基于InSAR技术和GS-SVR算法的矿区地表开采沉陷预计

我国西部黄土高原地区土质疏松,沟壑纵横,开采损害特征明显,准确预计开采引起的地表移动和变形趋势有助于为矿区灾害提供预警信息。文中以陕西彬长矿区某工作面为例,利用2007年7月—2008年1月的5幅SAR影像对矿区地面进行监测,将合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术得到的监测成果作为训练样本,与网格搜索算法(GS)优化支持向量机回归(SVR)参数算法结合,对矿区的形变点进行沉降预计。结果表明:InSAR技术获取矿区的沉降量可以满足矿区地表沉陷监测预计,结合GS-SVR预计模型可以实现矿区形变点的沉陷预计,预测精度符合工程的应用需求。     

D-InSAR的黄土高原矿区地表形变监测

D-InSAR技术已在数字高程建模、地表微小变形、地壳形变等方面显示出广阔前景,但其对黄土高原矿区复杂、剧烈、动态的地表形变监测能否有效,目前仍存在争议。针对此问题,该文以大同市南郊区采煤沉陷地为研究区域,利用两轨法D-InSAR技术,采用ALOS PALSAR数据获取了研究区域2008年1月1日至2月16日间的沉陷面积和最大沉降值。然后以晋华宫矿某工作面为例,利用开采沉陷预计方法进行验证,预计结果显示该工作面的最大沉陷值与D-InSAR测量值相差达24.04mm,并分析差异主要来源于SAR数据、地形、预计参数选取的限制。实验结果表明,D-InSAR技术能够比较准确且有效地监测黄土高原矿区地表形变。     

基于D-InSAR的唐山矿区地表形变监测研究

针对传统的监测方法都是基于点位监测,耗时耗力且难以大面积监测,本文以唐山某矿1326工作面为研究区域,利用二轨法D-InSAR的方法,采用两景Sentine1-1A数据对该工作面进行监测与分析,将所求取的监测结果分别与水准测量数据、利用开采深陷预计方法所预计出的该工作面以及受到开采影响的周边建筑物的下沉值进行对比验证。实验结果表明,D-InSAR监测值与开采沉陷预计的值结果较为一致,能够较为精确有效地监测矿区地表形变以及开采范围内的建筑物沉降。     

SBAS-InSAR方法支持下的矿区地表沉降监测及参数反演

煤矿开采极易诱发各类地质灾害,从而对矿区人民的生命财产安全带来严重影响。因此,对矿区地表进行形变监测及对其开采面参数进行反演获得形变规律,可有效防止矿区地质灾害的发生。本文选取山西省的店坪煤矿和汾源煤业作为研究区域,基于Sentinel-1A卫星影像数据,使用小基线集（SBAS）方法提取研究区的形变结果。使用Okada模型对5-101工作面参数进行反演和分析,并将反演结果与采工图实测数据进行对比验证。结果表明：①煤矿开采引起的地表形变程度与煤矿开采长度成正比;②急倾斜厚煤层开采引发的地表形变程度要比近水平薄煤层引起的地表形变程度大,更容易造成地表塌陷;③Okada模型反演较短近水平薄煤层的开采参数精度较高,说明该模型适用于此类型煤矿开采参数的反演。     

基于SBAS-InSAR的榆神矿区地表动态沉陷特征研究

以榆神矿区开采沉陷监测为研究对象,利用小基线集(SBAS-InSAR)技术和奇异值分解算法获取金鸡滩106工作面推进过程中地表时序LOS形变量,并对LOS形变量进行分解,提取出地表实际沉降量.从空间上揭示地表变形随时间和工作面推进的动态趋势和变形范围,并应用到矿区大范围时序变形的遥感监测,为利用地表变形信息反演地下工作面开采情况及地表移动参数提供了有效的技术途径,具有较好的参考价值.     

Sentinel-1和SBAS-InSAR分析钻井水溶岩盐矿山时序沉降

利用小基线集(SBAS)InSAR技术对钻井水溶岩盐矿山地表沉降开展时空分析。实验选取湖南常德某典型钻井水溶岩盐矿区为测试区,时间跨度为2016年2月—2017年2月的21景Sentinel-1影像数据,获取了测区的时序沉降序列。实验结果显示,矿区地表大量级沉降在2016年9月才开始呈现,沉降漏斗横向出现多峰值,矿区沉降整体空间分布上出现西南部整体片状、中部偏北离散带状沉降。这些沉降特征均与钻井水溶法开采特征保持一致。将实地水准测量形变数据和DInSAR形变结果与本文结果进行对比以评估结果可靠性。结果表明,SBAS技术获取结果与水准结果表现出较高一致性,从而为钻井水溶岩盐矿山地表沉降提供了一种更为有效的监测手段,也可为此类矿山地表形变时空演化规律分析提供参考。     

时序SAR幅相联合加权融合方法监测矿区形变

针对煤炭资源的井下高强度开采引起的地表形变问题,开展矿区地表形变的精细监测对于指导矿区生产建设和生态修复具有重要意义。提出一种基于时间序列SAR影像差分干涉信息相位叠加和首末两幅SAR影像强度信息Pixel-tracking技术获取大量级形变信息相结合的加权融合方法,对河北省峰峰矿区万年矿开采工作面进行精细监测,结合现场同期水准测量验证,相对于传统的时序差分相位叠加法和Pixel-tracking法,基于时序SAR影像的幅相联合加权融合方法能够明显地提升矿区形变监测的精度,其水准验证精度为0.051 m。     

短重访SAR数据在矿区快速形变场的监测

针对矿区地表形变具有快速、连续、大梯度等特征,使其InSAR形变监测常出现低相干,甚至失相干等低效监测问题,该文采用21景重访周期仅为12 d的Sentinel-1A数据,利用小基线集时序InSAR技术(SBAS-InSAR),对山西省东坪煤矿2017年5月30日至2018年1月25日期间的地表形变进行了连续监测.结果表明:该监测区间快速沉陷区域有五处,沉陷总面积达3.146 km2,最大下沉值约为-57.47 mm,最大下沉速率约为-67.53 mm/a;形变场A处平均沉陷深度随时间推移呈线性增加;形变场E处工作面上方地表的沉陷响应较工作面边缘及以外更为剧烈.证明了短重访SAR数据能够准确反演地表沉陷速率和累积量,动态提取矿区快速形变场的空间分布形态和时序变化过程,为矿区地表形变动态监测和沉陷区地质灾害定量评估提供有效方法.     

彭庄矿区村庄下条带开采地表的移动规律

为了研究条带开采工作面的地表移动规律,本文以4302工作面的已有资料和和该工作面的实际水准及水平观测数据为基础,对该区域地质条件下的彭庄煤矿4302工作面该条采工况推进过程中的地表沉陷规律进行了研究,根据已有的理论基础沪指移动角制图并解算出地表各项移动参数,在理论分析的基础结合实际观测情况上运用概率积分法对矿区地表形变进行了预计。预计结果表明,条带开采对于控制地表移动变形有较好的效果。     

结合非线性贝叶斯反演算法的油田储层参数反演

基于地球物理反演算法，利用地表沉降信息快速获取油田储层状态信息，对于油田储层安全的实时监控具有重要意义。目前国内外对油田储层参数反演的研究相对较少，因此本文以典型的因石油开采引起地表沉降的辽河盘锦地区作为研究区域，以InSAR沉降监测结果作为观测数据，以Okada模型作为反演模型，首次将非线性贝叶斯反演算法引入到油田储层参数反演中。在试验过程中，发现油田地下存在不止一个油层，首次将双Okada模型引入到油田储层参数反演中。试验表明：①非线性贝叶斯反演算法不仅能够获取模型参数的最优值，同时可以对反演结果的不确定性做出解释。②与单源Okada模型相比，双Okada模型更符合该地区油田储层参数变化与地表沉降之间的映射关系，基于双Okada模型反演得到的油田储层参数更可靠。     

Research on ground deformation monitoring method in mining areas using the probability integral model fusion D-InSAR,sub-band InSAR and offset-tracking

With the aim of addressing the problem of accurately monitoring complete deformation fields over mining areas by means of Synthetic Aperture Radar (SAR), this paper proposes a solution to obtain complete deformation fields using the probability integral model to fuse deformation data derived from Differential Interferometric SAR (D-InSAR), sub-band InSAR and offset-tracking. This method is used for small-scale, medium-scale and large-scale deformation monitoring using D-InSAR, sub-band InSAR and offset-tracking, respectively. Finally, the probability integral model is utilized to integrate the three deformation fields, and a complete deformation field with high-accuracy over the study area can be obtained. The method is tested on 13 TerraSAR-X (TSX) images from December 2, 2012 to April 24, 2013 of the working face 52,304 of the Daliuta mining area in Shaanxi province, China. The complete deformation field of the working face during the 113-day mining period is obtained. The results show that during the process of working face advancing, the subsidence basin has been expanding along the direction of excavation. The relationship between the average maximum subsidence rate and the advancing distance of the working face can be described by a quadratic polynomial. It has been also observed that, when the underground mining reaches the full mining condition, the maximum subsidence value does not increase further. The accuracy of the proposed method is verified against the global positioning system field survey data. The root mean square errors in the strike and dip directions are 0.134 m and 0.105 m, respectively. Due to the support provide by the reserved coal pillars, the subsidence value above the reserved coal pillars is smaller.     

融合三次样条插值的D-InSAR沉陷变形监测技术

传统煤矿开采沉陷形变监测只能获得离散监测点的地表形变量,无法获取沉陷区整体的形变趋势,而D-InSAR技术能够获取整体地表形变信息,但D-InSAR技术需要大量遥感影像数据,否则导致时间失相干性而无法获得连续的形变量。本文针对D-InSAR影像数据解译过程中影像数据较少的问题,首先利用D-InSAR技术对淮北矿业集团袁店二矿7225、7226工作面进行了监测分析,获取了几个时间段内整体的下沉形变场;然后提出了采用三次样条插值与D-InSAR技术相结合的开采沉陷监测方法,基于D-InSAR影像上监测点监测值,利用三次样条插值建立了内插反演函数,在已建立函数的基础上得出了其他雷达卫星重访周期内的下沉值;最后将内插反演下沉值与实测水准数据进行了对比分析。结果表明：D-InSAR监测结果能够有效地反映开采沉陷的影响范围,能够较为准确地提取区域地表的形变信息;结合三次样条插值的D-InSAR技术监测结果最大误差和最大相对误差分别为31.5mm和17%,该方法能有效地解决D-InSAR影像数据缺少的问题。     

基于回归分析的地表移动值与岩移参数变化规律研究

煤矿开采引起的地表移动和变形,会导致开采沉陷,一直是煤矿安全的隐患。本文选取王楼煤矿13301工作面作为研究对象,分析整理了历年来地表移动变形观测资料和观测站相关地质采矿技术条件,利用回归分析的方法进行了统计分析、曲线拟合、建立回归方程,系统性地得出地表移动值与岩移参数变化规律,求取出了矿区具体采矿技术条件下开采引起的岩层与地表移动变形参数,为矿区生产及类似地质采矿条件下岩移参数求取等提供依据。     

高充填率开采地表下沉系数研究

为解决"三下"压煤问题,本文以邯矿集团亨健煤矿2515工作面为研究对象,对现场进行实测,计算地表实测下沉系数;采用文克儿地基假设方法,对比分析了不同开采方法采空区上覆岩层破断规律.结果表明:采用全部垮落法开采,推进距离等于直接顶的极限跨距(l=25.7 m)时极限挠度约为1.057 m,随着工作面推进,直接顶出现破碎;...     

基于单视线向D-InSAR技术的倾斜煤层开采地表沉陷监测方法

基于合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometric synthetic aperture radar，D-InSAR）技术的开采沉陷监测理论和方法是矿山变形监测领域研究的热点，当前已有学者融合单视线向D-InSAR技术和开采沉陷规律成功构建了开采沉陷三维监测模型，然而由于该模型仅融合了水平煤层开采地表沉陷规律，其并不适用于倾斜煤层开采地表沉陷监测。针对上述问题，根据D-InSAR监测的视线向变形与三维变形的关系，融合倾斜煤层开采地表沉陷规律，提出了基于单视线向D-InSAR技术的倾斜煤层开采地表沉陷监测方法。模拟实验表明，所提出的方法下沉监测相对误差绝对值小于9.53%，平均为1.31%，南北方向和东西方向水平移动监测相对误差绝对值小于9.78%，平均为3.71%，满足开采沉陷监测精度要求。并利用该方法成功监测了中国山东省兖州矿区南屯煤矿9310工作面在2012-01-27—2012-02-07期间开采引起的地表移动与变形。     

东滩煤矿3305工作面地表移动变形规律研究

在东滩煤矿3305工作面地表岩移观测的基础上,分析得出了该工作面的地表变形特征,详尽地分析了东滩煤矿3305工作面地表移动基本规律及移动参数,并完成对相邻建筑物的损害等级评估。通过概率积分法对3305工作面地表移动变形进行变形预计,并运用数值模拟法准确还原了工作面推进对地表移动变形的影响,深入研究了该工作面的地表移动变形规律与开采沉陷变形机理。     

矿山开采沉陷预计空间插值方法分析研究

文章首先对GIS中5种常用的空间插值方法原理进行了详细阐述,采用交叉验证法来对比分析不同插值方法的精度。应用反距离权重法、克里金法、自然邻域法、样条函数法、趋势面法5种常用的空间插值方法对兖矿集团济三煤矿1308工作面开采沉陷预计数据进行插值,对比分析了各种插值方法的精度,并对插值的误差影响因素进行了实验分析。结果表明：5种常用的空间插值方法中,克里金插值和样条函数插值精度最高,自然邻域插值和反距离权重插值精度居中,趋势面插值精度最低;对插值结果造成影响的因素与沉陷预计点的数量和密度有关,沉陷预计点的密度越大、数量越多,空间插值结果的精度就越高。研究成果可为矿山开采沉陷预计插值方法的选取提供借鉴。     

注浆采区地表形变时空演化SMD-InSAR监测分析法

当前矿区合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)监测研究大多局限于以地表移动为对象,求取其他形变指标通常仍需野外测量。针对这一不足,构建出一种提取地表移动变形(surface movement and deformation,SMD)面域信息的模型——SMD模型。模型可求解的量有:①地表沿任意方向的倾斜、曲率,地表倾斜、曲率最大值与其所沿方向;②水平或近水平煤层开采下,矿区地表沿任意方向的水平移动、水平变形,地表水平移动、水平变形最大值和其所沿方向。SMD模型在垂直形变图的基础上,按照方向导数原理计算地表倾斜和曲率;地表水平移动和水平变形则根据开采沉陷先验规律计算。模拟试验显示,该模型可以较高精度获取地表移动变形值。淮北矿区某矿进行了充填开采,应用SMD模型结合时序InSAR分析该矿地表形变时空演化过程,以及充填开采的减沉减变效果,分析认为注浆活动可以有效控制地表形变。日平均注浆量、工作面推进距离与最大下沉速度之间的关系可以用多元线性回归模型来描述。SMD模型可用于分析区域地表形变综合情况,为范围评估开采沉陷对建构筑物的影响提供有力依据。