数学建模 B题 矿区生产安全的数学建模与方案优化 题目及优化答案

本文以大柳塔煤矿某工作面为实验区,采用高分辨率Terra SAR-X的13景数据,运用GAMMA软件进行时间序列的合成孔径雷达差分干涉测量(DIn SAR)实验,获取了从监测期间的开采沉陷时序关系图,并与同步获取的GPS观测结果进行对比验证,结果证明,DIn SAR监测结果与GPS测量结果具有较高的一致性。研究表明,利用DIn SAR监测技术监测矿区地面沉降,具有较广阔的应用前景。

露天复采作为一项新的采矿技术,2008年已经在汝箕沟矿区大峰露天煤矿成功实施。随着矿区露天复采工程的全面展开,地质构造、滑坡、采空区、有毒有害气体、防治水、火区、设备、排土、开拓系统和环保等困扰露天复采工程顺利实施的问题将日益凸显。本文结合作者多年的采矿实践和经验,从宏观角度探讨了矿区在以上问题中的现状及处理措施,期望在今后露天复采工程的设计规划和实际生产过程中能有所指导,利用好露天复采技术,打造"本质安全型"矿井。

通过GPS-RTK技术在公婆泉矿区详查中的应用,从理论推导、生产实践、精度评价、注意事项等几个方面,充分论证了GPS-RTK技术在地质测绘中所发挥的积极作用.对GPS-RTK在今后地质测绘生产中具有一定的指导意义。

针对单轨道DIn SAR(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar)技术仅能获取雷达视线向(Line of sight,Lo S)形变的缺点。详细介绍了一种基于ASAR和PALSAR影像来监测矿区地表三维形变的方法。应用该方法成功获取了因煤矿开采引起的地表水平及竖向形变,获取了沿观测线方向的地表倾斜,与实测相比最大倾斜差值为0.06 mm/m,竖向变形的均方根误差为±1 mm,证明了本文算法的可靠性。

针对DInSAR(differential interferometric synthetic aperture radar)技术仅能获取雷达视线向(line of sight,LoS)形变的不足,研究了融合多卫星平台求解三维形变场的模型与算法。该算法基于多卫星轨道模式下具有不同成像几何的多源SAR影像联合求解矿区地表形变场。研究结果表明:采用该算法反演的下沉值与水准测量结果相互吻合,均方根误差为±4 mm,吻合程度优于单一影像源反演结果;垂直向位移场与等值线均表明下沉盆地向老采空区偏移,说明老采空区可能活化;东西向水平位移场与等值线符合开采沉陷地表移动规律,而且对于不同的成像模式,东西向水平移动的影响亦不同;由于卫星航向角的正弦值近乎为0,使得三维算法对南北向位移不敏感。

为了研究煤矿露天开采对自然植物与土壤因子的影响；以内蒙古胜利矿区为研究区，采用野外生态学调查方法对采矿区周边不同距离草地进行植物群落调查，采集距矿区不同距离土壤样品进行实验室分析。结果表明：（1）距矿区边界100m处，草地自然植物群落以糙隐子草（Cleistogenessquarrosa）、寸草苔（Carex duriuscula）和小画眉草（Eragrostis minor）为主；距离煤矿400 m处植物群落以大针茅（Stipa grandis）、克氏针茅（S. krylovii）和冰草（Agropyron cristatum）为主，900 m处以大针茅、小画眉草和糙隐子草为主；距离煤矿1900 m处，以克氏针茅、糙隐子草和大针茅为主。（2）与对照区相比，距离矿区越近，植物多样性指数显著降低，群落相似性降低，土壤含水量、有机质（SOM）、硝态氮（NO3--N）和速效磷（AP）均显著减少。（3）远离矿区的位置土壤肥力要好于矿区附近，煤矿开采对一定范围内的土壤肥力产生影响，矿区周边土壤养分的空间异质性呈不同程度的变化趋势。（4）冗余分析(RDA)表明，植物多样性指数与土壤含水量、有机质、

遥感技术可宏观的对地质结构的描述,因此遥感解译可以为公路的设计和施工提供必要的数据。尤其是在矿区进行公路施工,更应当利用遥感解译的技术提高公路工程的合理性,避免与矿区的生产和发展发生冲突。

RTK与全站仪测图,各有其优势与不足,将两者有机结合,尤其是在地形复杂,环境恶劣的地区,先由RTK引入控制再辅助全站仪数字化测图,在保证精度、可靠性的同时大大提高了工作效率。结合某采石场矿区的数字测图项目,介绍GPS-RTK和全站仪联合作业在工程实践中的应用,着重分析了提高测量数字地图的精度和作业效率的有关问题。

2006~2007年在中国神华集团公司神东现代化亿吨煤炭矿区马家塔露天矿采煤坑回填土地,实施13.33 hm2造林种草、种植农作物二种土地复垦方式试验;结果表明:乔灌造林成活保存率是89%~98%、种草出苗率100%,采取造林种草土地复垦技术不但治理和改善了地处黄河中游乌兰木伦河Ⅰ级阶地煤炭露天开采坑的生态环境,有效预防和避免了因开发而新增水土流失的危害,并且具有土地复垦投资少、改良复垦区土壤效果显著的优点。采取农业种植土地复垦方式,不但投资较大、管理科目繁多,而且在短期内收益甚小。