面向精密水準技術的礦區地質沉降監測

劉 冬

（長沙市規劃勘測設計研究院，湖南 長沙 410000）

當前隨著我國社會經濟的不斷向前發展，人類的日常生活和生產活動對各種礦產資源的需求量越來越大，因此我國針對礦產資源的開發工作程度越來越高。由于礦產資源的開發量不斷上漲，因此我國提出了關于可持續性發展工作戰略，要有效控制自然資源的開采量，保證生態環境的平衡。由于我國很多地區的礦產資源儲存量相對較大，因此長時間對該地區進行礦產資源過度開發造成地質惡化，礦區產生不同程度的地質沉降現象，對整個礦區的生態環境以及人們的生命安全造成了嚴重的威脅。地質沉降主要指的是在自然環境或者人為因素的干擾條件下造成地面標高降低，對于自然因素而言通常情況下無法進行預防和避免，但是人為性礦產資源的過度開發，也會造成礦區地質條件出現不同程度的沉降現象，破壞了原有的巖體結構受力平衡，進而造成了周圍的巖土條件不斷朝著采空區域發生移動和變形，同時還會造成周圍的建筑體基礎結構穩定性受到不良影響。為了進一步解決礦區地質沉降問題，保證礦區作為環境的安全性，必須要采取針對性措施來加以解決，經過相關工作人員的長期實踐工作和分析之后，通過采取面向精密水準技術對礦區的地質沉降問題進行全面監測。該監測技術的結果需要達到每千米測量高度差，誤差不能超過1mm的測量標準，在我國各大礦區地質沉降監測工作中應用非常普遍，并且所獲取的沉降監測精密度更高。

1 精密水準技術在礦區地質沉降監測工作中的設計要點

對礦區內部展開地質勘查和監測工作中，需要對礦區內部的自然地理條件水文地質條件以及地質構造等多方面內容進行全面勘查和分析，通過前期勘察之后埋設相關的監測儀器設備，并且對礦區地質沉降問題進行全面監測。

在針對礦區地質沉降問題進行勘查和監測工作中，必須要充分考慮到勘察區域范圍內地質條件產生沉降的相關影響因素，需要有效收集礦區內部的地質沉降數據信息，數據信息的收集需要地質測量儀器設備。通過礦山地質測量儀設備的有效應用，充分發揮出精密水準技術的工作優勢，有效提高礦區地質現象監測的精確性。現階段，在我國水準測量儀器設備當中，大部分都屬于精密水準儀設備，其中主要包含了微傾式、自動補償式以及數字式等相關設備，這種精密型水準測量儀器設備在一些高精度的工程測量工作中發揮出的作用非常明顯。如圖1。

圖1 精密水準儀設備

前期工作需要選擇測量基礎站點，在監測基礎站范圍內埋設地質測量及設備，礦山地質沉降測量及設備埋設工作需要分為以下幾個方向：

首先，需要展開分層沉降埋設，需要將沉降的導管通過分段的方法進行銜接，并且根據監測工作要求埋設安放沉降磁環。使用沉降導管將沉降磁環直接設置在一定的深度范圍，為了有效控制地下水環境，對地質沉降監測結果所產生的干擾，需要進一步減少導管的浮力，需要將導管的底口部分進行堵塞和處理，同時向其中加入一定量的水[1]。

其次，通過使用鉆孔埋設法和加入法在土壤層當中埋設孔隙水壓力計，通過鉆機成孔的穩定層測斜倒管的埋設深度需要保證在2m以上，同時要實現內壁十字導向槽準確對應位移的方向，并且通過人為規定正負方向，對安裝位置進行準確調整。

最后，需要設置地下水位監測儀器設備，地下水位監測儀器設備使用PVC材料管道，導管的長度需要保證在含水層到1m以上，同時就要盡可能保證在測量工作中，不會因為水下沖擊問題而產生形變。將所有的測量儀器設備準確設置之后，需要使用先進的通信網絡系統，將所收集到的測量數據信息，直接傳輸到終端系統內部來進行處理，最終可以得到礦區內部的地質沉降監測工作結果。

2 礦區地質沉降相關數據測量分析

在儀器設備埋設完成之后，需要通過計算機終端發送相應的數據收集工作指令，收集礦區范圍內地質沉降所產生的各項影響因素。由于礦區的地質沉降類型主要分為構造沉降、抽水沉降等形式，因此在進行數據采集工作當中，需要對兩種不同類型的地質沉降數據進行進一步收集。構造沉降主要針對的是地殼位移監測抽水沉降，主要針對的是地下水位的監測以及地下含水量監測，采空沉降主要指的是礦區采空面積，采坑深度等方面監測。需要針對兩種不同類型的地質沉降影響參數數據進行全面收集和測量。

2.1 構造沉降監測

構造沉降問題主要是因為地殼沉降運動所造成的地面下沉問題，因此地殼位移監測數據收集主要包含了位移變形速率、區域位移量大小以及滑梯活動工作范圍等。由于地質沉降主要是因為地層深部運動在地表面形成的沉降問題，因此在針對地層深部位移監測過程中做好地表位移監測至關重要。地表位移監測主要分為垂直方向上的位移和水平方向上的位移情況。通常情況下，通過使用精密水準測量儀設備來進行測量工作，最終的測量工作結果主要是以三維圖像和影像的形式輸出，如圖2，這樣不但可以充分體現出該區域地表的垂直位移變化工作狀態，同時還可以直接體現出水平位移的工作狀態。對于地層深處的位移問題需要借助埋設在地表的沉降儀器設備來進行觀測，所使用的觀測方法主要是以電阻絲法和測斜儀法為主[2]。

圖2 構造沉降三維圖像

2.2 抽水沉降監測

圖3 抽水沉降監測系統

在抽水沉降監測工作過程中，礦區地下水的構成狀態是造成地質沉降問題的重要影響因素。在不同的溫度和氣候條件下，地下水的活動規律也各有不同，因此需要對地下水的工作情況進行全面監測和分析，發現其中的規律方便地質沉降工作的全面預測，同時還需要制定出相應的應對措施，有效緩解沉降現象，對礦區開采工作所產生的不良影響。在地下水的監測工作過程中，主要是對地下水位的高低變化情況以及地下水的數量變化情況展開全面分析和研究，監測地下水的變化是否出現明顯的地質沉降現象，如圖3，為了有效預防泥石流、滑坡等地質災害問題的產生，需要為其提供出更加準確的預警信息以及相關數據資料，為了充分實現地質沉降的實時性監測工作，需要對數據收集的具體時間和間隔進行設置。通常情況下，需要設置固定參數采樣時間為半小時，每間隔半小時時間需要對計算機的控制終端發布一次地質沉降的相關信息。

2.3 數據精密預處理工作與分析

通過對精密測量儀器設備所收集到的地質沉降參數信息和相關數據進行進一步整理和分析數據精密處理工作。首先，需要將所獲取的參數數據直接輸送到計算機系統當中，導入數據過程中需要有效結合精密數據條件，在初始數據和圖像經過預處理工作之后，可以生成相應的SLC數據文件，文件當中除了影響參數的數據信息之外，還包含了數據的獲取模式，數據獲取時間以及數據矢量范圍等相關重要信息。在此工作之前，需要對影響數據信息進行估算處理，對外部所產生的各種影響因素進行進一步判斷，有效提高礦區地質沉降監測數據的精確性。其次，在位移監測工作方面輸出的相關數據參數，主要是以空間坐標的形式來加以呈現，因此需要將所獲取的數據信息有效轉化成空間三維坐標形式。在具體的轉化工作過程中，必須要有效保證數據處理的科學性和準確性，有效避免后續的精確結果和其他的空間信息之間進行疊加產生偏移現象。最后，需要將預處理工作所生成的變形圖像和矢量圖像進行疊加，從中得出數據的預處理工作結果，并且對其進行定量和定性分析，將所收集到的監測結果和精密水準數據之間進行進一步對比和分析，有效驗證礦區地質條件范圍內地質沉降監測工作結果的可行性[3]。

3 監測實驗結果分析

基于精密水準技術，在礦區地質沉降監測工作過程中，最終工作目標是通過監測工作結果有效發現礦區內部的地質沉降情況，同時對地質沉降變化趨勢展開全面預測和分析，制定出科學有效的應對工作方案。為了進一步驗證該監測方法，在礦區沉降工作當中的具體應用效果，相關工作人員對監測工作展開了模擬實驗和分析，并且獲取了監測工作內容、監測數據點、沉降監測精度、面沉降監測精度、數據傳輸的可靠性等多項工作指標。根據模擬實驗制定的相關計劃，對精密水準技術在礦區地質沉降監測工作中的相關操作方法進行了進一步調整，通過模擬相同的監測工作環境，有效保證模擬實驗的科學性與合理性。在具體的監測工作過程中需要有效控制監測精度變量情況，通過統一的數據收集和處理，有效保證地質沉降監測信息的精確度，從而可以得出礦區沉降中心區域和沉降邊緣區域的最終變形檢測工作結果，將不同的時間采集沉降值進行統一分析，最大限度上降低地質沉降均測數據的誤差，為整個礦區地質監測工作打下良好的基礎[4]。

4 結語

綜上所述，礦區地質沉降監測工作到有效開展，對保證各種礦產資源開發工作順利進行打下良好的基礎。通過精密水準技術的有效應用，實現數據信息的快速傳輸收集和處理，同時在后續的發展過程中，礦區地質監測工作將會引入更加先進的自動化技術，有效保證地質沉降監測數據的精確性，保證礦產資源開展工作的穩定性。