Institute for Geotechnical Engineering and Mine Surveying RadarMon
Institutul de Geotehnică și topografie a minelor
Sondaje și geoinformații miniere> Cercetare
Informatii despre proiect
Titlul proiectului
Monitorizarea mișcărilor verticale la sol ale suprafeței zilnice în zonele Beresniki și Solikamsk (Perm, Rusia) prin utilizarea integrată a metodelor de detectare interferometrică a radarului și a GIS (RadarMon).
timpul pentru alergat
04/01/2007 - 31.12.2016
04/01/2019 - 31/12/2019
Persoană de contact
Prof. univ. Dr.-Ing. Wolfgang Busch
Informații de contact e-mail Tel. +49 (0) 5323/72-2076
Dr.-Ing. Michael Schäfer
Informații de contact e-mail Tel. +49 (0) 5323/72-2794
Partener de proiect
Institutul minier al filialei Ural a Academiei de Științe din Rusia (RAW)
614007, Perm, ul. Sibirskaya, 78-a.
poartă
Mina de potasiu BKRU-1 din Berezniki (regiunea Perm, Rusia) nu mai funcționează de la sfârșitul anului 2006 din cauza unui accident. Inundarea de intrare a cavității poate duce la schimbări de înălțime la suprafața zilei. În zona de anchetă a orașului Berezniki sunt u. A. Case rezidențiale, instalații industriale și infrastructuri la suprafață.
Tehnologiile de interferometrie radar bazate pe satelit sunt utilizate pentru a înregistra în mod continuu ridicările legate de minerit și subsidența pe o arie mare. Metoda „Persferent Scatterer Interferometry” (PSI) este utilizată punct cu punct, în timp ce metoda „Differential SAR Interferometry” (DInSAR) se aplică pe o arie largă.
Pentru a determina potențialul interferometriei radar pentru zona de studiu, a fost efectuată o evaluare retrospectivă a interferometrelor radar cu ajutorul stocurilor de date de arhivă disponibile de la sateliții ERS-1 și ERS-2 (perioada 1992-1997). Pentru comparație, au fost utilizate rezultatele sondajului terestru (date de nivelare).
Pentru a înregistra modificările actuale ale altitudinii ca urmare a inundării minei, au fost evaluate datele ENVISAT achiziționate din decembrie 2006. Cele mai recente date SAR de la satelitul radar TerraSAR-X au fost evaluate din 2008. Începând cu 2019, pe lângă evaluările TerraSAR-X, au fost efectuate și studii retrospective cu date radar de la sateliții Sentinel-1.
Potențial ridicat de interferometrie radar în Berezniki și Solikamsk se află în zonele urbane pentru care se pot genera rezultate bune. În plus față de vegetație și strat de zăpadă, lungimea liniilor de bază (spațial și temporal) duce la limitări ale metodelor de detectare interferometrică a radarului. Estimarea acestor influențe este un subiect al cercetărilor actuale.
Articol GOSLARSCHE ZEITUNG/TU-Nachrichten (29.08.2007)
Controlul dezastrelor din spațiu: proiect de cercetare Clausthal în Rusia
În orașul minier rus Beresniki din partea de vest a Uralilor, pământul se desprinde de dimensiunea unui teren de fotbal, dar nimeni nu este rănit - deoarece cercetătorii de la Clausthaler Erzstraße 18 au acordat atenție și i-au alertat la timp. Acest scenariu poate părea încă exagerat, este posibil. Începând cu luna aprilie a acestui an, un grup de la Institutul pentru Geotehnică și Supraveghere a Minelor condus de profesorul Wolfgang Busch lucrează la un proiect de cercetare finanțat din Rusia. Cu ajutorul imaginilor de satelit evaluate, poate fi determinată scăderea câtorva milimetri în regiunea minieră situată la 3000 de kilometri distanță. Este ca și cum Sherlock Holmes din Londra ar putea urmări fiecare detaliu din nisipurile deșertului din Africa de Nord cu o lupă. Procedura se numește interferometrie radar.
Compania minieră Uralkali AG are sediul în Beresniki. „Este unul dintre cei mai mari mineri de potasiu din lume”, spune Thomas Hahmann. Inginerul absolvent de la Universitatea de Tehnologie Clausthal a vizitat regiunea, bogată în resurse naturale, în această vară alături de profesorul Busch și de inginerul absolvent Diana Walter. În plus față de imaginile din spațiu, grupul a făcut o imagine a problemelor la fața locului.
În zona orașului industrial sărac Berezniki existau patru mine active de potasiu, dintre care una subminează zona urbană. Tocmai în zona minieră de acolo, au existat inundații de la un accident minier în octombrie trecut. Există riscul de colaps. Groapa trebuia închisă. O creștere mondială a prețului pentru sarea de potasiu, care este utilizată ca îngrășământ, poate fi presupusă în viitor. În 1986 a avut loc deja un accident într-o altă mină de potasiu de lângă Berezniki. La acea vreme, pământul s-a scufundat la 60 de metri adâncime pe o zonă de mărimea unui portavion. „Trebuie să ne temem de căderi zilnice similare în zona urbană, era deja una la sfârșitul lunii iulie pe marginea nelocuită a Berezniki”, avertizează cartograful Hahmann. De aceea, autoritățile locale au decis să evacueze locuitorii unui district în următoarele luni. Pentru a preveni suferințele umane, precum și alte daune aduse clădirilor și infrastructurii de transport, oamenii de știință ar trebui să prezică afundarea și prăbușirea suprafeței pământului și astfel să facă riscul mai previzibil.
Este evident că va fi implicat institutul minier al Academiei Ruse de Științe din orașul vecin Perm. Dar cum îi aduce marea preocupare rusă Uralkali pe cercetători din îndepărtatul Clausthal? Un parteneriat fusese convenit între regiunea Perm și Saxonia Inferioară la vremea șefilor de guvern Yeltsin și Kohl, în cadrul căruia Universitatea de Tehnologie Clausthal încheiase o cooperare cu institutul minier și două universități din Perm. Când a venit timpul să se implice experți externi independenți în proiect, vechiul contact a fost reînnoit. Oamenii de știință din TU au experiență în monitorizarea mișcărilor la sol cauzate de exploatarea minieră, deoarece au evaluat datele satelite din zona Ruhr (cărbune tare) și din zona lignitului Leipzig de ani de zile.
În Rusia, metoda de măsurare dezvoltată de cercetătorii Clausthal este privită diferit. Pe de o parte, est-europenii apreciază progresul tehnologic. „Interferometria radar are avantaje semnificative față de metodele complexe de la sol”, confirmă Arkadi Krasnostein. Directorul Institutului Minier și membru al Academiei de Științe susține o combinație de monitorizare prin satelit, terestră și subterană a mișcărilor pământului: „Acest lucru face posibilă prezicerea în timp util a situațiilor critice din spațiu și timp și inițierea măsurilor de protecție.” Pe de altă parte, interferometria radar, care este, de asemenea, utilizat pentru a prezice cutremure și erupții vulcanice, va fi dezvoltat în continuare. „Am comparat rezultatele noastre cu cele ale topografilor de la Uralkali AG - asta se potrivește”, spune Thomas Hahmann. Cu toate acestea, devine problematic cu imaginile din satelit de la o înălțime de 600 de kilometri în zone bogate în vegetație sau după ninsoare. Monitorizarea, adică monitorizarea mișcărilor verticale la sol, este cea mai precisă în zonele construite.
Echipa profesorului Busch primește datele pentru procedura sa de la satelitul european ENVISAT, care zboară peste Beresniki la fiecare 35 de zile. În viitor, intervalul de zbor de la o achiziție de date la următoarea ar putea fi redus, crescând astfel fiabilitatea prognozei pentru mișcările pământului. Un satelit radar german numit TerraSAR-X, care a fost lansat cu succes în iunie, va înregistra noi date peste Ural la fiecare unsprezece zile.
Dacă și Universitatea de Tehnologie Clausthal se va baza pe noul satelit de observare a pământului în viitor, depinde și de clienții ruși. Inițial, proiectul se va desfășura timp de un an. Este planificată o prelungire pentru încă doi ani. În septembrie, partenerii ruși vin la Clausthal pentru o vizită de întoarcere - și apoi se uită de acolo cu „lupa supradimensionată” la minele lor locale de potasiu.
A lua legatura:
Clausthal University of Technology, ofițer de presă
Christian Ernst, telefon: 05323 - 72 3905
E-mail: christian.ernst @ tu-clausthal.de
Articolul FRANKFURTER NEUE PRESSE (07.09.2007)
De Bernhard Mackowiak
Daune la munte: lasă-te previzionat?
Craterul din districtul Wattenscheid-Höntrop din Bochum avea 500 de metri pătrați și devorase trei garaje și câteva mașini în pâlnia sa de 40 de metri adâncime. Potrivit experților, această așa-numită pauză a zilei din 2 ianuarie 2000 a fost una dintre cele mai mari din istoria zonei Ruhr. Din fericire, nimeni nu a fost ucis - spre deosebire de un eveniment din orașul austriac Lassing din vara anului 1998. Au fost declarate zece decese. În timp ce accidentul de la Bochum-Wattenscheid a fost cauzat de un arbore prăbușit, a cărui stabilitate sa deteriorat de-a lungul secolelor, cel de la Lassing a fost cauzat de exploatarea ilegală a resurselor minerale.
Pauzele de zi sunt doar un tip de daune cauzate de minerit prin mișcările și deformările sale la sol de pe suprafața pământului. Crăpături în pereți pe case sau clădiri înclinate, crăpături sau umflături pe străzi sau chiar spargerea țevilor; Canalizări și căi ferate „deformate”, canale de expediere care s-au revărsat, pârâuri și râuri care sunt perturbate în apa lor naturală de primire, astfel încât digurile, redirecționarea și construirea stațiilor de pompare sunt necesare și daune de creștere în zonele utilizate pentru agricultură și silvicultură datorită nivelului modificat al apei subterane - manifestările de daune montane sunt variate.
Dar, spre deosebire de aceste daune care se dezvoltă lent, pauzele de zi sunt cele mai insidioase și dramatice nenorociri. În acest fel, ele seamănă cu cutremurele, deoarece, ca și ele, apar invizibil în adâncuri, pentru a avea brusc un efect devastator la suprafață. Acestea amenință oriunde oamenii exploatează resursele minerale subterane pentru a le folosi ca materii prime pentru producția industrială: cărbune tare, potasiu, sare de rocă, precum și țiței și gaze naturale.
Pauzele de zi apar în special ca o consecință a exploatării miniere la suprafață, și anume atunci când vechile exploatări ale minelor se prăbușesc. Acesta este cazul în special în zona sudică a Ruhrului - Dortmund, Witten, Hattingen și Bochum - unde cărbunele se afla chiar sub suprafața pământului. 50-70 de astfel de daune montane anual sunt norma, deoarece zona este plină de găuri ca o brânză elvețiană: 10.000 din cei 50.000 de arbori din care a fost extras cărbunele trec prin fostul „vas”. În teorie, așa spun experții, vizitatorii ar putea rătăci sub pământ prin întreaga zonă a Ruhrului.
În Germania, Legea federală minieră reglementează problemele legale legate de daunele miniere. Ulterior, poluatorul este obligat să plătească despăgubiri conform regulilor BGB. Este interesant că există o inversare a dovezilor aici: industria minieră trebuie să demonstreze că nu este vorba de daune miniere. În prezent, aproximativ 35.000 de noi daune miniere sunt raportate la Deutsche Steinkohle AG în fiecare an, cu un volum de daune de 70.000.000 de euro pentru reparații și ajustări.
Detectarea timpurie prin observații cu predicții speciale ar reduce considerabil cantitatea de daune și, mai presus de toate, pericolul pentru viața umană. Ar putea ajuta aici un avertisment din spațiu prin observații prin satelit, așa cum este obișnuit în numeroase zone de astăzi? Munca unui grup condus de profesorul Wolfgang Busch de la Institutul de Inginerie Geotehnică și Topografie a Minelor de la Universitatea de Tehnologie Clausthal dă speranță. Evaluează imagini de la satelitul european de mediu Envisat, care au fost obținute folosind metoda interferometriei radar (Interferometric Synthetic Aperture Radar - Insar). „Undele radar trimise de satelit și reflectate de la suprafața pământului sunt primite din nou de un senzor de pe satelit și, dacă acest lucru se întâmplă din nou după 35 de zile după o călătorie în jurul pământului, aceste două imagini de radiație sunt suprapuse pe pământ cu un software special”, explică Bush procedura. "Cu această interferometrie, putem înregistra modificări de înălțime în intervalul de milimetri și centimetri."
Acest lucru se realizează cu succes pentru orașul rus Berezniki, situat la 3.000 de kilometri distanță. Una dintre cele patru gropi de potasiu subminează întreaga zonă a orașului, iar după un accident minier în octombrie trecut, inundațiile au loc din nou și din nou, astfel încât există riscul de prăbușire. Într-un alt dezastru din apropierea orașului în 1986, pământul s-a scufundat la 60 de metri adâncime pe o zonă de mărimea unui portavion. „Măsurătorile noastre ajută la prezicerea unor astfel de mișcări verticale la sol în exploatarea la scară largă, motiv pentru care Rusia finanțează acest proiect”, spune Busch. „Din păcate, rezoluția solului a senzorilor radar este încă prea mică, iar intervalul de timp dintre satelit survolează prea mult pentru a preveni accidente precum Wattenscheid sau Lassing.” De aceea oamenii de știință și tehnicienii lucrează la această creștere în întreaga lume în care se desfășoară exploatarea și îmbunătățirea procesului Insar - prin plasarea mai multor sateliți radar și o rezoluție la sol mai mare a dispozitivelor, deoarece acestea știu: nu numai „este întuneric în fața sapei”, ci mai târziu și în spatele acestuia.
Articolul DIE WELT (10.09.2007)
De Bernhard Mackowiak
Sateliții avertizează asupra pagubelor cauzate de mine
Casele care se scufundă într-un tunel ar trebui să fie un lucru din trecut - cercetătorii dezvoltă un sistem de alarmă pentru daune minelor
Clausthal - "O gaură se deschide în pământul orașului Beresniki, cu 170.000 de locuitori. Adâncimea de 60 de metri și suprafața a două portavioane este craterul din orașul minier rus. Una dintre cele patru gropi active de potasiu care acoperă zona de pe partea de vest a Orașul din Ural, cu unul dintre cei mai mari mineri de potasiu din lume, s-a prăbușit din cauza inundațiilor ".
Mulțumită grupului din jurul profesorului Wolfgang Busch, această știre este ficțiune. Lucrează la Institutul de Inginerie Geotehnică și Supraveghere a Minelor de la Universitatea Tehnologică Clausthal din aprilie la un proiect de cercetare finanțat de Rusia. Sunt evaluate imaginile prin satelit obținute de satelitul european de mediu „Envisat” și instrumentele sale radar. Aceștia înregistrează scufundări de câțiva milimetri în regiunea minieră situată la 3000 de kilometri distanță.
Procedura se numește interferometrie radar. „Impulsurile radar sunt trimise de un satelit, reflectate pe suprafața pământului și primite din nou de un senzor de pe satelit”, spune Wolfgang Busch. „Odată ce satelitul ne-a încercuit planeta pe o orbită, va ajunge aproximativ în același loc - în cazul nostru după 35 de zile - unde își va emite din nou radiația radar și va primi imediat din nou radiația reflectată. Aceștia doi vor fi apoi pe Pământ Imaginile cu radiații sunt suprapuse interferometric ", spune Busch.
Interferometria este suprapunerea fasciculelor de aceeași lungime de undă. Acest lucru duce la efecte de lumină-întuneric. „Doar prin această suprapunere a setului de date este posibil nivelul înalt de precizie a măsurării pentru înregistrarea acestei modificări de înălțime.”
Cele mai fine modificări ale suprafeței terestre în milimetri și centimetri pot fi înregistrate cu ajutorul radarului de diafragmă sintetică interferometrică (InSAR), deoarece apar nu numai cu ghețarii, vulcanismul, alunecările de teren și cutremurele, ci și cu cedarea cauzată de construcția (montană). Busch și echipa sa se concentrează pe captarea mișcărilor verticale la sol care au loc în exploatarea extensivă. Acestea includ extracția subterană de cărbune, potasiu și sare și, nu în ultimul rând, extracția de petrol și gaze naturale.
„În timp ce mișcările verticale ale solului generate de acestea se situează în intervalul de centimetri și decimetri, pauzele diurne pe scară largă cauzate de extracția cărbunelui, potasei și sării presupun că arderea suprafeței contorului”, explică Busch. La fel, pomparea apei în minele active deschise de lignit și umplerea cu apă a minelor deschise adiacente poate duce la apariție, așa cum este cazul în zona de lignit din Germania Centrală.
Rusia este într-adevăr cea mai spectaculoasă zonă operațională a „Grupului Busch”, dar funcționează și în districtul central minier de lignit din Germania, în zona Ruhr și în Emsland. Cercetătorii au instalat deja 25 de reflectoare. „Trimit fasciculele radar înapoi către satelit într-un mod combinat și astfel generează semnale deosebit de bune”, spune Busch. "Folosim aceste reflectoare ca puncte de control pentru evaluarea noastră."
Oriunde în lume, unde există minerit, cercetătorii lucrează pentru a îmbunătăți procesul InSAR, pentru că un lucru este cert: „Metalla exercere necesse est - mineritul este necesar!”