馮國(guó)慶

（江蘇科信巖土工程勘察有限公司，江蘇 南京 210000）

礦區(qū)沉降形變是由于地下深部資源開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致臨空巖層受力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而引起上覆巖層彎曲變形、破裂、甚至塌陷等一系列工程地質(zhì)現(xiàn)象。礦山開(kāi)采區(qū)地表沉降形變普遍存在，但過(guò)度的形變可能導(dǎo)致上覆巖層塌陷，造成生命財(cái)產(chǎn)安全損失等[1]。因此，加強(qiáng)礦區(qū)開(kāi)采區(qū)地表沉降形變監(jiān)測(cè)至關(guān)重要，常用的方法有InSAR技術(shù)、GPS技術(shù)等[2]。本文以二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)為研究對(duì)象，分析該技術(shù)在礦區(qū)沉降形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果。

1 研究區(qū)概況

礦區(qū)地形地貌屬于地山丘陵地區(qū)，區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜多變，總體上具有北東高、南西低的趨勢(shì)，礦區(qū)見(jiàn)一條常年性地表河流自北東向南西流出礦區(qū)。礦區(qū)以銅金礦產(chǎn)為主，開(kāi)采歷史較悠久，形成了大量的地下開(kāi)采空洞，地表沉降形變問(wèn)題日益嚴(yán)重。為了更好的服務(wù)于礦山建設(shè)，本文選擇二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。

2 監(jiān)測(cè)方法及布設(shè)原則

2.1 監(jiān)測(cè)方法概述

二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)采用的高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)儀器采用數(shù)字水準(zhǔn)儀。本次監(jiān)測(cè)主要針對(duì)礦區(qū)范圍內(nèi)分布的42個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)多年來(lái)采集的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而分析礦區(qū)不同區(qū)域的沉降規(guī)律、沉降量等[3]。在觀測(cè)之前，對(duì)數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行校對(duì)和檢核處理，以及觀測(cè)過(guò)程中對(duì)氣候條件等的選擇均嚴(yán)格按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行，對(duì)于超差監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行了重測(cè)或者補(bǔ)測(cè)工作。在使用水準(zhǔn)儀之前均使用儀器自帶的i角測(cè)定程序進(jìn)行測(cè)定，并存儲(chǔ)在儀器中，若所測(cè)i角結(jié)果與上次測(cè)量結(jié)果大于3分以上，需要重新測(cè)量，直至i角在誤差范圍內(nèi)位置。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選擇

水準(zhǔn)點(diǎn)的選擇是影響監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性的基礎(chǔ)，因此，水準(zhǔn)點(diǎn)的選擇必需選擇在地基穩(wěn)定的區(qū)域，不易將水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在沉降區(qū)內(nèi)，防治水準(zhǔn)點(diǎn)沉降量較大而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果錯(cuò)誤。此外，水準(zhǔn)點(diǎn)必需選擇在視野開(kāi)闊的區(qū)域和有利于保存的區(qū)域。對(duì)于基巖水準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該選擇在基巖露頭上，也可以選擇在高架橋墩等部位[3]。監(jiān)測(cè)點(diǎn)是分析礦區(qū)沉降形變規(guī)律的基礎(chǔ)，應(yīng)該均勻分布在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，為不同區(qū)域沉降形變規(guī)律分析奠定基礎(chǔ)。在水準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)過(guò)程中，應(yīng)該選擇兩個(gè)已知的高程點(diǎn)作為起始點(diǎn)和檢核點(diǎn)，本次根據(jù)礦區(qū)地形地貌以及植被覆蓋狀況，在監(jiān)測(cè)礦區(qū)共布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)16個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)共26個(gè)。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

本文匯總了2016年至2019年期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括已知點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，由于本文匯總監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大，因此本文僅選擇部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并采用自定義坐標(biāo)系統(tǒng)表達(dá)（表1）。其中，已知點(diǎn)標(biāo)注為“T”，監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)為“C”。

表1 研究區(qū)部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

C4 115.312 115.322 115.318 115.317 C5 104.294 104.301 104.296 104.297 C6 104.865 104.873 104.868 104.869 C7 111.428 111.434 111.429 111.434 C8 96.621 96.621 96.607 96.608

3.2 研究區(qū)沉降規(guī)律分析

本次統(tǒng)計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間跨度較長(zhǎng)，由于其他外在因素的影響，個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)遭到破壞，為了不影響最終的監(jiān)測(cè)精度，本文將破壞的監(jiān)測(cè)點(diǎn)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)舍去，保留了監(jiān)測(cè)點(diǎn)位完好的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，共獲得38個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了沉降規(guī)律分析。以已知的兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)為起始值進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的換算，將自定義坐標(biāo)換算至相應(yīng)要求的統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)下，并對(duì)不同年限所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)不同時(shí)間段內(nèi)礦區(qū)地表沉降規(guī)律的變化狀況。根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，自2016年至2019年，沉降量最大的部位位于礦區(qū)中東部，且沉降量較大的區(qū)域呈漏斗狀，反映了該區(qū)域巖層的應(yīng)力狀況變化較大，對(duì)應(yīng)于2016年之前已經(jīng)存在的開(kāi)采空洞區(qū)，但是該區(qū)域的沉降速率卻相對(duì)較小，可能是開(kāi)采之前應(yīng)力平衡被打破后隨著長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力結(jié)構(gòu)的變化逐漸趨于新的應(yīng)力平衡所致；而2016年之后形成的開(kāi)空區(qū)上部地表沉降量相對(duì)較小，但是沉降速率卻大于2016年之前形成開(kāi)空區(qū)上部地表沉降的速率，說(shuō)明該部分區(qū)域的應(yīng)力結(jié)構(gòu)從初始打破平衡向下一步平衡狀況趨近。對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域沉降量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)最大沉降可達(dá)52 mm，最小沉降量為3mm，沉降量大于50mm的區(qū)域占據(jù)總沉降區(qū)的1.2%，沉降量介于30mm～50mm之間的區(qū)域占據(jù)總沉降面積的10.8%，沉降量介于10mm～30mm的區(qū)域占據(jù)總沉降面積的20.7%，沉降量介于0mm～10mm的區(qū)域占總沉降面積的67.3%。通過(guò)沉降規(guī)律分析，礦區(qū)地表沉降形變總體上不大，屬于較穩(wěn)定型，但局部區(qū)域沉降量較大，應(yīng)防止塌陷等問(wèn)題出現(xiàn)，井下巷道以及開(kāi)空區(qū)應(yīng)及時(shí)回填，防止冒頂?shù)仁鹿拾l(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)在礦區(qū)沉降形變監(jiān)測(cè)中取得了較好的監(jiān)測(cè)效果，根據(jù)某礦區(qū)沉降形變監(jiān)測(cè)實(shí)例，獲得礦區(qū)最大沉降量可達(dá)52 mm，最小沉降量為3mm，其中沉降量介于0mm～10mm的區(qū)域占總沉降面積的67.3%，總體上認(rèn)為礦區(qū)地表沉降不大，屬于較穩(wěn)定型。此外，沉降量最大的區(qū)域與2016年之前形成的采空區(qū)耦合性較好，說(shuō)明本次的監(jiān)測(cè)結(jié)果是可靠的，能夠反映礦區(qū)的實(shí)際形變規(guī)律。因此，二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)在礦區(qū)地表沉降形變監(jiān)測(cè)中具有較好的應(yīng)用效果，能夠推廣使用。