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D-InSAR技术的煤矿区沉陷监测

煤炭开采引起的地表移动变形时间集中、形变量大,使得基于D-In SAR技术的煤矿区沉陷监测受到了诸多的限制,很难获取准确的地表沉陷信息。为使D-In SAR技术能够更好地应用于煤矿区沉陷监测,采用"两轨法"差分干涉技术处理了多景Radar Sat-2影像数据,通过实验分析了植被因素对影像相干性的影响,探究了监测量级对地表沉陷信息解译结果的影响,并以峰峰矿区的九龙矿为试验区对D-In SAR技术的监测精度进行了分析。结果表明:地表植被覆盖率是影响影像间相干性的决定性因素,在地表植被稀疏的冬季相比植被茂盛的夏季更适合使用DIn SAR技术进行地表形变监测;由于地质采矿条件复杂,导致地表下沉速度超过卫星可监测范围,通常只能准确监测到盆地边缘的形变;当沉降量不超过监测量级时,D-In SAR技术的监测结果与常规水准测量的结果大致吻合;随着相关理论研究的不断深入与处理软件的日趋成熟,D-In SAR技术在煤矿区沉陷监测中的应用前景将更为广阔。     

基于时序DInSAR的矿区地表沉降监测

为了获取长时间序列的矿区形变情况,利用13景Radar SAT-2影像数据,基于时序累积DIn SAR技术监测矿区开采沉陷,分析矿区地表动态沉降过程,提取下沉值并与水准实测数据进行对比。结果表明,该方法监测的下沉区域和范围与实际相符,其监测结果可靠,标准差为2.3 cm,为实现长时间序列、大范围的形变监测提供了技术手段。     

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。     

深部金属矿山崩落区沉降分析

金属矿山采用崩落法开采形成从开采阶段至地表的崩落区,崩落区岩体在地下开采扰动作用下累积 应变进而引起崩落区上方地表变形等问题,对矿山的安全生产构成极大威胁。以狮子山铜矿深部开采为背景,研 究深部金属矿山崩落区沉降对矿山的整体影响。利用 HyperMesh 软件构建狮子山矿崩落区数值模型,采用大型有 限元软件 LS-DYNA 计算崩落区围岩体在静力条件下形变及崩落区上方地表沉降。数值模拟结果表明,静力作用 下崩落区围岩体产生应力集中,应力集中程度随深度的增加而增加。根据地表沉降数值模拟结果,得到了狮子山 矿崩落区上方易于发生地表沉降位置并预测了沉降值范围。研究成果可为采用崩落法矿山预测崩落区围岩形变、 地表沉降及矿山安全生产提供参考。     

地下铁矿扩界开采地表影响范围计算

矿山开采过程中往往会形成一定的空区造成地表的沉陷。为确保矿山的安全生产并提供地表影响范围计算的科学依据,针对某铁矿采用胶结充填法采矿需进行扩界开采的工程实际,将该矿的地表影响范围运用概率积分法和FLAC3D数值模拟软件进行预测。在已知该矿9条勘探线矿体形状的基础上,取地表沉陷数值为参考标准计算出地表最大变形区域;以FLAC^3D建立矿山的仿真模型,真实反映矿区的三维地理、地质信息和各地层材料的内在属性,模拟开挖过程中地表变形的动态发展,最终确定地表变形等值线图。由此得出矿区开采中心部位沉降值为18 mm,生产企业周围沉降值cm级以下,居民住房位于2 mm沉降圈以外,扩界开采带来的影响较小。地表监测数据进一步佐证了上述计算的准确性,扩界开采地表沉降范围计算可以指导矿山生产保证安全,有长远的意义。     

基于像元二分法的大宁矿区植被覆盖度研究

为探究山区矿区内植被覆盖变化情况,以大宁矿区为例,基于1998—2017年Landsat影像,通过选取7个时期的数据代入像元二分法模型中,反演出矿区不同时期的地表植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover,FVC）,同时利用Sen+Mann-Kendall趋势分析方法计算了矿区植被覆盖度变化趋势。通过研究大宁矿区不同时期植被覆盖度的时空变化特征及变化趋势,结合井下工作面开采活动,定量分析了研究 区19 a植被覆盖度的时序变化特征,并根据研究区情况提出了合理建议。研究表明：①1998—2017年,研究区整体植被覆盖面积增加了4.724 1 km2,变化趋势为平缓向好的发展趋势,矿区植被覆盖面积占比达到 87.52%,主要得益于相关环境保护与生态建设政策的实施以及矿区所处环境的影响;②通过分析2005—2010年间地表植被对开采活动的响应,发现工作面开采后植被覆盖面积均小于开采前,说明开采活动会导致矿区 植被减少,使矿区生态环境遭到破坏;③通过对矿区整体与矿区工作面的地表植被覆盖度反演发现,研究区植被覆盖度与矿区开采活动在时间和空间上具有一致性。     

红柳林煤矿采空区地面沉陷InSAR监测与分析

陕北红柳林煤矿地下开采造成了严重的地面沉降问题，为了进一步大范围地监测地面沉降问题，防治地面塌陷灾害发生，对红柳林煤矿的地面沉降监测方法进行研究。经综合对比分析并结合该矿区的沉降特性，选择了基于SBAS-InSAR技术采煤沉陷区监测方法。利用2021年8月—2022年6月覆盖研究区的21景Sentinel-1A数据进行时序差分处理，得到覆盖红柳林煤矿采空区的沉降分布特征和沉降量级，并对提取的形变结果进行剖线分析和特征点分析。研究结果表明：红柳林煤矿15216工作面在监测时间内发生了明显的沉降现象，且随着回采进度的进行沉降量级和沉降范围逐渐增大，其中，最大年平均沉降速率达到了-0.30 m/a，最大累积沉降量达到了-0.22 m。对地表沉降与地下开采进度的相关性进行分析，发现地表沉降与地下开采进度有较强的相关性，主要表现为开采后至发生地面沉降约有两个月的滞后期。研究结果符合开采沉陷规律，可以为矿区地面塌陷防治提供技术支撑。     

急倾斜煤层充填开采的数值模拟

建筑物下压煤开采已成为许多矿区面临的主要问题,严重制约着矿区的可持续发展.充填开采是我国建筑物下采煤的主要技术之一,能有效解决煤矿开采造成的环境问题以及最大限度的控制地表沉陷.针对湘潭矿业公司二矿的实际情况,运用RFPA数值模拟软件,分析了急倾斜煤层开采过程中,全部垮落法开采、留区段煤柱开采、区段留煤柱充填开采时煤层顶板及地表的运动规律,计算结果表明,充填开采能改变上覆岩层的运动规律,显著减小岩层沉降,有效地控制地表位移.     

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。     

某矿井下开采地表沉降范围及发展趋势

通过概率积分法与数值模拟相结合的方式,对山东某铁矿井下开采对地表周边民居建筑的影响进行了研究。分析表明,矿区周边居民住宅位于开采沉降范围边界处,地表变形的倾斜、曲率、水平移动分别为0.08 mm/m、0.009×10^-3 m、0.4 mm/m,符合相关规范要求;数值模拟地表沉降范围较概率积分法计算结果大,同一截面处对比显示,数值模拟中地表沉降宽度达407.6 m,大于概率积分法的366.7 m。矿区沉降监测数据的拟合分析表明,该区域近年来沉降变化斜率小于0.03,地表稳定,没有新的沉降变形趋势。因此,可以认为周边居民小区住宅不会因井下作业受到影响。概率积分法中反映覆岩岩性影响的参数选取可能引起误差,导致依概率积分法计算结果与数值模拟存在差别,在实际运用中应当通过多种方法协同论证,确保结论正确,实现井下生产与居民生活的和谐稳定。     

近距离煤层开采覆岩运移规律诱发地表沉降分析

为对近距离煤层开采顶板覆岩运移规律及覆岩破坏诱发地表沉降进行分析，采用物理及数值模拟实验，以某煤矿近距离煤层开采为例进行论证。研究结果表明：开采过程中煤层上方原岩应力发生扰动，使能量得到释放，从而诱发覆岩发生持续变形现象，变形破坏的覆岩区域呈下沉抛物线状；近距离煤层开采过程中，因上方垮落覆岩作用，导致上下煤层之间的岩层发生断裂，从而引发上下采空区发生贯通现象，能量释放区形成泄压叠加区，此时对地表沉降的诱发效应最为明显和直观；上煤层开采覆岩变形破坏形态比下煤层更为直观，下煤层因上下煤层双重复合效应覆岩沉降现象比上煤层开采更为剧烈且对地表沉降诱发效应更大，数值模拟地表沉降值为3.7 m,相似模拟地表沉降值为5.6 m,理论计算地表沉降值为5.279 m,整体差值较小，可以相互验证。     

适用于露天矿时序形变监测的优化DS-InSAR 技术

露天矿形变监测对矿区安全开采具有重要意义。 针对常规监测手段存在的效率低、成本高、难以获取 某一地区内露天矿区大范围、长时序的地表形变特征的问题,提出了一种采用复相干矩阵分解法进行相位优化的优 化分布式目标 InSAR(Distributed Target Interferometric Synthetic Aperture Radar,DS-InSAR)时序地表形变监测方法。 该 方法在通过快速同质点识别算法 FaSHPS(Fast Statistically Homogeneous Pixels Selection,FaSHPS)提取同质像元的基础 上,采用复相干矩阵特征值分解法实现相位优化,融合永久散射体( Persistent Scatterers,PS)获取时序地表形变信息。 利用 50 景 Sentinel-1A SAR 影像,获取了 2020 年 1 月—2021 年 8 月辽宁省鞍山地区齐大山矿、大孤山矿、鞍千矿 3 个 矿区的时序地表形变特征。 结果表明:监测时段内大孤山矿、齐大山矿与鞍千矿共存在 5 处形变区,最大累积形变量 为-493. 43 mm,各形变区时序形变特征与露天矿开采活动高度相关;与常规时序 InSAR 技术相比,该技术有效提高了 获取的同质像元密度及可靠性,获取的监测点数量是后者的 1. 253 倍,点位空间分布更为均匀,获取的形变场更加完 整;两者相同点位形变量监测结果的相关系数为 0. 855 6,证明所采用的 DS-InSAR 技术可靠性较高,能够较好地实现 对露天矿区高精度、大范围、长时序的地表形变监测。     

基于SBAS-InSAR的窑街煤矿开采沉陷研究

基于SBAS-InSAR技术,利用84期Sentinel-1A数据,对窑街煤矿矿区2014年10月至2018年9月期间地表形变进行监测,获取研究区时间序列地表形变信息。研究发现矿区范围内存在三处开采沉陷区,提取沉陷影响面积,并对时序沉陷规律进行分析。最大累积沉陷值达到350 mm,沉陷中心区最大年平均沉陷速率约为200 mm/a,沉陷区位置与煤矿开采工作区一致。研究表明SBASIn SAR技术可以有效应用于开采沉陷区的识别与监测,为采空区灾害的预防及治理提供技术服务。     

基于SBAS-InSAR技术的矿区地表移动规律研究

及时获取矿区地表沉降信息对保护地表建筑物安全和矿区治理具有重要意义。传统的矿区地表沉降监测方法通常需要花费大量人力物力,且监测点难以长期保存,而作为新技术的SBAS-InSAR方法克服了上述传统方法的不足,可以快速获取大范围、高精度的地表形变信息,能够对矿区地表进行动态监测和时序分析。本文采用SBAS-InSAR技术对覆盖河北某矿的Sentinel_1A影像进行处理,得到了该矿区地表及周围的年平均沉降速率和累计沉降等成果,并通过和实测水准数据对比验证了SBAS-InSAR精度在矿区地表监测中的可靠性。然后基于SBAS-InSAR监测结果获取的矿区地面沉降位置、沉降量和工作面等信息,求取该矿地表移动参数,并依据地表沉降速率和沉降位置分布及发展变化进行地表移动规律探究,为矿区后续的合理开采和治理提供决策依据。     

梅山铁矿塌陷区稳定状态数值模拟分析

为了解梅山铁矿井下开采过程中覆岩的沉降和塌陷规律,预测矿区塌陷范围及分析移动区和塌陷区的稳定状态,及时掌握矿区地表变化情况,采用矿区环境三维数字化和开采数值模拟相结合的方法,对矿区环境和地表塌陷范围进行了稳定性分析。结果表明,南部塌陷区域经过长时间的叠合之后在现阶段的塌陷范围变化不大,而北部地表的塌陷范围会随着下部矿体的回采逐渐增大,处于不稳定发展状态,为矿区地表的安全管理提供科学依据。     

薄基岩浅埋深矿区地表开采沉降预测及影响因素分析

目前我国西北部地区浅埋深薄基岩开采区地表沉降现象日益严重。以鄂尔多斯某矿区为例,基于该矿区覆岩性质、地质条件、开采技术条件、地表沉降点观测数据,运用概率积分法对首采区的地表开采沉降规律进行了分析预测,并对该矿区典型的薄基岩浅埋深开采地表沉降的主要影响因素进行了分析。结果表明：①概率积分法的矿区开采沉降预测结果与实测数据基本吻合,表明采用该方法预测矿区地表移动参数是可行的;②由于矿区整体构造简单,且工作面内煤层基本呈水平分布,煤厚、采深、倾角等因素变化较小,综合分析认为顶板松散层基岩厚度比（H_S/H_J）、开采强度（工作面推进速度）是该矿区地表沉降的主要影响因素;③对工作面走向的顶板松散层基岩厚度比（H_S/H_J）曲线、开采强度（工作面推进速度）曲线与地表沉降量曲线进行了对比分析,认为松散层基岩厚度比（H_S/H_J）、开采强度（工作面推进速度）对矿区开采沉降具有相反的作用,且开采强度（工作面推进速度）对矿区开采沉降的影响较大。上述分析结论对于地质构造稳定的鄂尔多斯地区矿区开采沉降分析预测有一定的参考价值。     

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。     

大范围复杂开采条件下的地表岩移监测技术研究

段村-雷沟铝土矿是中铝矿业有限公司在建的特大型和主要资源接续矿山,其矿体开采区的水平投影面积大,且属于开采技术条件较差的"三下"矿床开采。基于以上情况,论述了地表岩移研究的必要性,提出了基于GIS的地表岩移信息系统,并通过MAP-GIS平台建立的矿区地表岩移三维建模,为今后生产过程中的地表长期沉降观测,探索地表沉降规律,动态可视化的技术管理和显示地表信息,特别是开采过程的地表沉降动态过程,或可能的地质灾害发展过程提供了参考依据。     

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。