煤矿开采沉陷自动化监测系统的设计与应用

张仟仟+孔庆蒙

摘 要：煤矿开采过程中会出现沉陷问题，地表会发生下沉、水平位移、变形等现象。如果变形的数值超出了可控范围就会影响到矿井生產的安全以及矿区的生态环境。设计完善的煤矿开采沉陷自动化监测系统主要是为了实时获取地表变形的相关数据，为采取控制措施提供依据。

关键词：煤矿开采，沉陷，监测系统，设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.058

1 煤矿开采沉陷自动化监测系统的设计

（1）系统组成。煤矿开采沉陷自动化监测系统以GNSS CORS技术、GIS技术、计算机网络通讯技术、现代测量数据处理技术等为支撑，将GNSS、全站仪、数字水准仪及PDA设备进行集成，实现监测数据的自动采集、传输及分析。

整个监测系统主要包括基准站、连续实时监测站、非连续实时监测站。基准站多是一个，可建在矿区办公楼定，主要是用来提供监测基准。连续实时监测站可根据矿区生产的需要建设多个，主要布置在观测线的关键位置，采取定时实时监测方式。非连续实时监测站则更多，采用准实时、事后监测方式。

（2）系统功能。煤矿开采沉陷自动化监测系统的主要功能是实时监测煤矿开采过程中地表发生的沉降、移动、变形、倾斜等现象，掌握地表的运动状态和变化趋势。并对监测的数据进行综合处理分析，为开采沉陷的防控提供依据。因此该系统的具体功能包括数据的收集、传输、处理、分析、存储。

（3）系统软件设计思路。煤矿开采沉陷自动化监测系统软件主要由数据监控中心软件（DMCS）、矿山开采沉陷综合数据处理与分析系统软件包（MISPAS）、实时数据采集终端系统软件（CAuto Terms）三大软件构成。三大软件的模块设计主要是根据功能的需要和安排进行，其具体设计如下。

数据监控中心软件主要的模块有：用户与工程管理模块、基准站串口与通讯模块、基准站运行监测模块、监测站运行监测模块等。

矿山开采沉陷综合数据处理与分析系统软件包主要的模块有：开采沉陷参数解算模块、开采沉陷损害评价分析模块、地表移动变形分析模块、地表移动变形预计模块、数据处理分析模块等。

时数据采集终端系统软件主要的模块有：数据采集模块、数据分析模块、文件管理模块、查询编辑模块、网络通讯模块等。

（4）数据库结构设计。根据以上煤矿开采沉陷自动化监测系统的软件组织以及功能来看，需要设计的数据库主要包括基本信息数据库、操作日志数据库、图形数据库以及各监测结果数据库等。

在设计数据库结构时，应该考虑到煤矿开采地区水文地质条件的特殊性，以及随着开采范围和开采深度的扩大，地质水文状况及其相关数据也会有所变化。对应的数据库中关于这些地质水文相关的原始数据必须随着矿区地质报告的修整而进行修改。

（5）系统软件的实现。系统软件实现是煤矿开采沉陷自动化监测系统能够运用的基础。系统软件的实现包括数据监控中心软件、MISPAS软件包、移动终端软件。

数据监控中心软件负责定位、数据采集、数据分析、数据处理、设备监控、成果输出等作用。主界面要足够清晰简单，对重要内容进行突出，便于用户快速的获取需要的信息。

MISPAS软件包作为矿山开采沉陷综合处理软件集成，由于包含的内容较为复杂，因此操作界面相对复杂，操作难度相对较大。其优点是软件可以在软件包下集成运行，也可以单独运行。

移动终端软件作为实时数据采集终端的控制软件，其主界面主要包括网络操作、工程管理、导入地图、系统设置等部分。同样作为用户使用软件，其界面应尽量简洁，突出重点。

2 煤矿开采沉陷自动化监测系统的应用

某矿业有限责任公司为其矿区设计了一套煤矿开采沉陷自动化监测系统。该系统主要包括1个基准站、9个连续实时监测站和60个非连续实时监测站。其具体的系统组成状况如图1所示。

该系统不仅能够用于监测煤矿开采过程中的地表沉陷状况，也可以用于水库大坝、大型桥梁、高层建筑等工程中。

在具体应用过程中，该系统完整的收集了矿区开采过程中地表下沉、位移、变形相关数据，成功预测了地面沉陷的发展趋势，并采取相关措施，将沉陷状况控制在合理范围内，避免变形进一步扩大，影响到矿井安全生产以及矿区的生态环境。

参考文献：

[1]杨旭，余学祥，张迎伟.煤矿开采沉陷自动化监测系统设计与实现[J].测绘工程，2015（09）：40.

[2]蒋法文，刘可胜，杭玉付等.煤矿开采沉陷自动化监测实时数据采集终端系统研究[J].矿山测量，2014（05）：94.

[3]吕伟才，高井祥，蒋法文等.煤矿开采沉陷自动化监测系统及其精度分析[J].合肥工业大学学报，2015（06）：847.

作者简介：张仟仟，男，山东济宁人，本科，主要从事煤矿技术工作。