测绘技术在矿山抢险中的应用

2010-11-09赵卫常

河北水利电力学院学报 2010年3期

赵卫常

(河北省煤田地质局物测地质队,河北邢台 054000)

一些矿山为了经济利益,不按照规范要求进行生产、开采,导致安全事故频发,给工人的生命和企业的财产造成了很大的危害。而当事故发生的时候,国家和政府为了人民的生命财产安全,都进行了及时、合理的抢救和妥善处理。在这些事故抢救、处理中有时需要确定事故发生的准确地点、事故的危害性、确定事故进行状态,这时需要测量人员进行一定的观测,来对事故的一些情况进行确定,为制定事故的抢险处理方案提供依据。[1]

1 事故概况

2005年11月6日19时40分左右,地处河北省邢台市境内的邢台县会宁镇尚汪庄康立石膏矿发生坍塌事故,波及太行、林旺两个石膏矿,直接塌陷区最深处有 14 m,直径约 60 m,600 m×800 m范围内地面不同程度出现裂缝,裂缝最宽达到0.6 m,地面一幢二层楼坍塌。初步统计,当时至少71人被困。抢救工作随即展开,但由于8日康立矿又出现了部分坍塌,而且还有随时发生进一步跨落和坍塌的可能,搜救工作一度受阻。为了给抢险领导小组和指挥部提供有力的信息,在塌陷区设立了观测站,对地表进行监测,确定是否有进一步坍塌的可能,并在有坍塌预兆时及时向抢险指挥部报告。

图1 检测站位置图

2 监测站设计

2.1 监测站的布设

指挥部的救援方案是:救援人员从第二石膏矿井筒下井(如图 1的 A18点位置),在井底打通巷道,进入康立矿井筒附近(A13点位置)搜救受困人员。针对指挥部的救援方案,为监测地表移动情况,在塌陷盆地及四周共布设了 23个监测点,现场指挥部的房顶建立一个基准站,现场指挥部外耕地中建立2个基准站检查点。23个监测点基本控制了塌陷盆地的内外位置。2个基准站检查点在作业过程中对成果观测精度进行现场检查,以保证基准站成果的一致性。同时在塌陷盆地四周设置 4条监测边,A23-A4,A23-A7,A23-A22,A23-A14。 4条监测边的中心点(点A23)设置在塌陷盆地中心,其他 4个点位于塌陷盆地边缘。各监测站位置见图1。

2.2 观测仪器的选择

由于抢险工作是二十四小时不间断的,这要求地表监测也应当全天候地进行。为了使观测不受时间、夜晚的限制,监测点选用动态GPS进行观测。该仪器为南方测绘仪器公司双频动态GPS灵锐82,仪器标称精度为20 mm+1 PPm。监测边观测仪器采用全站仪进行,仪器为拓普康测绘仪器公司2″的GTS322N全站仪,仪器测距标称精度为2 mm+1 PPm。

2.3 观测方法

对于地表移动监测站,采用动态GPS每隔一定时间观测一次纵、横坐标及高程值。在最初的两天内每隔2～3 h观测一次,之后逐步拉大观测时间间隔。为了减少基站架设的误差,基站架好后就不再拆卸,只是在停顿期间关掉基站。通过同一监测站的相邻两次观测成果的纵、横坐标及高程变化值,分析出地表移动监测站的位移和沉降情况。从第五次观测起,将为监测边设置的新点A22和A23两点纳入监测站的观测中。各监测点外业观测精度在观测手簿中实时进行监测,点位误差均控制在 20 mm以内。

对于监测边,采用 2″全站仪仅在白天每隔一定时间观测一次边长值,通过同一条监测边的相邻两次观测距离成果的变化值,分析地表塌陷盆地是否还有向中心压缩移动的情况。监测边每次观测六测回,每测回三次读数,三次读数值不得超过5 mm。监测边的观测精度按三等边长观测精度要求执行。[2]

3 数据分析成果处理

自 11月8日23时18分开始观测,截至 11月11日12时,地表移动监测站共观测 12组测量数据,监测边共观测 5组测量数据,监测点的坐标观测成果仅附上坐标位移分析图形,高程下沉量的计算数据和监测边的计算数据见表 1和表2。

表1 检测站观测点的下沉量计算表 m

表2 监测边数据整理m

根据以上观测数据整理的结果可以做出如下分析。

对于地表移动监测站,使用的南方动态 GPS仪器,在进行动态观测时其平面精度为20 mm,加上操作误差,观测值误差在 25 mm左右,故相邻两次观测值的差值如大于25 mm,则应引起注意。从检测站观测点的下沉量计算表中,可以看出大部分数据在 25 mm以内,但也有一部分数据超出了25 mm,表示在相应时间段内可能存在变动。在第 7次观测值中有一个比较大的下沉,A4,A6,A7,A9,A10,A16,A23点的下沉量都反映了出来,但随后的观测下沉量又减小了,据此可推断第7次观测存在观测系统误差。A3点在第7次观测有一个很大的下沉,明显是由于观测粗差造成的。 A18点的下沉量一直很大,说明该点比较活跃。

图2 坐标位移分析图形

从位移分析图形上研究(见图 2),可以看出:A1-A9点位置在塌陷区东部和南部,其位移基本上是在其原位附近振动,其幅度基本与观测误差持平。A17,A22两点其位移基本上也是在其原位附近振动。A23点位移基本上是向东趋势。A10,A11,A12,A13,A14,A15,A16这些点基本分布在塌陷区的北部和西部,其位移图有一个共同点,都是振荡向东南方向移动。值得注意的是A13,A18点的位移在南北方向上跳跃振荡比较明显,A18点位置设置在第二石膏矿井口平台,这可能与救援队频繁从二矿井口上下井活动引起的矿井变形有关。 A13点在康立矿井口附近,正是由该矿最先发生的塌陷而波及到其他三矿,现场该矿的矿筒也发生严重变形和破损,同时与井下救援人员正在A13点下方进行救援活动有关。[3]

对于地表移动监测边长,采用的2″全站仪观测。在进行边长观测时仪器精度为2 mm,加上作业时的对中整平误差,观测值误差在5 mm以内,故相邻两次观测值的差值如大于5 mm,则应引起注意。在表2中,可以看出有一些数据超出5 mm,表示在相应时间段内可能存在变动。尤其是A23-A22边的累计值达到21 mm,更应引起注意。