区面积约0.22 km2,矿区主井、副井、风井及采矿工业场地大部分位于预测采空塌陷区内,可能引发的采空区塌陷灾害危险性较大;③曲线拟合结果与实测数据较吻合,可较好地反映矿区沉降的实际情况,精度较高。上述结果进一步表明：近年来,矿区地面沉降量和沉降范围呈剧烈加速的趋势,实测沉降影响范围及沉降量远小于预测结果,可见地表仍有一部分建（构）筑物及设施位于预测沉降范围内,此外,随着二期采矿工程的全面展开,矿区地面沉降量及沉降范围在短期内仍会继续增大。     

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。