矿山地质灾害防治预警及决策管理系统研究

通过RS、GIS综合技术构建矿区地质灾害防治预警模型,基于空-天-地立体监测体系及模型构建充分利用矿区现有的地质灾害现场监测数据、先进监测设备、数据传输技术开展地质灾害实地监测网络布设、现场监测数据采集、处理。以地质灾害监测与预警模型为核心,以空-天-地立体监测评估技术为技术支撑,开展区域矿区灾害监测、灾害隐患识别、早期预警、防治与评估。将地质灾害综合信息多源、综合数据库进行标准化与统一化存储和管理,利用基于Web服务的WebGIS技术,在B/S体系架构下建立一套集成区域综合信息管理,地质灾害隐患识别、监测与预警,以及地质灾害防治的矿区地质灾害综合管理决策平台。技术体系和平台框架合理能实现矿山地质灾害防治预警和决策管理,为保障矿山安全生产有重要指导意义。

“空天地”一体化技术在采空区形变监测中的应用

河北滦平县张百湾镇周台子村由于多年矿山开采遗留下大量的采空区,部分采空区未做任何处理存在塌陷隐患,严重制约当地的经济发展和社会稳定。对该地区采空区形变调查和实地监测十分有必要。文中综合应用合成孔径雷达干涉测量技术、无人机摄影测量技术、三维激光扫描技术对采空区的空间分布进行划分确定和形变监测。首先应用小基线集技术对采空区进行地表形变解算。然后应用无人机数据构建研究区的三维模型,并通过多期无人机航飞数据,计算2次航飞间地表变化,佐证InSAR技术的结果。最后应用三维激光扫描技术,对部分重点区域进行三维激光扫描,建立采空区精细化模型。研究结果表明,三种技术的联合监测结果表现出高度的一致性,其中InSAR技术探测出研究区最大形变速率-25 mm/a,结合2期无人机正射模型DEM与三维激光扫描数据差分结果确定出采空区17处的高风险区域,部分区域对居民区和道路有影响。基于“空天地”一体化技术具有较高的可靠性,可应用于矿区采空区形变调查和地面沉降监测。

融合分布式散射体时序InSAR技术在矿区形变调查中的应用

为了对河北省承德市滦平县张百湾镇周台子村铁矿区进行形变调查和监测,消除安全隐患,在时序CSInSAR(相干散射体InSAR)技术的基础上,开发了48景Sentinel-1数据的DS-CSInSAR(融合分布式散射体和相干散射体InSAR)技术。该方法首先采用AD (Anderson-Darling)检验对同质像素点进行识别,然后基于协方差矩阵特征值分解算法对最优相位进行估计,最终通过时序形变解算得到铁矿区的地表形变结果。研究结果表明:研究区的年平均形变速率范围为-34.50~24.50 mm/a;大部分矿区都存在不同程度的沉降,其中周台子村和路边附近矿区沉降量较大,窑岭沟矿区出现明显抬升现象,最大沉降量和最大抬升量分别达到了34.00和24.03 mm,其形变结果与当地4个GPS监测点结果一致。与CSInSAR技术相比,DS-CSInSAR技术极大提高了目标点的密度和干涉图的质量。

电法勘探与超前地质预报在滦平县周台子区采空区的应用

由于多年矿山开采滦平县张百湾镇周台子村铁矿遗留下大量的浅埋采空区,部分采空区已经塌陷,造成了潜在的安全隐患。为研究周台子村铁矿采空区的分布并对现有的采空区进行稳定性评价,本文开展滦平县周台子村铁矿采空区勘查工作。通过工程地质调查与高密度电法、超前地质预报等手段,来对周台子铁矿采空区进行探测,为后期的采空区治理工作提供依据。研究结果表明,高密度电法与超前地质预报具有较好一致性,华兵选厂院内存在三个疑似采空区,超前地质预报显示大矿采区为松散破碎带,四采区发现9个采空区,三采区发现3个采空区。

基于C-ALS数据点云与FLAC^(3D)耦合建模采空区稳定性研究

采空区坍陷地质灾害严重威胁矿山安全生产,如何有效地探知采空区的空间位置和三维形态等相关信息,并建立其三维可视化模型是有效实现采空区安全管理和评价的重要基础性工作之一。以滦平县张百湾镇周台子铁矿三采区的隐伏采空区稳定性分析为例,通过对采空区钻探后采用C-ALS三维激光扫描获取数据点云并构建三维可视化模型,以FISH语言编写转换程序导入到FLAC^(3D),进行了采空区地压分布规律、变形分布特征、围岩破坏情况、地表沉降分布特征分析,并与现场采空区实际情况相吻合,说明C-ALS数据点云与FLAC^(3D)耦合建模的技术方法在获取采空区的三维特征信息及采空区的稳定性判断方面的可行性,可为类似采空区的安全管理评价和稳定性分析提供技术参考。