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。     

基于 SBAS-InSAR 技术的关闭矿井地表多维形变时空监测与分析方法

矿井关闭后,煤岩体在应力、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,可能导致采空区地表发生二次形变或多次形变。 为探明矿井关闭后的地表形变规 律,以徐州东部矿区为例,基于 SBAS-InSAR 技术,提出了关闭矿井地表形变时空监测与分析方法。 利用 2015 年 7 月 6 日—2021 年 11 月 19 日的 171 景 Sentinel-1A SAR 数据,监测并分析了徐州东部矿区闭矿后 6 a 内的地表多维变形时 空演化规律。 研究表明:关闭矿区内地表最大沉降速率为-33 mm / a,累计最大沉降量为-219 mm;最大抬升速率为 36 mm / a,累计最大抬升量为 233 mm。 同时发现地表最大倾斜与曲率值分别达到 3. 6 mm / m 和-0. 19 mm / m2,已经超过 了建筑物允许变形值,需要对其进行加固和保持持续监测;此外还发现权台矿地表以抬升为主,抬升面积 6 a 内增加 了 9. 81 km2,旗山矿在闭矿后出现先下沉后抬升的过程,整体表现为抬升,面积由 8. 44 km2 上升至 15. 27 km2,其余 4 个矿区以沉降为主。     

基于SBAS-InSAR的矿区村庄地面沉降监测与分析

矿区地下开采会造成周边地区不同程度的地面沉降,引发安全隐患,InSAR技术是地面沉降监测的重要手段之一。基于31景Sentinel-1A影像,利用SBAS-In SAR技术,去除了地形误差、轨道误差及大气延迟误差,获取了研究区2016—2017年的地面沉降变形场。研究表明:研究区整体沉降速率在20 mm/a以上,最大沉降速率达到50 mm/a;区域整体沉降量在30 mm以上,最大沉降量达到60 mm。在研究区内沉降量依次从小到大分布的一条观测线上选取了6个观测点进行时序分析,发现沉降值和时间(观测间隔)呈线性变化关系,且随着沉降值逐渐增大,对应的沉降值与时间越符合线性关系.将SBAS监测值与实测数据进行对比分析,发现SBAS监测值与实测数据之间的误差均在20 mm以下,大部分监测点之间的误差均小于10 mm。上述研究进一步表明:采用SBAS-InSAR技术进行由矿区地下开采活动造成的地表沉降监测是可靠的,具有较好的应用前景。     

老采空区残余移动变形分区研究

通过对废弃老采空区分析,将老采空区分为三种不同类型区:(1)由最大下沉值组成的竖向压缩区;(2)由下沉拐点到最大下沉点组成的不稳定区;(3)由边界点到下沉拐点组成的半稳定区。并对其残余沉降空间进行了分析。根据老采空区特点,提出了残余移动变形等效采厚的概率积分预测方法,对老采空区残余沉降预测方法研究起到推动作用。     

采动期间高等级公路DInSAR监测及损害治理

为了评定采动期间地表沉降对采空区上方高等级公路的破坏程度,采用合成孔径差分干涉测量(DInSAR)的技术,利用南屯矿区10景TerraSAR-X卫星数据,对位于老采空区上方的高等级公路在重复采动条件下的沉降情况进行监测。获取了监测期间的开采沉陷时序关系图,这是传统测量方法难以达到的。通过提取出高等级公路时间序列上的下沉值,并基于此值对邹济高等级公路进行损害程度评定,研究表明:公路在监测期间内最大下沉值达到210 mm,最大水平变形为3.1 mm/m,最大曲率为0.046 mm/m2,最大倾斜为3.175 mm/m,使公路产生裂缝、隆起,属于轻微损害,针对损害特征给出了相应措施。     

布尔台矿采空区下开采的地表移动规律初探

为研究采空区下浅埋厚煤层综放开采对地表影响,对布尔台42105工作面开采进行地表移动观测,得出了该区条件下综放开采的地表移动规律。结果表明,采空区下工作面回采引起的地表下沉变形有如下特点:随着工作面的推进,地表下沉启动后下沉速度快,达到最大下沉值需要时间短,而后趋于稳定;地表移动和变形值较大,并进一步实测和计算得出地表最大下沉值2740mm、边界角57.45°、超前影响距249m、超前影响角60.4°和最大下沉速度滞后角76°。运用概率积分法分析得出42105工作面地表沉降模型相应参数,为预测相似条件下地表沉降和相应控制措施提供了范例。     

老采空区残余移动变形分区研究

通过对废弃老采空区分析，将老采空区分为三种不同类型区：(1)由最大下沉值组成的竖向压缩区；(2)由下沉拐点到最大下沉点组成的不稳定区；(3)由边界点到下沉拐点组成的半稳定区。并对其残余沉降空间进行了分析。根据老采空区特点．提出了残余移动变形等效采厚的概率积分预测方法，对老采空区残余沉降预测方法研究起到推动作用。     

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。     

煤矿采空区建筑场地地基适宜性分析

为了掌握采空区建筑场地的建筑适宜性,基于地震勘察、地质钻探、残余沉降分析等方法的综合运用,结合本地实际经验,探讨了该场地作为建筑用地的可行性,研究了采空区塌陷盆地残余沉降值计算方法.结果表明现研究区场地的残余下沉量最大值约200 mm,未来的地表沉降变形将以残余变形为主,其地表移动变形的活跃期已经结束.本文分析为同类工程场地问题的评价提供了参考.     

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。     

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。     

2103工作面开采后地表变形测量结果分析

为分析某矿2103工作面开采后的地表变形情况,对该工作面的地表变形进行监测,对监测内容、监测仪器和监测过程进行了详细的设计。分别对走向和倾向的观测线四次监测到的结果进行分析,分析结果显示:走向前3次观测时,下沉最大值点均为1号点,下沉值分别为132、133、214 mm;最后一次观测时,最大下沉值点为2号点,下沉值为210 mm;倾向四次观测时最大下沉值点均为13号点,下沉值分别为100、107、202、202 mm。走向和倾向监测到的最大下沉值点都几乎位于采空区中心附近。     

下伏采空区的寓仁隧道残余变形预测研究

寓仁隧道拟穿越太岳煤矿采空区的上覆岩层区域,该区域属于近水平煤层群,各工作面开停采时间较近且距离相近,不同工作面采空区产生的沉降变形共同影响隧道沿线安全,所以准确预测采空区残余变形对隧道的影响是保障隧道建设及使用安全的关键。本文采用变采厚概率积分法对山西省太岳煤矿不同停采时间的多个采空区在2020年后的残余变形量进行预测,并分析了采空区残余变形对寓仁隧道线路的影响。分析结果表明,新建寓仁隧道线路上的潜在的最大地表沉降量为366 mm,沿隧道方向最大残余水平位移为112 mm,垂直隧道方向最大残余水平位移为27 mm,最大残余倾斜变形为1.98 mm/m,最大残余曲率变形为0.033 mm/m2,均出现在隧道起点附近位置;新建寓仁隧道残余沉降量等变形量和工作面停采时间有一定相关性,停采时间越短变形数值越大,因此隧道长期稳定性受2205工作面影响较大;通过分析倾斜和曲率等参数,认为隧道有南北侧向坡度倾斜趋势及轴线受拉开裂或压缩隆起的复合变形。本计算结果可为隧道穿越采空区提供场地变形预测作为参考。     

荷载作用下采空区附加沉降的相似材料模拟研究

通过相似材料模拟实验,研究了不同煤层倾角的采空区在地表新增荷载后,地表和采空区上覆岩层内附加沉降的变化规律。研究表明：地表加载点与采空区的相对位置不同时,加载后地表的附加沉降量有明显不同,靠近采空区边界处的残余沉降量大,倾斜变形大;老采空区的附加沉降近似地随着荷载的增加线性增加,且采空区的附加沉降一般不超过地表最大下沉值的1/3,与采厚的比值小于5%;在相同的荷载作用下,倾斜煤层采空区的附加沉降比水平煤层大,且最大附加沉降值偏向下山方向;采空区上覆岩层下沉值随着岩层距地表深度的增加线性地减小;松散层的再次压实和冒落裂隙带的残余沉降是采空区附加沉降的主要影响因素。     

基于FLAC3D和概率积分法的公路下伏采空区变形影响分析与评价

某矿S3102工作面上方地表有市政二级公路,工作面开采造成部分路面下沉塌陷损毁。为了对公路损毁程度进行准确评估,分别用FLAC^3D数值模拟方法和概率积分法对地表移动变形进行预测计算,计算结果与实测数据进行对比分析。FLAC^3D数值模拟结果和概率积分法计算结果分别显示,公路地表最大下沉值分别为4 979 mm和4 880 mm,与实测公路地表最大下沉值4 870 mm十分接近,最大误差在2%左右。研究结果表明,利用三维数值模拟软件模拟和概率积分法研究复杂采空区影响地表移动变形规律是可行的,能够较为准确地预测地表移动变形情况,可为采空区地表稳定性评估提供技术支持,供类似矿区道路塌陷预测研究借鉴。     

武云高速建设场地残余沉降及治理对策研究

为了获得可靠的采空区地表残余沉降数据,准确判定采空区稳定性,以武云高速采空区段建设场地为例,利用DS05精密水准仪按一等水准测量精度进行周期监测,监测结果表明:K30+800~K31+500路段累积最大残余沉降值超过20mm,残余沉降速度具有显著的周期变化特征。K31+700~K33+000路段残余沉降值明显小于K30+800~K31+500路段,累积残余沉降小于5mm,且沉降值与采空区埋深成反比关系。以此为基础,提出了武云高速采空区段建设场地的治理对策:采用加铺土工布、土工格栅等材料,提高路基的整体稳定性,同时路面采用柔性材料,以满足采空区剩余变形要求,确保高速公路通车安全。     

基于SBAS技术的采动区形变对建筑物的影响监测

针对DIn SAR技术易受时空失相关、大气相位延迟等影响的问题,应用小基线集(SBAS)技术对9景ALOS PALSAR数据进行处理,获取了采动区中村庄区域在2007-2011年的累计沉降量。结果表明,在影像获取的时间段内该区域最大下沉值超过800 mm,SBAS监测结果小于600 mm沉降值与水准测量值具有较高的相关性0.98,最大相差19.8 mm;根据测量点的时序沉降分析,应用SBAS技术监测矿区移动盆地边界及建筑物区域地表移动临界倾斜值所在区域是可靠的。     

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。     

基于相干目标短基线InSAR的矿业城市地面沉降监测研究

针对煤矿区非线性地表沉降特征,探讨了相干目标短基线InSAR用于矿业城市地面沉降监测研究的方法与效果。该方法以相干目标短基线差分相位时序分析为技术核心,综合相干系数阈值法和振幅离散指数最大化提取有效相干目标,以此构建相干目标Delaunay三角网,进而分析相邻目标的时序相位差,根据差分相位构成中各分量的时空特性,对短基线条件下干涉相位序列进行逐个分离,最终获取地表下沉速率和下沉累积量。以唐山市为例,选用2004-2010年27景ENVISAT ASAR 影像进行分析,查明了唐山市城区地面沉降量及其空间分布特征,最大年沉降速率达到-46.8 mm/a,主城区沉降速率普遍低于-11 mm/a。连续动态监测也显示了矿区开采沉陷不同阶段的地面沉降特征。     

相邻采空区影响下厚黄土矿区采煤沉陷规律研究

为研究相邻采空区厚黄土层采煤地表移动变形规律,以燕家河煤矿8211工作面地表移动变形实测数据为基础,分析研究了静态和动态地表沉陷变形特征、移动角参数、动态参数和预计参数。结果表明:由于相邻采空区残余变形和厚黄土层荷载作用,地表下沉量大,移动影响范围广,最大下沉速度系数为1.638,最大下沉速度为31.8mm/d。在地表移动持续时间中,活跃阶段约占总时间的38.7%,地表沉陷量约占最大下沉量的95.9%,受厚黄土层影响,衰退阶段持续时间较长;工作面启动距为100m;工作面最大下沉速度滞后距为224.3m,滞后角为67°46′;走向和倾向拐点偏移距分别为-92.5m和197.2m。