金属矿山由于其地质构造和采矿工艺的特点,矿区地表变形影响因素具有灰色性和复杂性,地表移动变形机理和时空演化规律的研究越来越受到重视。因此,基于GIS的地表变形规律研究和预测,实现对地表变形信息的三维可视化和时空演化规律研究,这对于矿区的安全生产提供重要的科学依据。基于地表现场监测数据,研究了走向观测线和倾向观测线上各监测点的位移变化规律,提出了地表变形预警区域,分析了水平移动和沉陷移动内在机理。应用GIS软件技术,生成了地表监测点3个不同周期的沉陷等值线图和剖面图,分析了地下开采与地表沉陷变化态势关系。针对地表变形影响因素的相关性和复杂灰色性,应用灰色关联分析方法,弄清了各影响因素对地表沉陷的关联程度。提出了基于PCA与BP组合预测的方法,简化了复杂的影响因素,同时保留了绝大部分的主成分信息,对地表移动变形的岩层移动角进行了预测。结果表明,提高了BP神经网络整体预测岩层移动角的稳定性和精确性,预测效果总体高于BP预测,预测结果的稳定性更为理想,绘出了矿区的地表移动范围,为矿山地表的工程布局提供决策支持。构建了自重应力和水平构造应力背景下的矿区三维数值模拟计算模型,模拟计算了两种背景下的地表在垂直方向的位移。以地表变形倾向观测线的1#线和4#线的地下开采时空顺序为典型背景,模拟计算地下开采过程中诱发的岩层移动变形规律,揭示了顶板上覆岩层的垂直变形对应跨度的演化过程。针对金属矿山构造应力存在的特点,考虑自重应力和构造应力迭加效应的影响,将地应力作为影响因素引入到地表移动变形预计模型中,以现有矿区开采区域进行地表变形预计,各观测线地表监测点预计结果与现场监测和数值模拟较为吻合。研究结果表明,基于GIS的地表变形规律和预测的研究,综合了现场实测、数值模拟和理论分析等研究手段,揭示了矿区地表沉陷机制和时空演化规律,为矿山的安全生产提供了技术支撑,对于辅助矿山实现高效生产这一目标意义重大。