多源數據下老采空區上方地表殘余變形規律分析

徐良驥，劉 哲，龐 會，王振兵

(安徽理工大學測繪學院，安徽 淮南 232001)

多源數據下老采空區上方地表殘余變形規律分析

徐良驥，劉 哲，龐 會，王振兵

(安徽理工大學測繪學院，安徽 淮南 232001)

為動態分析老采空區上方地表殘余變形規律，本文以淮南礦區新莊孜礦新淮工廠為例，綜合運用D-InSAR遙感解譯反演與地表移動變形監測兩種方法分析其殘余變形規律，并以遙感解譯數據與實測數據為基礎資料，采用GM(1,1)模型進行地表殘余變形規律的動態預測。D-InSAR存檔數據反演結果顯示2009年1月—2011年12月期間地表最大下沉量為100 mm，最大下沉速率為2.5 mm/d；地表移動變形監測結果顯示2012年1月—2013年12月期間地表最大下沉量為55 mm，最大下沉速率為0.45 mm/d；GM(1,1)模型預測結果顯示地表監測點下沉速度小于1.67 mm/d，地表處于殘余衰退階段；同時模型相關系數R2>0.95，預測結果和曲線擬合精度可靠。研究成果可為煤礦老采空區上方建筑地基殘余變形監測工作提供參考。

老采空區；地表殘余變形；D-InSAR；移動變形監測；GM(1,1)

我國大部分以煤炭經濟為主的城市都是“因煤而建、緣煤而興”，隨著礦業經濟的發展和城市的擴張，建筑用地日益缺乏，很多重要建筑物不得不建在老采空上方。目前國內外學者主要采用殘余變形監測、相似材料模擬試驗、數值模擬、開采沉陷預計反演等方法綜合分析老采空區上方地表殘余變形規律[1-5]，而對于采用高分辨率遙感存檔數據反演和現時實測沉降數據進行綜合評價研究的較少。本文以淮南礦區新莊孜礦新淮工業廣場為例，采用D-InSAR遙感解譯與地表殘余變形監測結合的方法，對老采空區上方地表殘余變形規律進行動態分析。

1 研究區概況

新莊孜礦新淮工業廣場于2006年建于50年前開采的C13、B11b煤層老采空區上方的地表，建成投入使用后不久，地表出現了不均勻沉降，部分重要建(構)筑物先后出現了程度不等的損壞變形情況。新淮工廣井上下對照圖及建(構)筑物分布示意圖如圖1、圖2所示。

2 基于D-InSAR的殘余變形規律反演分析

2.1 數據源與解譯方法

采用ALOS PALSAR雷達影像數據為新淮工業廣場的影像數據源，同時將4景影像數據源組合成3組干涉像對，具體參數見表1。

采用D-InSAR雙軌差分干涉處理方法對表1中的干涉像對進行處理，經配準、重采樣、濾波、平地效應消除、干涉條紋濾波和相位解纏、相高轉換等數據處理后[6-8]，獲得地表沉降分布圖。

圖1 B11b、C13槽井上下對照示意圖

2.2 D-InSAR反演結果分析

將研究區的高分辨率影像圖、D-InSAR解譯圖

像、下沉等值線圖進行疊加分析,如圖3所示，反演結果顯示新淮工業廣場地表殘余變形規律為：2009年1月—2010年1月期間最大下沉量為100 mm，最大下沉速率為2.5 mm/d；2010年1月—2011年2月期間，最大下沉量為27 mm，最大下沉速率為0.07 mm/d。

圖2 新淮工業廣場內建(構)筑物分布示意圖

干涉像對主圖像時間輔圖像時間時間基線/d空間基線/m臨界基線/m12009-01-272009-12-1532214801306822009-12-152010-01-30466731307432010-01-302011-02-02368165913070

圖3 新淮工業廣場地表殘余形變分析

3 基于地表移動觀測站的殘余變形規律監測分析

3.1 地表移動觀測站設置

為分析新淮工業廣場殘余變形動態演變規律，在新淮工業廣場內設立地表移動觀測站并進行實時監測，如圖4所示。觀測站由T線和N線組成，其中T線長510 m，觀測點16個；N線長716 m，觀測點10個，2012—2013年間共進行了7次日常觀測和4次全面觀測。

圖4 新淮工業廣場地表移動觀測站布設示意圖

3.2 殘余變形監測結果分析

圖5(a)、(b)分別為觀測站T、N線的下沉曲線圖。觀測期間，T線中T1監測點的下沉量最大，為55.6 mm，T11監測點的下沉量最小，為21.6 mm；N線中N8監測點的下沉量最大，為52.5 mm；N15監測點下沉量最小，為23.5 mm。從不同時期下沉曲線可以發現,T、N兩條監測線的監測點在初始時期下沉量逐漸變大,達到峰值后趨于穩定的規律；T、N兩條監測線上采空區邊緣點的下沉量逐漸增大且下沉速度非常緩慢。

圖5 新淮工業廣場殘余變形實測曲線

圖5(c)、(d)分別為T、N線的下沉速率曲線圖，T、N線的下沉速率均小于1.67 mm/d，處于下沉非活躍期[9]，對建筑地基不會產生危害。

3.3 殘余變形規律預測

根據地表移動觀測站監測點設置情況，在采空區邊緣分別選取了N8、N13、N16、T1、T10、T15 6個特征點，采用GM(1,1)模型結合D-InSAR歷史數據和實時監測數據對地表殘余變形動態發展規律進行預測[10-12]，預測結果如圖6所示，預測值與實測值的殘差最大值為2.4 mm，相關系數R2>0.95表明曲線擬合精度很高。

圖6 各監測點殘余變形反演值、實測值與預測值對比分析

由圖6可知，選擇的監測點均表現出基本一致的殘余變形規律，監測點下沉量達到最大值后逐漸趨于穩定。試驗結果表明，將2009—2011年間的雷達影像存檔數據反演結果和2012—2013年間觀測站實測數據相結合，再采用GM(1,1)模型預測提高了預測結果的精度和時效性。

4 結 論

(1) 采用2009—2011年間的ALOS衛星PALSAR數據，通過雙軌差分干涉處理方法獲得新淮工業廣場的沉降分布圖和下沉等值線圖，反演結果顯示研究區殘余變形最大下沉量為100 mm，最大下沉速率為2.5 mm/d。

(2) 地表移動觀測站監測結果顯示，監測點和老采空區的相對位置影響其殘余下沉量，保護煤柱上方的地表監測點的殘余下沉量較小，靠近老采空區的地表監測點殘余下沉量較大。

(3) 采用GM(1,1)模型結合D-InSAR反演結果與觀測站實測數據進行地表殘余變形動態預計能夠提高預計結果的精度與時效性，實現了老采空區殘余變形的歷史反演和未來發展預測的有機結合。

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Analysis of Old Goaf Surface Residual Deformation Regulation Based on Multi-source Data

XU Liangji,LIU Zhe,PANG Hui,WANG Zhenbing

(Faculty of Surveying and Mapping,Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)

For analyzing the regulation of surface residual deformation above old goaf, the surface residual deformation regulation above Xinhuai factory by remote sensing interpretation method and surface residual deformation monitoring is studied, and the dynamic residual deformation regulation with historical archive data and real-time data monitoring based on GM(1,1) model is predicted. According to the inversion of historical archive data. The result shows that the maximum sinkage is 100 mm from January 2009 to December 2011; the maximum residual sinkage is 55 mm from January 2012 to December 2013; the residual subsidence of surface monitoring point is stable. The research result could provide reference for the building foundation residual deformation monitoring work above old goaf.

old goaf; surface residual deformation; D-InSAR; monitoring of surface movement and deformation; GM (1,1)

徐良驥，劉哲，龐會，等.多源數據下老采空區上方地表殘余變形規律分析[J].測繪通報，2017(2)：45-48.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0046.

2016-10-10

國家自然科學基金(41472323)；安徽省對外科技合作計劃項目(1503062020)

徐良驥(1978—)，男，教授，研究方向為礦山開采形變監測。E-mail:ljxu@aust.edu.cn

P237

A

0494-0911(2017)02-0045-04