InSAR相位解缠最大流/最小割权值改进算法

InSAR已经在高精度DEM反演中得到了广泛应用,相位解缠技术是影响DEM获取精度的关键步骤之一,然而大梯度变化区域一直是影响解缠结果精度的核心问题。针对该问题,本文提出一种基于势函数改进权值的最大流/最小割相位解缠算法。首先,针对PUMA模型权值设置不合理的问题进行研究,利用外部已有DEM获取相位梯度变化的先验信息,将窗口最大绝对相位梯度值代入相应的势函数公式中获取权值;然后,通过对势函数权值的设置进行阈值调节,解决由于势函数权值设置不合理导致PUMA势函数无法发挥作用引起的解缠错误问题,进而提高大梯度变化区域相位解缠精度;最后,通过仿真数据和真实TanDEM-X InSAR数据对本文算法进行验证,并与已有方法进行对比。结果表明,仿真数据中本文算法可以提高至少44.93%的解缠精度,真实数据中在大梯度变化区域,本文算法较已有算法可以获得更大范围的有效解缠结果。

采动影响下浅埋输油气管线变形监测与风险性评价方法及应用实践

目前,我国油气资源主要以埋地管线的形式输送,穿越采空区时采动造成的地表移动变形必然会对埋地输油气管线产生一定的影响和危害。鲁皖管道济宁支线穿越兖矿能源集团股份有限公司东滩煤矿,与煤矿三采区3308工作面最近水平距离仅85 m。为保证鲁皖管道济宁支线在安全运行的前提下实现3308工作面安全高效开采,提出了浅埋输油气管线及地表变形监测与评价方法。基于3308工作面地表移动变形实测及管线应力监测数据,研究了鲁皖管道济宁支线沿线地表变形特征及对管道的影响,分析了采动影响下的管线监测应力变化,在此基础上对受采动影响埋地管线当前的风险性进行了评价并给出管线防护建议措施。结果表明:目前3308工作面开采造成的地表下沉及倾斜变形对管道变形影响较小,管道沿线地表的当前稳定性级别为Ⅳ级,危险程度较低;地表移动变形对管道应力状态有一定的影响,特别是初期开采区域距离管线较近,管道沿线地表下沉较活跃,导致管道轴向应力增大;对管道进行一定周期的应力监测,监测结果均低于管道预警规范的第三级阈值,管道运行始终处于绿色无风险范围内,后续需继续采取措施对采空区场地及埋地输油气管线进行变形监测和日常防护。研究结果对于埋地输油气管线下安全高效采煤具有一定的借鉴意义。

陕蒙矿区深部开采导水裂隙带发育特征与高度预测方法

导水裂隙带发育高度是矿井防治水及安全开采的重要依据。由于陕蒙矿区地层沉积环境和沉积过程的特殊性,使得该区域导水裂隙发育高度与传统认识差别较大。考虑到目前围绕陕蒙矿区导水裂隙带发育高度计算方法缺失问题,以鄂尔多斯市营盘壕煤矿2217工作面为工程背景,采用UDEC模拟研究了不同开采进度下导水裂隙带发育规律及演化特征,分析了大能量事件与导水裂隙带发育的关联关系,进而基于GA-SVR算法,建立了区域导水裂隙带发育高度精准预测方法。结果表明:直罗组砂岩巨厚的特性使得其在覆岩运动中表现出坚硬岩层的特点,裂隙带在其下充分发育,稳定后也形成“马鞍形”;微震监测数据能精准反映区域导水裂隙带发育高度,预测相对误差仅为3.90%;建立的导水裂隙带高度预测模型的决定系数R^(2)为0.81,相对平均误差r为14.55%,预测精度显著优于经验公式(R^(2)<0,r=59.57%)。研究成果对于陕蒙矿区保水开采与安全生产设计及矿井水防治具有重要的实践意义。

单双目近景摄影测量联合监测弱胶结覆岩叠合式相似材料模型研究

相似材料模型是研究矿山开采岩层运动的重要手段,随着采深的增大,多采区采动联合影响的区域变形响应问题逐渐成为关注的焦点。为了克服常规相似材料模型研究深部开采问题的结果失真,以及常规监测技术在观测相似材料模型整体动态变形及任意点动态变形的不足,本文提出叠合式相似材料模拟的新思路,并采用单双目近景摄影测量联合监测新技术研究弱胶结覆岩运动规律。实验结果表明,叠合式相似材料模拟充分考虑了相似原理及覆岩中的关键层结构,研究结果更加可靠,基于等距虚拟面的数字摄影技术监测精度达到0.12 mm,能够满足大几何相似比物理模型的监测精度。通过研究深部矿区覆岩破坏规律发现,宽深比为0.85是白垩系砂岩的临界破坏点,采空区面长大于临界尺寸时将导致显著的冲击地压甚至矿震。单双目近景摄影测量联合监测新方法为研究深部开采区域性岩层移动响应过程提供了技术支持。

巨厚弱胶结覆岩深部开采大能量事件与地表沉陷关系研究

陕蒙矿区是我国重要的煤矿开采基地,区域侏罗系煤层覆岩中普遍存在巨厚弱胶结覆岩,虽然覆岩岩性总体呈中硬偏软弱,但实测地表下沉相对较小,且伴随频繁的大能量事件发生,给工作面安全高效开采带来了较大安全隐患。为研究巨厚弱胶结覆岩深部开采大能量事件与地表沉陷的关系,对石拉乌素煤矿1203工作面与1208工作面进行了地表沉陷实测与矿震资料分析,获得了该地区地表移动变形规律和矿震数据,通过对比分析研究发现:巨厚弱胶结覆岩地表移动变形下沉分布集中,最大下沉处均位于工作面中部偏向已采工作面侧,整体地表下沉盆地形态及下沉增加过程与中东部相似,但在未达到充分采动时,西部巨厚弱胶结矿区地表下沉值相比中东部明显偏小;巨厚弱胶结矿区煤层回采过程中均存在微震事件的活跃期,该阶段微震事件的能量和次数较高,同时伴随着105 J≤E的大能量事件发生,105 J≤E的矿震事件虽然频次较低,但在能量释放上占据重要地位;弱胶结矿区地表沉陷与能量事件之间存在着关联性,随着工作面的推进,最大下沉值突变往往伴随着大能量事件的发生。

超高水材料充填减灾减损绿色开采理论与技术进展及展望

深部煤层安全高效开采与生态环境保护是当前煤炭资源绿色开采的重大难题之一。充填开采对于防治深井动力冲击灾害、减少地表下沉、保护生态环境具有显著成效,其中超高水材料水体积比高,充填开采具有工艺简单、适应性强、用料少、充填率高等特点,可有效解决地面环境保护与煤炭资源开采破坏之间的突出矛盾,符合煤炭资源减灾减损绿色智能开采新发展理念的要求。在总结充填开采技术研发背景与发展历程的基础上,阐明了超高水材料充填开采的技术原理、工艺流程及材料性能;重点从充填开采地表沉陷控制“充填体—煤柱”及“充填体—支架—煤体”协同承载等方面揭示了充填开采动力灾害防治机理;提出了减灾减损绿色开采动力灾害防治、智能化感知、地表形变监测与预计及充填装备智能化控制等关键技术,在山东义能煤矿成功进行了超高水材料充填开采实践,并实现了“三下”深部煤层安全高效智能绿色开采。为推进生态文明建设与环境保护,实现现代化矿井减灾减损绿色开采,展望了超高水材料充填开采研究方向为:深化深部超高水材料充填开采岩层控制基础理论、提高超高水材料充填开采技术智能化水平,创新超高水充填与煤系共伴生资源协同开采技术体系,联合超高水材料充填开采与碳捕获、封存及再利用技术,优化智能化绿色开采监测评估体系与方法,为实现深部资源绿色化开采提供科学依据。

热力耦合作用下煤炭地下气化地表沉陷预测方法

煤炭地下气化是煤炭低碳绿色开采技术体系的重要组成,煤炭行业“双碳”目标的实施使得煤炭地下气化迎来良好的发展机遇。然而煤炭地下气化也会引起岩层移动及地表变形,导致利用地下气化回收井工难以开采的“三下”压煤时,严重威胁地面建(构)筑物安全。如何兼顾煤炭地下气化特点准确的预测其地表沉陷,已成为制约煤炭地下气化产业化应用的重要瓶颈之一。基于此,结合“条采-面采”后退式地下气化工艺特点,探究了热力耦合作用下煤炭地下气化引起地表沉陷的诱因,得出地下气化产生地表沉陷的根源是岩层挠曲与焦化隔离煤柱压缩变形。在此基础上,建立了热力耦合作用下煤炭地下气化顶板挠曲变形计算方法以及基于D-P准则的气化煤柱屈服模型与压缩计算方法,进而根据等效下沉空间原理构建了热力耦合作用下煤炭地下气化地表沉陷精准预测模型,并通过乌兰察布煤炭地下气化地表沉陷的实测数据验证了新方法的有效性和准确性。

平原煤粮主产复合区煤矿开采和耕地保护协同发展研究现状及对策

耕地是粮食安全的基础,煤炭是能源安全的保障。我国煤炭和耕地资源分布重合的煤粮复合区面积约占耕地总面积的42.7%,煤炭开采与耕地保护之间的矛盾十分突出。如何实现煤矿开采与耕地保护协同发展是我国煤粮复合区亟待解决的瓶颈难题。从平原煤粮复合区采动耕地损毁机理、采动耕地破坏程度评价、开采沉陷控制技术等3个方面分析了煤矿开采和耕地保护协同发展的研究现状与存在问题。在此基础上结合耕地保护面积大、变形耐忍度高等特点,提出了一种面向煤矿开采和耕地保护协同发展的源头控制与修复治理有机结合的绿色开采区域性岩层及地表变形控制技术途径,建立了相应的地表变形预测及控制设计方法,并指出了平原煤粮复合区煤矿开采和耕地保护协同发展的重点研究方向:平原煤粮复合区耕地采损驱动机制、采煤沉陷耕地防护阈值体系、面向耕地保护的煤矿绿色开采区域沉陷协调控制理论与方法,以期推动煤粮主产复合区煤矿绿色开采与耕地保护协同发展。

煤矿开采影响下浅埋输油管线变形及力学响应特性

针对输油管线穿越采动影响区时的管道变形、选型设计和安全防护等问题,以山东某煤矿3308工作面开采为背景,根据该区域地质条件、管道参数及实测数据,采用数值模拟方法分析了煤矿开采影响下管道的受力变形及区域性特征,研究了管道及土体不同物理力学参数对管道所受应力变化的影响。结果表明:受采动影响的埋地管道变形可分为无变形区段、拉压过渡区段和压缩变形区段,拉压过渡区段存在轴向应力方向变化的拐点;3308工作面开采过程中,管道中点处沉降位移最大,与模拟的管道沿线地表最大下沉值相等,管土间的变形为“管-土协同变形”,管道所受轴向应力由管道两端向中点先增大后减小再增大;不同的管道与土体物理力学参数对管道所受轴向应力的变化有着不同的影响,管线选型时需要综合考虑。研究结果可为采动影响区埋地输油管线的选型设计、施工运营和安全维护提供参考。

无井式煤炭地下气化岩层及地表移动与控制

煤炭地下气化是我国先进能源领域重要的研究方向之一,也是我国煤炭资源“流态化”开采技术体系的重要组成部分。目前已完成的煤炭地下气化工业性实验由于实验规模较小没有引起显著的裂隙发育和明显的地表沉降发生。但随着煤炭地下气化实验规模的扩大及推广应用,如何面向不同地质条件进行地下气化生产设计控制裂隙发育及地表沉降是目前亟待解决的瓶颈问题,极大的限制了煤炭地下气化的选址及规模化生产。为了解决这个难题,利用数值模拟方法研究了无井式煤炭地下气化岩层与地表移动规律以及导水裂隙发育高度与气化炉参数的关系,同时利用理论方法提出了“双曲线”型焦化隔离煤柱稳定性评价方法。研究得出:①无井式煤炭地下气化岩层和地表移动曲线与常规条带开采岩层和地表移动曲线形态相似,可参考条带开采地表沉陷预测方法进行无井式煤炭地下气化岩层和地表沉陷计算,但预测参数需修正;②“双曲线”型煤柱评价可分为弯曲和矩形两部分进行,并在此基础上建立了“双曲线”型煤柱稳定性评价方法,可为不同地质条件下地下气化生产设计提供技术支撑;③无井式煤炭地下气化引起的导水裂隙发育高度与气化炉参数直接相关。当气化炉高度一定且隔离煤柱稳定时,气化炉宽度与导水裂隙发育高度呈线性正相关;当气化炉宽度和隔离煤柱宽度一定时,气化炉高度与导水裂隙发育高度也呈线性正相关,故在覆岩含水层下进行地下气化生产时,要兼顾导水裂隙与气化炉参数的关系。

基于PSO算法的概率积分法预计参数反演

运用PSO算法设计了概率积分法预计参数反演程序,通过设计实验,对PSO算法反演概率积分法预计参数的可靠性、抗粗差干扰能力、抗观测点缺失能力及对初值的依赖性等四个方面进行研究。结果表明:运用PSO算法可以准确的反演出概率积分法预计参数,算法对随机误差和测点缺失有较强的抗干扰能力。在给定初值误差不大于10%时,初次反演结果令人满意;初值误差不大于50%时,下沉系数和主要影响角正切反演结果,不受初值影响。进一步分析表明,将反演参数二次回带重新反演可获得较为准确的结果,同时,适当增加初始种群规模,可提高参数反演的准确性和可靠性。

概率积分法参数影响因素分析与研究展望

概率积分法预计的基本参数值选取的准确与否直接关系到矿区地表移动和变形预计的精度。针对目前无实测资料或特殊地质采矿条件下的矿区沉陷预计参数选取缺乏理论依据的现状,详细分析了地质采矿因素对概率积分法参数的影响机理,并结合大量文献,总结了概率积分法参数的影响因素。

矿区铁路下采煤优化设计的数值计算方法

开采沉陷预计是煤炭开采过程中不可缺少的部分,为了研究工作面开采时铁路线地表移动,解决实际开采过程中可能出现的安全隐患,以南屯煤矿为原型,运用FLAC3D数值模拟软件,通过岩样力学参数初始值,利用两轮均匀实验设计,依据该煤矿已有的采区地表沉陷监测数据,建立采区数值计算模型,对工作面上方受开采影响的铁路进行了数值模拟研究与分析。采用相同地质参数模型研究与分析附近工作面在三种不同开采设计方案下,对新建跨铁路桥的影响程度,从而推出最佳的开采方案。

轨道坐标系到星固坐标系的四元数转换方法

绘制星体表面资源分布图,需要将深空探测器直接获取的遥感影像从轨道坐标系转换到星固坐标系。为解决通过矢量的几何关系进行转换的两步转换法和一步转换法精度受探测器轨道数据精度影响较大的问题,提出基于四元数的三维坐标转换解析法,利用航天任务模拟工具(STK)软件仿真月面反射器和月球探测器的数据完成坐标转换,比较了两步转换法、一步转换法、四元数解析法的精度和适用范围。结果显示:对于星固坐标系和星体天球坐标系下探测器轨道数据精度较高的情况,一步转换法优于两步转换法和四元数解析法;对于星固坐标系下探测器轨道数据精度不高的情况,四元数解析法优于一步转换法和两步转换法;对于无法获取星固坐标系下探测器轨道数据的情况,只能采用两步转换法。

面向多专业背景学生的空间信息科学概论课程建设探索

空间信息技术是当前人类快速获取地球动态和定位信息的重要手段,在全球环境可持续发展、自然资源开发与利用、区域和城市规划与管理等诸多领域都得到十分广泛的应用。国内多所高校已将空间信息科学与技术的相关课程纳入到多个学科专业的课程体系中。文章从分析多专业背景学生特点入手,探索空间信息科学概论课程建设思路。将专业化课堂研讨、信息化教学互动、个性化科教融合融入课堂,针对性提出适用于多专业学生的教学方法;并从教材选取、教学内容安排及考核方式三方面进行课程优化,以提高学生对空间信息科学与技术的高效掌握和灵活应用的能力。

煤炭地下气化岩层移动与控制进展及展望

煤炭地下气化被誉为第二代采煤方法,顺应世界低碳发展的能源供应结构调整需求,是我国流态化开采开展的重要技术方向之一。近年来,多种工艺的小规模煤炭地下气化工业性试验陆续取得了成功,为进一步大规模试验和推广应用奠定了基础;但同时地下气化场的岩层移动问题日益凸显,已成为该技术推广应用的瓶颈问题。据此,在简要分析不同煤炭地下气化工艺特征和燃空区空间形态基础上,介绍了地下燃空区围岩高温效应、燃空区围岩移动与变形机理、燃空区覆岩裂隙发育规律以及地下气化地表沉陷预测方法等方面的国内外进展,并提出了相应研究思路,同时指出了煤炭地下气化岩层移动与控制的重点研究方向。

地基GNSS大气水汽探测遥感研究进展和展望

大气水汽是表征极端天气事件和气候变化的重要参数,准确监测与分析水汽含量对于精准预测各类灾害性天气事件与研究气候变化具有显著意义。作为新兴的大气水汽探测方法,GNSS大气水汽探测技术得到了广泛的关注与应用研究,随着多频多模GNSS系统的发展,全球服务能力的逐步完备和地面基础设施的不断加强,地基GNSS大气水汽探测遥感技术水平得到显著提升,为基于空间大数据揭示气候变化、极端天气过程提供了强有力的数据支撑和发展契机。本文首先系统阐述了GNSS大气水汽探测遥感技术及其应用的发展过程;然后介绍了近年来包括对流层延迟、大气可降水量等多类型GNSS大气参数高精度反演的研究进展,特别是对GNSS大气反演在极端天气短临预报及气候变化现象解释两个方向的研究工作进行了科学探析;最后,阐明了GNSS大气水汽探测遥感技术面临的主要挑战及未来研究展望。

恒温恒湿实验室铺设相似模型适宜温湿度值设定方法

相似材料模拟是矿业领域研究岩层移动重要的手段。考虑到温度及湿度会影响原型与模型的相似度,故为了降低温湿度对相似材料模拟结果的影响,提高模型结果的可靠性,建议在恒温恒湿实验室铺设。但是如何设置合适的温湿度值是一个亟待解决的问题。首先根据相似材料试件试验揭示了相似材料的强度时变特征,在此基础上,设计出4种温湿度试验环境方案,基于恒温恒湿实验室进一步探索了温湿度对试件含水率的影响。研究表明:温度和湿度会影响相似材料含水率,进而影响相似材料强度的变化率,可通过设置合适的温湿度值来减缓相似材料模型的强度变化,从而提高模型与原型的相似。在上述研究成果的基础上,提出了恒温恒湿实验室铺设相似材料模型适宜温湿度值设置流程。研究成果对于促进恒温恒湿实验室建设、提高相似材料模拟结果具有理论与实践意义。

时序DInSAR技术提取下沉盆地的角量值

文章以大柳塔52304工作面为实验区,利用X波段、高分辨率、短重访周期的TerraSAR-X影像数据,进行时间序列的合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)处理,获取了工作面采动过程中下沉盆地的形变信息。利用ENVI提取下沉值大于等于10mm的下沉盆地,并用伪彩色显示,叠加工作面图,结合工作面回采的进度表,提取了不同阶段下沉盆地的超前影响角、边界角等参数,对比实地观测参数。实验结果表明,可以利用高分辨率影像的DInSAR技术监测下沉盆地边缘及提取边界角。

基于降维模糊C均值聚类算法的采动场地稳定性评价

模糊聚类分析是无监督机器学习的主要技术之一,可用于进行数据分析和建模,模糊C均值聚类算法(Fuzzy C-Means,FCM)通过优化目标函数得到所有类中心样本点的隶属度以实现样本数据的自动聚类目的,但面对煤矿采空区场地稳定性评价影响因素多、数据样本大时,容易陷入局部鞍点问题,提出了一种基于主成分分析(PCA)降维的改进模糊聚类算法。该算法选取7个采空区场地稳定性影响因素构建评价体系,根据主成分降维后的样本信息对模糊C均值聚类模型初始类中心和隶属度参数进行动态优化,以提升算法的鲁棒性与泛化能力;使算法更适用于评价稳定性影响因素复杂的采空区场地。以山东省济宁市快速路任兴路段压覆工作面采空区为例,结合快速路沿线其他5个煤矿共计120个采空区场地稳定性评价。试验结果表明:样本数据经主成分分析降维后,前4个主成分的累计贡献率为81.86%,有较好的表征原始样本信息的解释能力。对模糊C均值聚类后的类(簇)样本集占比进行统计分析,其中"稳定"路段占比36.67%,"基本稳定"路段占比35%,"欠稳定-不稳定"路段占比为28.33%,对比各采空区场地实际稳定性状态,模糊C均值聚类算法能有效提高聚类精度,证明了所提出的方法应用于煤矿采空区场地稳定性评价的可行性和有效性。