1.攀枝花市煤业集团公司 四川攀枝花 617000；
2.四川川煤华荣能源股份有限公司小宝鼎煤矿 四川攀枝花 617000
摘要：本文重点论述了矿山地面沉陷的监测方法，根据工程案例，提出了测绘技术在矿井地面监测中的应用情况。其中，矿山地面沉降监测方法包括 GPS-RTK测量技术、三维激光扫描技术以及合成孔径雷达反射测量技术，GPS-RTK测量技术作业效率高、定位精度准确，操作方便，数据处理能力强，激光扫描技术数据采样率高、不会受外界因素影响，D-INSAR技术自身具备监测范围广、分辨率高、全天候工作以及动态观测的特点，三者都在矿井地面沉陷监测中得到了广泛的应用，未来发展前景良好。
关键词：测绘技术；矿井；地面沉陷；监测；应用
随着测绘技术不断发展，矿山地面沉陷监测以及预测技术已经得到了广泛应用，它是一门集采矿、地质以及环保、计算机等多种学科结合到一起的技术。因此，本文对该技术特点和应用进行了分析。
1、矿山地面沉陷监测方法
1.1 地面沉陷监测
地面沉陷监测主要是指对地表移动和变形情况进行检测。在开采矿山过程中，将有用矿物从岩石层中采出之后，会使开采区域周围岩石的应用状态发生变化，在应力重新分布的过程中，地下岩层和地表会发生连续性移动，变形和损坏，这就是开采沉陷事故。观测开采沉陷，能够获得岩层和地表移动的规律，为安全生产、有效应用矿产资源和坍塌区域综合环境治理提供有利的依据。
1.2 常规测量方法
常规测量方法，主要是采用水准仪和全站仪对导线进行测试，这种测量方法的特点是可靠性高，准确度好，有利也有弊，所设站点比较多，工作时间过长，从而增加了工作强度。针对测高举个例子，根据规定要求，在采动之前，水准测量精度要满足三等，在采动过程中，应当达到四等的水准测量精度，一般来讲，测量方法包含两种，分别为水准直接测高和全站仪三角高程测量。在水准测量期间，经常受到多种因素的干扰，比如转站点多，测量速度慢、地形起伏明显、在传递精度的时候受到垂直累积误差以及仪器下沉误差的影响，并且不能够再地形凸凹不平、山地中开展测量工作。而全站仪三角高程测量方式效果明显，它不会受多种地质条件的影响，如果观测精度Ma≤±2.0/边长在2公里范围内的时候,可以替换四等水准测量,如果观测精度Ma≤±1.5、边长在1.3公里范围内的时候，便能够满足三等水准测量精度要求。
1.3 GPS-RTK测量技术
GPS-RTK测量技术，是以载波相位观测为依据的实时差分GPS测量技术，因此，要分别设置基准站和流动站；目前，有很多区域都已经构建了CORS网络技术，在采用CORS网络技术的时候，不需要再设置另外的架设基准站，只需要设置流动站，便可以开展GPS-RTK工作。RTK测量的平面准确度能够符合规定要求，可是自身的高程精度却无法达到四等水准精度要求，对此，有效的解决方法为，建立水准面精准化模型结构，也就是说，可以利用联测点内的高程异常，或者是参照椭球面之间的距离，进而分析测区内水准面，建立与之相对应的数学模型。只有水准联测点数量、分布在满足要求的基础上，才可以利用二乘法确定出实际的表达公式。一旦得出了非联测点的坐标，便能够利用该种数字模型得出高程数据，进而获取大地高和高程异常之间的差。对此，要分别采用二项多项式、多面函数以及网络模型进行整理，然后审核已知点，最终得出，三种方法的内、外都和精度相符合，其中，精度都保持在1CM以内，可以满足规范性要求。
1.4 三维激光扫描技术
三维激光扫描主要是采用激光测距原理进行的，经过连续性的发射激光，从而获取被测物体的三维点坐标，再和数码相机结合到一起。与此同时，它还够获取被测物的纹理信息。采用三维激光扫描技术，能够有效地建立矿山地区沉陷区域内的数字高层模型DEM。DEM可以利用三角形、格网以及混合形式进行建模，以三角形建模为例子，通过高程内插，进而获得模型内任意点上的三维坐标。下沉盆地的理论精度小于7.9MM，针对小于下沉盆地边界10mm的精度要求，可以将其运用于大面积沉陷盆地的三维模型构建中。和常规测量方法相比较而言，这种方法具备准确性高、测量速度快、非接触等特点，虽然在点云误差方面上还有着不稳定性，可是并不影响三维激光扫描技术的应用，其未来将会有良好的发展形势。
1.5 合成孔径雷达反射测量技术
合成孔径雷达反射测量技术是微波成像的二维高分辨率雷达，它被称之为D-INSAR，雷达干涉测量的出发点是相干成像，通过机载系统自主向地面目标发射电磁波，并且接受地面目标发出的后向散射回波，由于两幅天线和观测目标存在着一定的关系，因此，两个回波信号之间产生了相位差，利用图像的联合处理获取相位差图。孔径是指雷达天线和探测目标接受电磁波的面积，而合成孔径是指这种雷达利用雷达和探测目标之间的关系，经过数据处理之后，生成孔径更大的雷达，总体来讲，它也是提升分辨率的一种有效的技术手电。SAR图像来自机载或者星载平台上，因为微波不会受到环境因素的影响，所以，SAR能够得到全部的图像。合成孔径雷达反射测量技术主要是对同一地区进行两次成像，利用两个INSAR图像之间的相位差进行处理，经过计算之后最终得出该地区高程数据的技术数据。D-INSAR是在INSAR的基础上进行发展的，它用于测量地表微量形变的技术中，分为二轨法、三轨法和四轨法。
2、矿井地面沉陷监测方法的应用情况
2.1 工程概况
某区域煤矿，地形比较复杂、落差大，在煤层主要采用200米的石英长石为主的砂岩。开采面积的走向长度接近3千米，倾向宽大约为250M，煤层平均厚度大约为14M，平均采深大约为340M。可以适当采取长壁放顶综采方式，以此管理顶板。
2.2 基本的测量方法
如下图所示：
在地表中，按照上图来看，可以设立移动观测站，便于开展地面沉陷监测。在设计的时候，对于互相垂直的一条走向观测线Z线和一条倾向观测线O线。在Z线上，设立多个观测点，大约为39个，标记Z1-Z39，三个控制点，标记KZ1-KZ3，O线设置32个观测点，标记O1-O35，六个控制点，KO1-KO6，点和点之间的间距为30M。由于观测段并不是落实在观测主方向中的，只有将其投放在观测主方向上，才可以计算出移动和变形情况。对于仪器，必须选择经过检验过的TS02全站仪，其中测角精度为2，测距精度是3mm。平面观测采用一级导线法，高层观测则采用三角高程法，高程精度务必符合四等水准测量要求。在一年之内进行12次观测，根据观测结果表明，Z16、Z16两点存在异常现象，因为在该区域内，陡坡附近经常出现塌陷、移动现象，所以需要将其舍弃。最大下沉点为Z24，下沉值是10200MM。部分沉陷数据为:表土移动角ф＝45°，充分采动角为75.0°，最大沉降角是78.4°，下沉系数为0.84，水平移动系统B＝0.30。
3、结语
当前，在矿山地面沉陷测量中，主要采用常规方法，随着测量技术不断进步和发展，常规方法逐渐被GPS-RTK所替换，但是，GPS-RTK技术仍然受到环境因素的影响，比如自然，在布网和联测期间比较浪费时间和体力，D-INSAR技术和三维激光扫描技术的出现刚好解决了这一问题，在矿山地面沉陷测量中得到了良好的应用。
参考文献
[1]宋亚坡;郝舍廷；煤矿预测地面沉陷与实际沉陷的对比分析——以章村矿2404工作面为例[J]；科技信息;2011.02.
[2]王海庆;陈玲；山东省济宁市煤矿矿集区地面沉陷现状遥感调查[J];中国地质灾害与防治学报；2011.01.
论文作者:谢文艺1,姚永生2,陈乾发2,黄忠2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/11/27
标签：测量论文; 技术论文; 精度论文; 地面论文; 高程论文; 水准论文; 孔径论文; 《基层建设》2017年第25期论文;