高分辨率时序InSAR在矿区开采沉陷监测中的应用--以霄云矿区为例

煤炭资源的高强度开采在促进社会经济发展的同时,也造成了一系列地质环境问题。采煤沉陷区的综合治理及生态修复亟需矿区现状调查数据作为基础支撑,而现状数据的快速更新在监测效率、经济代价及可延续性方面对当前测量方法及工作手段提出了更高的要求。该文以济宁市霄云矿区为例,采用时序InSAR技术对2016—2018年间的15期高分辨率RADARSAT-2XF模式影像开展解译处理,获取霄云矿区的时空形变特征,并结合不同时段开采工作面位置进行了监测结果分析。结果表明,高分辨率时序InSAR技术能够有效识别矿区开采引起的形变迹象,满足采煤沉陷区下沉信息精确获取的监测要求,为大范围开采沉陷信息的获取及影响程度的划定提供了可靠技术方法。     

矿区地表沉陷D-InSAR监测分析与应用

针对常规矿区地表沉陷监测方法的缺点,基于D-InSAR技术,对2016年12月18日—2017年2月25日的两景RADARSAT-2雷达数据进行差分干涉处理,获取了研究区域监测时间段内的开采沉陷信息,监测到3处沉陷盆地分布,结合实际情况,对监测结果和精度进行了分析。结果表明,D-InSAR技术能够有效监测矿区的地表沉陷分布及特征,可为研究大范围矿区的地表沉陷动态监测提供技术参考。     

一种基于TerraSAR数据的矿区InSAR最大可检测动态形变梯度模型

受传感器本身的限制及噪声、大气延迟等影响,InSAR技术可检测的最大形变梯度存在极限。为准确预计InSAR技术在矿区形变监测中的检测能力,以65个矿区的地质采矿资料为基础,结合Knothe时间函数和概率积分模型,利用不同空间分辨率的TerraSAR数据,建立矿区InSAR最大形变梯度动态检测函数模型。该模型无需事先获取SAR影像,利用矿区现有的地质采矿资料即可判断InSAR在矿区不同开采阶段的可检测区间。以陕西大柳塔矿区为例,采用2012-11-21~2013-01-26的7景TerraSAR数据进行模型验证,结果表明,该模型不仅能够准确预测InSAR技术在矿区不同开采阶段的检测区间,同时可以确定InSAR技术在矿区不同开采阶段的地表可检测边界,可为InSAR技术在矿区中的推广应用提供重要参考。     

基于D—InSAR的济宁市采煤沉陷监测与分析

对地下采煤造成的地表沉陷进行及时、精确的监测监管是一个亟待解决的课题。该文以济宁市为例,介绍了D-InSAR技术在大范围采煤沉陷区监测及其时序变化特征分析中的应用。介绍了使用D-InSAR技术对采煤沉陷进行监测的基本原理;以5cm下沉线作为采煤沉陷区边界线,选取15期RADARSAT-2 Wide模式数据,采用多基线累积叠加方法分别提取各期采煤沉陷区边界并使用岩移观测数据对监测结果进行了检核。以花园煤矿为例,分析D-InSAR监测采煤沉陷范围及程度的时序变化特征,随着开采的持续进行,沉陷范围及沉陷量逐步增加,受临近工作面开采影响,沉陷中心的沉陷量呈周期性增加。结果表明,D-InSAR可以精确有效地对采煤沉陷区范围及其时序变形过程进行监测,可以应用于大尺度采煤沉陷区的动态监测。     

基于单轨道OT DInSAR的矿山时序三维多量级形变重建

提出一种矿山地表时序三维多量级形变重建方法。首先利用单轨道OT和DInSAR技术提取LOS向非连续的多量级形变;再结合形变先验融合模型和概率积分法构建矿山三维多量级形变重建模型;最后以神东大柳塔矿山52303工作面为研究对象,对覆盖研究区的6对高分辨率TerraSAR-X数据进行时序处理,获取长时间序列的矿山地表三维多量级形变监测结果。与水准测量结果对比发现,该方法与水准测量结果形变趋势一致,垂直向、东西向和南北向的均方根误差（RMSE）分别小于0.188 0 m、0.224 3 m和0.207 4 m。该方法不仅能准确测量矿山地表三维多量级形变,还能精细反演矿山地表沉降漏斗边缘到中心的形变特征。     

基于TCP-InSAR的采动区铁路动态沉降监测与时序分析

为高效获取采动区长时间序列形变，监控煤炭开采对矿区铁路的影响，研究一种基于TCP-InSAR(temporarily coherent point interferometric synthetic aperture radar)的采动区铁路形变监测方法。该方法根据时间序列SAR影像间的相干性，选取临时相干点构建Delaunay三角网，并通过离群值探测去除具有相位模糊度的TCP间的弧段，最后采用最小二乘解算得到区域地表变形。实验使用2016-10~2017-04时间段内的15景Sentinel-1A数据，利用TCP-InSAR技术获得某矿区的铁路形变。结果表明，受采动影响，该时间段内铁路最大下沉值为95 mm，最大倾斜坡度为0.37‰。利用TCP-InSAR技术可实现采动区内铁路长时间的动态形变监测。     

基于HVCE-RBFNN的矿区地表三维形变监测研究

提出一种融合赫尔默特方差分量估计和径向基函数神经网络(HVCE-RBFNN)的三维形变计算方法,结合GNSS和InSAR监测数据,解算甘肃省金昌市金川西二采矿区的地表三维形变场。结果表明,基于HVCE-RBFNN方法获取的三维形变结果精度高于传统方法,其东西向、南北向和垂直向的均方根误差(RMSE)分别为20.85 mm、7.41 mm和34.47 mm,3个方向的最大形变量分别为228 mm、300 mm和193 mm,采空区形变空间分布符合开采沉陷规律。     

鄂尔多斯块体南缘InSAR地表形变探测分析

采用InSAR技术获取鄂尔多斯块体南缘地表形变速率场,为精细分析研究区域内不同类型的形变特征提供依据。结果表明,研究区中部存在多处形变漏斗,南部盆地内城区存在大范围沉降与隆升;岐山-马召段断裂为左旋走滑运动,口镇-关山断裂两侧存在差异运动。结合遥感影像与野外调查数据,确定研究区中部的形变漏斗为矿区开采所致,盆地内三原县发生沉降的原因主要为地下抽水,扶风县与蒲城县的地表隆升主要与地下水位回升有关。     

山东省黄河北煤炭矿区地表沉陷预测与综合治理研究

黄河北煤炭矿区为鲁西煤炭基地最后一块整装后备资源,阳谷茌平煤田和黄河北煤田其开发建设具有重要的意义。该文采用实际观测资料利用回归分析法获得的岩移参数,对山东省黄河北矿区内上组煤开采后引起的地表沉陷进行了预测,预测结果表明:地表沉陷总面积达到3 724.5 km~2,最大下沉深度为5 455 mm;其中,阳谷茌平煤田最大下沉深度为5 455 mm,地表沉陷面积为1 188.0 km~2;黄河北煤田最大下沉深度为2 976 mm,地表沉陷面积为2 536.5 km~2。地表沉陷预测结果与多年水位观测数据进行对照,煤炭开采会造成1 091.5 km~2季节性积水区和62.3km~2的常年积水区。地表沉陷对地面、地物产生不同的影响和危害,其中对农业的影响最大。地表沉陷形成的塌陷裂缝、不同坡度耕地、大型塌陷坑等可分别采取黄土填堵、大型设备平整、退耕还林、煤矸石充填、修复为鱼塘等治理措施。该文对下一步黄河北矿区开发过程中,相关政府部门采取的规划控制措施提出了建议。     

基于D-InSAR技术北海市地面沉降监测研究

城市地面沉降监测对城市的安全与发展具有重要的意义。差分雷达干涉测量技术作为合成孔径雷达卫星应用的拓展,具有全天候、大范围、快速获取高精度地表形变信息的优势,在城市地面沉降监测中得到广泛应用。文章基于双轨法D-InSAR技术对北海市地面沉降进行详细监测与分析,获取了北海地区的地表形变信息。研究发现地面形变在北海市辖的三区一县均有,结合实地勘察,明确北海市地面沉降的主要影响因素为地下水资源开采。结果表明,D-InSAR技术在北海市地面沉降监测中的效果显著,能较为准确地提取区域地面的形变信息。     

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基于InSAR的矿区沉降中心动态变化监测与分析

以安徽省颍上县谢桥煤矿为例,采用InSAR技术探测矿区2007~2011年内各时间段的地表形变结果,利用岩床模型模拟矿区的形变场,分析沉降漏斗的发育状态,为区域地面沉降危险性评估提供重要参考依据。InSAR形变结果显示,开采区域内存在多处沉降漏斗,大体呈东西向分布;随着时间的推移,沉降中心不断推移,沉降范围逐渐扩大。结合遥感影像发现,沉降漏斗与塌陷水域的形成在时间上存在一致性,空间分布也存在高度相关性。     

SBAS-InSAR在矿区地表形变监测中的应用与分析

本文运用SBAS-InSAR时序技术,对2019年9月19日-2020年3月29日期间的17景Sentinel-1A数据进行处理,获取了济宁北部煤矿区内的年均沉降速率,探测到6处沉降漏斗分布,最大沉降速率达到-242 mm/y.结果 表明:SBAS-InSAR时序方法可在矿区的地表形变监测中得到足够的监测对象,较完整地...     

概率积分法沉陷预计与参数反演优化算法及实现

任意多边形工作面沉陷预计及精确的求取概率积分法反演参数是开采沉陷研究的重点。提出了使用Delaunay三角剖分将任意多边形开采区域划分为若干小三角形,然后进行沉陷预计的方法,解决了任意多边形沉陷预计的难题;综合模矢法和遗传算法优点,提出了组合算法,提高了概率积分法参数反演精度和效率;开发了集实测数据处理、预计模型参数反演和移动变形预计模块于一体的地表移动变形数据处理软件。优化算法的提出及系统开发,可以更好的服务于"三下采煤"、矿区建筑物稳定性评估、矿区土地复垦、采煤塌陷地治理规划设计等工作。     

煤矿采空沉陷预测因素分析及计算方法

采空沉陷的预测是矿山开发利用、矿山地质环境保护与治理的重要依据，该文论述了影响煤矿采空沉陷预测的各种因素和应注意的问题，提出了易操作、直观、可动态管理的计算方法，以及矿山在开始采矿之前必须开展地表岩移监测等合理化建议。     

工程物探在S244省道K9+500～K10+100采空区的应用

山东省S244省道K9+500～K10+100段存在较严重的采空塌陷隐患,如何准确查清采空区的空间分布特征,对于道路的安全运营非常重要。根据以往类似工程经验,采用单一的物探方法,在准确探测采空塌陷形状、埋深等空间分布特征时存在较大难度,工程钻探可以比较直观的揭露采空塌陷的情况,但需要施工大量钻孔,在经济、时间等方面不可取,综合采用多种物探方法是一种准确有效的工作方法。以该工程为例,通过采用浅层地震反射波法和高密度电阻率法等工程物探方法,准确查明了该路段采空区空间分布特征,并通过比较直观的工程钻探对上述方法进行验证,效果良好。     

南梁煤矿多煤层开采地下水系统演化规律

煤层开采对所在矿区地下水系统有着重要影响。以往研究单煤层开采对地下水系统的影响较多，而对多煤层的影响研究甚少，特别对于我国西部缺水矿区。以南梁煤矿为例，运用地下水系统演化理论和岩石力学模拟等，对该矿井水文地质结构、矿井涌水变化规律、矿井地下水流场演变、矿井地下水化学成分变化等方面进行了综合分析研究，重构了多煤层开采条件下南梁矿井地下水系统流动模型，初步揭示了矿井水化学成分的演化机理。研究结果表明，2-2煤单煤层开采时，顶板导裂带的最大发育高度为42.1 m，而2-2和3-1煤层重复开采时则增大为83.1 m，相应地应力、位移、塑性区范围后者也比前者增大许多。这揭示出多煤层重复采动明显增大了顶板导裂带的发育高度，加剧了矿井水文地质结构变异，进一步地，导水裂隙带改变了天然地下水渗流路径，沟通了不同含水层之间的水力联系，增强了地下水流动速度和水文地球化学作用，整体扩大了地下水流动系统的规模，从降雨入渗→导裂带渗流→各煤层涌水→井底水仓排水构成了一个自然-人工复合地下水流动模式。研究成果可以为南梁煤矿的矿井水害防治及水资源高效利用提供科学依据，也为类似矿区提供研究参考。      

利用高分辨率TerraSAR-X影像监测唐山矿地面沉降

利用2012-12~2014-02获取的13景高分辨率TerraSAR-X影像,采用PSI时序分析技术监测唐山矿地面沉降。该技术以短时空基线为准则生成47幅差分干涉图,选择强度稳定性和频谱相干性较高的相干目标进行时间序列分析,基于最小二乘法获取唐山矿区域相干目标的地面下沉速率和沉降时间序列。结果表明,唐山矿有两个地面沉降中心,分别位于矿区东北和西部方向,最大沉降速率达58.2 mm/a;2013-06~09矿区出现回弹现象,而在其他时间段内地面呈近似线性下沉。通过对比高程误差改正前后的直方图可以发现,本文采用的两次回归分析方法对降低地形残余误差有很好的应用效果。