礦山沉陷監(jiān)測技術(shù)研究

孫笑

摘 要 礦產(chǎn)資源是我國非常重要的自然資源，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著重要的作用，然而礦區(qū)資源的大規(guī)模開發(fā)和利用使得地表沉陷和環(huán)境問題日益嚴(yán)重。目前，僅靠常規(guī)的基礎(chǔ)測量手段監(jiān)測礦區(qū)變形，無法對地表植被和水系發(fā)達(dá)地帶的沉陷進(jìn)行有效監(jiān)測，缺乏開采過程中的形變分析和災(zāi)害預(yù)測信息。因此，如何選擇合適的措施和方法監(jiān)測礦區(qū)的沉陷情況，防止地表塌陷從而保護(hù)礦區(qū)開采的安全進(jìn)行是礦區(qū)研究的重要方向之一。本文介紹了礦山沉陷的誘因和礦山開采沉陷的監(jiān)測技術(shù)，為礦山開采監(jiān)測方法的選擇上提供了一定的理論基礎(chǔ)，具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 礦山沉陷監(jiān)測;沉陷誘因;水準(zhǔn)測量

礦山開采會引起地表的移動和形變，這是一個十分復(fù)雜的時空力學(xué)過程，其導(dǎo)致的自然環(huán)境的惡化會消耗許多不可再生資源[1-2]。目前最有效的辦法就是實地觀測，根據(jù)觀測成果分析推導(dǎo)地表移動規(guī)律和礦區(qū)演化過程。因此，在礦山開采中需選擇適合的地面監(jiān)測技術(shù)，對礦山的地質(zhì)變形和所處地表的沉陷進(jìn)行定時定期監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)沉陷形變趨勢，并通過采取加固開采地表、暫停開采、轉(zhuǎn)移開采點、“反沉降”等方法在保證安全的前提下實現(xiàn)開采最大化[3]。

1地表沉陷的誘因

地表沉降的誘因有很多，可概括為自然因素和人為因素。其主要成因是人為因素：地質(zhì)因素，水文因素，采礦因素等[4-5]。

1.1 地質(zhì)因素

礦層的厚度，埋深及傾角的影響。通常情況下，礦層厚度越大，地表沉降越大;開采深度越大，地表沉降越大;而傾角對沉陷的影響不具有強(qiáng)相關(guān)性。

1.2 水文因素

礦石是晶體或顆粒互相膠著黏結(jié)在一起的聚集體，其中水文是地質(zhì)環(huán)境中最活躍的因素，水巖相互作用是一種由微觀變化導(dǎo)致宏觀變化的過程，這種復(fù)雜的演化過程是破壞巖體強(qiáng)度的關(guān)鍵所在。

1.3 采礦因素

在礦區(qū)開采中所形成的未處理采空區(qū)中，其穩(wěn)定性還受到采礦因素和礦區(qū)幾何參數(shù)的影響。

2礦區(qū)地面沉陷監(jiān)測方法

近年來，除常規(guī)技術(shù)外，新興測繪技術(shù)飛速發(fā)展，GPS綜合應(yīng)用技術(shù)，合成孔徑雷達(dá)差分干涉技術(shù)（difference Interferometric Synthetic Aperture Radar，D-InSAR），三維激光掃描技術(shù)等均被用于礦區(qū)沉陷監(jiān)測領(lǐng)域。

2.1 精密水準(zhǔn)測量

進(jìn)行水準(zhǔn)測量時，需要水準(zhǔn)儀以及配套的水準(zhǔn)尺。通過已定位的兩點，將水準(zhǔn)儀置于約兩點中間處，然后測量兩點間測高差來進(jìn)行水準(zhǔn)測量。精度指標(biāo)見表1、表2所示。

精密水準(zhǔn)測量是垂直測量的基礎(chǔ)方法，也是主要方法，具有精度高、穩(wěn)定性好、技術(shù)成熟等特點，但是勞動強(qiáng)度大，速度慢，觀測系統(tǒng)相關(guān)性強(qiáng)，要求具有連貫性，對于面積小的礦區(qū)可采用精密水準(zhǔn)測量進(jìn)行沉陷監(jiān)測，對于大面積礦區(qū)監(jiān)測時，不應(yīng)考慮此方法。

2.2 GPS技術(shù)在礦區(qū)沉陷監(jiān)測中的應(yīng)用

第一，建立GPS監(jiān)測網(wǎng)。通過建網(wǎng)可對監(jiān)測礦區(qū)地表、道路、建筑物等的位置變化實施有效監(jiān)控，運(yùn)用GPS-RTK等進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、整理和分析，有助于礦區(qū)沉陷監(jiān)測的進(jìn)行。

第二，GPS數(shù)據(jù)處理。具體步驟如圖1所示。

第三，礦區(qū)沉陷預(yù)測。根據(jù)各期觀測數(shù)據(jù)得到沉陷曲線，采用合理的模型進(jìn)行建模預(yù)測。

3結(jié)束語

從目前我國礦山沉陷監(jiān)測發(fā)展的情況看，新老技術(shù)處于并存狀態(tài)，不僅有初期發(fā)展所遺留下來的水準(zhǔn)測量，三角高程測量等技術(shù)，也有D-InSAR技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)等新型沉陷監(jiān)測技術(shù)。每一種方法在礦山沉陷監(jiān)測中都會有自身的優(yōu)勢和局限性，要學(xué)會具體問題具體分析，因時因地合理的選擇監(jiān)測方法，力求達(dá)到優(yōu)勢最大化。

參考文獻(xiàn)

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