Космические методы в составе комплексного деформационного мониторинга земной поверхности горного предприятия

Обозначены существующие проблемы мониторинга деформаций земной поверхности при подземной разработке месторождений полезных ископаемых, обоснована необходимость применения комплексного подхода к его выполнению на основе использования современных наземных и дистанционных методов. Описаны особенности метода космической радарной интерферометрии и его основные преимущества перед другими маркшейдерско-геодезическими методами наблюдений. Проанализирован опыт применения космической радарной интерферометрии для мониторинга подработанных территорий на зарубежных и российских месторождениях. Выявлены основные направления применения космического радиолокационного зондирования в данной области. Обоснована актуальность использования космической радарной интерферометрии в системе комплексного деформационного мониторинга подрабатываемых территорий, в частности – на этапе ликвидации шахтных полей, в соответствии с существующими требованиями, предъявляемыми к производству измерений. Проведенный анализ позволяет сделать вывод о необходимости адаптации существующих методик выполнения деформационного мониторинга с использованием космической радарной интерферометрии применительно к территориям ликвидируемых шахт с учетом специфики возникающих деформаций земной поверхности.

Пономаренко М. Р., Кутепов Ю. И., Волков М. А., Гринюк А. П. Космические методы в составе комплексного деформационного мониторинга земной поверхности горного предприятия // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 12. – С. 103–113. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-12-0-103-113.

Пономаренко Мария Руслановна¹ — канд. техн. наук, ведущий инженер, e-mail: pnmry@yandex.ru,
Кутепов Юрий Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. лабораторией, e-mail: koutepovy@mail.ru,
Волков Михаил Александрович — канд. техн. наук, заместитель технического директора — начальник управления перспективного развития и лицензирования, АО «СУЭК-Кузбасс», Ленинск-Кузнецкий, e-mail: volkovma@suek.ru,
Гринюк Алексей Павлович — канд. техн. наук, заместитель управляющего филиалом, АО «СУЭК-Кузбасс», Филиал ООО «Сибнииуглеобогащение» г. Прокопьевска,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Пономаренко М.Р., e-mail: pnmry@yandex.ru.

1. ПБ 07-269-98. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях: утв. Минтопэнерго РФ 16.03.1998: введен. в действие с 01.10.1998. — СПб.: ВНИМИ, 1998. — 291 с.

2. Kutepov Y.Y. The study of formation mechanism of earth surface failures due to longwall coal mining // Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses: Proc. of the 2018 European Rock Mechanics Symposium. 2018. Vol. 2. Pp. 1615—1619.

3. Кутепова Н. А. Инженерно-геологическое обоснование прогноза гидрогеомеханических процессов при ведении горных работ: дис. … д-ра техн. наук: 25.00.16. — СПб., 2010. — 424 с.

4. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А., Кутепов Ю. Ю., Саблин М. В. Геомеханические процессы при подработке техногенных и естественных массивов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2019. — № 3. — С. 282—294.

5. Кутепова Н. А., Кутепов Ю. И., Шабаров А. Н. Мониторинг гидрогеомеханических процессов при затоплении шахт Анжеро-Судженска // Записки Горного института. — 2012. — Т. 197. — С. 215—220.

6. Кантемиров Ю. И. Краткие теоретические основы радарной интерферометрии и ее многопроходных вариаций Ps и SBas // Геоматика. — 2012. — № 1. — С. 22—26.

7. Кашников Ю. А., Мусихин В. В., Лысков И. А. Определение оседаний земной поверхности при разработке месторождений полезных ископаемых по данным радарной интерферометрии // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2012. — № 4. — С. 68—77.

8. Усанова А. В., Усанов С. В. Мониторинг сдвижения земной поверхности при разработке Соколовско-Сарбайского месторождения методом радарной интерферометрии // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2018. — № 4. — С. 28—33.

9. Эпов М. И., Миронов В. Л., Чимитдоржиев Т. Н., Захаров А. И., Захарова Л. Н., Селезнев В. С., Еманов А. Ф., Еманов А. А., Фатеев А. В. Наблюдение просадок поверхности земли в районе подземных угольных выработок Кузбасса по данным радиолокационной интерферометрии ALOS PALSAR // Исследование Земли из Космоса. — 2012. — № 4. — С. 26—29.

10. Мансуров В. А., Сатов М. Ж., Жантуев Р. Т., Кантемиров Ю. И. Космический радарный мониторинг смещений земной поверхности и сооружений на Жезказганском месторождении меди (Республика Казахстан) // Геоматика. — 2012. — № 1. — С. 77–83.

11. Компания «Совзонд»: [сайт]. URL: https://sovzond.ru/ (дата обращения: 09.07.2020).

12. Цирель С. В., Таратинский Г. М., Пономаренко М. Р., Кантемиров Ю. И. Опыт организации мониторинга деформаций земной поверхности в зоне ведения горных работ на предприятиях АО «Апатит» (Мурманская область) с применением метода космической радарной интерферометрии // Маркшейдерский вестник. — 2017. — № 5. — С. 57—63.

13. Ponomarenko M. R., Pimanov I. Yu. Implementation of synthetic aperture radar and geoinformation technologies in the complex monitoring and managing of the mining industry objects // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2017. Vol. 574. Pp. 291—299. DOI 10.1007/978-3-319-57264-2_30.

14. Falorni G., Del Conte S., Bellotti F., Colombo D. InSAR monitoring of subsidence induced by underground mining operations // Proceedings of the Fourth International Symposium on Block and Sublevel Caving, Australian Centre for Geomechanics, Perth. 2018. Pp. 705—712.

15. Pawluszek-Filipiak K., Borkowski A. Integration of DInSAR and SBAS techniques to determine mining-related deformations using sentinel-1 data: the case study of Rydułtowy Mine in Poland // Remote Sensing. 2020. Vol. 12. Pp. 242.

16. Czikhardt R., Papco J., Bakon M., Liscak P., Ondrejka P., Zlocha M. Ground stability monitoring of undermined and landslide prone areas by means of Sentinel-1 multi-temporal InSAR, case study from Slovakia // Geosciences. 2017. Vol. 7. No 3. P. 87.

17. Fan H., Gao X., Yang J., Deng K., Yu Y. Monitoring mining subsidence using a combination of phase-stacking and offset-tracking methods // Remote Sensing. 2015. Vol. 7. No 7. Pp. 9166—9183.

18. Ma C., Cheng X., Yang Y., Zhang X., Guo Z., Zou Y. Investigation on mining subsidence based on multi-temporal InSAR and time-series analysis of the small baseline subset—case study of working faces 22201-1/2 in Bu’ertai Mine, Shendong Coalfield, China // Remote Sensing. 2016. Vol. 8. No 11. P. 951.

19. Bingqian Chen, Zhenhong Li, Chen Yu, David Fairbairn, Jianrong Kang, Jinshan Hu, Liang Liang Three-dimensional time-varying large surface displacements in coal exploiting areas revealed through integration of SAR pixel offset measurements and mining subsidence model // Remote Sensing of Environment. 2020. Vol. 240. Article 111663.

20. Liu D., Shao Y., Liu Z., Riedel B., Sowter A., Niemeier W., Bian Z. Evaluation of InSAR and TomoSAR for monitoring deformations caused by mining in a mountainous area with high resolution satellite-based SAR // Remote Sensing. 2014. Vol. 6. No 2. Pp. 1476—1495.

21. Zheng M., Deng K., Fan H., Du S. Monitoring and analysis of surface deformation in mining area based on InSAR and GRACE // Remote Sensing. 2018. Vol. 10. No 9. Pp. 1392.

22. Walter D., Wegmüller U., Spreckels V., Hannemann W., Busch W. Interferometric monitoring of an active underground mining field with high-resolution SAR sensors // Proceedings of ISPRS Hannover Workshop 2009 «High-Resolution Earth Imaging for Geospatial Information». Hannover, 2009.

23. Gee D., Bateson L., Sowter A., Grebby S., Novellino A., Cigna F., Marsh S., Banton C., Wyatt L. Ground motion in areas of abandoned mining: Application of the intermittent SBAS (ISBAS) to the Northumberland and Durham Coalfield, UK // Geosciences. 2017. Vol. 7. No 3. Pp. 85.

24. Пономаренко М. Р. Разработка метода деформационного мониторинга открытых горных работ в условиях Крайнего севера с использованием космического радиолокационного зондирования: дис. …канд. техн. наук: 25.00.16. — СПб., 2018. — 155 с.

25. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А. Методология инженерно-геологического изучения гидрогеомеханических процессов в техногенно нарушенных массивах при разработке МПИ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № 8. — С. 123—131.

26. Сергина Е. В. Комплексный мониторинг состояния природно-технических систем открытой разработки угольных месторождений: дис. канд. техн. наук: 25.00.16. — СПб., 2015. — 165 с.