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經(jīng)驗談礦山開采沉陷過程中測繪技術(shù)的重要性

所屬欄目:礦業(yè)論文 發(fā)布日期:2010-11-20 17:02 熱度:

  摘要:礦山測量是礦業(yè)開發(fā)過程中一項重要的基礎(chǔ)性技術(shù)工作,它貫穿于整個礦山開采過程的始終。現(xiàn)代測繪技術(shù)的發(fā)展,推動了測量儀器向智能化方向發(fā)展,同時現(xiàn)代測繪技術(shù)為礦山測量工作提供了有力的幫助。而利用現(xiàn)代先進的測繪技術(shù)來指導(dǎo)礦山的安全生產(chǎn)是一個重要的環(huán)節(jié),更為礦山開采的安全生產(chǎn)提供了有力的保證。
  關(guān)鍵詞:礦山測量;開采沉陷;地表移動;沉陷監(jiān)測;沉陷參數(shù)
  隨著電子技術(shù)和激光技術(shù)的發(fā)展,光電結(jié)合型的測繪儀器(如測距儀、全站儀、陀螺儀)對傳統(tǒng)的測繪方法產(chǎn)生了深刻的影響。以衛(wèi)星遙感、全球定位系統(tǒng)為代表的空間對地觀測技術(shù)在測繪科學(xué)中的應(yīng)用日趨成熟,以計算機技術(shù)、系統(tǒng)科學(xué)為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用為多源測繪信息的獲取、分析、管理、處理及其應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持,自動化、智能化的測繪系統(tǒng)已處于研究之中。
  1、礦山開采沉陷定量評估指標
  當?shù)V區(qū)開采工作進行到一定的階段,逐步由巖體的移動和破壞波及地表,使受采動影響的地表沉降,從而在采空區(qū)上方形成一個比采空區(qū)大得多的沉陷區(qū)域。沉陷區(qū)域改變了原有的地表形態(tài),引起地表標高、水平位置發(fā)生變化,常用的定量表述這種變化的指標有下沉、水平移動、傾斜、曲率、水平變形。地表移動觀測期的觀測應(yīng)包括平面坐標、高程、距離和裂縫測量等,通過測量工作可以計算下列數(shù)據(jù):測點的下沉w和下沉速度v,測點的水平移動u和點間的水平變形ε,測點在垂直面內(nèi)的移動向量W;測點在平面上的移動向量U、空間的移動向量Uw和坐標方位角α;可以得到觀測區(qū)域地形圖,觀測線地質(zhì)斷面圖,觀測線垂直下沉曲線圖,觀測點水平移動與水平變形曲線圖,觀測點在垂直面內(nèi)的移動向量圖。
  上述幾個定量分析地表移動規(guī)律的指標是進行地表沉陷預(yù)計理論的基礎(chǔ),而它又是建立在測
  量數(shù)據(jù)準確性的基礎(chǔ)上。對于測量工作來說,主要是運用測量的手段獲取地表點的沉陷數(shù)據(jù)繪制出這些定量指標曲線,從而更好地預(yù)測和估計沉陷規(guī)律,指導(dǎo)礦山開采工作。
  2、礦山開采沉陷過程中的測量工作
  2.1礦區(qū)地面平面、高程控制測量
  礦區(qū)地面平面控制網(wǎng)可采用三角網(wǎng)、邊角網(wǎng)、測邊網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)等布網(wǎng)方法建立。礦區(qū)首級平面控制網(wǎng)必須考慮礦區(qū)遠景發(fā)展的需要,一般在國家一、二等平面控制網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè),其等級應(yīng)依礦區(qū)走向長度參照表1選定。
  
  礦區(qū)地面高程控制網(wǎng)可采用水準測量和三角高程測量方法建立。水準測量主要用于較平坦的地區(qū)而且測量精度高,三角高程測量主要用于山區(qū)和丘陵地帶的高程控制和平面控制網(wǎng)點的高程測定。礦區(qū)地面高程首級控制網(wǎng),一般應(yīng)采用水準測量方法建立,其布設(shè)范圍和等級選擇應(yīng)符合表2的規(guī)定。
  
  2.2礦區(qū)地上地下平面、高程聯(lián)系測量
  為了使地上、地下采用統(tǒng)一的平面坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng),應(yīng)進行聯(lián)系測量。通過斜井或平硐
  的聯(lián)系測量,從而把地上的坐標和高程數(shù)據(jù)傳遞到地下;同時為了減少投點誤差,通常在井口處采用陀螺經(jīng)緯儀進行定向測量。
  2.3礦區(qū)地下平面、高程控制測量
  地下平面控制分為基本控制和采區(qū)控制2類。這2類控制導(dǎo)線都應(yīng)布設(shè)成閉(附)合導(dǎo)線或復(fù)測支導(dǎo)線。基本控制導(dǎo)線的主要技術(shù)指標參照表3選定。采區(qū)控制導(dǎo)線的主要技術(shù)指標參照表4選定。
  2.4礦區(qū)施工測量
  地面建(構(gòu))筑物和井巷、露天礦工程施工中,應(yīng)根據(jù)已批準的各種施工設(shè)計圖紙資料,將施工
  工程的設(shè)計位置標定于現(xiàn)場,并進行檢查測量。在施工測量前,應(yīng)熟悉設(shè)計圖紙,驗算與測量有關(guān)的數(shù)據(jù),核對圖上的平面坐標和高程系統(tǒng)、幾何關(guān)系及設(shè)計與現(xiàn)場是否相符等。
  
  2.5礦區(qū)地上地下地形測量
  可根據(jù)實際需要繪制礦區(qū)1∶500、1∶1000或1∶2000的地形圖并加注各種地物及其他注記,繪制地表和地下的橫、縱斷面圖,以及分采或分工作面的局部采掘工程平面圖,及時填圖并定期將圖上資料轉(zhuǎn)繪到分層采掘工程平面圖上。
  2.6礦區(qū)地表沉陷的監(jiān)測
  開采沉陷監(jiān)測,采用工程測量上常用的儀器、方法和技術(shù)實時監(jiān)測地表、道路及其建(構(gòu))筑物
  上出現(xiàn)的移動變形,據(jù)此研究其定性、定量規(guī)律并提出開采沉陷預(yù)計方法,這是礦山開采沉陷工程中常用的方法。礦山開采沉陷工程的重要研究方法之一是現(xiàn)場實地監(jiān)測,測定巖土及其建(構(gòu))筑物上各測點在不同時刻的空間位置。而工程測量的目的和任務(wù)就是以測繪儀器和方法為手段,確定測點的空間位置并將其表示成數(shù)據(jù)形式或描繪在圖紙上。
  3、礦山沉陷區(qū)測量的實施
  由于礦山開采強度的增加,引起地表松動進而破壞地表原有的地貌,引發(fā)大面積的沉陷,這就
  迫切地要求開展地表移動預(yù)計的研究工作。礦山開采沉陷引起的巖層和地表移動的過程非常復(fù)雜,它是地質(zhì)條件、水文條件、開采條件、地形條件等多種因素綜合影響的結(jié)果。要認識這一復(fù)雜過程,主要的手段是在現(xiàn)場設(shè)立觀測站進行實地觀測。
  3.1沉陷區(qū)平面、高程控制測量
  廣泛收集測區(qū)及其附近已有的控制測量成果和地形圖資料,了解測區(qū)的行政劃分、社會治安、
  交通運輸、物資供應(yīng)、風(fēng)俗習(xí)慣、氣象、地質(zhì)情況,并攜帶收集的測區(qū)地形圖、控制展點圖、點之記等資料到現(xiàn)場踏勘。按照礦山測量相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范,根據(jù)工程設(shè)計意圖及其對控制網(wǎng)的精度要求,擬定合理的布網(wǎng)方案,利用測區(qū)地形地物特點在圖上設(shè)計一個圖形結(jié)構(gòu)強的網(wǎng)。在通視良好、交通方便、地基穩(wěn)定且能長期保存的地方進行選點埋石工作。
  根據(jù)礦區(qū)地面建立的控制點,按礦區(qū)測量的要求向沉陷區(qū)域引觀測站測量點,并測定觀測線
  交點或某一個控制點的平面坐標和高程。觀測站與地面控制網(wǎng)連測后,應(yīng)對觀測站的各測點進行開采前的最初2次全面觀測。
  3.2沉陷區(qū)地表移動觀測站的監(jiān)測
  3.2.1地表移動觀測站的布設(shè)原則
  為詳細研究整個移動盆地,可設(shè)置網(wǎng)狀觀測站。地表移動觀測站,一般可設(shè)走向觀測線和傾
  斜觀測線各一條,二者應(yīng)垂直相交,如回采工作面的走向長度大于1.4H0+50m(式中H0為平均開采深度),亦可設(shè)置2條傾斜觀測線,但至少應(yīng)相距50m,并且應(yīng)距開切眼或停采線0.7H以上。為了確定開采沉陷的預(yù)計參數(shù)和角度參數(shù),獲得準確、可靠、有代表性的觀測資料,在地表移動觀測站的布設(shè)中,應(yīng)遵循以下原則:
  1)觀測線應(yīng)設(shè)在地表移動盆地的主斷面上;
  2)設(shè)站地區(qū)在觀測期間不受鄰近開采的影響;
  3)觀測線的長度要大于地表移動盆地的范圍;
  4)觀測線上的測點應(yīng)有一定的密度;
  5)觀測站的控制點要設(shè)在移動盆地范圍之外,埋設(shè)要牢固。
  地表移動觀測站設(shè)計的目的就是要確定各觀測線的位置和長度。通常在工作面回采之前,或
  者工作面雖已回采,但還未波及觀測線,需要將在圖紙上設(shè)計好的觀測站標定于實地。利用礦區(qū)內(nèi)的等級控制點,根據(jù)設(shè)計的角度和邊長,利用全站儀,首先標定觀測線的控制點和走向觀測線與傾向觀測線的交點,然后依次標定其他各個測點的位置。
  3.2.2地表移動觀測站的觀測過程
  連接測量。在觀測站各測點埋設(shè)好并固結(jié)后,在未被采動之前,為了確定觀測站與工作面之
  間的相互位置關(guān)系,需要將觀測站的某一控制點與礦區(qū)控制網(wǎng)之間進行連接測量,以確定該觀測站控制點的平面坐標和高程。連接測量需獨立進行2次,平面連接測量的點位誤差應(yīng)小于7mm,采用邊交會、角交會、邊角交會、導(dǎo)線測量和GPS測量進行。高程連接測量應(yīng)以不低于三等水準測量的精度要求進行。
  全面測量。在工作面開采前10~15d,應(yīng)對工作點進行全面觀測,要求是:獨立觀測2次,2次
  觀測時間間隔小于5d。限差是同一點坐標、高程差小于10mm。全面測量一般包括測點的高程測量、各測點間的距離測量、各測點偏離觀測線方向的支距測量和地表特征狀況記錄與素描。高程測量可直接從觀測站控制點開始,按三等水準測量的精度要求進行。若觀測站兩端有控制點,可進行附合水準測量;若只有一端有控制點,則需進行往返水準測量(或閉合水準測量),經(jīng)平差后求得各測點的高程。當觀測站地形起伏較大時,可進行三角高程測量或GPS定位測量。距離測量用鋼尺測距離,不僅精度達不到要求而且費時費力,而利用全站儀或GPS直接測定出各測點的平面位置和高程,通過平面坐標反算,確定各測點的支距和相鄰測點之間的距離。日常觀測一般包括巡視測量,加密水準測量及地表變化特征的素描、攝影等。巡視測量的目的就是確定觀測站是否受到開采的影響,地表移動是否穩(wěn)定,地表移動的劇烈程度等,為全面觀測和加密水準測量提供依據(jù)。加密水準測量(或重復(fù)測量)視地表移動速度而定,一般每隔1~3個月進行一次,在地表移動活躍期,應(yīng)增加水準測量的次數(shù)。
  4、結(jié)語
  礦山開采沉陷中的關(guān)鍵工作是如何確定開采沉陷的預(yù)計參數(shù),而利用智能的測量儀器和先進
  的測繪技術(shù)布設(shè)礦區(qū)控制網(wǎng)并建立地表移動觀測站,是獲取開采沉陷參數(shù)的重要依據(jù)。通過建立地表移動觀測站定期觀測,再考慮工作面的布置和采煤方法等若干細節(jié)的影響,尋求該地區(qū)地表與巖層移動的預(yù)計方法和參數(shù),掌握地表移動規(guī)律是很有必要的,而現(xiàn)代測繪技術(shù)在礦山的開采過程中發(fā)揮了不可替代的作用。

文章標題:經(jīng)驗談礦山開采沉陷過程中測繪技術(shù)的重要性

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