融合多种差分干涉测量的矿区地表形变监测

为解决时序短基线集差分干涉测量技术(SmallBaseline Subset-InSAR,SBAS-InSAR)无法准确估计煤矿沉降中心形变值的问题,通过融合合成孔径雷达差分干涉测量(Differential InSAR,D-InSAR)和SBAS-InSAR技术研究了测量矿区地表形变的监测方法。利用25景Sentinel-1数据,根据基于相干性系数的D-InSAR方法和结合永久散射体合成孔径雷达干涉测量(Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar,PS-InSAR)的SBAS-InSAR方法分别生成研究区域的形变图,并借助Kriging插值法,将前者方法所得结果填补于后者方法所获形变结果,完善矿区形变中出现的空缺值,从而更为准确地估算矿区地表形变结果。此外,沿着开采面的横纵剖面详细分析典型矿区的形变结果,并绘制地表形变剖面曲线,以此剖析矿区沉降漏斗的演化过程。最后,为了定量说明该方法的可靠性,将矿区形变结果和水准测量数据进行误差对比,并将标准差和均方根差作为矿区形变结果精度的评定指标。结果表明：相干性系数图整体质量较优,研究区域中最大累积沉降量可达176.39mm,年均沉降速率最大可达-103.82 mm/y。通过本文方法得到的形变结果和水准处理数据基本一致,且误差均小于13 cm,监测精度满足煤矿开采相关测量技术要求。     

采空区无人机影像地表裂缝活动特征研究

地表裂缝是一种典型地质灾害。以龙首矿西二采区为研究区,利用2020年8月和2021年6月两期沉降区的无人机正射影像,通过图像增强和多尺度分割处理得到用于分类的多边形对象,结合地表裂缝的光谱特征和形状特征构建模糊规则集,实现对地表裂缝的提取;选取覆盖该区域2020年8月19日-2021年6月27日52景Sentinel-1A升降轨影像,采用小基线集(SBAS)技术,获取地表二维形变信息,并采用经验贝叶斯克里金法(EBK)和径向基函数法(RBF)对形变数据进行空间加密;将获取的裂缝分布信息和加密后的地表形变信息叠加,结合采空区、塌陷坑等从垂直向和水平向上揭示研究期间矿区地表裂缝的形变特征和分布变化规律。研究表明：(1)不同裂缝群距离采空区越近,垂直向和水平向形变速率越大,裂缝群整体向采空区侧偏移;(2)采空区周围的地表裂缝群主要受垂直向不均匀形变的影响,采空区上方的地表裂缝群主要受水平不均匀形变影响;(3)受周围塌陷坑的影响,地表裂缝群两侧会产生形变速率差异,且靠近塌陷坑的一侧形变较大,导致新裂缝的产生和裂缝群的规模扩大。     

结合SBAS-InSAR与光学遥感的矿区地表塌陷监测

针对矿区地表塌陷过程中难以获取全面的形变信息问题,本文以河南某采煤塌陷区为研究区,首先,基于多源多时相光学遥感影像采用综合归一化差异水体指数提取开采塌陷区积水的空间展布情况;然后,利用SBAS-InSAR技术处理63景2017年3月19日至2021年4月27日Sentinel-1A影像,获取研究区地表形变信息。结果表明：2010-2019年间年均塌陷积水面积新增幅度基本平稳,2019-2021年间年均塌陷积水面积新增幅度减小;研究区最大形变速率为-60.42 mm/a,形变速率小于-15mm/a区域均有煤矿井工开采作业。本文方法有效的提取了开采塌陷区较长时期内地表形变信息和空间展布情况,为矿区地表塌陷监测提供新的思路,形成了一套有效的矿区地表塌陷监测工作方法和流程,提高了遥感技术在矿区地表塌陷宏观、快速、准确监测的目的,为矿区塌陷修复和生态环境治理提供基础数据支撑。     

利用时序InSAR技术监测兰州市主城区地表形变

城市地表形变是城市发展进程中的阻碍因素,为监测城市地表形变,利用46景Sentinel-1A影像,通过短基线集干涉测量技术(SBAS-InSAR)对兰州市主城区进行监测,SBAS-InSAR技术是在传统的D-InSAR技术上发展起来的时序InSAR技术,可以监测长时间序列上高精度的地表形变结果。实验获得了2017年1月到2018年8月间的地表形变信息,结果表明兰州市区存在大范围的地表沉降,最大年平均沉降速率达到104.2mm/a,累积沉降量达到174.4mm,并对兰州市区内沉降区域分布范围和发展趋势做了总结。城区北部的沉降区域主要分布在新开发的居民区周围,形成了四大沉降中心区域,城区南部沉降最为严重的是七里河区,有多个区域的年平均沉降速率达20mm/a以上。     

新疆西准噶尔沙吉海地区地表形变时空特征分析及其环境意义

煤矿地下开采形成的采空区对地表工程和周围环境造成严重的破坏,造成沙吉海矿区周围生态脆弱,草场面积缩减。长期废弃的矿井由于不清楚地下开采情况及范围,所以难以进行有效治理。通过长时间大范围的采空区形变特征监测,对于地质灾害预防和治理来说具有重要意义。基于2017年3月19日—2019年12月22日73幅覆盖沙吉海矿区的Sentinel-1A影像,采用差分干涉测量短基线集时序分析技术(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar, SBAS-InSAR)获取时序地表残余变形,此外通过克里金插值法获取了整个研究区完整的形变信息,监测到研究区平均变形速率在-148.44～38.05 mm/a,最大累积形变量达-1 418.42 mm。分别得到废弃采空区和正在开采矿井工作面的形变特征,正在开采煤矿采空区呈漏斗形变形,废弃采空区沉降呈多点分散形,变化不均匀。经过对沙吉海矿区详细的野外调查,验证了SBAS-InSAR结果的可靠性。最后,结合野外验证结果分析了煤矿采空区围绕沉降中心呈漏斗形演化的过程。研究成果可为老旧采空区治...     

乌海矿区地表沉陷SBAS-InSAR监测分析

煤炭资源开发战略迅速西移,造成西北矿区严重的地表沉陷,该研究以位于内蒙古自治区乌海市乌海矿区为研究对象,采用SBAS-InSARS技术对25景ALOS PALSAR数据进行处理,监测了该地区2007年1月到2011年2月的地面沉降情况,获取了平均沉降速率和时间序列累积沉降量,沉降结果表明,乌海矿区沉陷多个沉降中心,主要分布于研究区内的北部、西南部、东南部,沉降速率在空间上呈不均一分布,最大年沉降速率在52～57mm/a;研究区域最大沉降量高达56cm,且沉降中心在不同时间段的形变量不同。     

基于PS-InSAR和GeoDetector的兰州主城区地表变形监测与驱动力分析

采用PS-InSAR技术,基于2014年12月-2017年1月的32幅Sentinel-1A卫星TOPS模式影像,获得兰州主城区地表的形变速率和时间序列形变量信息,利用GeoDetector对建成区、道路网密度、降水、气温、土地覆盖类型以及地质类型进行单因素和多因素交互的驱动力分析.结果表明,兰州市主城区地表形变速率介于-53.17～37.66 mm/a,总体较为稳定,多数区域(95.25%)的形变速率介于-5～5 mm/a.主城区地表变形是各影响因素的交互驱动,而不是单一因素的驱动,建成区∩道路网密度是主城区地表形变的主要影响因素.将GeoDetector方法应用于各驱动力对城市地表形变的解释力,为研究城市地表形变影响因素分析提供了新的思路.     

利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法监测矿区地表形变

针对传统时序InSAR技术在测量点选取过程中多采用全局单一阈值,在受时空失相干影响严重和短时间内形变梯度较大的矿区容易出现测量点稀疏且空间采样不足,因而无法获取矿区地面沉降完整信息的问题,以覆盖大同矿区的22景ALOS-1数据为例,利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法(ADSI-CLC)获取该区域长时间序列地表形变信息。ADSI-CLC方法形变测量结果的时空分布模式与StaMPS-SBAS方法具有相似性,且与高分辨率光学遥感影像上的采矿设施保持良好的空间相关性。ADSI-CLC方法可以显著地提高测量点的数量和空间分布密度,在研究区识别出的DS点数量约是StaMPS-SBAS方法的4倍。两种方法的测量结果在无形变和小形变区域吻合程度较高;在大形变区域,StaMPS-SBAS方法无法有效地获取形变结果,而ADSI-CLC方法由于测量点数量的增加,反演得到的形变测量结果基本上符合由采矿活动造成的漏斗状的空间分布特征,间接地验证了该方法在矿区地表形变监测中的可靠性和有效性,证明ADSI-CLC方法能够提供更详细的时空形变细节信息,更好地服务于矿区地表稳定性的监测和预警。     

基于时序InSAR技术的新井煤矿地表沉降监测

为探测内蒙古新井煤业有限公司露天矿区边坡失稳前地表形变情况,采用SBAS-InSAR技术对该矿区2022年1月至2022年11月的15景Sentinel-1A数据进行干涉处理,解算出地表2 475个形变点,最大形变量超过160 mm,最大形变速率达209 mm/a。证明SBAS-InSAR技术可以高效地识别研究区变形位置及其形态,为矿区地质灾害预警提供数据支撑。     

曹妃甸新区PS-InSAR技术沉降监测及分析

随着曹妃甸新城的快速发展，地面沉降现象越来越引人重视，为分析该区域的沉降特征与原因，利用2019年2月至2021年12月共35景Sentinel-1A影像，基于PS-InSAR技术，获取了曹妃甸新区的地表沉降信息，提取特征点累计沉降量并分析沉降区域时空变化特征。结果显示：研究区整体区域沉降，主要沉降区位于西南方向，形变速率集中在-32.30～-3.48 mm/a;形变最严重区域位于唐山湾生态城，最大沉降量超过170 mm,形变区域面积较大且未达到稳定状态，未来仍会继续下沉。监测区的沉降主要与地下水开采、建筑设施荷载及吹填土自身压缩固结有关。     

厚松散层下开采覆岩及地表移动变形规律试验研究

煤炭开采保障了我国能源供应,同时也因采空造成了地表变形沉降。针对厚松散层下开采覆岩及地表移动变形问题,依托兖州矿区某庄煤矿地质背景,采用模型试验,监测研究了采动过程中地表及各层覆岩移动变形指标的变化规律,探索了采掘结束后的持续变形阶段,指出受采动影响松散层压缩导致的移动变形值在整体移动变形上占比增大;在煤层采厚2.2m条件下,观测获得采后地表的最大下沉值为1447.6mm,最大水平移动值为394.6mm。研究结果对矿区工程建设用地及线路规划选址具有一定的实用意义。     

大宁矿区开采沉陷规律研究

通过对大宁煤矿一个正在开采的工作面进行地面沉陷监测,结合该矿的实际资料,对大宁矿区开采沉降规律进行实测研究,得到了开采沉陷基本参数和典型的山区地表移动分布特征,为以后的矿区开采及地表开采沉陷治理提供理论依据.     

贵州省煤矿生态环境影响评价分析

选取贵州省封家营煤矿为研究对象进行生态环评,采用hpMSPS模式进行地表沉陷预测,结果表明:封家营煤矿地表沉陷最终最大值为6.6 m,地表变形影响范围为0.39 km2。由于矿区范围内地表坡度较大,煤炭开采所造成的地表沉陷表现形式主要还是以地表裂缝、局部塌陷、崩塌和滑坡等现象为主。在分析煤矿开采所引起生态环境问题的基础上,提出具体的防治措施,从而为贵州省煤矿生态环境保护和矿区可持续发展研究提供参考。     

西部黄土山区开采沉陷变形数值模拟研究

西部黄土山区开采沉陷变形规律远比平原地区复杂多变。以陕西铜川厚黄土山区采矿地质条件构建不同斜坡组合与平地条件的计算模型,通过FLAC-3D数值模拟分析了单一斜坡、凸形和凹形组合斜坡条件下地表侧向滑移引起的水平移动和下沉分布特征,并绘出了地表开采沉陷与斜坡侧向滑移分布曲线。进一步分析表明,当开采沉陷引起的水平位移及其变形与斜坡向下坡方向的滑移变形方向一致时,在地表形成两者的叠加,增大了斜坡体的变形;当两者方向相反时则导致2种变形部分"抵消"。上述采动斜坡中开采沉陷与坡体侧向滑移的"叠加"效应,导致了黄土山区地表沉陷变形规律的复杂性。     

彬长生产服务区下采空区稳定性评价研究

针对彬长生产服务区建筑群受采空区影响问题,应用数值模拟计算、覆岩变形理论分析方法,结合地表监测成果,综合计算分析了建筑群下107工作面综放开采采空区稳定性及其对建筑物的影响,分析结果表明,107工作面开采属于非充分采动,覆岩中洛河组、宜君组坚硬厚岩层对地表移动变形具有控制性的作用,由于坚硬关键层的整体变形作用,使得地表水平移动范围大于沉陷范围,地表建筑群下采空区已基本稳定.应用影响函数预计模拟方法预计分析了地表剩余移动变形,表明地表移动盆地已经处于基本稳定状态,地表剩余移动变形对建筑物影响很小.研究结果为彬长生产服务区建筑群下开采沉陷灾害治理提供了可靠地依据.     

贵州采煤塌陷引发的地质灾害及塌陷区的类型

贵州省因采煤塌陷引发的矿山地质灾害主要表现为地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流等,其发育程度和影响程度在不同采煤塌陷区差异较大。采煤塌陷区可划分为六盘水复合型塌陷区、贵-毕中度塌陷区及黔东轻微塌陷区等三种类型。其中,第一种类型煤矿采空区地表沉陷变形最明显,易引发次生地质灾害,危害性最大;第二种类型采空区地表沉陷变形较明显,引发次生地质灾害的可能性和危害程度较前者小;第三种类型采空区地表沉陷变形不明显,塌陷危害较小。     

灵新煤矿西天河下安全开采技术综合分析

为了研究灵新煤矿河下开采引起的覆岩破坏规律和地表移动规律,采用工程地质调查、彩色钻孔孔电视、钻孔冲洗液漏失量法、物理与数值模拟、地应力测量及地表监测等多种研究手段,获得了矿区地应力分布规律、工作面开采的垮落带和导水裂缝带的高度、岩层移动规律及矿压显现规律,实现了L3414综采工作面安全开采和环境保护的双重目标.     

地表移动影响范围与地质采矿条件关系数值模拟

随着采空区增大，地质灾害不断增多，有必要对采动影响范围进行研究。10 mm下沉边界是确定影响范围的重要指标，且FLAC3D适合求解非线性大形变问题，因此可以将其用于探究地表移动影响范围(L)与地质采矿条件的关系。实验以某矿区A工作面和另一矿区B工作面为背景，通过建立数值模型，运用控制变量法探究了L与岩层厚度、松散层厚度、工作面开采尺寸、覆岩岩性的关系，给出了L的计算公式并对变化规律进行了理论与力学分析。结果表明：L与岩层厚度、松散层厚度呈正相关关系，L与采长呈负相关关系，L在关键层变软弱后显示出了轻微增长。研究为煤炭的合理开采及矿区地表建构筑物保护提供科学依据。