【摘 要】
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地下开采引起的地表变形具有时间依赖性和高度非线性,在地下开采过程中会对地表结构造成渐进破坏。传统的监测方法存在一定的缺陷,差分合成孔径雷达测量技术(InSAR)的主要特点是在较宽的覆盖范围内具有较高的空间分辨率和较高的精度。由于其独特的优点,该技术被广泛应用于地表变形监测。然而在煤矿区,地表在短时间内会发生大规模塌陷,导致InSAR结果不准确,限制了其在采矿沉降监测中的应用。基于此本文提出了一种探
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地下开采引起的地表变形具有时间依赖性和高度非线性,在地下开采过程中会对地表结构造成渐进破坏。传统的监测方法存在一定的缺陷,差分合成孔径雷达测量技术(InSAR)的主要特点是在较宽的覆盖范围内具有较高的空间分辨率和较高的精度。由于其独特的优点,该技术被广泛应用于地表变形监测。然而在煤矿区,地表在短时间内会发生大规模塌陷,导致InSAR结果不准确,限制了其在采矿沉降监测中的应用。基于此本文提出了一种探测矿区大规模形变的新方法,将SBAS-InSAR技术与用于预测采矿沉降的概率积分方法相结合,克服了这些缺点,并结合改进knothe时间函数建立了矿区沉降动态预计模型,得到了该矿区的地表沉降动态变化过程。主要进行了以下研究:(1)首先利用SBAS-InSAR技术对覆盖陕北某煤矿的41景sentienl-1A数据处理,包括影像的配准、滤波、解缠、以及提取高相干点进行回归分析,分离形变相位和误差相位,并通过SVD分解和最小二乘法提取了矿区LOS向矿区的时间序列累积沉降量,得到了矿区沉陷盆地边缘稳定的边界点的沉降信息,并选择与走向和倾向GPS观测站重合的两个边界点的精度进行了验证。发现走向边界点B12的最大残差为3mm,倾向边界点B14的最大残差为6mm,均在限差范围内,说明其沉降盆地边界点结果值得信赖。(2)由于静态概率积分法无法预计矿区随时间变化的动态开采沉陷,所以本文提出了将改进的knothe时间函数模型与静态概率积分法相结合的动态时间概率积分法预测模型。静态概率积分法的模型参数获取往往存在一定的困难,本文通过静态概率积分模型与InSAR侧视方向得到的边界点形变信息结合建立适应度函数,然后利用差分进化灰狼优化算法对该矿区的概率积分法预计参数进行求取。根据InSAR得到的边界点时间序列LOS向形变,建立多余观测方程,通过最小二乘法求取出改进knothe时间函数的模型参数。从而建立起InSAR-ITPIM动态概率积分预计模型对开采过程中的地表沉降进行预计,并将预计结果与实测GPS结果进行对比验证。(3)结合矿区的地质构造岩层信息,通过FLAC3D软件建立摩尔-库伦模型求解不平衡力,根据回采距离选择开挖距离。从而对该工作面的开采沉陷过程进行动态模拟,得到了该工作面的地表动态沉降信息。研究成果表明,InSAR-ITPIM动态沉降预计结果与实测GPS的沉降拟合度较好,其中最大平均误差达到了 0.111m,最大均方根误差达到了 0.135m。误差在限差范围内,有一定的实际应用价值。FLAC3D数值模拟的沉降规律与InSAR-ITPIM的沉降规律较符,说明了 FLAC3D数值模拟在开采沉陷动态沉降模拟有一定的参考价值,可以为矿区采后治理和地表沉陷模拟提供理论依据。
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