联合InSAR与数值模拟的采空区地表形变过程与机制研究

摘要

为消除矿体持续开采引发的地面沉陷灾害给矿区和社会造成的安全隐患，开展采空区地表形变的有效监测和形变机制研究极为重要。以金沙矿业灯杆树矿段为研究背景，采用时序合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术对矿区地表开展变形监测，并结合现场实际建立三维模型，通过FLAC3D模拟地下开挖过程获取采空区围岩的位移、应力和塑性区的分布规律，综合探究地下开采作用下上覆岩层和地表的形变过程和机制。研究结果表明：研究区处于不均匀形变状态，形变明显的区域主要分布在沿公路边坡所处的区域，其累积形变量在-80～20 mm范围内浮动。在采动影响下采空区围岩以剪切破坏为主，塑性区范围随开采深度增加逐渐扩张。随着采掘深度的推进，采空区顶板在自身重力和采动应力作用下，集中应力的大小、影响范围增大，对地表的扰动影响随之叠加。3次开采结束，采空区围岩移动范围逐步增大并贯通至地表引起地表形变。数值模拟与InSAR监测结果所显示的地表沉降变形结果相吻合，使模拟过程的合理性与可靠性得到证实。研究表明联合InSAR监测与数值模拟可直观反映出采空区地表形变的形成过程与机制。该方法可为类似的地下矿山采空区地表形变灾害的监测及潜在灾害预防提供参考。

关键词

地表形变 / 时序InSAR / 数值模拟 / 地下开采 / 形变过程与机制

基金资助

国家自然科学基金项目(52364020,42161067); 云南省重点研发计划项目(202003AC100002)