梅山鐵礦地表塌陷區地形測量及成果應用

程華偉　劉宏志

(南京梅山冶金發展有限公司礦業分公司)

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梅山鐵礦地表塌陷區地形測量及成果應用

程華偉劉宏志

(南京梅山冶金發展有限公司礦業分公司)

摘要針對梅山鐵礦塌陷區常規測量方法效果不佳，采用航空攝影測量方法獲取了塌陷區塌陷現狀影像數據，通過對影像數據進行處理及計算，得到了塌陷區地形圖。根據塌陷區地形圖，計算了塌陷參數，為有效治理該礦塌陷區提供參考。

關鍵詞塌陷區航空攝影測量塌陷區地形圖塌陷參數

梅山鐵礦塌陷區是公司級一級危險源，塌陷區的監測和管理是梅山鐵礦安全管理中的一項重要工作。隨著井下礦石的持續開采，塌陷區的沉陷是一個復雜的三維、動態過程。為確保井下安全開采，有必要對塌陷區進行及時有效監測，以準確獲取塌陷區的塌陷范圍、體積和深度塌陷參數。利用傳統的測量儀器(經緯儀或全站儀)塌陷區監測，不僅作業量大，而且測量精度也不理想；三維激光掃描新技術雖己廣泛應用于三維實體測量中，但其坐標測定精度僅為±(1～2)mm，無法滿足采礦塌陷區地形測量的精度要求。相對于常規測量方法，攝影測量可獲得同一時刻各觀測點的三維坐標值，測量人員無需深入測區，并且具有工作強度低、信息獲取全面等優點[1]。本研究對梅山鐵礦塌陷區地形攝影測量的基本流程進行詳細分析，并對地形測量成果——塌陷區地形圖的應用情況進行探討。

1塌陷區地形測量

1.1資料收集

搜集的資料主要包括1∶1 000礦區地形圖(1985年)、1∶1 000礦區地形圖(2003年)、礦區四等控制點成果資料、井上下對照圖(2010年年末)一級梅山鐵礦累計采出礦石量(2 281萬m3)等，并對礦區四等控制點的保護情況進行了現場查勘。

1.2航空攝影測量航拍

梅山鐵礦塌陷區采用民用飛機進行航拍，由河南理工大學于2011年8月1日、8月14日先后組織了2次航拍工作。設計2條航拍路線，每條路線拍攝10幅影像，確保航向與旁向相片的重疊度不少于60%，通過航拍共獲得了20幅有一定重疊度的航攝影像。

1.3控制測量及像控點測量

控制測量采用GPS技術，在塌陷區周邊布設并測定了4個四等控制點，采用的平面坐標系統為北京54坐標，高程系統為吳淞高程。首先在航拍影像上選取地物特征點，選點目標均位于像片影像清晰、目標小、攝影后無變化并易于內業選刺的部位。像控點采用GPS-RTK技術測量，像控點選擇完畢后，在航拍相片上標定位置，對照航拍影像到實地確定像控點位置并測定其坐標，共測定了11個像控點。

1.4航測內業成圖

首先進行空中三角形結算，利用全數字空三加密軟件PixGrid導入外業像制點坐標，運用Pat-B平差軟件進行光束法區域網平差，解算加密點坐標及高精度的影像外方位元素。在Virtuzo工作站下導入空三成果恢復立體模型，按照層碼要求在立體模型下進行地物、地貌的判讀采集，并進行模型接邊，生成標準分幅圖形文件，輸出符號化圖形文件。通過對影像數據進行內外業處理，結果分別如圖1、圖2所示。

2塌陷區地形圖應用

2.1塌陷面積計算

根據對礦區塌陷區數字高程模型(DEM)和數字正射影像(DOM)的分析，可將高程急劇變化的區域設定為明顯的錯動范圍并圈定為塌陷范圍，據此計算出的塌陷面積為31.93萬m2。將高程有變化趨勢的區域設定為周邊微動范圍并圈定為塌陷影響范圍，將塌陷范圍、塌陷影響范圍對應標于塌陷區地形圖上，作為塌陷區管理的界線。

圖1　礦區塌陷區DLG(局部)

圖2　礦區塌陷DEM+DOM

2.2塌陷體積計算

根據圈定的塌陷范圍，在塌陷范圍內根據塌陷區數字高程模型(DEM)，每隔25 m量取1個高程點，生成數據文件，根據1985年版地形圖，在塌陷范圍內，每隔25 m量取1個高程點生成數據文件，利用CASS軟件土方量計算功能，計算出的塌陷體積為 1 345萬m3，對照同期井下累計采出量(2 281萬m3)，可為分析井下礦石開采與地表塌陷的關系提供可靠依據。

2.3塌陷深度

根據塌陷區塌陷現狀高程數據和1985年塌陷區原始高程數據，可計算出各區域的塌陷深度及最大塌陷深度(-103.1 m)，建立數據庫，對照井下退采邊界圖，分析地表塌陷與井下開采的關系，判斷出可能存在的空洞區，并標注為重點關注區域，在后期變形監測中應加強觀測。

2.4任意方向剖面圖制作

根據1985年版礦區地形圖、現狀地形圖、井下各分層退采邊界圖，可分析原始地貌、現狀地貌的變化與井下開采的關系，并可按需要的方向切割形成剖面圖。將梅山鐵礦礦區地表塌陷區塌陷最深點(最深點標高為-103.1 m)設定為0#點，過該點分別沿進路方向、聯絡巷方向切割剖面形成剖面圖(圖3、圖4)，據此，可直觀地分析地面地貌變化與井下開采的關系，指導井下安全開采[2-3]。

圖3　聯絡巷方向剖面

圖4　進路方向剖面

3結語

由于梅山鐵礦塌陷區的的特殊性，常規測量方法無法有效獲得塌陷區地形圖。為此，本研究結合攝影測量方法，詳細分析了塌陷區地形攝影測量的基本流程，繪制了塌陷區地形圖。根據該圖計算了塌陷面積、塌陷體積，塌陷深度等參數，并繪制了聯絡巷方向、進路方向的剖面圖，對于該礦區有效治理塌陷區有一定的參考價值。

參考文獻

[1]李津嶺，張鑒，吳學峰.淺談航空攝影測量法在1∶10 000地形圖測繪中的應用[J].測繪與空間地理信息，2012(5)：208-210.

[2]郭延輝，侯克鵬，孫華芬，等.地下金屬礦山深部開采引起地表移動變形規律研究[J].有色金屬：礦山部分，2011，63(5)：36-40.

[3]戚冉，黃建華，郭春穎.礦山地面塌陷預測方法研究[J].中國礦業，2008，17(6)：20-24.

(收稿日期2015-11-19)

程華偉(1978—)，男，工程師，210041 江蘇省南京市雨花臺區西善橋。