基于ArcObjects组件与Microsoft.NET框架的营口某铁矿开采沉陷预计系统

为有效提高矿山开采沉陷预计精度和效率,将ArcObjects二次开发平台和Microsoft.NET框架技术相结合,开发了矿山开采沉陷可视化预计系统。该系统包括开采沉陷预计与可视化2个模块,开采沉陷预计模块基于概率积分法实现对矿区沉陷数据的计算分析,可视化模块集数据录入、参数运算、成果输出和沉陷预计可视化等功能于一体。以辽宁营口某铁矿K203开采工作面为例,分析了矿区地质条件以及开采沉陷现状,采用该系统计算了概率积分法参数并进行了沉陷预计分析,并与地表沉陷观测数据进行了对比分析。研究表明:工作面上覆岩体不均一风化深度和NNW向缓倾角不利结构面组合是导致矿区发生沉陷的主要地质因素;开采区存在应力应变集中现象,水平向位移小于100 mm,垂直向位移变化较大,矿区沉陷具有阶段性增速到减缓的变化特征,与实际监测结果吻合性较好,表明该系统对于矿区开采沉陷预计分析具有一定的适用性。     

基于Surfer的金属矿山开采沉陷预测 和三维可视化

以非连续介质模型-概率积分法为原理,结合自主开发的矿山开采沉陷预计系统（MSPS）对六安市某铁矿开采沉陷进行预测研究。通过接口调用Surfer系统,绘制矿区地表盆地等值线图,实现开采沉陷三维可视化表达,验证开采沉陷对该矿及周围地表的影响程度,指导矿山安全生产。     

综合应用VB和VBA语言的开采沉陷预计及治理系统开发

矿区沉陷预计和采空区综合治理是开采沉陷研究的重要内容。现有的开采沉陷预计软件程序功能单一,数据综合处理能力较低,为此,综合应用采用VB(Visual basic)、VBA(Visual basic for application)语言,并结合SUFER、EXCEL和CAD软件,开发了融合地表移动观测站设计、资料整理、数据提取、拟合计算、残余变形预计以及塌陷区综合治理等功能为一体的软件系统。首先通过加载VBA程序提高观测站设计的自动化程度,增加了程序的可移植性;其次调用MATLAB拟合程序实现对概率积分法预计参数的精确求取,并利用求取的概率积分法预计参数以及采矿地质资料进行开采沉陷预计;然后通过调用SUFER、CAD软件程序实现开采沉陷预计的可视化。系统理论和实例分析表明,该系统一体化的设计提高了观测数据的处理效率,有助于提高开采沉陷预计的针对性和精确性,此外,该系统特别增加了适用于条带式、充填式采煤法的矿区地表沉陷预计模块,可为"三下"采煤方案优化设计、矿区生态环境保护以及矿区土地复垦等提供科学依据,为实现绿色开采提供参考。     

矿区开采沉陷预计的Geomagic法

利用三维激光扫描技术监测矿区开采沉陷,效率较高,但观测点云数量大、处理困难,目前缺乏成熟的软件进行矿区点云数据分析。为有效处理沉陷区的点云数据并实现沉陷区3D比较、剖面分析和开采沉陷预计参数求取,提出了一种矿区开采沉陷预计的Geomagic法。以某矿为例,首先利用Geomagic Studio软件建立了矿区数字地面模型(Digital terrain model,DTM);其次研究了开采沉陷发生前后的矿区数字地面模型3D对比方法,利用Geomagic Qualify软件分析得到沉陷区地表下沉三维视图;然后对地表下沉三维视图进行了剖面分析,提取走向方向与倾向方向的剖面点下沉值;最后利用剖面点下沉值求取了开采沉陷预计参数,并计算了剖面点的下沉预计值,将下沉预计值与提取的下沉值进行了对比分析,可知下沉拟合准确度达到92%,表明计算出的开采沉陷预计参数具有较高的精度,对于进一步推动三维激光扫描技术在矿区开采沉陷监测预计方面的应用有一定的参考价值。     

基于Knothe时间函数的开采沉陷预计研究

开采沉陷对矿山正常安全的采煤工序和地面建筑物有严重影响,为减少沉陷带来的损害,根据矿山实际生产情况,采用Knothe时间函数结合概率积分法,建立地表沉陷预计模型及公式,并运用Matlab软件编辑M文件将预测结果可视化,确定矿山开采过程中地表的沉陷量及沉陷范围,最终完成对地表的沉陷预计。结果表明:工作面在推进至148.8~186 m时达到最大下沉量,与预测结果基本吻合;随着工作面的继续推进,地表塌陷波及范围会不断加大,采取加大回采长度,保证地表的相对平整性;地表塌陷走势大致沿着走向方向呈台阶依次下沉,最大下沉处约1.6 m。方法可监测地表沉陷范围及下沉量变化,为减少沉陷损害提供指导依据。     

融合概率积分模型与D-InSAR的开采沉陷预计

矿区地表植被多,开采沉陷速度快、量值大,所产生的地质灾害较一般性的地表沉陷严重,极易使得2景SAR影像失去相干性,造成解缠错误。针对矿区SAR影像相干性较低、下沉盆地中央相位值易丢失的情况,结合合成孔径雷达干涉差分技术（Differential interferometric synthetic aperture radar,D-InSAR）和基于遗传算法的概率积分模型,提出了一种矿区开采下沉盆地预计方法。以该方法利用矿区下沉盆地边缘一定数量的相干系数较高且下沉较明显的D-InSAR监测值和下沉盆地中央最大下沉点与拐点附近的少量观测值对某矿II3720工作面进行试验,首先利用概率积分模型反演概率积分法预计参数并采用遗传算法进行多次优化,然后利用得到的参数对该工作面下沉盆地进行模拟预计,结果表明：通过该方法得出的下沉盆地参数及下沉值与实测值较接近,有助于弥补由于矿区SAR影像干涉效果不佳而导致的预计精度不高的不足,通过少量的观测数据可较为有效地预计矿区下沉盆地,对于提高矿山开采沉陷监测与预计的精度有一定的参考价值。     

矿区地表沉陷预测的KPCA-LSSVM模型

针对矿山地下开采引起的地表沉降问题,考虑到影响地表下沉量的多元因素,将核主成分分析法(Kernel principal component analysis,KPCA)与最小二乘支持向量机(Least squares support vector macine,LSSVM)相结合,构建了矿区地表沉陷预测的KPCA-LSSVM模型。该模型首先采用KPCA法对地表沉陷的影响因素进行分析,然后基于LSSVM理论,根据确定的主成分因子,构建了矿区地表沉陷预测模型。研究表明:(1)煤层赋存深度、煤柱宽度、煤层倾角为影响矿区地表最大下沉量的主要因素;(2)通过将华北某矿区煤层赋存深度、煤柱宽度、煤层倾角作为自变量,地表最大沉陷量作为因变量,构建的矿区地表沉陷KPCA-LSSVM预测模型得出的最大沉陷量与实测值的绝对误差为0.006~0.009 m,远小于FLAC3D模拟值与实测值的误差(0.108~0.217 m),表明该模型可以对矿区地表沉陷进行高精度预测。     

任意形状工作面开采沉陷预计系统开发

针对现有开采沉陷预计软件只能预计规则工作面的缺陷,基于概率积分法理论,利用VB和Surfer软件进行混合编程,开发了任意形状工作面开采沉陷预计系统。该系统对积分区域进行两次三角形划分解决了预计计算模型的复杂定积分问题,从而实现了任意形状工作面、任意剖面以及整个矿区开采地表移动变形的可视化预计。预计结果符合实际情况,有利于优化开采方案,可为"三下"采煤提供相应的技术服务。     

用三维激光扫描技术监测矿山开采沉陷

经典地表沉陷监测方法具有工作量大、监测点保护困难、监测时间长、监测成本高等缺点,难以适应实时化矿山开采沉陷监测的需要。为此,以某矿山为例,结合三维激光扫描技术,提出了一种矿山开采沉陷高精度监测方法。在分析三维激光扫描技术工作原理的基础上,首先对矿区生产概况、监测方案、地表移动监测站设置方案进行了分析;然后结合MATLAB软件,利用分离非地面点和地面点、去除孤立点、拼接点云数据等方法处理经三维激光扫描得到的沉陷数据,并基于矿区2014年10月、2016年10月两期三维激光扫描数据,利用Kriging算法分别建立了矿区地表下沉盆地数字高程模型(Digital elevation model,DEM),对矿区地表沉陷进行分析;最后选取了矿区若干有代表性的监测点的开采沉陷监测值与对应的水准测量结果进行了对比分析。研究表明:监测结果与实测值的误差达到毫米级,反应出利用三维激光扫描技术不仅可快速获取矿区开采沉陷监测数据,而且可对开采沉陷进行高精度监测,对于进一步研究矿区开采沉陷规律、提高矿区开采沉陷监测效率有一定的参考价值。     

神东矿区超大工作面开采沉陷参数取值研究

神东矿区超大工作面开采对环境影响剧烈。针对超大工作面开采地表沉陷参数精确取值的问题,根据研究区地质采矿条件设计了4个因素、5个水平正交数值模拟试验方法,研究工作面参数对沉陷参数的影响规律,并给出适合现场条件的概率积分法预测参数。采用有限差分数值模型并结合由正交设计得到的25个模拟试验方案,计算模型地表的移动变形数据和沉陷参数,包括下沉系数、水平移动系数和走向边界角。用方差分析法提取对沉陷参数影响显著的工作面参数,发现下沉系数受工作面倾向长度影响显著,水平移动系数受采厚和工作面推进距离影响显著,边界角受采厚影响显著。对正交试验结果进行最小二乘拟合,得到了由工作面参数计算下沉系数、水平移动系数的公式。在研究区地质采矿条件下,这两个系数应分别取0.532、0.266,输入沉陷预测软件计算的结果与实测数据吻合良好。研究可为类似条件下矿区超大工作面地表沉陷预计参数精确取值提供参考。     

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。     

大红山矿区开采沉陷预计的MapGIS方法

为有效预计矿山开采过程中地表产生的沉陷变形,以大红山铁矿为例,在现场工程地质勘查和变形监测数据收集的基础上,首先根据矿区钻孔数据（钻孔深度、孔口高程、地下水位深度、地层岩性、地层结构及厚度以及地层时代）建立了基础地质数据库;其次分别对地形坡度、地质构造、岩性条件、植被覆盖率、降雨等级、开采面积及深度等开采沉陷影响因素进行了权重赋值;然后根据水平、垂直、曲率变形值,将该矿区地表建筑物受损等级划分为4级,并对各危险等级的处理方法进行了分析;最后基于矿区基础地质数据,采用MapGIS软件构建了矿区开采沉陷预计模型,并对矿区开采沉陷危险性区域进行了划分。研究结果表明：①开采面积及深度的权重值为0.45,可见矿山开采沉陷受该因素的影响最大;②2#矿体地表最大沉降值为431.1 mm,最大水平移动值为125 mm,最大倾斜值为4.95 mm,预计结果与实测值基本吻合;③2#矿体对应的地表沉陷危险等级为Ⅳ级,区内建筑物可能发生结构损坏,需及时采取防范措施。     

高精度矿区地表沉陷远程监测系统构建与应用

针对目前矿区地表沉陷监测方法普遍存在监测精度不高、无法实现实时监测的问题,采用振弦式静力水准仪作为传感器、GPRS(General packet radio service)无线传输技术作为数据传输手段,构建了一套高精度矿区地表沉陷监测系统。详细介绍了该系统的基本架构及工作流程,并进行了长时间的性能测试,认为该系统可以实现实时监测,稳定性较好。将该系统应用于山西某煤矿进行了为期9 d(2017年4月2日~2017年4月10日)的开采沉陷监测试验,研究表明:系统监测值与相应的精密水准测量数据的最大误差仅为0.425 mm,明显优于GPS 5 mm的监测精度,可见该系统的开采沉陷监测精度较高,有一定的实用价值。     

综合GPS技术与灰色模型的西郝庄铁矿开采沉陷预计

矿区开采产生的空区易引发地表沉陷、塌陷等一系列地质灾害问题,严重威胁矿区及周边生态环境。以西郝庄铁矿为例,在分析矿区地质特征的基础上,基于GPS监测技术原理,构建了西郝庄铁矿地表沉陷监测网;然后采用该GPS沉陷监测网获取的监测数据,基于灰色理论构建了G（1,1）沉陷预计模型,给出了监测点的沉陷预计公式;最后通过Matlab软件构建了矿区数字高程模型,并对矿区地表沉陷较严重的部位进行了预计。研究表明：①矿区大部分区域的累计沉陷值基本小于40 mm,发生地面塌陷的可能性较小,CD3#、CD4#、CD5#、CD6#点附近沉陷值较大,约60 mm;②G（1,1）模型的预计值与实测值的误差分别为1.38%（CD3#点）、0.56%（CD9#点）,预计值和实测值构建的矿区数字高程模型基本一致,表明G（1,1）模型对于矿区开采沉陷的预计有一定的精度。     

基于PS-InSAR监测的石油开采地表下沉模型反演

石油开采造成油层压实,引起地表下沉,导致地表移动变形,对地面设施产生损害影响。石油开采引起的地表下沉比较缓慢,应用常规的大地测量监测技术无法实现大区域动态监测。为了准确掌握某油田的地表下沉的发展过程,本文采用33景升轨Sentinel-1A数据,运用PS-InSAR技术对油田进行地表下沉监测,获取了该区域2017年3月至2019年11月的地面下沉场,分析了该区域在监测时间段内的下沉演化情况,该油田下沉面积达29.5km2,监测时间段内该采油厂最大下沉速率为-210.9mm/a,最大累积下沉量达-585.6mm;根据地表下沉理论,应用参数反分析的方法,建立了基于弹性薄板理论的地表下沉与变形计算模型。根据反演模型计算,截至2019年11月,该油田地表最大倾斜为0.47mm/m,最大水平拉伸为0.42mm/m,最大压缩变形分别为-0.34mm/m,计算结果为评价该区域开采损害风险评估提供了依据。     

CAN总线在采矿塌陷区大型厂房监测系统中的应用

针对采矿塌陷区上建现代大型单层厂房、温室急需进行监测的要求,采用基于CAN总线技术的检测系统方案,通过单片机系统完成沉降数据的采集,实现智能节点的设计。同时采用CAN总线技术,实现数据的实时可靠的传输。再将数据直接传给计算机,进行数据集中分析处理。通过VB制作的监控管理软件,实现温度的查询与实时显示。以唐山马家沟矿区波及区上建设的凤凰花卉温室大棚为对象进行的监测试验表明,该地区塌陷明显,7个月的沉陷达到了几十毫米,最大点可以达到83 mm。本系统改变了传统集散控制系统的检测方式,节省了人力物力,并可以实现实时可靠的检测。     

基于GIS的开采沉陷预测系统的开发

开采沉陷是煤矿区主要的环境问题,正确预测沉陷区发展演化趋势对防治开采沉陷带来的生态破坏、地表建筑损毁等具有重要意义。以GIS为平台,根据矿区开采规程中地面沉陷的计算方法,采用Visual Basic6.0作为前台开发工具,利用Access作为管理开采参数和沉陷观测数据的后台数据库,嵌入GIS的空间分析与可视化功能,实现基础数据的管理、沉陷量计算、等值线绘制等功能。该系统操作简单、实用,预测结果精度较高。     

江西盘古山钨矿区开采沉陷预计的GA-SVA算法

传统矿山开采沉陷监测方法存在耗时较多且精度不高等不足,且难以对矿区开采沉陷发展趋势进行准确预计。以江西盘古山钨矿区为例,将遗传算法(Genetic algorithm,GA)与支持向量机(Support vector machine,SVM)算法相结合,提出了一种基于GA-SVM算法的开采沉陷预计方法。首先利用遗传算法(GA)对支持向量机(SVM)进行选择、变异和交叉,生成精度符合要求的数据集群;然后采用GA-SVM算法对概率积分法开采沉陷预计参数进行了训练,对矿区开采沉陷进行了预计。研究表明:基于GA-SVA算法的开采沉陷预计值与实测值的误差小于5%,基于该算法的预计值构建的矿区数字高程模型(Digital elevation model,DEM)与基于实测数据构建的数字高程模型(DEM)具有高度的一致性,表明利用所提算法预计矿山开采沉陷具有较高的精度。     

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。