淺談復雜地形條件下地表移動規律

李雁鵬

（山西高平科興南陽煤業有限公司，晉城 高平 048400）

淺談復雜地形條件下地表移動規律

李雁鵬

（山西高平科興南陽煤業有限公司，晉城 高平 048400）

我國是煤炭大國，長期開采引起的地質災害，復雜地形條件下地表移動規律的資料相對較少，并且地表移動和變形規律直接應用于復雜地形條件下，有一定的困難，這都迫切的需要加強對復雜地形下地表移動規律進行研究。本文主要針對復雜地形條件下，綜述總結不同條件下的地表移動規律，以便對今后的研究有一定的參考價值。

復雜地形；地表移動；變形

1 引言

礦產資源被開采以后，主要的影響是帶來地表和環境等方面的變化，而就地表的變化包括地表的移動，變形和非連續破壞，這些破壞嚴重的影響了地面建筑物的安全，給礦區生活和安全方面帶來了不利的影響。為此，必須加大地表移動規律等方面的研究，將開采帶來的不利影響減少到最小。

由于地表移動的特殊性，開采引起的地面沉陷、裂縫、滑移等地質災害，特別是山坡滑移導致建筑物的破壞，常造成重大的經濟損失，目前，對復雜地形條件下的地表移動規律的研究相對較少，地表移動和變形規律直接應用有一定困難，這都需要加強對復雜地形條件下地表移動和變形規律進行研究，以減少不必要的損失。

2 國內外研究的現狀

地表下沉帶來的危害，很早以前就已經為人們所認識，而國外的起步相對較早，從1838年比利時的工程師格諾特提出“垂線理論”始，到后來比利時人Gonot提出“法線理論”，同時也提出了地表下沉公式。裴約爾的“拱形理論”，到凱因霍爾斯特的連續影響分布的影響函數，再到前蘇聯的阿維兒申建立地表下沉盆地指數函數形式的剖面方程，直到1954年波蘭的李特維爾尼申引入介質理論，證明了開采下服從柯爾莫戈洛夫方程，才有了質的提高。20世紀60年代后，計算機的引入、有限元、邊界元等數值分析等方法的廣泛應用，使得開采沉陷地表移動規律的研究有了快速發展。

而我國對地表移動規律的研究起步相對較晚，主要從解放后才開始對地表沉陷進行了一些實測，而理論的研究是從20世紀60年代才逐步開始的。1963年唐山礦山測量研究所對實測資料的分析研究，提出了負指數法。1965年劉寶琛、廖國華[1]將介質理論的引入得到廣泛的應用，后來發展為地表變形預計方法之一，并且隨著后來的研究而提出了下沉速度的概念。耿德庸、仲惟林[2]提出巖性的綜合評價系數P確定地表移動參數等等。直到現在廣泛采用的數字模擬和相似材料模擬的研究，使得地表移動規律的研究取得了豐碩的成果。

3 地表移動和破壞的形式及移動盆地的形成

因采礦引起的巖層移動波及地表，使地表產生移動、變形和破壞的現象及過程稱為地表移動。開采引起的地表移動過程受很多因素的影響，隨著采深、采厚、采煤方法及煤層產狀等因素的不同，地表移動和破壞的形式不盡相同。主要的破壞形式包括，地表移動盆地、裂縫和塌陷坑，甚至有的會出現地表的臺階狀裂縫。這些破壞形式對其上的建筑物等影響較大，應加強研究采取相應的保護性措施。

隨著開采的進行，地表的影響范圍不斷增加，形成一個比采空范圍大的下沉盆地，工作面推進過程形成的地表移動盆地稱為動態盆地。當工作面推到邊界后，雖然采煤工作停止了，但地表移動并不能立刻停止，而要延續一段時間，最后趨于穩定，形成一個最終的地表移動盆地，稱為靜態盆地。一般情況，靜態盆地的影響范圍和最大下沉值都大于動態盆地[3]。

地下的煤層被采出后，地表下層至達到該地質條件下的應有的最大下沉值，開采范圍再繼續擴大時，地表影響的范圍相應的擴大，但地表下沉值不會繼續增加，一般把地表的最大下沉值達到該地質條件下最大下沉值時的采動稱為充分采動[4]，相反，沒有達到該地質條件下最大下沉值的采動稱為非充分采動。

一般情況下，描述地表移動盆地內移動和變形的主要指標包括：下沉、傾斜、曲率、水平移動、水平變形、扭曲和剪切變形，而目前對前五種指標的變化規律研究的較為充分。一般情況下，平原地帶，下沉曲線和水平移動曲線是對稱的，而對于一些復雜地形條件下，如復雜的山區地帶，會出現下沉曲線和水平移動曲線是非對稱的情況，且山區地表的移動向量是指向采空區的移動量和沿坡面指向下坡方向移動矢量的合成[5]。

4 地表移動監測技術

由于復雜地形的特殊性，采用以往傳統的監測方法有一定的困難，傳統的地表監測方法存在著勞動強度大、不能實時觀測、不能獲得瞬時的三維移動變形方面的信息等缺點，同時，對于采動影響而出現的一些變形區域，如滑坡，塌陷區等，采用傳統的地表測量更無濟于事，所以，研究新型的復雜地形的地表移動監測方法迫在眉睫。

對于復雜的地形條件，采用非接觸式的測量方法能起到很好的作用，同時省去了不必要的麻煩、減少了勞動強度，能夠對一些不容易測量地區的地表監測研究起到很好的作用。數字化近景攝影測量是一種非接觸式的測量方法，不但能夠集獲取地表信息，以數字方式存儲和實時觀測等優點于一體，而且，能夠構建數字高程模型，尤其在變形滑坡和機構變形領域得到了廣泛的應用。

數字化近景攝影測量，能夠利用立體像對中攝像時存在的同名光線對的相交幾何關系自動提取足夠分布合理的同名點，并計算該立體像對的相對方位元素，可以進行影像匹配和物點坐標的計算。與專業的光學量測相機相比，雖沒有專業光學量測相機湖區的影像質量好，但其測定精度能夠滿足一般下沉測量監測精度的要求，為山區復雜地形的地表監測提供了一種可行的方法[6]。

除數字化近景測量技術外，普遍使用的測量方法還包括全站儀測量、GPS測量、雷達干涉測量及三維激光掃描等方法。

5 總結

本文在分析地表移動規律的一般特征基礎之上，對地表移動規律進行了探索研究，特別是一些復雜的地形條件下，做出了一些適當的探討和分析。復雜地形條件下由于其本身的特殊性，采取以往的研究方法往往有一定的困難，這都需要加強對復雜地形條件下移動變形進行研究。

對于復雜地形條件下地表移動進行研究，可以參照一般條件下的研究，在其基礎之上加以變換，找出適應于該復雜地行條件下的地表移動規律，然后對其進行研究，往往能取得很好的效果。同時，對復雜地形條件下進行研究，對其地質條件的掌握不容忽視，應該盡其所能搜集相關的地質資料，這對于研究的順利進行有很大的幫助作用。再者，科技的作用是不可忽視的，采用新型的地表移動監測技術，能省去很大不必要的麻煩，減輕勞動強度，取得事半功倍的效果。

[1] 劉寶琛、廖國華.煤礦地表移動基本規律[M].北京：中國工業出版社，1965

[2] 耿德庸,仲惟林.用巖性綜合評價系數P確定地表移動參數[J].煤炭學報,1980,4：15-24.

[3] 杜計平,汪理全.煤礦特殊開采方法[M].徐州：中國礦業大學出版社，2011

[4] 郭文兵.煤礦開采損害與保護[M].北京：煤炭工業出版社，2013

[5] 胡友健,吳北平,戴華陽,鄒友峰.山區地下開采影響下的地表移動規律[J].焦作工學院學報，1997,18(4),242-247

[6] 楊化超，鄧喀中，張書畢，劉超，于瑞鵬.數字近景攝影測量技術在礦山地表沉陷監測中的應用研究[J].中國圖像圖像學報,2008,13(3),519-524

李雁鵬，地測科科長，從事井下測量、繪圖、地質、防治水等工作。

Introduction to surface m ovem ent law of com p lex terrain conditions

LI Yan-peng (Gaop ing Kexing Nanyang M ining Ltd.O f Shanxi p rovince,Jincheng Gaop ing,048400)

Our country is a coal power，geological disasters caused by mining for a long time，mountain surface movement law of complex terrain data is relatively small，and the surface movement and deformation law directly applied in the mountainous area under the condition of complex terrain，has the certain diff culty，it is an urgent need to strengthen the mountainous area to study the surface movement rule under complicated terrain.Were reviewed in this paper，in view of the mountainous area under the condition of complex topography，summed up in the mountains of surface movement law，for the future research has certain reference value.

∶Complex terrain；Surface movement；surface deformation