义能矿区开采沉陷演化的TS-DInSAR监测与影响分析

为研究济宁市义能矿区开采沉陷演化特点及其对周边建筑物的影响,本文采用69景长时间序列中等分辨率Sentinel-1影像,以TS-DInSAR技术体系中的小基线集DInSAR分析为研究方法,获取了2016年初至2018年底该矿区开采面周边的沉降信息。结果表明,义能矿区在监测时段内沉陷范围较为集中,最大累计沉降量约为627 mm,通过居民点位置与沉陷结果的叠加分析,发现周边3处村庄受到了不同程度的影响,该结果能为煤矿开采沉陷控制方案的效果评估及设计优化提供重要参考作用。     

PS-InSAR和SBAS-InSAR技术对昆明主城区地面沉降监测的对比分析

以昆明主城区为例,分别利用PS-InSAR和SBAS-InSAR技术对2014—2017年间29景升轨Sentinel-1A数据进行沉降监测,对比两种技术得到的沉降结果,进行剖面图分析与时序分析。结果表明,PS-InSAR和SBAS-InSAR技术监测结果具有一致性、相关性和可靠性。研究发现,昆明市沉降漏斗主要位于居民区、地铁、道路、高速公路以及滇池等区域,最大年沉降速率可达-39.580mm/a,累积沉降量达到85mm。研究表明,昆明主城区地面沉降主要由于近几年城市和轨道交通建设的飞跃发展,导致居民区和交通网络密集,地面载荷增加,地下隧道开挖与地下水开采等原因引起地面软土地层下沉。     

利用SBAS时序技术识别地热资源开采引起的地表形变

本文以地热资源丰富的雄安新区为研究对象,利用SBAS技术对2015年7月至2019年2月的42幅Sentinel-1区域卫星影像和2016年8月至2018年12月的10幅ALOS-2区域卫星影像进行处理,以此获取雄安新区的时间序列地表形变。研究结果表明,雄安新区整体地表沉降严重,且沉降区主要集中在雄县和容城县,其中雄县沉降最为严重,沉降中心累计沉降量超过330 mm,容城县沉降中心累计下沉量超过120 mm。结合地热井位置和地热开采历史,由时间序列分析表明,大量开采地热资源会引起地表沉降现象。     

新兴煤炭资源城市地表沉降监测与治理方法研究

菏泽市郓城县作为新兴的煤炭城市,是国家重要的能源基地,伴随煤炭资源开采而来的各种地质环境问题,给当地群众生产生活以及经济社会发展带来不利的影响。本文基于高精度水准测量、GPS测量和合成孔径雷达干涉测量技术获取郓城县近1 000 km~2范围监测区煤矿开采区域2016年沉降监测数据,同时利用同时期机载LiDAR点云和山东省"十一五"1∶10 000基础测绘高程点成果生成沉降等值线图,两者对比发现沉降范围和沉降结果吻合较好,监测区最大沉降量达100 mm。     

利用多传感器SAR数据集监测城市地面沉降

在过去的几十年中,洛杉矶由于自然灾害、城市建设、地下水开采和石油开采等人为因素而发生了严重的地表变形。本文的目的是绘制洛杉矶地表形变速率分布图,并使用改进的小基线集（SBAS）技术和多传感器SAR数据集,分析该地区2003年10月至2017年10月的形变原因。同时,将SBAS反演的变形结果、GPS测量结果和多传感器SAR数据集的变形结果进行了比较,结果高度一致。结果显示,2003—2017年,洛杉矶多个地区发生沉降抬升,最大累计沉降量为-266.8 mm,年平均沉降速度为-19 mm/a,主要是由地下水过度开采造成的。最大累计抬升量为104.8 mm,年平均抬升速度可达7.5 mm/a。该研究结果具有良好的实际应用价值,可为当地政府的防灾减灾提供重要依据。     

时序InSAR北京地区地表沉降监测与分析

针对北京地区地表沉降现象,本文采用时序InSAR方法获取了2018—2020年的沉降速率场与累计沉降量场,并选取特征区域及不同空间跨度的两条地铁线路进行具体沉降分析。结果表明:①北京地区不均匀沉降现象较为明显,总体呈现西部抬升、东部沉降的空间分布特征;②存在3个较明显的沉降漏斗,最大累计沉降量达-218.5 mm;③朝阳区存在金盏沉降漏斗及豆各庄沉降漏斗,且两个沉降漏斗在本文研究时间跨度内均呈扩大趋势;④地铁5、6号线均存在不同程度的沉降与抬升现象,沉降现象与地下水及地下空间的过度开采存在一定的关系,而地区抬升现象与南水北调工程对地下水的补充存在相关关系。     

基于SBAS-InSAR的长治矿区地表形变监测

小基线集InSAR(SBAS-InSAR)时序分析方法能够较好地克服InSAR时空失相干限制,抑制地形和大气影响,增加时间采样率,在监测地表形变随时间演化方面取得了较好的应用。为了有效监测山西省长治矿区地表形变,利用DInSAR方法监测开采矿区的快速大形变,得到形变区30 d的最大沉降量为11 cm;利用SBAS方法监测矿区边缘微小缓慢形变,得到2003年7月—2010年7月期间区内地面沉降的空间展布及时间序列相对形变量。对于矿区周围相干性保持较好的居民区,SBAS方法监测结果表明其整体形变表现为沉降趋势,沉降面积较大,沉降速率为5~15 mm/a,最大累计沉降为90 mm。矿区因开采时间、开采方式、采储量以及地形等因素的不同而呈现出不同的沉降结果。     

利用D-InSAR技术监测盐城地区地表形变

利用Envisat获取的盐城地区2004年1月-2009年5月的6景SAR数据,通过合成孔径雷达差分干涉测量技术处理,得到了2004年1月-2005年1月、2005年6月-2005年11月和2008年12月-2009年5月盐城市地表形变场.研究结果表明,盐城主城区在2004年1月到2005年1月之间整体沉降量相对较小,仅存在一个平均沉降量为-5mm左右的沉降小漏斗,不存在较大的沉降漏斗;在2005年6月到2005年11月之间沉降中心有所转移,出现了两个新的区域性沉降区域,最大沉降量可达-39.4mm;2008年12月到2009年5月之间,盐城主城区区域性沉降区域的范围有所减小,但出现了新的沉降漏斗,平均沉降量可达-12mm.沉降量的加大与盐城市地下水的过度开采有关.     

利用时序InSAR技术分析北京及河北廊坊地面沉降

利用带大气估计模型的时序InSAR方法对24幅覆盖北京及河北廊坊的Envisat-ASAR影像数据进行了时序分析,获取了该地区2007年4月—2010年9月的地面沉降速率及均方差。发现了以北京朝阳区和通州区交界处为中心和以河北廊坊城区为中心的两个沉降区域,中心区平均沉降速率分别为35mm/a与22mm/a。研究区域形变速率均方差1.5mm/a。研究结果表明:利用时序InSAR技术进行城市地表沉降监测具有较好的精度及稳定性;产生该沉降的可能原因为地下水的开采、城市基础建设的发展及工业用地量、人为活动的增加。     

时序InSAR监测京雄城际铁路河北段地面沉降

本文以京雄城际铁路河北段固安站至雄安站沿线作为研究区,利用2018—2020年共34景Sentinel-1B影像,基于小基线集雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)获取京雄城际铁路河北段沿线的地面沉降时空分布信息,结合空间自相关分析方法,揭示研究区地面沉降的空间分布格局,并对沉降原因进行初步分析。研究结果表明,京雄城际铁路河北段沿线地面沉降发展由北向南存在一定的差异。北部年均沉降速率小于10 mm/a,南部沉降较为严重,最大年均沉降速率达-105.6 mm/a,且沿线西部年均沉降速率高于东部区域。通过分析影响因素得知,地面沉降量与地下水埋深值存在相关性,地下水埋深高的地区地面沉降量较高。同时结合研究区土地利用变化结果发现,城市化建设所产生的静载荷对京雄城际铁路沿线的地面沉降产生一定的影响。     

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。     

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;...     

利用短基线集InSAR技术监测抚顺市地面沉降

抚顺市是一座因煤而兴起的综合型重工业城市,矿产的大量开采导致了大范围的地面沉降。针对这一问题,为了有效监测抚顺市的地表形变,本文利用短基线集（SBAS）技术对覆盖抚顺市部分地区的12景COSMO-SkyMed高分辨率SAR数据进行了处理,获得了该研究区域的地面沉降分布和沉降速率图。试验结果表明,研究区整体呈现出沉降的趋势,沉降速率大部分在-25~-45 mm/a的范围内。其中新抚区沉降最为严重,有2个沉降严重的区域,最大沉降速率达到了-186 mm/a。该试验结果为抚顺市露天矿采矿导致的地面沉降与地质灾害监测提供了切实有利的数据参考。     

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.     

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。     

黄土山区煤层群分层开采地表位移规律分析

为了研究黄土山区地形对煤层群开采地表位移的影响,以榆林某矿为地质原型,利用数值软件模拟地表为近水平、正坡、负坡、凸面和凹面五种地形条件下煤层群开采。结果表明:黄土山区地形的变化,对煤层群开采顶板垂直应力影响不明显,对地表位移影响较大;单向坡开采,斜坡滑移引起的下沉量在坡顶与开采沉陷量形成“叠加”,在坡底形成“抵消”;在组合坡中,煤层群开采地表位移量相差很大,说明在变坡点附近地表位移较为复杂。     

不同充填率下覆岩及地表移动规律研究

为了研究充填开采中不同充填率下覆岩及地表的移动规律,以山东某矿1210工作面为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件建立充填开采计算模型,设计不同充填率的开采模拟方案,并结合关键层理论知识,分析不同充填率下覆岩及地表的移动规律,在此基础上建立地表最大下沉值、地表最大水平移动值与充填率的函数关系式。结果表明:随着充填率的增大,关键层下沉值、地表下沉值、地表水平移动值减小,成负相关关系。实测数据说明,拟合值、数值模拟值与实测值较为接近,可为类似条件工程提供参考依据。     

基于SBAS-InSAR的矿区地表沉降监测与分析

针对雷达差分干涉测量技术（differential interferometry synthetic aperture radar,DInSAR）易受时空失相关、大气相位延迟等因素的影响,采用小基线集技术（small baseline subset,SBAS）对13景TerraSAR-X数据进行时序处理,估算并去除了残余数字高程模型误差、大气延迟误差和轨道误差,分析了研究区域2012-2013年沉降速率,发现2310和1301两工作面最大下沉速率分别为40 mm/a和50 mm/a;分析时序累计沉降值发现,2306、2308、2310这3个工作面在2012年11月15日之前地面沉降并不明显;在2310和1301工作面分别提取3个失相干现象表现较为缓慢的候选点进行时序分析,发现沉降值和时间成线性变化关系,且开采时间越早,其沉降特性越符合线性变化;将SBAS和DInSAR两种方法获得的累计沉降值进行差值分析,发现两种方法的差值在5 mm以内;在2310工作面走向方向和倾向方向选取若干观测点,并提取各观测点的时序沉降值对工作面时序沉降进行量化分析,实验表明SBAS-InSAR技术在矿区地表沉降监测与分析方面具有良好的应用前景。     

深部开采保护煤柱的设计方法

为了减小或者完全避免地下开采对地表建筑物的有害影响,根据深部开采地表移动的实测数据,本文给出了地表移动和变形预计参数,利用概率积分法对地表任意点的下沉值进行计算,分析了建筑物受地下开采的影响程度,以此对矿区地表建筑物保护煤柱进行设计。研究表明,基于地表移动和变形预计理论的保护煤柱设计方法,对减少深部开采保护煤柱的压煤量、保护地表建筑物、实现地下煤炭开采的可持续发展具有一定的参考价值。