煤礦礦區(qū)測繪綜合模式淺談及GPS變形監(jiān)測分析

胡少鵬

（陜西華彬煤業(yè)股份有限公司蔣家河礦，陜西咸陽　713500）

煤礦礦區(qū)測繪綜合模式淺談及GPS變形監(jiān)測分析

胡少鵬

（陜西華彬煤業(yè)股份有限公司蔣家河礦，陜西咸陽713500）

本文系統(tǒng)的介紹了測繪綜合模式的幾種類型，并重點介紹了GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理，建立GPS變形監(jiān)測網(wǎng)絡，對礦區(qū)的變形進行監(jiān)測和測繪，并對監(jiān)測點進行深入的分析。GPS監(jiān)測系統(tǒng)能反映地表變形的特征，能夠預測礦區(qū)井工開采后地表變形的規(guī)律，為礦區(qū)安全開采提供了一種測量的保障。

礦山測繪綜合GPS變形網(wǎng)絡監(jiān)測點變形分析

1　礦區(qū)測繪綜合模式內(nèi)容

礦區(qū)測繪的內(nèi)容很多，包括井下巷道測量、礦山測量、工業(yè)廣場測量、地形變化測量等等，在對礦區(qū)進行測繪時，應該首先了解各項測繪內(nèi)容的特點，找出其共同特點和各自特有的特點，從而建立一個綜合模式進行測繪。

1.1礦區(qū)各項測繪工作的共同內(nèi)容

1.1.1平面測量控制相同

由于礦區(qū)各項測繪工作的特殊性，各項測繪工作可以看成是工程測量的程序步驟，因此都可以采用首級控制網(wǎng)。各項測繪工作的平面測量控制中的觀測方法、布設方式等可以相互利用。

1.1.2點位測定與標設相同

礦井井筒的定位、井下巷道的測繪、同地面變形的觀測、地表建筑的測繪都在相應的基本控制的基礎上進行測繪，其點位的測定、標設具有同一性。因此點位測定與標設是相同的。

1.1.3比例尺圖的基本要素相同

礦山地質(zhì)地形圖、井工開采圖、房產(chǎn)平面圖的比例尺基本要素有許多共同點，比例一般為1：500、1：1000、1：2000，比例尺圖的內(nèi)容一般包括行政區(qū)域界、永久建筑物、各級的控制點、重要的單位和橋梁、道路等。

1.2礦區(qū)各項測繪工作的各自特點分析

礦山測量的特點是其立體多層空間的特性，使得礦區(qū)測繪不僅有地面測量工作，同樣包含了井下巷道的測量、井巷的導線測量、井上井下的聯(lián)系測量以及井上井下的對照圖編繪等等，其各項測量的特點不同，井下巷道的測量注重巷道的宏觀設計，導線測量注重導線的直線程度，井上井下的聯(lián)系測量注重測量的準確性，因此不同的測量工作，其測繪內(nèi)容不同，各自特點也不同。

如圖1 監(jiān)測點時間—位移下沉曲線圖

2　礦區(qū)測繪綜合模式種類

礦區(qū)各項測繪工作既有其共同性，也有其特有的特點，可以相互補充，進行綜合性的取舍，因此礦區(qū)測繪綜合模式更加顯得重要，也是可行的。礦區(qū)測繪綜合模式有以下幾種。

2.1礦區(qū)控制測量的綜合

利用各項測繪工作原有的各級控制點，通過增設新的點位，構(gòu)建一個共同的首級控制網(wǎng)。

2.2礦區(qū)測繪工作點位的綜合

根據(jù)礦區(qū)各項測繪工作工作點位的具體要求，選擇一個較高的點位技術(shù)標準，從而達到各項測繪工作點位的要求，在共同的控制網(wǎng)基礎上，進行統(tǒng)一的全面的觀測，形成一個統(tǒng)一的點位統(tǒng)一坐標。

旅游風險感知是旅游者在社會、文化、心理等影響下對旅游風險的主觀認知，包括對風險發(fā)生的不確定性感知與發(fā)生后果的嚴重性的感知。其中不確定性是指旅游者對于旅行中某項事情是否會發(fā)生所具有的主觀可能性；而后果的嚴重性是指當事情發(fā)生后所產(chǎn)生的危險性。

2.3礦圖的綜合

對于礦區(qū)的地形繪制，一般采用大比例尺綜合地圖進行繪制。一般包含了井下巷道的測量、井巷的導線測量、井上井下的聯(lián)系測量以及井上井下的對照圖編繪等等。

2.4礦區(qū)測繪綜合地理信息系統(tǒng)

隨著GPS技術(shù)、計算機技術(shù)以及地理信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，礦區(qū)測繪綜合模式越來越方便自如。建立礦區(qū)測繪的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，從而完善建立綜合的地理信息系統(tǒng)，使測繪的各項工作既可以統(tǒng)一處理，也可以滿足不同測繪工作的不同要求；同時礦區(qū)測繪綜合地理信息系統(tǒng)可以將具體的礦區(qū)地質(zhì)地形及礦區(qū)井上井下的空間形態(tài)借助多媒體的形式表現(xiàn)出來，從而達到對礦區(qū)測繪的管理，簡單方便。因此礦區(qū)測繪綜合地理信息系統(tǒng)得到廣泛的應用。

3　礦區(qū)GPS的變形監(jiān)測分析

隨著礦井的開采，地表也出現(xiàn)了不同程度的變形、塌陷等現(xiàn)象，如果及時準確的監(jiān)測礦區(qū)的變形，能夠及時的為礦井的安全生產(chǎn)提供保障。GPS變形監(jiān)測精度高，而且不受地形條件的限制，與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可以廣泛的應用在礦區(qū)變形監(jiān)測過程中，能夠時刻的監(jiān)控地表的變形變化情況，在礦區(qū)變形監(jiān)測中得到了廣泛的應用。以下幾個方面是介紹礦區(qū)GPS監(jiān)測的過程。

表1　

3.1礦區(qū)GPS監(jiān)測網(wǎng)的建立

礦區(qū)的變形監(jiān)測，不僅需要監(jiān)測礦井開采引起的地表沉陷，也要對地表的移動進行監(jiān)控。當?shù)乇懋a(chǎn)生沉陷移動變形時，設置的控制點也可能產(chǎn)生沉陷移動變形，因此在建立礦區(qū)GPS監(jiān)測網(wǎng)時，要建立足夠多的監(jiān)控點，滿足礦區(qū)監(jiān)控所需，保證礦區(qū)周圍都在GPS監(jiān)控范圍之內(nèi)。為了保證GPS監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)控的精度，要在變形的區(qū)域外設立固定點，以作為比較點，比較監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)的變形情況。

因此布置GPS監(jiān)測網(wǎng)時，應該要保證變形區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)的點位穩(wěn)定，同時也要保證GPS監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)的點位間能夠的相互通視，同時也要保證GPS監(jiān)控變形網(wǎng)外的區(qū)域的固定點的設立穩(wěn)定，這樣才能滿足GPS監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測點要求。

GPS監(jiān)測網(wǎng)布置完成后，開始在監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)布置GPS接收機，一般而言，礦區(qū)變形監(jiān)測分為定期性和實時性。定期性是定期的在監(jiān)測點放置GPS接收機，定期的接受監(jiān)控點的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)的處理，根據(jù)數(shù)據(jù)處理情況，分析礦區(qū)地表變形情況。實時性是指在所有監(jiān)測點安裝GPS接收機，進行實時監(jiān)測，在每一個固定時段GPS接收機將監(jiān)測點的數(shù)據(jù)導入到GPS分析軟件中，得出地表變形情況。根據(jù)工程實踐情況，實時性監(jiān)測更能夠及時的反饋地表的變形情況，可以準確的建立地表沉陷移動模型，為礦井安全生產(chǎn)提供及時的數(shù)據(jù)反饋，所以GPS實時性監(jiān)控更適合礦區(qū)監(jiān)測的需求。在采用GPS監(jiān)測時，由于坐標系的變化，容易造成了監(jiān)測精度的損失，因此GPS監(jiān)控網(wǎng)高程坐標采用大地標高，平面坐標選擇一個子午線。在采用GPS進行觀測時，在每一個點位配備多臺的GPS接收機，形成多邊形同步環(huán)通信，提高GPS監(jiān)控的精度和防止出現(xiàn)某臺接收機停止工作所造成的誤差。

GPS變形監(jiān)測分析軟件基于Windows系統(tǒng)，開發(fā)工具為Visual C++和Visual FoxPro采用了結(jié)構(gòu)化的設計方法，軟件的核心是數(shù)據(jù)處理。該軟件系統(tǒng)分若干個板塊，如數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)管理、巖移求參、圖形繪制、數(shù)據(jù)打印等功能模塊。該GPS變形監(jiān)測分析軟件實用性強，操作簡單，可以實現(xiàn)GPS觀測地表變形實時性，和數(shù)據(jù)處理后的可視化性。

3.3GPS監(jiān)測點移動變形規(guī)律分析方法

陜西某礦區(qū)建立了GPS監(jiān)測網(wǎng)，監(jiān)測網(wǎng)中的監(jiān)測點每半小時導出一次監(jiān)測點的下沉量。以該GPS監(jiān)測網(wǎng)中的某一點進行分析，該監(jiān)測點測量了800min，記錄了該段時間內(nèi)該點的累積下沉量，建立了時間曲線示意圖，如圖1所示。

從圖1可以得出，在地表下沉過程中，開始階段累積下沉量與時間成正比關(guān)系，時間越長，累積下沉量越大，可以得出，開始階段該處地表一直正處在下沉階段。但是隨著時間的增長，地表累積下沉量趨于穩(wěn)定，可以看出，后期該處地表下沉處于穩(wěn)定階段，地表下沉累積量并沒有出現(xiàn)大的變化。而且該處最大地表累積下沉量為0.8cm。

在計算地表總下沉曲線的分形特征，一般采用分形維數(shù)來度量，用容量維數(shù)求分形維數(shù)，定義為：ln［N（r）］=1.004Ln（1/r）+5.604

實際計算時，首先給出r的5個不同值2k，k=1，2，3，4，5作為覆蓋盒子的邊長，統(tǒng)計相應的r覆蓋的正方形數(shù)目N（r），并計算出相應的ln［N（r）］和ln（1/r）的值，如表1所示。

并將ln（1/r）和ln［N（（r）］的數(shù)據(jù)進行擬合，得到數(shù)回歸方程為：ln［N（（r）］=1.004Ln（1/r）+5.604

根據(jù)分形維數(shù)估計原理，圖中回歸直線的斜率為圖形分形維數(shù)，因此地表下沉總曲線的分形維數(shù)為1.004，因此可以通過用分形維數(shù)來描述地表移動系統(tǒng)的動態(tài)化過程，根據(jù)GPS監(jiān)測不同時期的地表下沉移動數(shù)據(jù)，可以求得不同時期的分形維數(shù)。

4　提高GPS監(jiān)測精度的方法

（1）應該保證監(jiān)測點的穩(wěn)定性，避免由于自然條件產(chǎn)生的誤差。

（2）采用抗干擾能力強的天線。

（3）觀測時間要長，不能太短，而且要選擇合適的窗口。

（4）增加空余的觀測點，防止因為觀測點的損壞而造成的誤差，從而減小誤差的積累。

5　結(jié)語

礦區(qū)測繪的綜合模式人員設備的綜合利用率高，節(jié)省了重復測繪所需的人力、物力，在GPS變形監(jiān)測技術(shù)日益成熟的條件下，礦區(qū)測繪綜合模式越來越有廣泛的應用價值，有利于礦區(qū)測繪技術(shù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

［1］劉昌華.礦區(qū)測繪綜合模式分析及研究［J］.礦山測量，2000，05：74-75.

［2］欒元重，韓海濤.礦區(qū)GPS變形監(jiān)測與變形分析［J］.測繪工程，2002，6：14-17.

［3］潘焱清，顏榮貴，陳光輝.礦區(qū)GPS變形監(jiān)測［J］. 地礦測繪，2002，06：18-21.

胡少鵬（1986—），男，陜西咸陽人，漢，大專，測繪助理工程師，研究方向：主要從事煤礦采動覆巖離層分布規(guī)律與地表沉陷控制研究及工作。