[发明专利]一种基于InSAR技术的矿区开采监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于InSAR技术的矿区开采监测方法。

背景技术

随着对煤炭资源需求的不断增长以及资源日益减少之间的矛盾越来越突出，在利益的驱使下，许多地区出现了没有经过批准和规划的矿区开采现象。这种开采不仅会导致资源的破坏和浪费，妨碍国家对资源的有序管理，同时还会产生许多不明采空区，容易发生突水事故，从而威胁到矿山及工作人员的生命财产安全。此外地下开采会导致地表发生下沉和变形，使采空区上方的建筑物和构筑物发生变形破坏。因此如何准确地获取地下采空区的深度H，中心点坐标(X_c,Y_c)，采空区走向长D₃、倾向长D₁、开采厚度m、走向方位角等信息，实现对地下煤炭资源的开采进行精确监测，显得尤为重要。

为了实现对矿区开采的监测，目前主要的手段有传统的矿政人员定期或不定期巡查、探地雷达探测采空区、微震探测技术、InSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar，简称InSAR）技术监测等，但是这些方法都有很大的局限和不足。传统的矿政人员巡查随机性大，代价较高，效率较低；探地雷达和微震技术由于其工序复杂，监测时间较长，成本较高等限制致使其对国家监管部门而言不适用，InSAR技术以其全天候、全天时、覆盖范围广、成本低、精度高等优点，将其应用于矿区开采监测不仅可以降低监测成本，同时由于其覆盖范围较大，可以实现大范围的监测，提高了监管效率。但是传统的基于InSAR技术的监测方法，是将InSAR监测的形变场与监管部门登记的合法的开采区对比，得出矿区开采区域信息，但是只能得到矿区开采的大致位置，对于地下采空区具体信息则无法获取，从而无法满足国家监管部门对开采矿区定量精细化监测的要求。所以，迫切需要一种既利用InSAR技术的优点，又能获得矿区开采区域地下采空区的详细参数信息的方法。

发明内容

本发明提出了一种基于InSAR技术的矿区开采监测方法，其目的在于提供一种低成本、大范围的矿区开采精细化监测的方法，克服现有的开采监测方法成本较高、效率较低且无法获得开采工作面参数详细信息等缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于InSAR技术的矿区开采监测方法，首先通过求取与待监测矿区临近的矿区的概率积分法模型系数，利用InSAR技术获取的开采矿区雷达视线向形变场，将待监测矿区工作面的长度、宽度、厚度、开采深度、走向方位角、中心点坐标作为未知数与求取的临近矿区的概率积分法模型系数带入概率积分法模型，利用遗传算法搜索得出待监测矿区的工作面的参数值；把遗传算法得到的工作面参数值作为模式搜索法的初始值，经过迭代搜索，最后得出待监测矿区的准确采空区参数值，包括采空区的中心点坐标、走向长、倾向长、开采厚度、开采深度及走向方位角。

该方法具体操作步骤如下：

步骤1：利用InSAR技术获取待监测的开采矿区经过地理编码后的雷达视线向形变场，即LOS；

所述地理编码，是指将雷达影像坐标系转换到通用横轴墨卡托投影（Universal Transverse Mercatol projection，简称UTM）坐标系；

步骤2：利用临近矿区的采空区参数和观测值求取临近矿区的概率积分法模型系数；

其中，临近矿区的采空区参数包括采空区走向长D3、倾向长D1、开采厚度m、开采深度H、走向方位角，观测值包括利用水准仪、全站仪或GPS测量的临近矿区中任意点的地表垂直下沉值W和水平移动值U；

概率积分法模型中任一点的下沉和水平移动预计公式如下：

其中，(x,y为地表任一点的坐标，erf为概率积分函数，其形式为u为积分参数，W₀为该地质采矿条件下的最大下沉值，W₀＝m·q·cosα，α为煤层倾角，为主要影响半径，L为倾向工作面计算长度，D₁为工作面倾向斜长，l为走向有限开采时的计算长度，l＝D₃-s₃-s₄；

求出临近矿区的概率积分法模型的系数：

包括下沉系数q，取值范围为0.01～1；

下山拐点偏移距、上山拐点偏移距分别为s₁、s₂，取值范围均为0.05H～0.3H；