向斜沟造煤层开采地表移动规律研究

现行的地表移动预计方法，都是建立在开采工作面主断面为线性分布的基础上，因此，对于非线性分布煤层的预计将会产生较大的误差，本文以随机介质理论为基础，利用曲线积分的方法建立了地表移动与变形预计公式，并且利用数值积分法和叠加原理算地表移动与变形值，扩大了地表移动预计理论的应用范围，同时也大大提高了预计值的精度。     

基于VB与CAD的矿区地表移动变形求解及图形绘制

以矿区实测数据为例，介绍了如何应用VB与AutoCAD二次开发技术进行矿区地表移动变形值的解算，分析了绘制地表移动变形凿线图的理论和方法，并以VB为基础，实现了矿区地表移动变形值的快速求解，从而达到了对地下开采造成的地表移动变形的直观性描述。     

采空区地表沉陷对公路的破坏特征及预测技术

地下矿产资源的开采会使地表公路发生沉陷,甚至出现突然坍塌或沿层面滑移等灾害事故.本文根据岩层与地表移动原理,基于曲面分布矿层、任意形状工作面条件下地表点在任意方向的移动与变形值预计方法,并顾及复杂地质、采矿、地下工程、地形、公路等级及其附属设施结构等基本因素,分析公路遭受地表沉陷破坏影响的特征,推导出地表沉陷区公路移动与变形预计公式,讨论了公路安全性评估方法,提供公路坍塌事故的防治措施.最后,列举了一个公路沉陷预计实例.     

地表移动与变形曲线形态分析

本文根据地表移动基本原理及褶曲构造矿层开采地表移动预计方法,给出了向斜构造和背斜构造矿层开采时的地表移动与变形曲线,总结出下沉盆地中地表沉陷的分布特征;从地表移动机理方面对三种基本构造形式的下沉曲线形态进行分析,合理地解释了产生曲线形态差异的基本原因;并给出了一些重要结论。     

开采沉陷时序预测技术

叙述了时间序列分析的基本理论，分析了矿山开采沉陷观测数据的特点，提出了基于时间序列分析的开采沉陷预计技术，建立了开采沉陷的时序预计模型。用该模型可以对采动地表移动变形进行预测，预测结果分析表明用时间序列分析的方法能够很好的解决开采沉陷的动态预测问题。地表移动变形的相对预测误差在5％左右，与传统的预测方法相比，预测精度可以提高5％－15％，最后还提出了这一预测方法所存在的问题和今后的解决办法。     

地表变形等值线图的自动绘制

变形等值线图是用来描述矿区地表移动和变形分布的主要可视化方法.利用等值线绘制软件Surfer的ActiveX Automation接口和面向对象的集成开发工具,将其绘图功能集成到开采沉陷预计应用程序中,可实现地表移动和变形预测等值线的自动绘制,实现预测结果的可视化分析.     

条带开采地表沉陷预计参数的确定

概率积分法是条带开采地表移动和变形预计常用的方法,而概率积分法预计的精度取决于其预计参数的确定。以国内大量的条带开采实测资料为基础,应用相似理论对条带开采地表沉陷的相似现象进行了模糊聚类分析,计算出了条带开采地表沉陷预计参数。根据所得条带开采地表沉陷相似现象的分类及其地表沉陷预计参数,应用模式识别对待求条带开采地表沉陷预计参数进行了求取。工程实例表明,用模糊优化确定的预计参数进行条带开采地表移动和变形预计,其预计结果更加可靠、准确。     

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。     

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。     

不规则形状地下空间开挖条件下地表沉陷预计方法研究

地下工程施工或地下采矿导致地表沉陷，甚至造成突然坍塌或沿层面滑移等灾害事故。文中根据概率积分法的基本原理，基于褶曲构造地层，任意形状空间开挖条件下地表点在任意方向的移动与变形值预计方法，并顾及复杂地质和开挖等因素，推导出不规则形状地下空间开挖条件下地表移动与变形预计公式。由于地表沉陷预计公式都是不可积重积分式，因此，采用数值积分方法解算这些不能求出原函数的方程式和变积分限问题。     

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。     

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。     

预计结果的地表移动观测点选取

地表移动和变形的观测工作一直都是研究开采沉陷危害的比较直接方式,而合理有效的观测站的设置就显得尤为重要。本文在布设观测站时,除考虑采深影响外,还利用概率积分法预计下沉曲线,根据下沉曲线上的特征点选取观测点。通过对某矿的实际应用表明该方法精度更高,具有一定的实际应用价值,从而为地表沉陷的观测工作提供了更好的方法。     

Interferometric SAR Time Series Analysis for Ground Subsidence of the Abandoned Mining Area in North Peixian Using Sentinel-1A TOPS Data

The North Peixian mining area of China has rich coal resources, with total proven reserves of 2.37 billion tons. However, the underground coal mining activities have resulted in ground collapse, which has caused serious harm to the environment and threatened the lives and properties of local residents. In this study, 12 Sentinel-1A terrain observation by progressive scans (TOPS) mode acquisitions between 30 July 2015 and 13 May 2016 over the abandoned mining area in North Peixian were analyzed using the interferometric synthetic aperture radar (InSAR) time series method to detect the ground subsidence, with the maximum ground subsidence reaching 83 mm/a and an average value of about 12.7 mm/a. The subsidence results derived from the Sentinel-1A TOPS mode dataset were proven to be effective in investigating and monitoring the ground subsidence in the North Peixian mining area. Compared to the rapid deformation during the ongoing period of mining excavation, the ground subsides slowly in abandoned mining areas and shows a linear relationship with time over a relatively long period of time. Spatial correlation between the subsidence distribution and land cover was found, in that the magnitude of the subsidence in urban areas was smaller than that in rural areas, which is associated with the controlled coal mining activities under buildings, railways, and water bodies. The results demonstrate that Sentinel-1A TOPS SAR images can be used to effectively and accurately detect and monitor ground subsidence in a mining area, which is critically important when investigating land subsidence in a large-scale mining area.     

融合InSAR和GA的开采沉陷预计参数反演模型研究

针对基于常规合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR）技术成果无法反演全部概率积分参数问题,开展了融合D-InSAR和遗传算法（genetic algorithm,GA）的概率积分参数反演方法研究。①依据采动区D-InSAR视线（line of sight,LOS）方向变形为下沉和南北、东西方向水平移动沿LOS方向投影的关系,基于GA理论,首次构建了融合D-InSAR和GA的概率积分法预计全参数反演模型,并编制了求参软件。模拟实验结果表明,q、tanβ、b、θ的相对误差不超过6.7%,拐点偏移距S相对误差不超过20%（参数敏感度低,对求参整体效果影响小）;求参拟合下沉误差为-5.90~6.10 mm,拟合中误差约为±2.20 mm,整体求参效果较好。②利用融合D-InSAR和GA的概率积分法预计全参数反演模型,在一定的假设条件下,对2012年3月11日9310工作面开采沉陷的动态概率积分参数进行了求取,得到q=0.172,b=0.13,tanβ=2.08,θ=88°,S₁=-10 m,S₂=9 m,S₃=-85 m,S₄=30 m,拟合误差约为-35.00~45.00 mm,拟合中误差为±15.16 mm,并认为S₃=-85 m主要为9310工作面开采导致邻近9312采空区边界的悬臂梁或砌体梁失稳"活化"所致。     

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.