(新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司,新疆 阿勒泰 836700)

楊瑞

礦山開采沉陷監(jiān)測技術(shù)研究進展淺析

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資源獲取與開采沉陷監(jiān)測技術(shù)是一項重要的監(jiān)測技術(shù).本文首先從幾種礦山開采沉陷監(jiān)測技術(shù)的原理和優(yōu)缺點,闡述了它的研究進展.其次,研究了礦山開采沉陷監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用,將GPS技術(shù)實際應(yīng)用到礦山開采沉陷監(jiān)測中.

礦山開采;沉陷監(jiān)測技術(shù);研究進展

在煤炭資源開采的過程當(dāng)中,很容易引起地表沉降問題.那么就需要采取一定措施來quot;反沉降quot;,使得在開采的過程中,維持煤礦資源可利用性的同時,保證開采人員的安全.在這期間,開采沉降監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用就是非常有必要的.通過相關(guān)研究人員的不斷研究,已經(jīng)發(fā)掘出了多種開采沉陷監(jiān)測技術(shù),本文將對此進行一一說明,并分析GPS技術(shù)在礦山開采沉陷監(jiān)測中的具體應(yīng)用.

1 礦山開采沉陷監(jiān)測技術(shù)分析

1.1 水準(zhǔn)測量監(jiān)測技術(shù)

應(yīng)用這種技術(shù)的時候,需要的儀器有水準(zhǔn)儀以及它配套的水準(zhǔn)尺.通過定位兩點,再測量兩點之間的高度差來進行水準(zhǔn)測量.在進行水準(zhǔn)測量的時候,其精度要按照三等水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)進行.在實地進行測量的時候要根據(jù)實際情況來進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)變,如果測量的地方地形起伏較大,那么就需要測量多個轉(zhuǎn)點,盡量避免誤差的出現(xiàn).用這種方法所測出來的空間位置不一定精確.

1.2 三角高程測量監(jiān)測技術(shù)

上一點所說的水準(zhǔn)測量技術(shù)比較適用于在地形較平坦的地方進行測量,而針對于地形比較復(fù)雜的區(qū)域,三角高程測量技術(shù)就非常好.在這一方面,它彌補了水準(zhǔn)測量方法的不足.通過測量照準(zhǔn)點以及測站點的水平距離和天頂距來確定兩點間的高差.理論公式如下:

在這個公式當(dāng)中,HB為照準(zhǔn)點的高程,HA為測站點的高程,D是A,B間的水平距離.€是垂直角度,i為儀器的高度,v是測站點的標(biāo)準(zhǔn)高度.在大氣比較穩(wěn)定的前提條件之下,三角高程測量監(jiān)測技術(shù)是比較實用的,在大多數(shù)情況之下都能夠直接代替水準(zhǔn)測量監(jiān)測技術(shù).

1.3 D-InSAR技術(shù)

這種技術(shù)和常規(guī)的地表沉陷量獲取技術(shù)不同,它沒有通過單點信息來組成線、面信息,也不用通過插入值來進行數(shù)據(jù)求解.D-InSAR技術(shù)可以通過濾波、去平地效應(yīng)、相位解纏、地理編碼等等流程獲取形變信息.運用這種技術(shù)之后,獲取的形變精度可以達(dá)到厘米級,在穩(wěn)定的情況之下,還有可能達(dá)到毫米級.當(dāng)然,這些都是這種技術(shù)的優(yōu)點,它也存在一定的缺點,比如大氣延遲誤差出現(xiàn),從訪的周期比較長等等.

1.4 GPS技術(shù)綜合運用

GPS定位技術(shù)在我們的日常生活當(dāng)中是非常常見的,通過測量衛(wèi)星到接收機的距離,進而求解到定位區(qū)域的三維坐標(biāo),再通過一定的理論公式間接求解地面的正確高度.理論公式如下:

其中Hr為正常的高度,H為大地的高度,￡為高程異常.用GPS技術(shù)來進行測量定位有較高的效率.水平測量及高程測量都可以在同一時間段內(nèi)進行.通過合理的網(wǎng)頁設(shè)計以及擬合點選擇,擬和點模型設(shè)置.

2 礦山開采沉陷監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用

通過分析幾種常用的礦山開采沉陷監(jiān)測技術(shù),就礦山開采沉陷監(jiān)測技術(shù)中的GPS技術(shù)進行分析,研究該技術(shù)在采礦中的實際應(yīng)用.

2.1 礦山開采沉陷檢測的觀測指標(biāo)

在實際的礦區(qū)開采環(huán)節(jié),地表會在逐漸開采中由于井下巖體下移而受到破壞,呈逐漸加深趨勢,在破壞逐漸加深的情況下,地表標(biāo)高會不斷向下沉降,進而在地面上會出現(xiàn)一個沉陷區(qū)域,且該區(qū)域的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采空區(qū).因為沉降的出現(xiàn),往往會使地表的水平位置及標(biāo)高發(fā)生改變,進而改變了原有地表形態(tài).表示此種變化一般包括以下五個指標(biāo).第一,水平移動指標(biāo),地表沉降區(qū)域某點發(fā)生的水平方向上的位移,通常會用u進行表示,通過首次與本次兩次測量得出的結(jié)果差,最終得出該點的水平位移值.第二,下沉指標(biāo),下沉值是原地面點的豎向沉降值,通常會用w進行表示,主要是表示地表豎向垂直移動分量,經(jīng)首次與本次兩次測量得到的標(biāo)高差,算出最終的下沉值.第三,傾斜指標(biāo),所謂的地表傾斜,表示相鄰兩點豎直距離與水平距離兩者之比,主要表示地表向某一方向移動的坡度.第四,曲率指標(biāo),表示兩相鄰線段中點水平距離和線段傾斜差兩者間的比值,曲率指標(biāo)用來表示觀測線斷面上實際發(fā)生的彎曲情況.第五,水平變形指標(biāo),通常會用ε進行表示,主要表示的是相鄰兩點水平移動差與水平距離之比.在地表移動觀測期,主要的觀測內(nèi)容有平面坐標(biāo)、位置高程、距離以及裂縫等,經(jīng)實際測量數(shù)據(jù)可得出相關(guān)內(nèi)容,具體如圖1.

圖1 經(jīng)實際測量數(shù)據(jù)可得出相關(guān)內(nèi)容

以上提到的地表移動規(guī)律指標(biāo)與實際測量互相依存,一方面地表移動規(guī)律指標(biāo)是地表沉陷預(yù)測的理論前提,另一方面準(zhǔn)確測量又作為地表移動規(guī)律指標(biāo)得出的前提.通過有效的測量方案,得出地表點準(zhǔn)確的沉陷數(shù)據(jù),進而繪制出定量指標(biāo)曲線,有助于沉陷規(guī)律的預(yù)測與估計,最終有效指導(dǎo)礦山開采工作的開展.

2.2 GPS技術(shù)在采礦中的實際應(yīng)用

第一,GPS監(jiān)測網(wǎng)的建立.以往礦山開采沉陷區(qū)的數(shù)據(jù)檢測方法存在諸多的弊端,主要包括程序復(fù)雜、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不夠等,以上問題致使礦山開采沉陷預(yù)測效果不佳.GPS礦山監(jiān)測網(wǎng)將以上問題有效解決,該監(jiān)測網(wǎng)可對地表、建筑物、道路等位置的變化有效監(jiān)控,運用測量儀器開展實際測量,進行數(shù)據(jù)的收集、整理、分析,有助于礦山采空區(qū)沉陷預(yù)測的開展,提升準(zhǔn)確性.

第二,GPS監(jiān)測網(wǎng)的實際監(jiān)測.在進行實際檢測之前,首先,找出基準(zhǔn)點,將該點作為參考點,開展后續(xù)數(shù)據(jù)測量活動.基準(zhǔn)點的選擇環(huán)節(jié),通常情況基準(zhǔn)點處于開采沉陷區(qū)的外側(cè),以確保其恒久性,監(jiān)測網(wǎng)就是以三四個這樣的基準(zhǔn)點構(gòu)成.其次,設(shè)置監(jiān)測點,與基準(zhǔn)點相同也設(shè)置在開采沉陷區(qū)的外側(cè),為滿足檢測準(zhǔn)確性要求,首選位置是在觀察線的兩側(cè),其坐標(biāo)主要用于數(shù)據(jù)測量的基準(zhǔn).最后,確立GPS布網(wǎng)方案,結(jié)合地形圖資料及已有控制網(wǎng)進行分析,經(jīng)實際勘查后,根據(jù)礦上情況確定布網(wǎng)方案.不過,在實際的測量之前,應(yīng)對監(jiān)測網(wǎng)進行復(fù)測,以保證基準(zhǔn)點的準(zhǔn)確可靠,發(fā)現(xiàn)問題及時改正.

第三,數(shù)據(jù)的綜合處理.對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理,主要包括以下五個步驟,如圖2.

圖2 數(shù)據(jù)的綜合處理步驟

以上步驟中的數(shù)據(jù)預(yù)處理,主要進行原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理.而解算基線步驟較為復(fù)雜,該步驟主要分析觀測值殘差以及解算與精度分析基線長度.最后的GPS網(wǎng)平差是利用軟件進行的,主要運用軟件對數(shù)據(jù)進行最終的處理,包括兩點,一是通過對GPS原始數(shù)據(jù)進行處理,得到觀測網(wǎng)的基線解,二是進行同步網(wǎng)的整體平差與分析,最后獲得GPS的最終解.

第四,開采沉陷區(qū)的預(yù)測.通過各期的觀測數(shù)據(jù),計算出GPS移動觀測線上點的下沉量,根據(jù)定量評估指標(biāo)參數(shù)對數(shù)據(jù)進行求解,最后得出下沉-時間關(guān)系圖.在開展采空區(qū)沉陷及變形預(yù)測環(huán)節(jié),可將專門的監(jiān)測工作點設(shè)置于監(jiān)測網(wǎng)上,對下沉量及變形參數(shù)進行實時監(jiān)測,可有效觀察沉陷與變形情況,及時得出相應(yīng)的監(jiān)測報告.

3 結(jié)語

從目前我國礦山開采的情況來看,不僅有從發(fā)展之初遺留下來的沉陷監(jiān)測技術(shù),而且還有新型的檢測技術(shù),傳統(tǒng)的檢測技術(shù)需要在不同的區(qū)域建立的地表觀測站.以這些觀測站為點組成觀測線,最后構(gòu)成觀測網(wǎng),全方位對礦山開采沉陷問題進行監(jiān)測.要確定在進行礦山開采之后該地區(qū)的地表是否沉陷,那就應(yīng)該運用一定技術(shù)進行高度測量對比.在實際操作過程當(dāng)中一定要注意到每一種技術(shù)的相通性,讓每種技術(shù)中存在的難題越來越少.文中就礦山開采沉陷監(jiān)測技術(shù)中的GPS技術(shù),研究該技術(shù)在采礦中的實際應(yīng)用,意在為礦山開采沉陷監(jiān)測工作提供借鑒.

[1]王小兵.基于DInSAR技術(shù)的礦山開采沉陷監(jiān)測研究現(xiàn)狀[J].金屬礦山,2015,(S1):65-71.

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1671-0711(2017)11(下)-0096-02