二等水準測量在礦區沉降形變監測中的應用

馮國慶

（江蘇科信巖土工程勘察有限公司，江蘇 南京 210000）

礦區沉降形變是由于地下深部資源開發，導致臨空巖層受力結構發生變化，進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現象。礦山開采區地表沉降形變普遍存在，但過度的形變可能導致上覆巖層塌陷，造成生命財產安全損失等[1]。因此，加強礦區開采區地表沉降形變監測至關重要，常用的方法有InSAR技術、GPS技術等[2]。本文以二等水準測量技術為研究對象，分析該技術在礦區沉降形變監測中的應用效果。

1 研究區概況

礦區地形地貌屬于地山丘陵地區，區內地形復雜多變，總體上具有北東高、南西低的趨勢，礦區見一條常年性地表河流自北東向南西流出礦區。礦區以銅金礦產為主，開采歷史較悠久，形成了大量的地下開采空洞，地表沉降形變問題日益嚴重。為了更好的服務于礦山建設，本文選擇二等水準測量技術對礦區進行沉降監測。

2 監測方法及布設原則

2.1 監測方法概述

二等水準測量技術采用的高程基準為1985國家高程基準，監測儀器采用數字水準儀。本次監測主要針對礦區范圍內分布的42個水準點多年來采集的高程數據進行對比分析，進而分析礦區不同區域的沉降規律、沉降量等[3]。在觀測之前，對數字水準儀進行校對和檢核處理，以及觀測過程中對氣候條件等的選擇均嚴格按照相應標準規范執行，對于超差監測區域進行了重測或者補測工作。在使用水準儀之前均使用儀器自帶的i角測定程序進行測定，并存儲在儀器中，若所測i角結果與上次測量結果大于3分以上，需要重新測量，直至i角在誤差范圍內位置。

2.2 監測點位選擇

水準點的選擇是影響監測結果準確性和可靠性的基礎，因此，水準點的選擇必需選擇在地基穩定的區域，不易將水準點布設在沉降區內，防治水準點沉降量較大而導致監測結果錯誤。此外，水準點必需選擇在視野開闊的區域和有利于保存的區域。對于基巖水準點來說，應該選擇在基巖露頭上，也可以選擇在高架橋墩等部位[3]。監測點是分析礦區沉降形變規律的基礎，應該均勻分布在監測范圍內，為不同區域沉降形變規律分析奠定基礎。在水準測量點以及監測點布設過程中，應該選擇兩個已知的高程點作為起始點和檢核點，本次根據礦區地形地貌以及植被覆蓋狀況，在監測礦區共布設水準點16個，監測點共26個。

3 數據處理與分析

3.1 監測結果

本文匯總了2016年至2019年期間的監測數據，包括已知點、水準點和監測點的數據，由于本文匯總監測數據量大，因此本文僅選擇部分監測數據，并采用自定義坐標系統表達（表1）。其中，已知點標注為“T”，監測點標準為“C”。

表1 研究區部分監測數據統計表

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 研究區沉降規律分析

本次統計的監測數據時間跨度較長，由于其他外在因素的影響，個別監測點遭到破壞，為了不影響最終的監測精度，本文將破壞的監測點相應的監測數據舍去，保留了監測點位完好的監測數據，共獲得38個監測點的監測數據進行了沉降規律分析。以已知的兩個水準點為起始值進行坐標系統的換算，將自定義坐標換算至相應要求的統一坐標系統下，并對不同年限所獲得的數據進行分析，總結不同時間段內礦區地表沉降規律的變化狀況。根據統計發現，自2016年至2019年，沉降量最大的部位位于礦區中東部，且沉降量較大的區域呈漏斗狀，反映了該區域巖層的應力狀況變化較大，對應于2016年之前已經存在的開采空洞區，但是該區域的沉降速率卻相對較小，可能是開采之前應力平衡被打破后隨著長時間應力結構的變化逐漸趨于新的應力平衡所致；而2016年之后形成的開空區上部地表沉降量相對較小，但是沉降速率卻大于2016年之前形成開空區上部地表沉降的速率，說明該部分區域的應力結構從初始打破平衡向下一步平衡狀況趨近。對監測區域沉降量統計發現，礦區最大沉降可達52 mm，最小沉降量為3mm，沉降量大于50mm的區域占據總沉降區的1.2%，沉降量介于30mm～50mm之間的區域占據總沉降面積的10.8%，沉降量介于10mm～30mm的區域占據總沉降面積的20.7%，沉降量介于0mm～10mm的區域占總沉降面積的67.3%。通過沉降規律分析，礦區地表沉降形變總體上不大，屬于較穩定型，但局部區域沉降量較大，應防止塌陷等問題出現，井下巷道以及開空區應及時回填，防止冒頂等事故發生。

4 結語

綜上所述，二等水準測量技術在礦區沉降形變監測中取得了較好的監測效果，根據某礦區沉降形變監測實例，獲得礦區最大沉降量可達52 mm，最小沉降量為3mm，其中沉降量介于0mm～10mm的區域占總沉降面積的67.3%，總體上認為礦區地表沉降不大，屬于較穩定型。此外，沉降量最大的區域與2016年之前形成的采空區耦合性較好，說明本次的監測結果是可靠的，能夠反映礦區的實際形變規律。因此，二等水準測量技術在礦區地表沉降形變監測中具有較好的應用效果，能夠推廣使用。