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A review of monitoring,calculation,and simulation methods for ground subsidence induced by coal mining

International Journal of Coal Science & Technology 2023年第3期10卷 1-23页

作者： yinfei cai Yutian Jin Zuoyang Wang Tao Chen Yaru Wang Weiyu Kong Wu Xiao Xiaojing Li Xugang Lian Haifeng Hu College of Mining Engineering Taiyuan University of TechnologyTaiyuan 030002China School of Public Affairs Zhejiang UniversityHangzhou 310058China School of Public Administration Shanxi University of Finance and EconomicsTaiyuan 030024China

Subsidence data acquisition methods are crucial to mining subsidence research and an essential component of achieving the goal of environmentally friendly coal *** origin and history of the existing methods of field monitoring,calcula-tion,and simulation were *** summarized and analyzed the main applications,flaws and solutions,and improve-ments of these *** on this analysis,the future developing directions of subsidence data acquisition methods were prospected and *** subsidence monitoring methods have evolved from conventional ground monitoring to combined methods involving ground-based,space-based,and air-based *** the conventional methods are mature in technology and reliable in accuracy,emerging remote sensing technologies have obvious advantages in terms of reducing field workload and increasing data ***,these remote sensing methods require further technological development to be more suitable for monitoring mining *** existing subsidence calculation methods have been applied to various geological and mining conditions,and many improvements have already been *** the future,more attention should be paid to unifying the studies of calculation methods and mechanical *** simulation methods are quite dependent on the similarity of the model to the site conditions and are generally used as an auxiliary data source for subsidence *** cross-disciplinary studies between subsidence data acquisition methods and other technologies should be given serious consideration,as they can be expected to lead to breakthroughs in areas such as theories,devices,software,and other aspects.

关键词： Mining subsidence Subsidence monitoring Subsidence calculation Subsidence simulation

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黄河流域资源型城市城镇化和产业协同集聚对土地利用效率的影响

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北京大学学报（自然科学版） 2023年第4期59卷 681-694页

作者：李晓静郝建花蔡音飞孙亚楠山西财经大学公共管理学院虚拟仿真实验室太原030006 太原理工大学矿业工程学院太原030024

针对黄河流域沿岸资源型城市城镇化和产业协同集聚对土地利用效率的影响,基于2000—2019年黄河流域41个地区级资源型城市的面板数据,采用空间自相关分析方法和空间杜宾模型,解析城镇化和产业协同集聚对土地利用效率影响的空间溢出效应,... 详细信息

针对黄河流域沿岸资源型城市城镇化和产业协同集聚对土地利用效率的影响,基于2000—2019年黄河流域41个地区级资源型城市的面板数据,采用空间自相关分析方法和空间杜宾模型,解析城镇化和产业协同集聚对土地利用效率影响的空间溢出效应,基于门槛回归模型,讨论资源型城市产业协同集聚的门槛特征,并构建拥挤效应矩阵表,得到如下结果。1)黄河流域资源型城市之间的土地利用效率在空间上呈现以同高集聚或同低集聚为主的地理相关分布格局,且城镇化的空间溢出抑制效应占总抑制效应的70%,表现出抑制作用;产业协同集聚的空间溢出增长效应占总增长效应的70%,空间溢出抑制效应占总抑制效应的20%,表现出快速促进和逐渐抑制的作用。2) 2014年后,部分黄河流域资源型城市的集聚效应向门槛聚集的程度加快,其中洛阳、石嘴山、朔州、乌海和金昌表现优秀,集聚效应最佳;包头和鄂尔多斯形成城市间协同关系。3)资源型城市产业集聚总体上表现出集聚不足或拥挤的特征,未来发展中应结合城市自身的特点,发挥相邻城市间的协同带动作用。

关键词：资源型城市土地利用效率城镇化产业协同集聚空间杜宾模型门槛效应

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SBAS-InSAR矿区沉陷监测与动态预计模型参数研究

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煤炭技术 2023年第11期42卷 30-34页

作者：靳雨田胡海峰蔡音飞太原理工大学矿业工程学院太原030024

基于Sentinel-1A数据,利用小基线集差分干涉(SBAS-InSAR)技术监测了山西省孝义市高阳煤矿2018—2020年地表时序沉降,与实际开采情况吻合;根据SBAS-InSAR监测结果对幂指数Knothe时间函数的参数进行反演,建立了参数与工作面推进距离的关系... 详细信息

基于Sentinel-1A数据,利用小基线集差分干涉(SBAS-InSAR)技术监测了山西省孝义市高阳煤矿2018—2020年地表时序沉降,与实际开采情况吻合;根据SBAS-InSAR监测结果对幂指数Knothe时间函数的参数进行反演,建立了参数与工作面推进距离的关系,构建了基于时间和工作面推进距离的地表沉降动态预测模型;用地表观测站水准监测数据验证了模型的可靠性。研究结果可为高阳煤矿及其周边矿区地表沉陷动态监测和预测提供参考。

关键词：采煤沉陷小基线集差分干涉技术高阳煤矿幂指数Knothe预测模型

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多种地质采矿因素复合影响下开采沉陷规律分析

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矿业安全与环保 2021年第4期48卷 75-80页

作者：康新亮蔡音飞西山煤电(集团)有限责任公司地质处山西太原030053 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

为了研究山区倾斜煤层重复开采条件下的地表沉陷规律及其影响因素,以镇城底矿南六采区下组煤首采工作面为例,通过设立地表移动观测站,得到观测站所在的28620工作面的地表移动变形主要参数,并分析沉陷规律与机理。观测结果分析表明,在工... 详细信息

为了研究山区倾斜煤层重复开采条件下的地表沉陷规律及其影响因素,以镇城底矿南六采区下组煤首采工作面为例,通过设立地表移动观测站,得到观测站所在的28620工作面的地表移动变形主要参数,并分析沉陷规律与机理。观测结果分析表明,在工作面两侧地形条件、老采空区条件类似的情况下,倾向主断面上沉陷曲线形态呈现不对称性分布,其原因主要是两侧微观地形差异、地表覆被差异和老采空区形成时间差异的联合影响造成的,地质、采矿多因素复合影响下的沉陷规律不能简单套用单因素影响下的规律。研究结果可为当地矿山开采和地物保护提供指导,为其他复合因素影响下的开采沉陷研究提供参考。

关键词：山区缓倾斜煤层重复开采地表沉陷主断面地质因素采矿因素复合影响

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无人机低空遥感矿山地质灾害监测研究进展及发展趋势

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金属矿山 2023年第1期 17-29页

作者：廉旭刚韩雨刘晓宇胡海峰蔡音飞太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

矿产资源开采导致矿区地表频繁发生地质灾害,严重制约了矿山智能化的建设进程,监测并预警地质灾害的发生对于矿区正常生产及防灾部署具有重大意义。当前矿区地质灾害主要依靠传统地面监测手段及In SAR等方法,存在费时费力、周期长及In ... 详细信息

矿产资源开采导致矿区地表频繁发生地质灾害,严重制约了矿山智能化的建设进程,监测并预警地质灾害的发生对于矿区正常生产及防灾部署具有重大意义。当前矿区地质灾害主要依靠传统地面监测手段及In SAR等方法,存在费时费力、周期长及In SAR无法监测大梯度形变等不足,无人机低空遥感作为一种新兴手段,以其独特的优势已经被广泛应用于矿山地质灾害监测中。结合现阶段典型成果及课题组近年来的探索实践,简述了矿山地质灾害的类型,分析了无人机低空遥感矿山地质灾害监测的应用现状,总结了无人机低空遥感在开采沉陷监测、煤火识别及地质灾害监测等方面应用的基本流程,提炼了现阶段无人机遥感实时高精度沉陷盆地构建、水平位移监测及多源时空数据融合等技术发展亟需攻克的技术难点,并从无人机高精度数据采集、多类型载荷协同、5G实时传输及智能灾害监测等方面展望了未来发展方向。未来矿山地质灾害要向“多网融合+实时监测+智能作业+任务协同+全面感知+自主决策”的智能监测预警体系方向发展,需要多学科、多部门学者开展协同攻关,实现“产学研用”联动发展。

关键词：矿山地质灾害无人机低空遥感监测预警矿山智能化

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山西省乡村人居环境健康发展评价及规划分类研究

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农业资源与环境学报 2023年第5期40卷 997-1011页

作者：李晓静刘猛孙亚楠蔡音飞王霜王敏陈云龙山西财经大学公共管理学院太原030006 山西财经大学公共管理学院虚拟仿真实验室太原030006 太原理工大学矿业工程学院太原030024

为开展山西省乡村人居环境健康发展评价与区域规划分类,以山西11个地级市为评价单元,从经济发展环境、生产生活环境、生态宜居环境、社会保障环境、文化旅游环境视角构建乡村人居环境健康发展评价体系,采用熵值法、多因素综合评价法分... 详细信息

为开展山西省乡村人居环境健康发展评价与区域规划分类,以山西11个地级市为评价单元,从经济发展环境、生产生活环境、生态宜居环境、社会保障环境、文化旅游环境视角构建乡村人居环境健康发展评价体系,采用熵值法、多因素综合评价法分别确定指标权重和功能分值,通过耦合协调度模型和系统协调度指数评价子系统间的协调发展程度,采用K-means聚类分析获取乡村人居环境健康发展水平的集聚情况,并进行规划分类与管理。研究表明:2006—2021年山西省乡村人居环境健康发展水平先上升后略微下降,功能分值由2006年的0.2862上升至2018年的0.6965,再下降至2021年的0.6113,但总体呈上升趋势。其中:2015—2021年,太原市、晋中市和长治市乡村人居环境发展水平变化趋稳,大同市总体向好;运城市略有回落;其他6市呈先升后降的变化趋势。以2018年为转折点,2006—2021年山西省乡村人居环境系统协调度指数先升后降,由2006年的1.7087上升至2018年的2.1268,再下降至2021年的1.9502。经济发展环境与生产生活环境子系统、经济发展环境与生态宜居环境子系统、生产生活环境与生态宜居环境子系统的耦合协调度持续上升,经济发展环境与社会保障环境子系统的耦合协调度先升后降,其余子系统之间的耦合协调度均呈“M”形波动发展。依据K-means聚类分析结果,本研究将2021年山西省各市乡村人居环境的健康发展程度划分为相对较差、中等、相对较好三类,并针对不同健康发展程度提出相应的乡村人居环境规划与管理措施。

关键词：乡村人居环境熵值法耦合协调度模型 K-means聚类分析山西省

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测绘类本科生参与科技竞赛现状分析及对教学的指导作用——以太原理工大学为例

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创新创业理论研究与实践 2023年第20期6卷 176-180,198页

作者：张素梅马锐蔡音飞太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

科技竞赛是培养学生创新能力的有效载体,然而,目前的研究较少从竞赛主体的视角探讨如何更有效地开展学生竞赛,更好地发挥竞赛的作用。该文通过问卷调查的方法,分析太原理工大学测绘类学生参与科技竞赛的现状。基于竞赛主体视角数据,深... 详细信息

科技竞赛是培养学生创新能力的有效载体,然而,目前的研究较少从竞赛主体的视角探讨如何更有效地开展学生竞赛,更好地发挥竞赛的作用。该文通过问卷调查的方法,分析太原理工大学测绘类学生参与科技竞赛的现状。基于竞赛主体视角数据,深入分析学生参加科技竞赛存在的问题,并从竞赛宣传、教师指导、团队构建、心理辅导和日常教学等方面讨论如何更有效地开展科技竞赛,以提高学生的创新能力。

关键词：科技竞赛实践教学测绘专业实践能力创新能力问卷调查

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山西黄土丘陵采煤沉陷区生态环境破坏与修复研究

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煤炭科学技术 2020年第4期48卷 70-79页

作者：胡海峰廉旭刚蔡音飞张凯太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

山西省煤炭开采大都处于黄土沟壑和丘陵山区,其采煤沉陷及地表破坏具有和平地不同的破坏特点,产生的多种形式和不同大小的地表裂缝、槽形塌陷及采动滑坡,使地形地貌及景观产生较大的破坏,水土流失加重等。因此,研究适宜山西地貌和气候特... 详细信息

山西省煤炭开采大都处于黄土沟壑和丘陵山区,其采煤沉陷及地表破坏具有和平地不同的破坏特点,产生的多种形式和不同大小的地表裂缝、槽形塌陷及采动滑坡,使地形地貌及景观产生较大的破坏,水土流失加重等。因此,研究适宜山西地貌和气候特征,以及山西采煤沉陷损伤规律的土地复垦与生态重建技术,构建山西省黄土丘陵采煤沉陷地复垦技术模式显得尤为重要。分析了黄土丘陵采煤沉陷区的地表破坏的类型、形成机理及影响因素,结合黄土丘陵地貌分析研究了开采对地表水资源分布及沉陷区土地及植被的影响和破坏。地下采煤形成的覆岩及地表裂缝为水资源运移和流失提供了通道,采排矿井水对土地造成了污染,采动土地破坏及地表水土流失的加剧,是造成地面生态植被破坏的主要原因。对于采动生态环境破坏,采煤岩土体损害是根本,水资源和植被的破坏为开采损害的延续性影响,而单一类型的损害修复方法无法达到良好的修复状态,因此提出了以地形修复、水资源保护、植被重建等相结合的黄土丘陵沉陷区生态修复技术。通过山西某矿区黄土丘陵地表的土地复垦实践,证明了黄土丘陵沉陷区结合地形条件和生态环境的土地复垦技术的有效性及适宜性,研究成果对山西黄土丘陵矿区的地下开采与生态环境的恢复具有重要的指导意义。

关键词：黄土丘陵采煤沉陷区开采损害土地复垦生态修复

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我国矿山测量领域三维激光扫描技术的应用现状及存在问题

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金属矿山 2019年第3期48卷 35-40页

作者：廉旭刚蔡音飞胡海峰太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

三维激光扫描作为一种非接触式测量技术,近年来在我国矿山测量领域得到了广泛应用,涉及了矿区边坡监测、露天矿储量管理、地表沉陷监测等方面。结合近年来的相关研究成果,系统分析了我国矿山测量领域三维激光扫描技术的应用现状,并对存... 详细信息

三维激光扫描作为一种非接触式测量技术,近年来在我国矿山测量领域得到了广泛应用,涉及了矿区边坡监测、露天矿储量管理、地表沉陷监测等方面。结合近年来的相关研究成果,系统分析了我国矿山测量领域三维激光扫描技术的应用现状,并对存在的问题进行了探讨。研究表明:矿山测量工程应用及科学研究中使用的三维激光扫描设备与配套软件以国外进口为主,国产设备与软件较少;从数据采集、处理、成果应用等方面分析,主要存在的问题有采集数据质量不佳、点云数据匹配精度有待提高、点云数据滤波算法精度不高、特殊监测领域的应用成果不明显等。在上述分析的基础上,认为该领域的主要研究方向为:①高精度的空天地一体化数据采集方案,如InSAR、LiDAR、倾斜摄影测量与地面三维激光扫描技术相结合;②具有自主知识产权的点云数据处理软件开发,包括点云数据智能匹配算法、智能化高精度点云数据滤波算法等;③三维激光点云数据后期成果应用,包括面状地物变形监测理论与方法、大数据技术与人工智能技术相结合的三维激光扫描实时动态监测方法。总体来说,进一步推进三维激光扫描技术在我国矿山测量领域的应用,有助于大幅提升相关工程技术人员的空间三维数据处理能力,进而提高工作效率。

关键词：矿山测量三维激光扫描技术变形监测点云数据匹配大数据技术人工智能技术

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地表动态沉陷预测正态时间函数模型优化研究

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煤炭科学技术 2019年第9期47卷 235-240页

作者：张凯胡海峰廉旭刚蔡音飞太原理工大学矿业工程学院

开采沉陷动态预计描述了地表移动变形与开采时间的关系,在防治采空区地表移动变形破坏方面具有重要的指导意义。时间函数是动态预计的理论核心,以其为基础建立的开采沉陷动态预计模型为地表建筑物的保护提供了实时和准确的理论数据依据... 详细信息

开采沉陷动态预计描述了地表移动变形与开采时间的关系,在防治采空区地表移动变形破坏方面具有重要的指导意义。时间函数是动态预计的理论核心,以其为基础建立的开采沉陷动态预计模型为地表建筑物的保护提供了实时和准确的理论数据依据,正态分布时间函数作为一种新型的时间函数,在时空上具有完备性,但应用于动态预计存在理论缺陷,通过对比正态分布时间函数与理想时间函数的特点的差异性,分析其缺陷是由该时间函数的密度函数有效积分域亏损随时间参数c的减小增加造成的,为了拓展其应用范围,提高其预计精度,采用整体偏差修正的方法将函数纠正至理论位置,消除了理论偏差,再利用生长函数模型对正态分布时间函数进行优化。结果表明:优化后的正态分布时间函数修正了动态预计关键节点处函数值的理论误差,拓宽了预计参数的选取范围,可以适用不同的地质采矿条件,解决了原本时间函数终点预计误差随预计参数的减小而增大的问题。通过与大同矿区两工作面实测数据的对比分析表明使用优化后正态分布时间函数比原正态分布时间函数在地表下沉动态预计精度上有所提高,更加符合实际情况,可为高精度预计矿区地表移动和重要建筑物的保护提供更为可靠的数据依据。

关键词：开采沉陷动态预计正态分布时间函数预计模型优化

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