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      礦山沉陷監(jiān)測技術(shù)研究

      2020-07-03 02:49:22孫笑
      科學(xué)與信息化 2020年13期
      關(guān)鍵詞:水準(zhǔn)測量

      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(huì)引起地表的移動(dòng)和形變,這是一個(gè)十分復(fù)雜的時(shí)空力學(xué)過程,其導(dǎo)致的自然環(huán)境的惡化會(huì)消耗許多不可再生資源[1-2]。目前最有效的辦法就是實(shí)地觀測,根據(jù)觀測成果分析推導(dǎo)地表移動(dòng)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(shí)定期監(jiān)測,及時(shí)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(diǎn)、“反沉降”等方法在保證安全的前提下實(shí)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?;ハ嗄z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(shí),需要水準(zhǔn)儀以及配套的水準(zhǔn)尺。通過已定位的兩點(diǎn),將水準(zhǔn)儀置于約兩點(diǎn)中間處,然后測量兩點(diǎn)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(diǎn),但是勞動(dòng)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(shí),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(shí)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(huì)有自身的優(yōu)勢和局限性,要學(xué)會(huì)具體問題具體分析,因時(shí)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)

      [1] 李濤,仇文革,程云建,等.基于全息變形監(jiān)測的隧道支護(hù)評估體系研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2020,16(2):583-590.

      [2] 閆文玉. 礦山開采地面沉降觀測技術(shù)的選擇與應(yīng)用[C]. 山東金屬學(xué)會(huì).魯冀晉瓊粵川遼七省金屬(冶金)學(xué)會(huì)第十九屆礦山學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集(地質(zhì)測量卷).山東金屬學(xué)會(huì):河北省冶金學(xué)會(huì),2012:62-68.

      [3] 田雨,雷少剛,卞正富.基于SBAS和混沌理論的內(nèi)排土場沉降監(jiān)測及預(yù)測[J].煤炭學(xué)報(bào),2019,44(12):3865-3873.

      [4] 趙元慶.基于SBAS技術(shù)的廈門市地表沉降監(jiān)測[J].測繪工程,2020,29(2):46-51.

      [5] 姚文龍,熊習(xí)旺,楊果林,等.基于隨機(jī)介質(zhì)理論基坑降水引起地表沉降計(jì)算[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2020,20(6):2417-2420.

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