一种改进的开采沉陷动态下沉模型

针对Knothe时间函数在描述点位动态下沉过程中的不足,该文采用分段函数构建改进的Knothe时间函数。结合煤矿工作面观测站实测数据,建立工作面开采沉陷动态下沉预计模型;并利用概率积分法模型及回归分析等方法解算模型所需参数,包括地表任意点最终下沉量、时间因素影响系数及地表点位最大下沉速度出现时间。经实验验证,基于改进的Knothe时间函数的开采沉陷动态预计模型能够真实地反映地表下沉的动态过程,且精度满足开采沉陷工作需要。     

基于Logistic模型的单点下沉预测应用研究

岩层与地表移动具有一定的规律,由于Knothe时间函数虽然可以预计地表下沉,但在预计中有描述地表下沉速度的不足,并且其函数复杂.研究矿区单点动态下沉过程对于地表建筑物的保护具有重要意义,本文采用Logistic模型拟合下沉曲线,得到了预计方程,结果表明预计精度较高.Logistic模型参数少,函数相对简单,计算结果表明...     

InSAR联合矢量倾角分段函数模型计算矿区地表下沉量

针对单轨合成孔径雷达(InSAR)仅能获取沿雷达视线(LOS)向形变和概率积分法(PIM)难以预计沉陷盆地边缘区域下沉量的问题,该文提出了一种由单轨InSAR监测的LOS形变联合移动矢量倾角模型计算矿区地表下沉量的方法。该方法首先在分析下沉盆地地表移动矢量倾角变化特征的基础上,建立主断面上地表点移动矢量倾角的分段函数模型,再结合主断面地表点的LOS向与地表移动矢量的矢量夹角与倾角的函数关系,实现由LOS向形变计算矿区地表下沉量。以马泰壕井田和上湾煤矿的两个工作面为研究对象,采用Sentinel-1A数据和水准实测数据对该方法的可行性和精度进行了验证;结果表明,在沉陷盆地边缘区域,该方法计算的地表下沉量与实测值吻合,两个矿区的监测精度均方根误差(RMSE)都约为5 mm,高于InSAR监测精度的19 mm,监测精度分别提高了74%和71%。     

地下开采引起的地表下沉预测

介绍地下固体与液体及气体矿层开采引起的地表下沉及其危害，把地表下沉视作开采空间向地表传播扩散的结果，采用下沉根源函数和下沉传播影响函数的积分来描述开采引起的地表下沉预测，重点讨论应用随机统计原理下沉传播影响函数的问题，为预测地下开采而引起的地表下沉提供通用模型。     

开采速度与地表动态下沉速度及加速度的关系模型研究

基于改进的Knothe时间函数模型与概率积分法建立了在半无限开采条件下与开采速度有关的地表动态下沉预计模型,并利用Matlab软件绘制出对应的关系曲线,分析了开采速度对地表动态下沉速度与加速度的影响,得出了一味提高开采速度并不能降低地表下沉速度,而应根据工作面的实际情况进行合理预计来确定最佳开采速度的结论。     

利用优化的组合核相关向量机算法构建地表下沉预测模型

为了提高地下开采地表下沉预测结果的精度及可靠性,提出了基于混合智能优化算法（hybrid intelligent optimization algorithm,HIOA）与组合核相关向量机（multi-kernel relevance vector machine,MK-RVM）的地下开采地表下沉预测方法。首先,分别构建HIOA与MK-RVM算法,并利用HIOA优化MK-RVM的参数。然后,采用优化后的MK-RVM构建地表下沉几何参数预测模型和动态下沉预测模型。最后,利用以上模型对上山移动角、下山移动角、中心移动角、地表最大下沉及动态下沉进行预测,并分析预测结果的精度及可靠性。实验结果表明,该方法的精度与可靠性较单一核函数相关向量机与支持向量机有较大改善。     

开采沉陷动态预计程序及其应用

在概率积分法预计模型的基础上,提出了开采沉陷动态预计的实用算法,给出了下沉速度系数C的计算公式。编制的程序通用性好、实用。     

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.     

盐穴收缩引起的地表下沉监测与预计

岩盐水溶开采后,形成巨大空间的盐穴,可以利用盐穴存储石油、天然气。盐穴的收缩将引起盐穴容积减少,导致存储空间减少和地表下沉。地表移动变形监测是发现盐穴收缩变化的重要手段,由于目前国内没有专门的监测标准,本文提出采用国家标准GB 50026—2007作为测量规范。基于岩盐水溶开采与地下煤层开采引起地表移动规律基本相似,把盐穴收缩引起的地表下沉视作一个随机过程,把圆柱形盐穴容积收缩量转换为等效开采厚度和正方形开采区域,基于克诺特影响函数,建立了圆柱形盐穴收缩引起的地表下沉预计模型。     

融合单视线D-InSAR和BK模型的煤矿地表三维变形动态监测方法

合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometric synthetic aperture radar, D-InSAR）在获取地表形变的过程中有其特有的监测手段,针对D-InSAR矿区地表三维变形监测的难点,首先,顾及D-InSAR难以获取快速大梯度变形的特性,选取边界拟合度较好的Boltzmann函数模型,结合Knothe时间函数,构建一种BK(Boltzmann-Knothe)模型;然后,由于D-InSAR仅能获取地表沿视线向（line of sight, LOS）的短时段一维变形量,依据地表三维移动变形和LOS向变形的投影关系,结合目标区域地质采矿条件,构建适应短时段单视线向变形的适应度函数;最后,引入烟花算法（fireworks algorithm, FWA）,提出了融合单视线D-InSAR和BK模型的煤矿地表三维变形动态监测方法。模拟实验表明,所提方法能够可靠准确地反演出全部开采沉陷动态预计参数,求参相对误差为0.11%～7.51%;在大变形区域,该方法监测的下沉和水平移动与真实值一致。抗差求参实验结果表明,在观测误差或模型参数误差的影响下,该...     

主断面沉陷曲线的复合幂函数模型

分析了现有的开采沉陷预计的剖面函数模型如负指数函数、双曲正切函数等模型具有表达式过于复杂,坐标原点、参数在实际使用时较难确定等缺点,研究了矩形采空区上方地表沉陷观测数据的特征,提出了一种新的开采沉陷预计的主断面拟合函数。这种新的拟合函数表达式简单,在实际工作中容易确定相关参数。某矿山的实测资料验证说明,提出的该拟合函数与实测资料吻合程度较高。     

Land subsidence lagging quantification in the main exploration aquifer layers in Beijing plain,China

Land subsidence is rapidly developing across the Beijing Plain, China. Long-term intense overexploitation of groundwater is the main reason for land subsidence in Beijing. In this study, an optimized Small Baseline Subset (SBAS) interferometry method was developed to process 46 RADATSAT-2 images from 2011 to 2015 to investigate the spatial and temporal dynamics of land subsidence in the Beijing Plain. The lag time between land subsidence and groundwater exploitation was first analyzed by the Continuous Wavelet Transform (CWT) and Cross Wavelet Transform (XWT) methods Our study found that the maximum subsidence rate reached 141 mm per year. The analysis of the areas and volumes of the annual subsidence rates indicated that the overall deformation trend slowed down from 2011 to 2015. Our results indicate that the subsidence center is always located in the southeast of Chaoyang District from 2011 to 2015. The lag time between the observed subsidence and the groundwater level drops in the main exploration aquifer layers was 0.57–1.76 months. This information is helpful to reveal the mechanism of land subsidence and build hydrogeological model.     

利用压密方程计算分析西安市地面沉降特征

利用西安市地下水位监测资料,基于水文地质三维结构模型,在不考虑粘土层滞后压缩变形的理想情况下,采用压密方程计算获得西安市抽取地下水可引起的理论地面沉降量及沉降分布特征,结果表明:计算所得沉降显著区位于西安市西南部的高新区及东南部的曲江新区,沉降量呈由北向南递增的特征,与InSAR监测结果整体趋势具有较好的一致性;地面沉降分布特征受到活动地裂缝影响,沉降曲线呈近NE向偏转展布。研究结果可为沉降灾害预防研究提供宏观的参考信息。     

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。     

利用PS-InSAR技术进行城市地铁沿线形变监测与机理分析

本文利用PS-InSAR技术获取了上海地区沉降速率场及累计沉降量等信息,并分析了该地区的沉降时空分布特征,以及该地区沉降与降水量、地铁施工运营等因素之间的关系。研究表明:①上海市沉降呈不均匀分布,北部沉降较稳定,而中部的虹口区、南部的闵行区、东部的浦东新区均发生了不同程度的沉降。其中,闵行区沉降最为严重,其最大累计沉降量达-43 mm,呈大范围、大沉降现象。②研究区域内沉降量呈非线性沉降现象及明显的季节性变化,且与地区降水量有关,降雨量对地下水的及时补充可以有效缓解地面过度沉降的发生。③上海地铁3、15、16号线部分路段均出现明显沉降现象,且处于在建阶段的15号线沉降最为明显,部分路段最大累计沉降量达-34 mm。     

Land subsidence prediction in Beijing based on PS-InSAR technique and improved Grey-Markov model

Land subsidence induced by excessive groundwater withdrawal has caused serious social, geological, and environmental problems in Beijing. Rapid increases in population and economic development have aggravated the situation. Monitoring and prediction of ground settlement is important to mitigate these hazards. In this study, we combined persistent-scatterer interferometric synthetic aperture radar with Grey system theory to monitor and predict land subsidence in the Beijing plain. Land subsidence during 2003–2014 was determined based on 39 ENVISAT advanced synthetic aperture radar (ASAR) images and 27 RadarSat-2 images. Results were consistent with global positioning system, leveling measurements at the point level and TerraSAR-X subsidence maps at the regional level. The average deformation rate in the line-of-sight was from ?124 to 7 mm/year. To predict future subsidence, the time-series deformation was used to build a prediction model based on an improved Grey-Markov model (IGMM), which adapted the conventional GM(1,1) model by utilizing rolling mechanism and integrating a k-means clustering method in Markov-chain state interval partitioning. Evaluation of the IGMM at both point level and regional scale showed good accuracy (root-mean-square error <3 mm; R² = 0.94 and 0.91). Finally, land subsidence in 2015–2016 was predicted, and the maximum cumulative deformation will reach 1717 mm by the end of 2016. The promising results indicate that this method can be used as an alternative to the conventional numerical and empirical models for short-term prediction when there is lack of detailed geological or hydraulic information.     

宁波地面沉降的短基线集监测与分析

针对传统地面沉降监测手段精度高,但监测周期长、空间分辨率低、人力物力耗费大等问题,该文基于短基线集时序分析技术提取了宁波地区的地表形变信息。首先根据短基线集技术监测结果分析了宁波地区地面沉降分布特征,然后对宁波东部新城的沉降进行了精细化分析,并给出了其沉降原因。结果表明:宁波地区地面沉降整体呈现弱发育特征,部分地区存在轻微地面隆起现象,东部新城地面沉降呈现中度发育特征,并存在不均匀沉降现象,快速的城市化建设是东部新城地面沉降的主要原因。     

黄土填方区地表沉降时序InSAR监测分析

“削山填沟造地”等岩土工程在湿陷性黄土沟壑地区屡见不鲜,掌握填方区沉降情况具有重要意义。本文收集了2017年11月—2020年12月获取的56景TerraSAR-X StripMap模式影像,利用时序InSAR技术监测了陕北某湿陷性黄土填方地基工程的沉降信息,并与2017年11月—2020年12月期间监测区3个水准点的沉降测量结果比对。结果表明,在填方区地表以沉降为主,在挖方区地表以抬升为主,研究区存在有1处较为明显的地表沉降情况,位于填挖边界线附近填方区内,形变速率范围为-40~-20 mm/a,最大形变速率达-49.9 mm/a,累计量为-151.6 mm,时序InSAR形变结果和实地水准结果吻合性较好,垂直方向形变速率中误差为1.8 mm/a,表明时序InSAR技术在湿陷性黄土填挖方区变形监测中具有较好的应用价值。     

利用Grapher二次开发技术绘制地面沉降过程曲线图

地面沉降过程曲线图可以形象地表示观测点在多个观测期间高程的变化情况,并为地面沉降预测提供依据。研究了新版Grapher软件的Automation技术,并用VB编程语言在客户应用程序中快速实现了地面沉降过程曲线图的绘制和地面沉降预测功能,做到了客户开发软件界面和功能的完美统一。