本发明属于煤炭资源地下开采技术领域，涉及一种采场覆岩活动控制方法，特别涉及一种基于遥感监测的冲沟地形下采场覆岩活动控制方法。
背景技术：
煤炭是我国的基础能源和重要原料，占我国化石能源资源的90％以上，是稳定、经济、自主保障程度最高的能源。煤炭在一次能源消费中的比重将逐步降低，但在相当长时期内，煤炭的主体能源地位不会变化。目前，我国煤炭工业已进入“四期并存”(需求增速放缓期、过剩产能消化期、环境制约强化期、结构调整攻坚期)的发展阶段。由于我国以煤炭为主的能源结构短时期内很难改变，因此建设集约、安全、高效、绿色的现代煤炭工业体系，保障国家能源供应安全，促进社会经济健康稳定发展，具有十分重要的战略意义。
煤炭作为一种化石能源为人类文明和社会进步做出巨大贡献的同时，也给矿区带来了严重的生态环境损害问题，如煤炭开采引发地表塌陷、破坏地下水系统循环、矿区环境遭受废弃物污染等。煤炭资源开采与生态环境约束的突出矛盾已引起国家层面的重视，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年(2016-2020年)规划纲要》中明确提出“…大力推进煤炭清洁高效利用，限制东部、控制中部和东北、优化西部地区煤炭资源开发，推进大型煤炭基地绿色化开采和改造…”；而《煤炭工业发展“十三五”(2016-2020年)规划》中再次提出“…牢固树立绿色发展理念，推行煤炭绿色开采，发展煤炭洗选加工，发展矿区循环经济，加强矿区生态环境治理，推动煤炭供给革命…”。近年来，我国煤炭资源开发的重心已快从中东部转移到西部生态环境脆弱的干旱半干旱地区，并已形成了陕北、黄陇、神东、宁东、新疆等西北大型煤炭基地。我国西北矿区煤层的典型禀赋特性是厚度大、埋藏浅、基岩薄、覆盖层厚；工作面地表起伏较大，大多呈古冲沟纵横发育形态。
我国西北内蒙古、陕西及山西等主要矿区多为古冲沟发育矿区，冲沟是地表的一种侵蚀地貌。在冲沟发育地区，地表植被稀疏，水土保持能力较弱。相对于平原矿区，冲沟发育矿区内纵横交错及起伏变化的地形地貌与地下开采活动的相互影响更为敏感与剧烈。以内蒙古东胜矿区中南部矿井为例，该区域煤层埋藏深度一般为60～150m之间，煤层赋存稳定，开采条件优越。然而，在现场工程实践过程中发现，由于该区域地表的古冲沟发育影响，大多数矿井的工作面开采过程中往往会呈现出异常的矿压显现现象。例如，工作面正常开采过程中出现顶板大面积悬顶而很迟发生初次来压、工作面突然发生强度超过初次来压的异常周期来压、以及不定期发生煤柱突然失稳造成大面积冒顶现象。种种异常特征表明，在冲沟地形下浅埋煤层开采过程中，地表产状多样的冲沟坡体使井下工作面矿压显现规律呈现出新的特征，给矿井安全高效生产造成了不利影响；同时，地下开采活动使原本就起伏变化的地表变得更加支离破碎，甚至导致地表发生形变灾害。
目前，针对冲沟地形下浅埋煤层开采的研究，大多停留在矿压显现规律、应力场分布特征、采场覆岩移动规律和工作面压架灾害原因分析等方面。现有的相关研究往往是个别具体采矿地质条件下的顶板控制技术，其现场应用局限性大，不适用于各种异常的矿压显现现象。因此，亟待发明一种基于遥感监测的冲沟地形下采场覆岩活动控制方法。
技术实现要素：
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种基于遥感监测的冲沟地形下采场覆岩活动控制方法，能够有效地控制冲沟地形下浅埋煤层开采上覆岩层活动，保证井下工作面能够实现安全高效开采。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括如下步骤：
步骤1、选取我国西北矿区典型的冲沟地形下浅埋煤层开采矿井，并分别掌握不同矿井对应工作面的覆岩赋存状况和具体开采参数；
步骤2、利用无人机飞行平台获取覆盖冲沟地表的多个时相的多视影像，利用sfm三维重建方法建立冲沟地表三维地形；利用时序分析方法，对多个时相建立的冲沟地表三维地形进行差异对比，获取采动坡体动态形变信息；
步骤3、根据冲沟地表三维地形与采动坡体动态形变信息，利用数字地形分析方法提取冲沟的相关地形特征参数；
步骤4、根据步骤2中获取的采动坡体动态形变信息和步骤3中提取的冲沟的相关地形特征参数，结合步骤1中掌握的工作面的覆岩赋存状况和具体开采参数，针对不同工作面的采矿地质条件，分别采用不同的采场覆岩活动控制方法，从而形成对冲沟地形下采场覆岩活动的控制方法体系。
与现有技术相比，本发明的显著优点在于：
(1)利用无人机影像获取工作面开采过程中多个时相局部尺度的高精度数字表面模型，对局部范围内的地形特征进行动态分析，能够克服地形带来的限制，成本低、作业简单、效率高，获取的地形精度高，能够根据工作面开采进度灵活获取对应地表地形；
(2)从“井上-井下”一体化的视角，联合地表三维遥感监测数据与井下工作面现场实际开采情况，掌握冲沟地形下煤层开采上覆岩层活动特征；
(3)针对不同工作面的采矿地质条件，采用不同的采场覆岩活动控制方法，具有更好的针对性和适应性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一个实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
一种基于遥感监测的冲沟地形下采场覆岩活动控制方法，包括如下步骤：
步骤1、选取我国西北矿区典型的冲沟地形下浅埋煤层开采矿井，并分别掌握不同矿井对应工作面的覆岩赋存状况和具体开采参数；
步骤2、利用无人机飞行平台获取覆盖冲沟地表的多个时相的多视影像，利用sfm三维重建方法建立冲沟地表三维地形；利用时序分析方法，对多个时相建立的冲沟地表三维地形进行差异对比，获取采动坡体动态形变信息；
步骤3、根据冲沟地表三维地形与采动坡体动态形变信息，利用数字地形分析方法提取冲沟的相关地形特征参数；
步骤4、根据步骤2中获取的采动坡体动态形变信息和步骤3中提取的冲沟的相关地形特征参数，结合步骤1中掌握的工作面的覆岩赋存状况和具体开采参数，针对不同工作面的采矿地质条件，分别采用不同的采场覆岩活动控制方法，从而形成对冲沟地形下采场覆岩活动的控制方法体系。
其中，所述步骤2的具体操作过程如下：
1)利用无人机获取工作面“采前-采中-采后”全过程冲沟地表的影像与拍摄时相机参数，获取相机模型内外参数；
2)在冲沟矿区所处的工作面测区范围内，利用静态gps方法获取至少4个地面控制点的坐标与高程；
3)利用sift算法提取影像sift特征，利用sift特征点实现操作步骤1)中影像之间的初始匹配，采用sfm算法建立多张影像之间的相对位置，确定影像间的重叠关系与方向；利用semi-global密集匹配方法生成影像密集视差图，实现多幅影像的密集匹配；
4)利用ransac模型，剔除操作步骤3)中的错误匹配点，获得满足几何约束的匹配特征点集；
5)根据操作步骤4)中正确的匹配特征点集，解算地面点坐标；每有新的影像重叠，则进行融合，从而得到场景的密集点云数据；
6)根据点云插值处理操作步骤5)中的密集点云数据，生成矿区工作面数字表面模型；
7)利用操作步骤2)中的地面控制点的坐标实现多个时相矿区工作面数字表面模型的配准；
8)对多个时相的矿区工作面数字表面模型进行求差，获取采动坡体动态形变信息。
在实施例中，所述步骤3的相关地形特征提取具体操作过程包括：
1)根据生成的矿区工作面数字表面模型，按照差分方法生成工作面地表的坡度、坡向分布图以及等高线图；
2)根据矿区工作面数字表面模型与1)中生成的工作面地表坡度、坡向图提取冲沟相关点、线特征，其中点特征包括山顶点、鞍部点、节点、沟头点；利用点特征提取的结果与数字地形分析中的soa方法提取冲沟地形谷底线与沟沿线，形成冲沟线特征集；
3)工作面推进时冲沟截面形态获取，根据冲沟地形谷底线与鞍部点确定冲沟走向，生成与工作面地表冲沟走向垂直的二维直线矢量，将其与对应区域内的冲沟地形的矿区工作面数字表面模型进行配准，使两者坐标与投影系统一致，然后将二维直线矢量与冲沟地表三维地形进行切割，提取相交线所对应的三维地形剖面，主沟和冲沟各截面的剖面即产生。
本发明实施例步骤4的操作过程中，采场覆岩活动控制方法包括工作面沿沟开采方法、预裂爆破强制放顶方法、局部区域注浆充填方法、工作面采高优化方法或短壁工作面开采方法。
当地表冲沟沟谷距离煤层高度大于100m且覆岩层内无坚硬基本顶条件下，选用工作面沿沟开采方法。
当地表冲沟沟谷距离煤层高度大于100m且覆岩层内有坚硬基本顶条件下，选择预裂爆破强制放顶方法。
当地表冲沟沟谷距离煤层高度小于50m且冲沟内含有水体条件下，选用局部区域注浆充填方法。
当地表冲沟沟谷距离煤层高度在50～100m且采高小于5m条件下，选用工作面采高优化方法。
当地表冲沟沟谷距离煤层高度小于50m且井田范围呈不规则小块段条件下，选择短壁工作面开采方法。