煤礦開采沉陷自動化監測系統的設計與應用

張仟仟+孔慶蒙

摘 要：煤礦開采過程中會出現沉陷問題，地表會發生下沉、水平位移、變形等現象。如果變形的數值超出了可控范圍就會影響到礦井生產的安全以及礦區的生態環境。設計完善的煤礦開采沉陷自動化監測系統主要是為了實時獲取地表變形的相關數據，為采取控制措施提供依據。

關鍵詞：煤礦開采，沉陷，監測系統，設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.058

1 煤礦開采沉陷自動化監測系統的設計

（1）系統組成。煤礦開采沉陷自動化監測系統以GNSS CORS技術、GIS技術、計算機網絡通訊技術、現代測量數據處理技術等為支撐，將GNSS、全站儀、數字水準儀及PDA設備進行集成，實現監測數據的自動采集、傳輸及分析。

整個監測系統主要包括基準站、連續實時監測站、非連續實時監測站。基準站多是一個，可建在礦區辦公樓定，主要是用來提供監測基準。連續實時監測站可根據礦區生產的需要建設多個，主要布置在觀測線的關鍵位置，采取定時實時監測方式。非連續實時監測站則更多，采用準實時、事后監測方式。

（2）系統功能。煤礦開采沉陷自動化監測系統的主要功能是實時監測煤礦開采過程中地表發生的沉降、移動、變形、傾斜等現象，掌握地表的運動狀態和變化趨勢。并對監測的數據進行綜合處理分析，為開采沉陷的防控提供依據。因此該系統的具體功能包括數據的收集、傳輸、處理、分析、存儲。

（3）系統軟件設計思路。煤礦開采沉陷自動化監測系統軟件主要由數據監控中心軟件（DMCS）、礦山開采沉陷綜合數據處理與分析系統軟件包（MISPAS）、實時數據采集終端系統軟件（CAuto Terms）三大軟件構成。三大軟件的模塊設計主要是根據功能的需要和安排進行，其具體設計如下。

數據監控中心軟件主要的模塊有：用戶與工程管理模塊、基準站串口與通訊模塊、基準站運行監測模塊、監測站運行監測模塊等。

礦山開采沉陷綜合數據處理與分析系統軟件包主要的模塊有：開采沉陷參數解算模塊、開采沉陷損害評價分析模塊、地表移動變形分析模塊、地表移動變形預計模塊、數據處理分析模塊等。

時數據采集終端系統軟件主要的模塊有：數據采集模塊、數據分析模塊、文件管理模塊、查詢編輯模塊、網絡通訊模塊等。

（4）數據庫結構設計。根據以上煤礦開采沉陷自動化監測系統的軟件組織以及功能來看，需要設計的數據庫主要包括基本信息數據庫、操作日志數據庫、圖形數據庫以及各監測結果數據庫等。

在設計數據庫結構時，應該考慮到煤礦開采地區水文地質條件的特殊性，以及隨著開采范圍和開采深度的擴大，地質水文狀況及其相關數據也會有所變化。對應的數據庫中關于這些地質水文相關的原始數據必須隨著礦區地質報告的修整而進行修改。

（5）系統軟件的實現。系統軟件實現是煤礦開采沉陷自動化監測系統能夠運用的基礎。系統軟件的實現包括數據監控中心軟件、MISPAS軟件包、移動終端軟件。

數據監控中心軟件負責定位、數據采集、數據分析、數據處理、設備監控、成果輸出等作用。主界面要足夠清晰簡單，對重要內容進行突出，便于用戶快速的獲取需要的信息。

MISPAS軟件包作為礦山開采沉陷綜合處理軟件集成，由于包含的內容較為復雜，因此操作界面相對復雜，操作難度相對較大。其優點是軟件可以在軟件包下集成運行，也可以單獨運行。

移動終端軟件作為實時數據采集終端的控制軟件，其主界面主要包括網絡操作、工程管理、導入地圖、系統設置等部分。同樣作為用戶使用軟件，其界面應盡量簡潔，突出重點。

2 煤礦開采沉陷自動化監測系統的應用

某礦業有限責任公司為其礦區設計了一套煤礦開采沉陷自動化監測系統。該系統主要包括1個基準站、9個連續實時監測站和60個非連續實時監測站。其具體的系統組成狀況如圖1所示。

該系統不僅能夠用于監測煤礦開采過程中的地表沉陷狀況，也可以用于水庫大壩、大型橋梁、高層建筑等工程中。

在具體應用過程中，該系統完整的收集了礦區開采過程中地表下沉、位移、變形相關數據，成功預測了地面沉陷的發展趨勢，并采取相關措施，將沉陷狀況控制在合理范圍內，避免變形進一步擴大，影響到礦井安全生產以及礦區的生態環境。

參考文獻：

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[2]蔣法文，劉可勝，杭玉付等.煤礦開采沉陷自動化監測實時數據采集終端系統研究[J].礦山測量，2014（05）：94.

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作者簡介：張仟仟，男，山東濟寧人，本科，主要從事煤礦技術工作。