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[硕士论文] 严超
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国BDS(BeiDou Satellite Navigation System)正式提供区域服务和全球布网的建设,且BDS是唯—全星座播发三频信号的卫星系统,全球卫星导航系统进入多星座多频融合定位时代。多频观测值组合具有快速固定模糊度的特性,而如何充分利用BDS三频观测值,对于推广BDS应用具有重要意义。GNSS(Global Navigation Satellite System)单历元解算无需周跳探测与修复,可以在卫星失锁后快速初始化,即使在观测环境较为恶劣的条件下,其可用性要高于多个历元数据,能实现GNSS观测数据的高效利用。鉴于此,本文对上述问题进行了研究,主要问题及成果有:
  1.基于条件数法分析了单频与双频宽巷载波双差观测方程的病态性,分析表明单频与双频宽巷载波双差观测方程的病态性相当严重。对于单频数据,根据Tikhonov正则化原理,构造正则化矩阵R和确定正则化参数α,采用基于正则化解法的GNSS单频单历元基线解算模型,利用实测数据进行算法验证;对于双频数据,引入伪距观测量,先分组逐步固定宽巷模糊度,再固定基频模糊度,采用基于双频观测值的GNSS单历元基线解算模型,并利用实测数据分析不同截止高度角下的定位效果。
  2.依据先固定超宽巷或宽巷模糊度、再固定基频模糊度的思路,选择先固定(0,-1,1)和(1,4,-5)两个超宽巷模糊度,再联立两个无电离层组合,实现BDS基频模糊度固定。建立附有BDS三频约束的GNSS单历元基线解算模型,实现GPS(Global Positioning System)系统模糊度快速固定。结果表明:对于短基线,BDS三频约束模型Ratio均值为189.2,而传统模型仅为39.2,明显提高了GPS系统模糊度固定的可靠性。
  3.针对BDS系统不同星座卫星差异较大的问题,分析了零基线和超短基线中不同星座卫星的载波观测值残差、信噪比与高度角的关系,提出了基于卫地距、信噪比和高度角组合随机模型。结果表明:与传统正弦三角函数模型相比,新的随机模型虽然对于定位精度改善效果不明显,但对于4.2m、4.17km和8.84km基线模糊度解算成功率分别提升了0.1%、4.7%和1.1%,增强了解算结果的稳定性。
  4.以朱集东煤矿西一采区1222(1)工作面为研究对象,研究GNSS单历元基线解算方法在矿区开采沉陷监测中的应用。结果表明,采用GNSS单历元基线解算方法,平面点位误差外符合精度最大值为13.6mm,均值为10.6mm,平面精度基本满足矿区开采沉陷监测的要求,但高程精度略显不足。
[硕士论文] 徐梅
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿产资源的开采会对开采区域周围的岩体产生一定的破坏,根据岩体的物理学性质以及地球重力因素的影响,围岩和岩体上方的地表会产生一定的移动、变形、下沉和相对应出现的破坏。在矿区的生产实践中,为获得相关的沉陷与地表移动预计参数,在进行开采以前,根据地质采矿条件和矿区工作面的开采程度选择合适的预计函数,事先计算出开采产生的破坏对地表的影响,及时对变化情况作出反应,进而制定指导矿区生产的科学合理的方案。
  大部分矿区在生产实际中使用概率积分法来预计地表的移动和变形。但是概率积分法函数模型的系数矩阵实际上是由观测值构成的,观测值不可避免的存在误差进而使系数阵也存在误差,因此在求取预计参数时需要考虑系数矩阵的误差;同时在进行大规模的重复测量时,观测值中会混杂一些粗差或者异值,在使用最小二乘法曲线拟合求取预计参数时,受异值和粗差的影响,预计结果容易失真。针对上述出现的两种情况,本文提出了概率积分法曲线拟合模型下的总体最小二乘抗差算法。研究的主要内容和成果如下:
  1.研究最小二乘、总体最小二乘以及总体最小二乘抗差的基本原理和解算方法,通过算例分析得出总体最小二乘抗差算法能有效的解决系数矩阵误差和观测值存在粗差的情况。
  2.分析总体最小二乘抗差算法在实际测绘工作中的实用性以及利用这种算法计算概率积分法预计参数的可行性。通过介绍概率积分法的基本原理得出使用上述三种算法求取概率积分法预计参数的数学模型和随机模型。
  3.利用朱集东煤矿1222(1)工作面的地表移动观测站实测数据分别采用最小二乘算法、总体最小二乘法和总体最小二乘抗差算法进行预计参数的求取和拟合精度的评定,结果表明,通过总体最小二乘抗差算法求得的预计参数更符合实测沉陷的变化规律,且精度最高。
[硕士论文] 余礼仁
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭资源是非常重要的自然资源,在我国国民经济建设中有着重要的作用。然而矿区资源的大规模开发导致地表沉陷和环境问题日趋严重,给开采地区带来极大的生态环境风险,加剧生态环境保护压力。对煤矿区地表形变监测能有效的为煤矿安全开采以及矿区生态坏境治理提供强有力的依据。传统煤矿区地表形变监测方法由于存在费时、费力、监测成本高等缺陷,已经无法满足当前社会发展的技术需求。因此,利用现有的地表形变监测新技术对煤矿区进行沉降监测是一个值得深入探讨的方向。
  本文主要介绍基于D-InSAR和GIS技术相结合的方法对煤矿区地表沉降进行监测研究,收集了相关的资料。在介绍D-InSAR基本原理和其测量地表形变采用的基本方法基础上,分析了D-InSAR技术监测地表形变的精度影响因素。然后分别介绍D-InSAR和GIS数据处理过程,并以淮北袁店二矿为例,采用D-InSAR和GIS两者相结合的技术,对矿区地表形变进行监测研究。
  本文采用9景C波段READASAT-2数据和6景SENTINEL-1数据,将相临近的干涉对两两结合,分别进行差分干涉处理。获得了各影像对成像期间内的地表沉降分布图。然后将D-InSAR监测形变图转换坐标后导入ArcGIS软件中处理,叠加开采平面CASS图来分析地表沉降情况,并以GIS分析成果显示,包括沉降区域的提取、剖面分析和叠加分析来研究分析工作面上方的地表沉降信息。通过各期结果的验证,并与实测数据相比较,结果表明:D-InSAR技术监测获取的形变图中可以清晰的显示袁店二矿三个工作面开采期间地表沉陷区域的分布,显示的研究区沉陷位置和范围与井上下对照图基本相一致,沉陷区域与范围随着工作面下方采煤的推进而出现相应的变化。D-InSAR和GIS技术的结合能够及时有效地监测矿区地表沉陷,为矿区沉降灾害的监测预计提供可靠的依据。
  最后本文在D-InSAR与GIS相结合的基础上对数据预处理结果进行数据的后续处理分析。结合D-InSAR和GIS技术相融合的方法获取的沉降数据,采用三次样条插值与灰色预测组合模型GM(1,1)进行拟合并预测,得到了7225工作面中心区域的下沉趋势,通过分析了解矿区地表形变规律以及下阶段沉降趋势,为预防矿区重大灾害,保证煤炭绿色安全生产提供了重要的判断依据。
[硕士论文] 乔方
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着城市化进程的加快,所需要的经济建设不断加大,高层建筑、大型水利工程、矿区采空区、桥梁工程等工程设施建设不断增加。这使得对地表进行动态变形监测,成为现代研究中的重要内容。动态变形有着极其复杂的内在规律,并非单个因素干扰形成的,每个因素都有所贡献。掌握变形体的变形程度是变形监测的首要目的,根据变形程度的范围判断是否在安全系统内,如果超出安全范围就要采取方案来防止产生灾害,至此,可以看出变形监测的目的不仅仅是监测变形,更重要的是防止灾害发生,确保人身安全。
  本文重点针对位于朱集东煤矿1222(1)工作面的前圩村,对村庄进行监测,以保障村庄的安全。首先,通过建立实时自动化监测系统,获取高频的GNSS数据,时间间隔为1s。其次,利用Kalman滤波方法对获取的高频GNSS数据进行处理分析。最后,通过建立有效的预报模型,进行科学的灾害防治。文章选取采用了两种滤波方法进行实验和分析对比,分别是标准Kalman滤波算法、方差补偿自适应Kalman滤波算法。通过实验对比发现,方差补偿自适应Kalman滤波算法能更好的避免滤波发散,并且较标准Kalman滤波算法,精度较高,其预报值更加接近真实值。同时,为了确定最佳常规测量的时间间隔,文章分别采取了1天、5天、10天和15天的时间间隔进行实验,通过对不同时间尺度下的观测数据进行对比实验发现,时间间隔越短,精度越高,可以达到四等水准的精度要求,但时间间隔越短,所需的成本越高,操作难度越大,考虑以上两点,本文最终确定以10天的时间间隔作为常规测量的时间间隔。实时自动化监测系统和Kalman预报模型的建立可以更精确,更及时发现局部地表的变形情况和趋势,对地表动态变形监测的安全性有了进一步的提升。
[硕士论文] 张广汉
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:地下煤炭资源被采出后,会引起岩层和地表在时间和空间上产生复杂的移动变形,这种移动变形对矿产资源安全开采、自然环境、居民日常生活都会造成一定的影响。随着我国煤炭资源的不断开采,重复开采现象越来越频繁。重复开采是在首次开采对岩层和地表破坏的基础上,再次对岩层和地表造成破坏,地表会发生更加剧烈的移动变形。目前对重复开采的研究还不成熟,研究重复开采引起的地表移动变形规律具有十分重要的意义。
  本文以朱集东矿1111(3)重采面为研究对象,结合1111(1)首采面已有成果和1111(3)重采面的实测数据完成了:各期观测移动变形量的计算、绘制移动变形曲线图、计算地表移动稳定后主断面内由实测资料获得的基本参数。根据以上成果并结合地质采矿条件,分析了1111(3)工作面地表移动变形规律,总结该地质采矿条件下重复采动地表移动特点。本文以经典的概率积分法模型为基础,利用模矢法和遗传算法求取1111(3)工作面的预计参数和预计值,将两种方法求出的预计结果与实测值进行分析比较。分析结果得出:遗传算法的预计精度高于模矢法、走向预计结果优于倾向预计结果、下沉预计结果优于水平移动预计结果。同时通过对比发现移动盆地有边缘收敛过快的问题,因此提出了一种改进的概率积分法模型,以修正后的模型为基础,利用遗传算法重新求取1111(3)工作面的预计参数和预计值。结果表明:修改后的模型有效的解决了移动盆地边界收敛过快问题,提高了预计精度。本文的研究内容可为其他类似地质采矿条件下的矿区研究重复采动地表移动变形规律提供一定的参考。
[硕士论文] 王振兵
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着科学技术的不断革新及工程应用领域的持续扩展,对InSAR技术监测精度要求也在不断提高。由于大气水汽在时空上的不稳定特性,大气延迟相位误差的去除工作面临着严峻考验。虽然在该技术发展的道路上,不断有学者提出在大气延迟方面改进InSAR监测精度的方法,如利用GPS数据、MERIS/MODIS近红外水汽数据及一些地面气象监测数据等外部数据去除大气影响,或利用一些改正模型进行延迟相位的估计等方法去除大气水汽延迟误差,但至今仍没有一个统一的改正方式来去除大气延迟相位的影响。本文所研究的利用空间插值的方法去除大气紊流层的影响,提高InSAR技术的监测精度,对应用于煤矿区地表沉降监测上有一定的实用意义。
  本文主要在InSAR中大气水汽延迟改正方面,从利用反距离权重法和普通Kriging插值两个空间插值方法方面对大气紊流层影响进行了改正研究。并以袁店二矿矿区地表沉降作为研究对象,本文的主要研究内容如下几点:
  1.首先论文中利用反距离权重法的空间插值方法对大气水汽延迟相位在InSAR中的影响进行改正,并利用三等水准观测数据进行了改进结果的验证,结果表明,改正后地表形变监测数据比改正前的地表形变监测数据更为与水准监测数据一致,在InSAR技术监测缓慢微小地表形变方面平均改善程度有较大提高。
  2.其次选取紊流层大气相位函数时,分别运用了指数模型、球面模型、高斯模型三种变异函数模型,通过结果对比分析,最终选取了高斯变异函数模型。并在监测区域选取了相干系数相对较高的样本点,并将这些样本点插值到整个干涉图中,利用基于高斯变异函数模型的克里金插值算法将紊流层大气延迟相位插值到整个干涉空间,之后将紊流层大气延迟相位去除。并将反距离权重法与克里金插值法两种校正方式结果与水准测量数据对比分析及进行可靠性验证,从得出的结果中可知,在此监测区域前者的改正效果要优于后者的改正效果。
  3.最后利用D-InSAR融合ArcGIS技术对淮北矿业集团某矿的雷达遥感数据进行的地表形变分析,主要分析了随着时间的推移,同一矿区的地表所发生的沉降变化。随后选取了淮北矿业集团某矿在此期间进行煤层开采的7225开采工作面,并对其开采期间的地表沉降规律进行了精细化分析,随后利用水准观测数据验证大气改正前后InSAR的监测精度,从结果中可知,在形变量较大区域,大气延迟改正后的监测结果变化并不明显,而对于长期微弱缓慢形变区域,大气延迟改正后监测结果的精度具有明显提高。
[硕士论文] 石长伟
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭资源是我国国民经济和社会发展的基础性能源与重要原材料。近年来,由于煤炭资源的高强度开采,所造成的地表沉降和环境问题也日益显现,为满足矿井安全开展‘三下’采煤工作的需要,恢复与重建矿区生态环境,对矿区的地表移动沉陷进行持续的监测显得极为重要。对于传统的地表监测方法来说,其工作周期长、劳动强度大且覆盖面积也有限,不能适应矿区生产的要求。随着我国第三代“北斗”卫星导航定位系统的组网,GNSS技术的精度得到了很大的提高,与之相关的自动化监测设备、CORS-RTK技术等在矿山测量中应用也得到了推广。受矿区地理环境的影响,地表移动沉陷的规律也较复杂,同时,由于GNSS技术受高程精度限制较大。因此,本文针对朱集东矿1222(1)工作面的地表移动变形规律及探究CORS-RTK技术在矿山测量中应用的精度及RTK高程、高差代替四等水准测量的可行性。本文所做的工作和成果如下:
  通过对朱集东矿1222(1)工作面进行资料收集、选点埋石、外业数据采集、数据整理等工作,结合矿山开采沉陷理论及矿山开采沉陷综合数据处理与分析软件MISPAS软件、HGO等进行外业数据进行计算及分析,求取地表移动变形参数,绘制了地表移动变形图,分析了地表移动变形规律等。
  通过对1222(1)工作面附近村庄的监测点观测,结合“三下”采煤的相关理论和要求,求取村庄监测点的移动变形量,采用村庄三维变形显示系统软件简称“3DMS软件”对村庄监测点的移动变形进行可视化显示,在此基础上分析村庄变形规律及变形趋势。
  通过对高程系统理论知识的学习,对高程转换模型进行研究,建立了二次曲面模型、多面函数模型、BP神经网络模型三种高程转换模型,并采用1222(1)工作面前期静态数据训练,验证了高程转换模型的精度和可靠性,在此基础上对外业采集的CORS-RTK数据进行高程转换,将转换后的高程、高差与四等水准测量的高程、高差进行对比,探究了RTK高程在矿山开采中代替四等水准测量的可行性。
[硕士论文] 蒋正
地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:露天矿边坡稳定性受多种因素的影响,不同边坡体在边坡稳定性分析中有着独自的特点。有针对性的对露天矿边坡进行合理有效的分析评价,有利于保障矿区生产活动的安全有序进行,有效的节约矿产开采成本,以达到良好的经济效益。广德县青岭页岩矿由于经过多年的开采,边坡的安全形势已经十分严峻,本文根据广德县青岭页岩矿的现状来展开研究,通过对矿区的地质勘察,对矿区边坡结构面的调查获取了前期的基础性的资料,并通过矿区的现场试验取得了岩体力学参数,根据Hoek-Brown准则对实验测得的边坡岩体力学相关参数进行修正。根据边坡的不同情况有针对性的进行研究分析,利用matlab软件对边坡体结构面进行统计分析绘出结构面分布直方图,得出优势结构面,利用赤平投影方法定性的对边坡稳定性进行分析,对Ⅰ区边坡采用弹性板理论进行溃屈分析与数值模拟分析,取得了很好的效果。
  将矿区分为四个区域的边坡体来进行分类研究可知:Ⅰ区边坡体为历史遗留边坡,坡体较高,为该去研究的重点边坡。基于其地质构造的特点采用了弹性板理论进行溃屈分析与数值模拟的方法,得出边坡在正常工况下处于极限平衡状态,地震和暴雨工况下,有可能发生滑移-弯曲破坏的结论;Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅵ区运用赤平投影方法得出边坡边坡发生楔体滑动的可能性较小,但Ⅰ区边坡在暴雨工况下需要引起重视;对于Ⅵ区可能产生局部楔体滑动的结论,并根据各区域边坡的稳定性情况给出了建议。
[硕士论文] 汪武
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:断裂带是一种具有潜在危险性的地质构造,存在很强的活动性和不稳定性,因此对于断裂带特征的研究和探讨是一个持久的课题。舜耕山断裂带位于淮南地区的南缘,在淮南煤田的南部边界,同时淮南区域也是华北板块和华南板块的交界处。通过对舜耕山断裂带的研究,为淮南煤田的开发利用以及工程建设提供依据,对揭示板块运动演变规律也有着重要的地质意义。
  本文基于淮南地区地质概况,介绍了高密度电法的相关技术原理和断裂带探测的理论基础;数值模拟了不同装置、电极距、不同倾角、断层宽度、富水性等情况下的断层探测;通过舜耕山现场电法勘探试验成果分析研究了断层电性响应特征,进而探究了舜耕山断裂带构造信息特征。主要得到了如下结论:
  (1)数值模拟具有一定的效果,依据电阻率反演剖面能有效判别断层基本正逆属性,可对地层进行良好的分层。温施装置模拟装置模拟效果最好,断层及地层电性响应特征明显。小电极距探测分辨较高,但限制了勘探深度。倾角的准确判定存在困难,相对小倾角断层电性响应较好。不同断宽模拟结果显示断层宽度值与所建立模型断层宽度吻合较好。正断层对富水性响应明显,逆断层富水性模拟剖面中富水特征不明显。表层介质相对高低阻差异在层厚分辨和倾角上电性响应特征不同。断层落差值判定具有难度,落差变化的电性响应特征不明显。总之,数值模拟整体上对断层的电性响应特征良好,但个别断层要素的响应不好,需要进一步深入研究。
  (2)基于现场试验结果分析表明:应用高密度电法探测舜耕山断裂带的总体效果良好,不同装置和不同电极距对断层异常探测分辨有所不同。温施装置对断层探测效果较好,3m和5m电极距断层探测效果相似,小电极距探测对断层及地层分辨效果相对较好,对异常的探查精度较高,但勘探深度没有优势,在实际探测过程中,应结合具体探测要求合理选择电极距进行探测。
  (3)舜耕山断层原则上为逆冲推覆断层,探测区断层走向为近东西向,结合三个试验区电法勘探成果图,主断层出露地表点连线合成的断层走向曲线图显示断层为近似东西走向。综合所有探测剖面,大致确定舜耕山主断层倾角近似分布在60°-75°之间,倾向向南,随着断层向深部发展,倾角有变缓趋势。断层上下盘落差大于l0m,受限于勘探深度,无法对落差值进行准确判定。舜耕山断层结构特征相对复杂,需结合此探测区相关地质资料和不同的探测技术及方法进行综合评价。
[硕士论文] 孙斌杨
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤层开挖过程中,采场覆岩变形破坏特征是矿井安全生产的一项重要参数,需要利用相应的技术手段对其进行精确探测,为生产提供有效的技术支撑。文章利用数值模拟对采场覆岩变形破坏进行研究,并基于岩体破坏后自身物性差异,通过分析采场覆岩应变场、地电场响应特征,提出采用BOTDR和电阻率CT对其进行现场监测,所获得的动态测试效果显著,适用性强。
  依托内蒙鄂尔多斯盆地色连二矿12309工作面开采地质条件,通过FLAC3D构建3-1煤覆岩变形破坏的数值模型,根据3-1煤实际回采进度进行采动破坏特征模拟。结果表明:开挖初期顶底板卸压区域呈拱形分布,并且随着开挖距离的加大,拱形半径和范围也在不断加大;后期由于顶板岩层垮落,重填压实采空区,卸压区域的拱形特征逐渐消失。采场覆岩应力状态呈“马鞍状”分布,主要承受剪切破坏,导水裂缝带发育高度为59.2m;覆岩位移量随着开挖持续增加,最大可达0.083m。
  基于3-1煤地质条件及数值模拟结果,合理布设井下监测系统。利用分布式光纤传感测试技术中的布里渊光时域反射测量技术(BOTDR)和二维并行电法中的钻孔电阻率CT对3-1煤层开采过程中覆岩变形破坏的应变场、地电场进行综合测试研究。结果表明:煤层回采过程中,覆岩变形破坏优先发生于弹性模量较小的岩层以及软硬岩层分界面附近;超前应力影响范围为30m,煤层项板上方17.5m-34.5m为关键层所处位置,覆岩垮落带发育高度为17.5m,导水裂缝带发育高度为54.5m;3-1煤层平均回采厚度为2.5m,则垮落/采厚比为7倍,裂高/采厚比为21.8倍。
  综合采用三种技术方法(FLAC3D、BOTDR、电阻率CT)对3-1煤层回采中覆岩变形破坏规律进行研究,所得技术参数在误差范围内基本一致。三种方法的相互佐证,较单一方法的应用,大大提高了测试结果的有效性和准确度,可为矿井水害的防治、巷道围岩失稳、保护煤柱的留设等提供一定的技术支持,为矿井安全高效的生产提供保障。
  然而受测试条件所限,利用光纤及电法进行现场测试时仍需解决相关问题,包括钻孔传感系统布设时的注浆耦合、钻孔参数优化、传感单元的选型以及数据定量精细化解释等需要得到进一步研究。
[硕士论文] 李楠
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)作为矿区采动地表变形监测的一种重要方法,凭借其全天候、全天时、强大的透能力、以及快速获取实时、高精度、大面积沉陷盆地范围形变场等优势,弥补传统技术监测矿区沉陷的不足,为国内外学者研究矿区开采沉陷时空变化规律提供十分重要帮助。然而传统单视线向D-InSAR技术仅能获取视线向(LOS,Line of Sight)变形值,其监测结果不能反映真实三维地表形变,容易造成对地表形变监测信息的误判或漏判,严重制约D-InSAR技术在矿山变形监测中的推广及应用。针对此问题,本文融合单视线向D-InSAR成像原理与矿山开采沉陷预计理论,开展了基于单视线向D-InSAR的矿山地表移动与变形监测方法研究。取得主要成果如下:
  (1)分析研究了当前矿山InSAR监测的国内研究现状。文献研究表明,目前基于SAR的矿山变形监测技术在广适应开采沉陷监测模型、全部概率积分预计参数反演方法、开采沉陷大变形梯度监测理论等方面存在明显不足,严重制约了InSAR技术在矿山变形监测领域的推广和应用。针对上述不足,本文聚焦“基于单视线向的矿山开采监测方法”为研究内容,制定了详细研究方案和研究技术路线。
  (2)通过理论、实验和模拟方式剖析了当前矿山InSAR变形监测方法存在的不足。当前基于单视线向D-InSAR监测仅能捕获采动地表LOS向变形,并不能准确的监测采动地表三维变形。同时开展了基于二轨法的D-InSAR验证实验,成功获取了顾桥南矿1613工作面2017年10月23日至2018年1月15日的历史形变场。实验结果表明,在D-InSAR容许的形变梯度范围内,可采用常规D-InSAR技术监测沿LOS向的移动变形。在矿山地表三维变形监测理论与技术方面,一方面分析了传统三维变形监测方法不适用于矿山沉陷监测的原因,另一方面通过理论推导和实验验证D-InSAR LOS向变形本质为下沉、东西方向水平移动和南北方向水平移动沿LOS向投影的矢量之和。为后续开展基于单视线向InSAR的开采沉陷监测方法研究提供理论支持。
  (3)构建基于单视线向D-InSAR技术的倾斜煤层开采地表移动变形提取模型。本文通过分析卫星回访经过目标沉陷盆地上方成像过程及SAR影像像元阵列分布情况,寻找D-InSAR LOS向变形与下沉、南北方向水平移动和东西方向水平移动关系,结合倾斜煤层开采沉陷规律,在假设影像第一行、第一列水平移动为零的情况下,构建基于单视线向D-InSAR技术的倾斜煤层开采地表移动变形提取模型。以淮南煤层地质采矿条件为背景,以TerraSAR-X数据为例构造了模拟实验,模拟实验表明,本文构建的模型能够较为精准的提取矿区开采引起的下沉和水平移动。以淮南顾桥南矿1613工作面与Sentinel-1A数据为例,对本文构建的模型进行了工程实例应用,结果表明本文构建的模型可以从D-InSAR LOS向变形场中较为精准的提取下沉和水平移动。最后利用构建的模型,成功地监测了20171023-20180115时段顾桥南矿1613工作面开采引起的超前影响角,并对其超前影响角规律进行分析与精度验证,结果表明,利用本文建立的模型反演的下沉值可较为准确地求取矿区超前影响角。
  (4)构建基于单视线向D-InSAR的模拟退火法概率积分参数反演模型。概率积分参数反演是融合概率积分法模型与单视线D-InSAR监测开采沉陷的难点。本文通过分析D-InSAR LOS向变形与矿区三维变形之间的投影关系,结合矿山开采沉陷概率积分法预计模型,基于非线性规划理论,构建基于单视线向D-InSAR的模拟退火算法概率积分参数反演模型。以淮南煤层地质采矿条件为背景,以TerraSAR-X数据为例构造了模拟实验,模拟实验表明,利用本文建立的模型可较为准确的求取矿区全部概率积分参数,并具有较好的抗差性能。最后以兖州南屯矿区9310工作面和TerraSAR-X数据为例对本文构建的模型进行工程实例应用,结果表明,利用本文构建的模型可较准确的求取工作面全部概率积分参数。
[硕士论文] 庞会
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭开采引发的地表沉降,对自然坏境和地表建筑物造成重大损坏,因此,矿区地表移动与变形的监测与预计工作意义非凡。在地表沉陷监测中,D-InSAR观测技术对比于常规的监测方法有全天候、精度高等优势,但实际应用中受干涉对的时间基线过长、空间距离较大等因素的限制,使得D-InSAR应用在监测矿区地表形变时有局限性。CR-InSAR可以在一定程度上解决失相干的难题,在监测矿区地表形变领域具有不错的前景。本文采用InSAR技术对研究区域地表沉降实施观测,反演出地表形变的演化进程,并对移动变形规律展开研究。本文的主要研究内容和成果如下:
  (1)基于D-InSAR对研究区地表沉降开展监测与分析。对5组数据型号为RADARSAT-2的干涉对在SARscape软件中做差分干涉处理并得到形变信息,再将形变图导入到ArcGIS中展开空间分析,获取工作面走向线的沉降断面图及整个区域的沉降等值线图,以定量直观的形式展示。结果显示,监测结果与工作面开采进度、注浆开采方式等实际情况相一致。
  (2)根据研究区的情况,课题组研发设计了一种便携式的卫星信号增强装置,并在研究区进行布设、安装,利用CR-InSAR技术实施地表监测实验并分析。结果显示,CR-InSAR技术与D-InSAR技术得到了相近的形变结果,进而验证了其可靠性和有效性。
  (3)对实验区的地表移动形变规律进行探索分析,首先基于D-InSAR技术提取工作面监测点的下沉值、下沉速率、倾斜变形值及曲率变形值,并与水准实测数据对比分析。并采用MAI技术提取方位向形变量,分析发现同一干涉对分别经过D-InSAR和MAI数据处理流程后,形变图的相干性存在差异。然后将差分干涉形变图导入ArcGIS软件处理分析,得到了三个时间段内的地表移动盆地边界范围并求取了工作面开采的超前影响角及地表移动盆地的边界角等移动参数。
  (4)通过遗传算法计算移动预计参数,首先根据经验值设定一组参数,计算得到下沉值和水平移动值;而后以求得的下沉值、水平移动值作为初始值,使用遗传算法计算出预计参数。计算结果再与经验值对比,说明了遗传算法在演算预计参数方面的有效性及可行性。
[硕士论文] 张开弦
地质工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:我国华北型煤田内煤系地层普遍被厚松散层所覆盖,松散层底部存在一层以非胶结砂土与砂砾等为骨架的承压含水层,对煤矿的安全生产构成严重威胁。通过对此地区大量开采水害事故的研究分析发现,许多突水事故与含水层富水性、承压水下采煤覆岩破坏规律及覆岩破坏影响因素有着密切联系。
  故本文以宿州祁东煤矿为依托,在充分收集整理祁东煤矿地质、水文地质资料的基础上,首先分析了研究区内松散层底部含水层空间分布规律;然后选取多个含水层富水性影响因素进行分析,利用地理信息系统(GIS)的强大空间分析功能和模糊层次分析法对祁东煤矿“四含”富水性进行了重新评价,最后选取了祁东煤矿26-27#勘探线上的2713钻孔71煤层及顶底板沉积岩体结构为对象,借助FLAC3D数值模拟软件,进行了松散承压含水层下开采覆岩应力-位移-破坏规律及其变形破坏的控制因素的研究。具体研究成果如下:
  (1)选取了“四含”有效厚度、构造发育密度、钻孔冲洗液消耗量、渗透系数和单位涌水量这5个富水性主控因素,利用模糊层次分析法得到了5个主控因素对于富水性分区的权重系数值,分别为0.18、0.19、0.215、0.2、0.215。
  (2)重新评估了祁东煤矿四含富水性等级;总体可概括为:富水性强区位于祁东煤矿南部以及东部零星区域,富水性中等区位于祁东煤矿南部除去富水性强区的剩余区域以及正北方向零星区域;富水性弱区位于祁东煤矿中部,横跨东西方向且紧邻富水性强区,富水性极弱区位于祁东煤矿的北部边界处,分布区域较窄且被富水性弱区的边界一分为二。
  (3)通过数值模拟分析得出,加快工作面推进速度能够有效减少顶底板岩层移动变形量,能有效提高采动覆岩结构完整性;加大工作面斜长和采高,会使围岩控制难度加大,采场支护系统要求变高,突水风险相对增加,承压水压力越大,覆岩变形破坏越严重,断层会致使采空区顶板破坏高度和塑性区范围增加,覆岩的隔水能力也会遭到不同程度的下降,增大顶板突水风险。
[硕士论文] 黄旭
测绘工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:高频GNSS因为可以全天时、高精确度地收集监测站的位移数据,在煤炭安全生产中得到非常广阔的应用。采矿区地表变形GNSS观测的数据是是频率域中的低频与高频数据组合而成的时间序列数据[1]。现在对于GNSS观测数据的一些分析,是由时域分析和频域分析两大方面组合而成的。频域分析又叫做谱分析[2],本文从谱分析的角度出发,基于唐家会煤矿GNSS观测数据,通过傅立叶变换将其转换到频域空间,经过谱分析可提取各种周期项信息,分析这些周期变形的激发机制,同时对监测过程中数据突变产生奇异点的信号,通过使用小波,可以更好的监测煤矿安全开采过程中的变化状况。文中主要的研究内容如下:
  (1)总结了GNSS变形监测的一些优点和使用现状,而且对当前使用比较广泛的数据处理方式方法进行了很好的的介绍。
  (2)联系唐家会煤矿自动化监测系统,全流程的叙述了其数据采集处理程序,并对GNSS系统进行了较为具体的的说明。
  (3)对唐家会煤矿监测数据进行低频谱分析。首先通过傅立叶变换将时域数据变换到频率域中,计算出其一些峰值对应频率及相关的振幅和初相,对一些影响比较大的量的全周期波以及半日波信号,运用多方面分析,而且针对半日波产生的一些因素不能很好的具体指出,建立四参数模型进行具体讨论。得出全周期波的影响因素主要是地下开采作业导致的,且变形的量与地下作业推进量成正相关。温度对沉降变化低频部分产生影响且影响量在5.5cm左右,多路径影响可以忽略不计,只在降雨天气产生一定的影响。
  (4)对监测数据的高频部分的奇异点利用小波对出奇异点进行精确定位,得出影响的数据点位为[123,213,402,501,781,1110,1440,2150,3010,3415,3790,4875,5415,5670,6820,8255,9700,10290]这些点位所在的时间都分布煤矿0时到上午8时,8时到14时的共5个放炮工作段,找出导致产生奇异点的影响因子为煤矿的放炮作业。
[硕士论文] 卢礼
测绘工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:小波分析作为一种现代数据分析方法,因其在时频两域具有优良的局部化特性和多分辨率分析能力,所以可以聚焦信号的任一细节并且对其进行分析,提取信号的细微变化,被誉为“数学显微镜”。煤炭开采引起的地表塌陷严重影响了人民的生命财产安全,在矿区地表建立实时的GPS自动化监测系统能够获取实时的变形信息,为矿区的安全生产提供保障。将小波分析应用到GPS自动化监测系统得到的变形数据序列的处理中,具有重大的理论意义与实际意义。
  本文在详细讨论了小波变换的基本理论和数据处理方法的基础上,利用离散小波变换的多分辨率分析对自动化监测的变形序列进行多尺度分解与重构,提取变形趋势项和周期项,为分析地表移动变形规律提供了有价值的信息。同时,对分解的小波系数进行阈值处理,过滤变形序列中存在的噪声,从而得到了实际的形变量,使得更加准确分析地表移动变形。最后,利用小波包分析对变形数据序列进行奇异性分析,探测变形序列中存在的奇异点以及奇异发生的时间。本文将小波分析应用到矿区GPS自动化监测数据序列的分析中,得出了良好的效果,丰富了矿区地表移动变形监测数据处理的方法。
[硕士论文] 方翔宇
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:孙疃矿位于华北型煤田,通过对矿区工程地质条件以及水文地质条件的分析,矿区的地质构造较为复杂。太原组灰岩水弱至中等,水压较高,富水性不均一,对10煤层开采具有一定的突水危险性。此外,该矿井的内部构造发育,裂隙较复杂,一定程度上破坏了隔水层的完整性,增强了煤层与太原组灰岩含水层之间的水力联系,所以在10煤层的开采工作中,底板突水问题是安全生产一大威胁。
  文章通过分析钻孔资料与结合矿井实际生产情况后,采用FLAC3D软件模拟了10煤开采过程中煤层底板的破坏情况。得到了煤层倾角为10°、工作面宽为180m时开采过程中的最大破坏深度可以达到16~18m。
  在对煤层底板开采的影响因素进行逐一分析之后,选取了含水层富水性、含水层水压、隔水层等效厚度、隔水层脆塑性岩厚度比、断层密度、断层交点与端点以及断层规模七个因素作为评价底板是否突水的主控因素。对每一个主控因素通过GIS软件生成了各影响因素的专题图以及归一化图,从专题图以及归一化图中可以清楚地看出每一个因素的影响特征。
  利用AHP方法构建包含以上各个影响因素的判断矩阵,通过矩阵计算得出影响因素对目标的各自权重,进而建立10煤底板灰岩突水预测评价模型。同时通过GIS的强大的空间处理功能对各个专题图进行叠加,生成10煤底板突水脆弱性评价分区图并且确立了脆弱性指数的分区阀值,将研究区10煤的底板突水危险性合理地划分为以下五个等级:安全区、较安全区、过渡区、较危险区、危险区。得出结果:该矿井的突水危险区以及较危险区主要分布于矿井的北部与南部。
  最后选取了实际的涌水点投影到脆弱性评价分区图上进行模型的检验,结果发现拟合情况较好,说明建立的脆弱性指数法模型符合实际情况,评价结果比较理想,可以用来作为生产实际参考。
[硕士论文] 周腾飞
测绘工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着测量技术的不断发展,三维坐标转换在矿山测量、工程测量、GNSS、摄影测量及三维激光扫描等领域应用愈加广泛,人们对于测量成果精度的要求也越来越高。传统的三维坐标方法逐渐不能满足人们的要求,以经典线性Bursa-Wolf模型为例,其仅适用于旋转角度较小的情况,而对于大旋转角,线性Bursa-Wolf模型求解的转换参数会严重失真,甚至求解出的转换参数完全不能使用,从而导致转换失败。传统三维坐标转换模型主要是基于经典最小二乘(least squares,LS)原理,通过构建Gauss-Markov模型求解转换参数,仅考虑了观测向量中存在的随机误差,而系数矩阵中含有的观测值使得系数阵中也会存在随机误差,Gauss-Markov模型并没有顾及到这一方面。然而目前大多数的坐标转换问题,仍依赖于传统的坐标转换模型和方法,转换参数精度偏低,在理论和应用上的局限性越发明显。
  整体最小二乘(Total Least Squares,TLS)能兼顾观测向量和系数矩阵中的随机误差,对模型进行整体考虑以及全面分析。TLS也可以拓展为加权整体最小二乘(weight total least squares,WTLS)估计,以解决观测值不等精度的问题。本文首先通过介绍三维坐标转换基本原理,引出转换参数的线性模型和非线性模型,探讨了基于Newton-Gauss加权整体最小二乘的正交约束模型的两种解法。
  在三维坐标转换中,由于环境、人为等影响因素的存在,往往观测值中会混入粗差,经典LS,TLS,WTLS对粗差没有很好的抵抗能力,常常会由于粗差的存在,导致模型扭曲,转换参数求解失败。传统三维坐标转换的RWTLS算法应用残差来构造权因子函数,并不能顾及到结构空间抗差。本文基于中位数法计算单位权中误差和利用标准化残差构造权因子函数,推导出了一种基于Newton-Gauss加权整体最小二乘正交约束模型的抗差解法(Robust weighted totalleast squares with constraints,CRWTLS)。通过算例分析,表明算法的稳健性较好,较现有研究,新算法在处理含有粗差污染的问题上具有一定优势。
  在目前的三维坐标转换软件市场中,缺少采用抗差估计求解转换参数的相关软件。基于本文理论基础,笔者开发了CooRTLS-高精度坐标转换软件V1.0。CooRTLS-高精度坐标转换软件V1.0提供椭球内转换、椭球间转换、局部坐标系统转换、三参数求解、四参数求解、七参数求解、十三参数求解、换带、带号计算、高程拟合等功能,基本囊括三维坐标转换所有需求,可为用户提供高精度三维坐标转换功能。
[硕士论文] 邵彬彬
土木工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着深部煤矿的不断开采,遇到各种复杂的地质环境,深部岩体的力学行为已经成为一个关乎民生大计的重要课题,也将是未来岩体力学研究的热点及重点领域之一。另外,在能源、地质、土建等其他关乎民生大计的地方,例如核废料的深层埋置、石油及天然气的地下开采及存储以及地热资源的开发与利用等都涉及到高温下岩石的力学特征。因此,研究高温下岩石的力学性质,特别是高温下岩石的动态力学性能,将会对今后的工程实践与理论研究产生巨大的意义。
  本文通过SHPB高温实验装置对不同温度下的煤矿深部砂岩进行了动态冲击压缩实验及动态劈裂拉伸实验,分析了砂岩峰值应力随温度变化的规律以及砂岩的破坏情况,研究了砂岩的动态力学特性;同时对不同温度的砂岩岩样进行SEM和XRD实验,观察了试样的断口形貌,分析了岩样的组成成分。主要研究内容和成果如下:
  (1)在常温(20℃)~700℃下对砂岩进行0.3MPa、0.5MPa和0.7MPa三种冲击气压下的动态单轴压缩实验,分析了砂岩峰值应力随温度变化的规律,随温度的变化砂岩的峰值应力大致经历平缓-上升-下降三个过程。从试件的破碎情况图中也可看出,每种温度类别下,随着冲击气压的增大,砂岩的破碎程度也加大,由完整的短圆柱体破坏为块状或粉状。
  (2)在常温(20℃)~700℃下对砂岩进行0.3MPa、0.5MPa和0.7MPa三种冲击气压下的动态劈裂拉伸实验,得出随着温度的上升,砂岩的峰值抗拉强度表现出由上升到下降的过程;随着冲击气压的增大,砂岩试件的应变率也在增大,在时间为50~300μs应变率形成一段较为平稳的平台。
  (3)对砂岩岩样进行SEM和XRD实验,观察了试样的断口形貌,分析了岩样的组成成分,分析了砂岩成分随温度的变化情况,得到砂岩岩样在温度—应力共同作用下的裂纹扩展规律。
[硕士论文] 李盟盟
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着国民经济的飞速发展,我们国家对煤矿等资源的需求亦在日益增加,然而,伴随着矿难的频频发生,无时不为我们敲响警钟。因此,对煤炭开采过程中平面坐标系统精确建立的要求也越来越高。矿山井下开采过程中的井上下联系测量、平面控制测量等成果的精度又直接与矿山安全和经济效益相关,所以,论文主要对矿井联系测量内业解算及对井下加测陀螺边平面控制测量数据处理的进行了如下分析:
  对于矿井联系测量中的一井几何定向、两井几何定向、一立井采用陀螺经纬仪定向的作业方法及过程进行了详细的阐述;然后借助Matlab软件和AutoCAD软件实现了基于间接平差的一井定向、两井定向的内业解算算法及实现陀螺经纬仪定向的内业解算,对《矿山测量学》课本上的内业解算方法进行优化,用仿真数据进行验证,达到了提高矿井联系测量内业解算的效率与精度的目的;最后,根据实现的内业解算算法,在Visual Studio2015平台下基于C#语言实现矿井定向系统软件的开发。
  论文针对井下平面控制测量的数据处理做了大量的研究工作。首先详细推导了将陀螺方位角作为观测值的严密平差模型,并给出不加测陀螺边经验定权及加测陀螺边后作为坚强边、经验定权、基于网型结构的自适应定权(文献[7]方法)、Helmert方差分量估计五种不同定权方法。
  其次,通过对仿真的三组不同方向直伸型附合导线进行平差处理。分析导线数据处理结果可知,直伸型附合导线中加测陀螺边可提高导线的点位精度,其中对于单一附合导线的平差处理采用经验定权法综合精度最高,因此,对于单一附合加测陀螺边导线的随机模型应首选经验定权法。
  对于采用相同仿真观测数据的多余观测数不同的闭合导线进行数据处理。结果发现,无重复点的闭合导线中,100组仿真数据中Helmert定权法出现负方差的有88组,能满足迭代收敛的仅为12组,且精度较差。而待定点全部重合和部分重合时,迭代收敛的分别有84组和83组,且综合精度为几组定权方法中精度最高的,综上所述,认为多余观测数量多时才能较好满足验后方差估计的可估条件,这时利用Helmert验后方差分量估计定权得到的平差结果才更加可靠。
  最后,通过井东煤业工程实例进行数据处理,对比不同定权方法的精度,验证了在多余观测量较多的情况下,Helmert方差分量估计定权法的优越性。
[硕士论文] 桂祥
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:长期以来,煤炭一直是我国的主要能源供应。随着浅部资源的开采殆尽,国内绝大多数的煤矿均已进入深部开采阶段。而深部开采面临着高地应力、高巷道变形等挑战,所以对深部煤系地层的工程地质条件进行分析评价对于煤炭的深部开采有着重要的现实意义。相比于获取煤系地层工程地质信息的常规方法,煤田地球物理测井方法具有测定方法简单,成本较低,携带信息量大的优势。因此,开展测井资料工程地质信息解译研究不仅具有一定的理论意义,也有较大的应用价值。
  本文通过对潘集外围勘查区勘查钻孔测井资料及岩芯的收集整理、岩样的物理力学测试,获取了几乎覆盖整个研究区的钻孔煤系地层岩石测井资料和工程地质信息,采用数理统计分析方法,建立了研究区煤系地层岩性的测井识别模型、岩石的密度和孔隙度等物理性质参数的测井预测模型、岩石单轴抗压强度和抗拉强度等强度参数的测井计算模型以及岩石弹性模量和泊松比弹性参数的测井预测模型,并对其进行验证分析,得出所建模型具有较高的预测精度。
  利用建立的岩石力学性质参数测井预测模型对未进行岩石力学参数测试的钻孔进行了力学参数预测,绘制了研究区煤系地层岩石力学参数剖面图以及13-1煤层顶板的抗压强度和弹性模量等值线图,结果表明能够利用建立的测井计算模型进行工程地质信息的预测。
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