采區(qū)監(jiān)測網(wǎng)在礦山沉降觀測中的應(yīng)用

摘 要：近年來，由于不科學(xué)的采礦，導(dǎo)致礦山沉降現(xiàn)象極其嚴重，如何通過檢測礦上沉降現(xiàn)象，并有效預(yù)防災(zāi)害事故發(fā)生亟不可待。文章首先分析了導(dǎo)致地面沉降的兩大誘因：自然因素和人為因素，然后介紹了幾種地面沉降的檢測方法，最后通過采取監(jiān)測網(wǎng)的建立，能夠?qū)Φ孛娉两岛芎玫貦z測。

關(guān)鍵詞：采取監(jiān)測網(wǎng)；礦山沉降；監(jiān)測

據(jù)調(diào)查，我國的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率居世界前幾位，其中地表沉降作為地質(zhì)災(zāi)害的一種，嚴重影響著我國礦山工作人員的安全和礦山地區(qū)環(huán)境。因此，地表沉降的監(jiān)測工作作為預(yù)防地表沉降的重要手段，應(yīng)該被廣大礦山工作人員重視起來。

一、地表沉降誘因

引起地表沉降主要有兩方面因素：

一是自然因素。引起礦山地表沉降的自然因素主要是指我國一些地區(qū)本身處于整體沉降的環(huán)境中，這種沉降是由第四世紀的新構(gòu)造運動所造成的。另外第四世紀沉積物的天然固結(jié)也容易造成礦山地區(qū)的地表沉降。

二是人為因素。人們?yōu)榱双@得跟多的資源，不惜超量開采水資源、金屬礦物質(zhì)資源、石油資源、天然氣和煤炭等資源，這些資源的超量開采如果得不到制止，必將會加劇我國地表沉降所帶來的災(zāi)難。除此之外，人們建設(shè)的超高層建筑對地面所造成的靜壓力也會引發(fā)地表沉降。

二、各種監(jiān)測方法在礦山地表監(jiān)測中的應(yīng)用

（一）常規(guī)監(jiān)測法。常規(guī)監(jiān)測法又可以稱為大地監(jiān)測法，是監(jiān)測地表變形的主要方法，主要通過角度測量、高程測量、邊長和坐標測定等方法來判斷地表變形。其使用的儀器也比較普通容易上手，而且可以根據(jù)要求選用不同精度的測量儀器。

（二）全球定位系統(tǒng)GPS在礦山地表監(jiān)測中的應(yīng)用。GPS作為一種高精度、全天候的連續(xù)定位系統(tǒng)，具有費用低、速度快、方法靈活、操作簡便多樣等多種優(yōu)點，因此已經(jīng)廣泛用于礦山沉降監(jiān)測中。而且GPS的使用不受天氣條件和通視條件的限制。

（三）In SAR技術(shù)在礦山監(jiān)測中的應(yīng)用。礦山環(huán)境不同于其他環(huán)境，有其獨特的特點。所以礦山環(huán)境中的地表監(jiān)測條件復(fù)雜，而In SAR技術(shù)恰好能滿足礦山環(huán)境中的地表監(jiān)測要求。首先，礦山環(huán)境地表植被覆蓋率小，有利于衛(wèi)星復(fù)雷達圖像之間建立干涉；然后衛(wèi)星雷達的成像能夠根據(jù)地勢的高低顯現(xiàn)出不同的特征，因此可以很好地與周圍鄉(xiāng)村區(qū)別開來；再有衛(wèi)星成像不受天氣和時間的限制，下載數(shù)據(jù)方便，再加上配套的數(shù)據(jù)處理軟件，能夠隨時掌握礦山地區(qū)的地表沉降情況，進一步實現(xiàn)對礦山地表沉降的實時動態(tài)監(jiān)測。但是還應(yīng)注意In SAR技術(shù)的檢測精度跟GPS還是不能相提并論。

（四）GPS/In SAR數(shù)據(jù)融合技術(shù)在礦山地表監(jiān)測中的應(yīng)用。GPS和In SAR作為兩種廣泛用于礦山地表監(jiān)測的方法，各有其獨特的優(yōu)點，又各有不足。而GPS/In SAR數(shù)據(jù)融合技術(shù)真好能夠集合這兩種技術(shù)的優(yōu)勢，又能彌補他們的缺點，因此把這兩種技術(shù)融合成為礦山地表監(jiān)測技術(shù)的新趨勢。

（五）三維激光掃描技術(shù)在礦山沉降地表監(jiān)測中的應(yīng)用。三維激光掃描儀作為一種集光、機、電為一體的高科技儀器，能夠快速準確的記錄物體的三維空間位置。所以很多礦山地區(qū)的地表沉降監(jiān)測也選用三維激光掃描技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)在國外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但是在國內(nèi)其技術(shù)還處于起步階段，主要用于文物考古、礦坑監(jiān)測和水壩測量等方面。三維激光掃描技術(shù)具有精度高、采集信息量大、采集過程簡單安全、以及強大的數(shù)據(jù)后處理能力等優(yōu)勢，所以其在礦山地表沉降監(jiān)測中具有不可替代的地位。

（六）數(shù)字攝影技術(shù)在礦山地表監(jiān)測中的應(yīng)用。數(shù)字攝影技術(shù)，顧名思義就是依靠攝影技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字化測圖的檢測技術(shù)。數(shù)字攝影技術(shù)的優(yōu)勢在于其處理的是原始的圖像、數(shù)字信息，并最終以計算機視覺代替人眼觀測，使得信息更加準確直觀。但是由于數(shù)字攝影技術(shù)的操作方法復(fù)雜，所需設(shè)備昂貴，所以只在部分礦山地表監(jiān)測中使用。

三、采取監(jiān)測網(wǎng)在礦山沉降觀測中的應(yīng)用

（一）采取監(jiān)測網(wǎng)的建立。采取監(jiān)測網(wǎng)，顧名思義就是利用以上幾種方法，建立一個采區(qū)監(jiān)測控制網(wǎng)。首先，采區(qū)監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)該符合《工程測量技術(shù)規(guī)范》。并根據(jù)采區(qū)的走向、煤層傾角、標高和采區(qū)內(nèi)地勢和建筑物等情況，在合適的位置設(shè)立GPS控制點，并根據(jù)需要設(shè)立多個監(jiān)測點，以便于對采區(qū)進行全面的監(jiān)控。采區(qū)煤層走向為NW，煤層平均傾角7°，煤層平均厚度7.99m。區(qū)內(nèi)地形平坦，由東向西平緩降低，標高為+48.87～+52.38m，建筑物稀少，較易布置控制網(wǎng)。東翼采區(qū)西側(cè)和南側(cè)均有GPS控制點，進行多次實地勘察與分析后，在采區(qū)關(guān)鍵位置共設(shè)置47個監(jiān)測點，建立全面的測區(qū)控制網(wǎng)，形成一個標有監(jiān)測點的礦區(qū)地表圖。

（二）觀測方法。每隔一段時間，進行一次高程測量，和點位校核。高程測量的檢測周期可以為周、月或者季度，點位校核的周期一般為一年。然后選用合適的高程測量方法進行高程測量。一般選用的高程測量方法有：一是水準測量，水準測量作為一種直接測高法，精度高，但是測速慢且操作復(fù)雜；三角高程測量作為一種間接測高法，測速快，且不受地形限制，但是精度低，可以通過選擇合理站點為儀器站，在這一站點周圍同時獲取多個點位目標來提高測量精度；點位校核要選用核實的測量方法并必須滿足要求，當選用碎部測量法時，可以選用全站儀進行點位測量，這個時候偏差必須不能超過30mm，否則點位無效。

（三）數(shù)據(jù)處理。當設(shè)立了多個合理的監(jiān)測點，選用了合適的高程測量方法進行測量后，會采集到一些高程測量數(shù)據(jù)，然后利用excel等工具對數(shù)據(jù)進行處理，并獲得每期沉降值。然后將沉降值添加到原來礦山地表圖紙的相應(yīng)點位上，并最終形成下沉等值線圖。

參考文獻

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作者簡介：張琛，山西省煤炭地質(zhì)144勘查院。