礦山開采沉陷監測技術研究進展淺析

(新疆阿舍勒銅業股份有限公司,新疆 阿勒泰 836700)

楊瑞

礦山開采沉陷監測技術研究進展淺析

(新疆阿舍勒銅業股份有限公司,新疆 阿勒泰 836700)

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

礦山開采;沉陷監測技術;研究進展

在煤炭資源開采的過程當中,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,開采沉降監測技術的應用就是非常有必要的.通過相關研究人員的不斷研究,已經發掘出了多種開采沉陷監測技術,本文將對此進行一一說明,并分析GPS技術在礦山開采沉陷監測中的具體應用.

1 礦山開采沉陷監測技術分析

1.1 水準測量監測技術

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

1.2 三角高程測量監測技術

上一點所說的水準測量技術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雜的區域,三角高程測量技術就非常好.在這一方面,它彌補了水準測量方法的不足.通過測量照準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:

在這個公式當中,HB為照準點的高程,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是測站點的標準高度.在大氣比較穩定的前提條件之下,三角高程測量監測技術是比較實用的,在大多數情況之下都能夠直接代替水準測量監測技術.

1.3 D-InSAR技術

這種技術和常規的地表沉陷量獲取技術不同,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據求解.D-InSAR技術可以通過濾波、去平地效應、相位解纏、地理編碼等等流程獲取形變信息.運用這種技術之后,獲取的形變精度可以達到厘米級,在穩定的情況之下,還有可能達到毫米級.當然,這些都是這種技術的優點,它也存在一定的缺點,比如大氣延遲誤差出現,從訪的周期比較長等等.

1.4 GPS技術綜合運用

GPS定位技術在我們的日常生活當中是非常常見的,通過測量衛星到接收機的距離,進而求解到定位區域的三維坐標,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進行.通過合理的網頁設計以及擬合點選擇,擬和點模型設置.

2 礦山開采沉陷監測技術的具體應用

通過分析幾種常用的礦山開采沉陷監測技術,就礦山開采沉陷監測技術中的GPS技術進行分析,研究該技術在采礦中的實際應用.

2.1 礦山開采沉陷檢測的觀測指標

在實際的礦區開采環節,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,地表標高會不斷向下沉降,進而在地面上會出現一個沉陷區域,且該區域的大小遠遠大于采空區.因為沉降的出現,往往會使地表的水平位置及標高發生改變,進而改變了原有地表形態.表示此種變化一般包括以下五個指標.第一,水平移動指標,地表沉降區域某點發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果差,最終得出該點的水平位移值.第二,下沉指標,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,經首次與本次兩次測量得到的標高差,算出最終的下沉值.第三,傾斜指標,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,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,曲率指標用來表示觀測線斷面上實際發生的彎曲情況.第五,水平變形指標,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,主要的觀測內容有平面坐標、位置高程、距離以及裂縫等,經實際測量數據可得出相關內容,具體如圖1.

圖1 經實際測量數據可得出相關內容

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

2.2 GPS技術在采礦中的實際應用

第一,GPS監測網的建立.以往礦山開采沉陷區的數據檢測方法存在諸多的弊端,主要包括程序復雜、數據準確度不夠等,以上問題致使礦山開采沉陷預測效果不佳.GPS礦山監測網將以上問題有效解決,該監測網可對地表、建筑物、道路等位置的變化有效監控,運用測量儀器開展實際測量,進行數據的收集、整理、分析,有助于礦山采空區沉陷預測的開展,提升準確性.

第二,GPS監測網的實際監測.在進行實際檢測之前,首先,找出基準點,將該點作為參考點,開展后續數據測量活動.基準點的選擇環節,通常情況基準點處于開采沉陷區的外側,以確保其恒久性,監測網就是以三四個這樣的基準點構成.其次,設置監測點,與基準點相同也設置在開采沉陷區的外側,為滿足檢測準確性要求,首選位置是在觀察線的兩側,其坐標主要用于數據測量的基準.最后,確立GPS布網方案,結合地形圖資料及已有控制網進行分析,經實際勘查后,根據礦上情況確定布網方案.不過,在實際的測量之前,應對監測網進行復測,以保證基準點的準確可靠,發現問題及時改正.

第三,數據的綜合處理.對于監測數據的處理,主要包括以下五個步驟,如圖2.

圖2 數據的綜合處理步驟

以上步驟中的數據預處理,主要進行原始數據的標準化處理.而解算基線步驟較為復雜,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網平差是利用軟件進行的,主要運用軟件對數據進行最終的處理,包括兩點,一是通過對GPS原始數據進行處理,得到觀測網的基線解,二是進行同步網的整體平差與分析,最后獲得GPS的最終解.

第四,開采沉陷區的預測.通過各期的觀測數據,計算出GPS移動觀測線上點的下沉量,根據定量評估指標參數對數據進行求解,最后得出下沉-時間關系圖.在開展采空區沉陷及變形預測環節,可將專門的監測工作點設置于監測網上,對下沉量及變形參數進行實時監測,可有效觀察沉陷與變形情況,及時得出相應的監測報告.

3 結語

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

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

TD326

A

1671-0711(2017)11(下)-0096-02