測(cè)繪技術(shù)在礦山搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

趙衛(wèi)常

(河北省煤田地質(zhì)局 物測(cè)地質(zhì)隊(duì),河北 邢臺(tái) 054000)

一些礦山為了經(jīng)濟(jì)利益,不按照規(guī)范要求進(jìn)行生產(chǎn)、開(kāi)采,導(dǎo)致安全事故頻發(fā),給工人的生命和企業(yè)的財(cái)產(chǎn)造成了很大的危害。而當(dāng)事故發(fā)生的時(shí)候,國(guó)家和政府為了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全,都進(jìn)行了及時(shí)、合理的搶救和妥善處理。在這些事故搶救、處理中有時(shí)需要確定事故發(fā)生的準(zhǔn)確地點(diǎn)、事故的危害性、確定事故進(jìn)行狀態(tài),這時(shí)需要測(cè)量人員進(jìn)行一定的觀測(cè),來(lái)對(duì)事故的一些情況進(jìn)行確定,為制定事故的搶險(xiǎn)處理方案提供依據(jù)。[1]

1 事故概況

2005年11月6日19時(shí)40分左右,地處河北省邢臺(tái)市境內(nèi)的邢臺(tái)縣會(huì)寧鎮(zhèn)尚汪莊康立石膏礦發(fā)生坍塌事故,波及太行、林旺兩個(gè)石膏礦,直接塌陷區(qū)最深處有 14 m,直徑約 60 m,600 m×800 m范圍內(nèi)地面不同程度出現(xiàn)裂縫,裂縫最寬達(dá)到0.6 m,地面一幢二層樓坍塌。初步統(tǒng)計(jì),當(dāng)時(shí)至少71人被困。搶救工作隨即展開(kāi),但由于8日康立礦又出現(xiàn)了部分坍塌,而且還有隨時(shí)發(fā)生進(jìn)一步跨落和坍塌的可能,搜救工作一度受阻。為了給搶險(xiǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組和指揮部提供有力的信息,在塌陷區(qū)設(shè)立了觀測(cè)站,對(duì)地表進(jìn)行監(jiān)測(cè),確定是否有進(jìn)一步坍塌的可能,并在有坍塌預(yù)兆時(shí)及時(shí)向搶險(xiǎn)指揮部報(bào)告。

圖1 檢測(cè)站位置圖

2 監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測(cè)站的布設(shè)

指揮部的救援方案是:救援人員從第二石膏礦井筒下井(如圖 1的 A18點(diǎn)位置),在井底打通巷道,進(jìn)入康立礦井筒附近(A13點(diǎn)位置)搜救受困人員。針對(duì)指揮部的救援方案,為監(jiān)測(cè)地表移動(dòng)情況,在塌陷盆地及四周共布設(shè)了 23個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)指揮部的房頂建立一個(gè)基準(zhǔn)站,現(xiàn)場(chǎng)指揮部外耕地中建立2個(gè)基準(zhǔn)站檢查點(diǎn)。23個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本控制了塌陷盆地的內(nèi)外位置。2個(gè)基準(zhǔn)站檢查點(diǎn)在作業(yè)過(guò)程中對(duì)成果觀測(cè)精度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查,以保證基準(zhǔn)站成果的一致性。同時(shí)在塌陷盆地四周設(shè)置 4條監(jiān)測(cè)邊,A23-A4,A23-A7,A23-A22,A23-A14。 4條監(jiān)測(cè)邊的中心點(diǎn)(點(diǎn)A23)設(shè)置在塌陷盆地中心,其他 4個(gè)點(diǎn)位于塌陷盆地邊緣。各監(jiān)測(cè)站位置見(jiàn)圖1。

2.2 觀測(cè)儀器的選擇

由于搶險(xiǎn)工作是二十四小時(shí)不間斷的,這要求地表監(jiān)測(cè)也應(yīng)當(dāng)全天候地進(jìn)行。為了使觀測(cè)不受時(shí)間、夜晚的限制,監(jiān)測(cè)點(diǎn)選用動(dòng)態(tài)GPS進(jìn)行觀測(cè)。該儀器為南方測(cè)繪儀器公司雙頻動(dòng)態(tài)GPS靈銳82,儀器標(biāo)稱精度為20 mm+1 PPm。監(jiān)測(cè)邊觀測(cè)儀器采用全站儀進(jìn)行,儀器為拓普康測(cè)繪儀器公司2″的GTS322N全站儀,儀器測(cè)距標(biāo)稱精度為2 mm+1 PPm。

2.3 觀測(cè)方法

對(duì)于地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)站,采用動(dòng)態(tài)GPS每隔一定時(shí)間觀測(cè)一次縱、橫坐標(biāo)及高程值。在最初的兩天內(nèi)每隔2～3 h觀測(cè)一次,之后逐步拉大觀測(cè)時(shí)間間隔。為了減少基站架設(shè)的誤差,基站架好后就不再拆卸,只是在停頓期間關(guān)掉基站。通過(guò)同一監(jiān)測(cè)站的相鄰兩次觀測(cè)成果的縱、橫坐標(biāo)及高程變化值,分析出地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)站的位移和沉降情況。從第五次觀測(cè)起,將為監(jiān)測(cè)邊設(shè)置的新點(diǎn)A22和A23兩點(diǎn)納入監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)中。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)外業(yè)觀測(cè)精度在觀測(cè)手簿中實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè),點(diǎn)位誤差均控制在 20 mm以內(nèi)。

對(duì)于監(jiān)測(cè)邊,采用 2″全站儀僅在白天每隔一定時(shí)間觀測(cè)一次邊長(zhǎng)值,通過(guò)同一條監(jiān)測(cè)邊的相鄰兩次觀測(cè)距離成果的變化值,分析地表塌陷盆地是否還有向中心壓縮移動(dòng)的情況。監(jiān)測(cè)邊每次觀測(cè)六測(cè)回,每測(cè)回三次讀數(shù),三次讀數(shù)值不得超過(guò)5 mm。監(jiān)測(cè)邊的觀測(cè)精度按三等邊長(zhǎng)觀測(cè)精度要求執(zhí)行。[2]

3 數(shù)據(jù)分析成果處理

自 11月8日23時(shí)18分開(kāi)始觀測(cè),截至 11月11日12時(shí),地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)站共觀測(cè) 12組測(cè)量數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)邊共觀測(cè) 5組測(cè)量數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)觀測(cè)成果僅附上坐標(biāo)位移分析圖形,高程下沉量的計(jì)算數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)邊的計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1和表2。

表1 檢測(cè)站觀測(cè)點(diǎn)的下沉量計(jì)算表 m

表2 監(jiān)測(cè)邊數(shù)據(jù)整理m

根據(jù)以上觀測(cè)數(shù)據(jù)整理的結(jié)果可以做出如下分析。

對(duì)于地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)站,使用的南方動(dòng)態(tài) GPS儀器,在進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)時(shí)其平面精度為20 mm,加上操作誤差,觀測(cè)值誤差在 25 mm左右,故相鄰兩次觀測(cè)值的差值如大于25 mm,則應(yīng)引起注意。從檢測(cè)站觀測(cè)點(diǎn)的下沉量計(jì)算表中,可以看出大部分?jǐn)?shù)據(jù)在 25 mm以內(nèi),但也有一部分?jǐn)?shù)據(jù)超出了25 mm,表示在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)可能存在變動(dòng)。在第 7次觀測(cè)值中有一個(gè)比較大的下沉,A4,A6,A7,A9,A10,A16,A23點(diǎn)的下沉量都反映了出來(lái),但隨后的觀測(cè)下沉量又減小了,據(jù)此可推斷第7次觀測(cè)存在觀測(cè)系統(tǒng)誤差。A3點(diǎn)在第7次觀測(cè)有一個(gè)很大的下沉,明顯是由于觀測(cè)粗差造成的。 A18點(diǎn)的下沉量一直很大,說(shuō)明該點(diǎn)比較活躍。

圖2 坐標(biāo)位移分析圖形

從位移分析圖形上研究(見(jiàn)圖 2),可以看出:A1-A9點(diǎn)位置在塌陷區(qū)東部和南部,其位移基本上是在其原位附近振動(dòng),其幅度基本與觀測(cè)誤差持平。A17,A22兩點(diǎn)其位移基本上也是在其原位附近振動(dòng)。A23點(diǎn)位移基本上是向東趨勢(shì)。A10,A11,A12,A13,A14,A15,A16這些點(diǎn)基本分布在塌陷區(qū)的北部和西部,其位移圖有一個(gè)共同點(diǎn),都是振蕩向東南方向移動(dòng)。值得注意的是A13,A18點(diǎn)的位移在南北方向上跳躍振蕩比較明顯,A18點(diǎn)位置設(shè)置在第二石膏礦井口平臺(tái),這可能與救援隊(duì)頻繁從二礦井口上下井活動(dòng)引起的礦井變形有關(guān)。 A13點(diǎn)在康立礦井口附近,正是由該礦最先發(fā)生的塌陷而波及到其他三礦,現(xiàn)場(chǎng)該礦的礦筒也發(fā)生嚴(yán)重變形和破損,同時(shí)與井下救援人員正在A13點(diǎn)下方進(jìn)行救援活動(dòng)有關(guān)。[3]

對(duì)于地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)邊長(zhǎng),采用的2″全站儀觀測(cè)。在進(jìn)行邊長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)儀器精度為2 mm,加上作業(yè)時(shí)的對(duì)中整平誤差,觀測(cè)值誤差在5 mm以內(nèi),故相鄰兩次觀測(cè)值的差值如大于5 mm,則應(yīng)引起注意。在表2中,可以看出有一些數(shù)據(jù)超出5 mm,表示在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)可能存在變動(dòng)。尤其是A23-A22邊的累計(jì)值達(dá)到21 mm,更應(yīng)引起注意。

4 結(jié)論

數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明,地表仍然有下沉變形、移動(dòng)變形,但變形量較小,這是井下出現(xiàn)坍塌后,上履地層逐漸趨向穩(wěn)定的緩慢沉積過(guò)程的表象。沒(méi)有出現(xiàn)大量下沉的情況,說(shuō)明地下坍塌可能基本趨于穩(wěn)定。這些觀測(cè)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果及時(shí)為搶險(xiǎn)指揮部提供了有力的技術(shù)支持。

[1]中國(guó)礦業(yè)學(xué)院.煤礦巖層與地表移動(dòng) [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1985.

[2]GB 50026-93,工程測(cè)量規(guī)范 [S].

[3]魏秉亮,范立民,楊宏科.淺埋近水平煤層采動(dòng)地面變形規(guī)律研究 [J].中國(guó)煤田地質(zhì),1999,(3):45-46.