GIS結合MSPS在煤礦開采沉陷預計中的應用

摘要：本文在煤礦開采沉陷預計工作中引入GIS技術以及MSPS

技術，就其實施要點進行了分析與研究，希望能夠引起各方關注與重視。

關鍵詞：GIS MSPS 煤礦 開采沉陷 預計

某煤礦開采工作面以10煤層為主要開采對象，開采深度在465.0m左右。1#工作面回采長度為650.0m，傾向寬度為180.0m，采厚為4.2m；2#工作面回采長度為710.0m，傾向寬度為180.0m，采厚為3.6m。本開采區(qū)域內所對應的設計生產能力為60.0×104t/a。結合該實際案例，本文展開對煤礦開采沉陷預計相關問題的分析工作。

1 預計參數

對于特定開采作業(yè)而言，預計參數為常數項，而對于不同開采作業(yè)而言，預計參數則表現為變量。可作用于預測作業(yè)的方法眾多，應當結合開采區(qū)域的特殊地質條件以及預計要求進行選擇使用。對于本文所研究的MSPS系統(tǒng)而言，預測方法為概率積分法。本方法下，所涉及到的評估指標包括以下多個方面：一是下沉系數，二是水平移動系數，三是主要影響角正切系數，四是拐點偏距系數。

在本工程中，初次采動所對應的采動系數以及重復采動所對應的采動系數取值均等，參照現行標準中礦區(qū)地表形態(tài)變化實測參數，根據地表沉陷系數取值，設置為1：1，同時，對應的主要影響角正切系數取值為1.7，水平移動系數取值為0.3，拐點偏距參數取值為0。

2 開采沉陷預計分析

在MSPS系統(tǒng)干預下，對于煤礦開采沉陷的預計可以根據礦區(qū)的回采階段以及采區(qū)的不同加以靈活的設置。結合本工程具體情況來看，所對應的工作面沉陷預計下沉等值線示意圖如下圖所示（見圖1）。

結合圖1來看，認為在采空區(qū)開采尺寸持續(xù)擴大并達到一定范圍的情況下，開采作業(yè)的實施會對地表產生一定的影響，主要表現為變形或移動。隨著時間的推移，地表可能形成面積高于采空區(qū)的下沉盆地。更加關鍵的一點在于：在地表下沉穩(wěn)定的過程當中，采空區(qū)中央可檢出最大下沉值。

同時，由于GIS空間模型具有良好的可視化、美觀性、以及直觀性優(yōu)勢，能夠支持對包括采掘工程平面圖、煤層底板等值線圖、以及井上下行對照圖等基礎資料的收集整理，將在CAD軟件環(huán)境下的圖形轉換為可供GIS所識別的環(huán)境圖形。然后通過數字化處理，建立拓撲關系以及屬性表的方式，最終得到該工作區(qū)內的GIS空間模型。

在綜合對GIS技術處理以及MSPS技術處理的條件下，該工作面走向A-B主斷面以及傾向C-D主斷面對應的下沉值、斜率、移動、變形關系可如下圖所示（見圖2～圖3）。

結合圖2～圖3當中的相關數據來看，認為對于工作面走向A-B主斷面而言，伴隨采空區(qū)走向方向，主斷面對應的下沉參數、傾斜參數、移動參數、以及變性參數均有一定的增長趨勢。同時，圖2中反映，地表最大下沉值出現在主斷面750.0m為主，最大值為2.6m，且下沉值在盆地邊界點A點以及B點位置達到零值狀態(tài)。同時，傾斜移動曲線以及水平移動曲線上均可見對應的正極值以及負極值。結合圖2，在主斷面450.0m位置，出現了最大正極值，傾斜移動曲線對應取值為2.2mm/m，水平移動曲線對應取值為160.0mm（在正極值條件下，曲率取值以及水平變形取值均為零）；同時，在主斷面1130.0m為主，出現了最大負極值，傾斜移動曲線對應取值為1.99mm/m，水平移動曲線對應取值為57.0mm。而對于傾向C-D主斷面而言，由于其具有非充分采動的特點，結合其所對應的開采沉陷剖面示意圖認為：本傾向下主斷面所對應的地表下沉值最大值取值為2.6m，出現在傾向470.0mm位置，對應的傾斜取值以及水平移動取值均為零。除此以外，隨著剖面線的向外延伸，C點以及D點所對應的下沉值有一定的下降趨勢，與之相對應的變形取值、曲率取值、傾斜取值、移動取值均為零值。

3 預計效果分析

在本煤礦正式展開工作面開采作業(yè)以后，使用全部冒落法對工作面頂板進行管理。現場監(jiān)測數據結果顯示：在回采工作面范圍持續(xù)擴大的條件下，對應的地表塌陷盆地面積也呈現出了一定的擴大趨勢。開采作業(yè)實施2年以來，形成移動下沉盆地總面積為260.0hm2，同期所形成積水區(qū)總面積達到95.0hm2。前期所預計工作面預測移動下沉盆地中心位于采空區(qū)中央位置，形狀與矩形回采工作面采空區(qū)塌陷所形成下沉盆地形狀有高度一致性。且采空區(qū)塌陷積水區(qū)范圍與下沉等值線吻合度高。故而認為在引入GIS以及MSPS技術的背景之下，煤礦開采過程當中開采沉陷地表移動變形問題得到了精確的預計，預測效果可靠。

4 結束語

在礦產資源開采作業(yè)的實施過程當中，受到開采技術方案實施的影響，將導致開采區(qū)域周邊巖體結構的應力平衡關系被打破，對應的應力重新分布。在此過程當中，可能導致巖層結構，甚至是地表部分區(qū)域出現移動、開裂、以及冒落等相關的問題，最終產生開采沉陷。若開采前期缺乏對開采沉陷的預計，將可能導致煤炭資源的嚴重浪費，且無法保障開采作業(yè)的安全、穩(wěn)定推進。為解決這一問題，有必要將GIS技術與MSPS相互融合，共同作用于對煤礦開采沉陷的預計工作中，效果確切，值得重視。

參考文獻：

[1]許家林，朱衛(wèi)兵，李興尚等.控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術研究[J].采礦與安全工程學報，2006，23（1）：6-11.

[2]曹麗文，姜振泉.人工神經網絡在煤礦開采沉陷預計中的應用研究[J].中國礦業(yè)大學學報，2002，31（1）：23-26.

[3]石秀偉，李晶，趙換新等.基于ArcGIS的煤礦開采沉陷預測與可視化分析[J].金屬礦山，2012（9）：103-106，166.