矿山开采地面沉降观测技术的选择与应用

2017-09-10程龙刘喆和帅

环球市场 2017年13期

关键词：高程测点矿山

程龙刘喆和帅

山东省泰安市新矿集团内蒙能源长城三矿技术部

矿山开采地面沉降观测技术的选择与应用

程龙刘喆和帅

山东省泰安市新矿集团内蒙能源长城三矿技术部

现如今我国矿产资源的需求量增大，现有的表层资源已经开采过度，人类开始向更为深入的矿山进行找矿活动。过度的矿产开采，矿山出现了地面沉降的地质现象，这是一种地质的结构变化，也是一种矿产资源的损耗。

矿山开采；地面沉降；观测技术

前言

地面沉降导致自然环境的恶化，还消耗了不可补偿的自然资源。因此，矿山开采中运用恰当的地面沉降观测技术，对矿山的地质结构变形进行监测，及时发现地质沉降的趋势，并采取相应的停止开采、安全转移等应对措施。

1.矿山地面沉降的原因

矿山的地面沉降是矿山地区最为常见的地质灾害，地面沉降给矿山地区造成不可估量的人身财产安全危害，诱发地面沉降的因素主要有客观因素和主观因素。其一，客观因素主要是自然因素，这是不可控制的因素，一方面是新构造运动带动我国普遍山区的地面沉降，主要发生于第四纪之后；另一方面是第四纪的自然运动导致的沉积物堆积带来的天然固结。其二，主观因素主要是人为因素。一方面是矿产资源的供需不平衡，人类找矿活动的过量，矿山的地下水资源、矿产资源被过量抽空，导致矿山整体下降。

2.矿山开采地面沉降观测技术的选择与应用

2.1 常规地面测量方法的应用

常规的地面测量方法是采用常规的测量仪器，测量仪器较为普遍，因此，此类的测量方法称为常规测量方法。变形监测是常规测量的主要内容，常规测量的其他测量内容还有高程测量、角度边长测量、坐标变形测量等。

2.1.1 精密高程测量。精密高程测量指的是运用高精密的测量仪器—水准仪，对高程进行观测，这种高精密的测量方法操作性强，技术发展趋于成熟，观测结果精确度高、稳定性强，选择此种测量，通常应用于垂直位移的观测，因此这种高程测量方式属于国家三等以上的高程测量。

2.1.2 角度测量。区别于精密高程测量的垂直位移测量，角度测量主要使用经纬仪对矿山进行水平方向的位移测量，主水平位移测量的主要内容是三角网形式的水平位移，角度测量的选取为三角测量，通过测定位移和变形情况实现监测目的。

2.1.3 精密距离测量。精密距离测量是一种对距离测量的方式，与精密高程测量相似，其具有高精密度、高稳定性的特点，也具有着消耗劳动力大的不足。应用在高低起伏的地形或沟壑时，使用传统的因瓦基线尺测量有着携带不方便、测量劳动强度大等影响，因此，使用精密光电测距仪能够弥补因瓦基线的不足，在起伏较明显的地表观测效果甚佳。

2.2 GPS 变形观测技术及其应用

GPS 变形观测技术是运用于全球空间定位技术进行的监测。首先，对矿山地区的建筑物和地形结构进行合理地划分，根据分布情况，对地面沉降的监测区域部下监测网。其次，监测网的监测点和基准点要符合在监测网络上，位置的选取必须在地形地质的分析基础上。较为科学的选取地点为地质稳定的基岩上，这样才能保证连片地接收定位信息。GPS的变形监测作业方法主要有静态和动态两种模式。矿山的沉降变化不明显，通常使用静态的监测作业方式；反之，则使用动态的变形监测方式，常用的动态模式的方法有模糊度函数和OTF。对监测点的动态变化趋势和水平、垂直位移进行比对，并分析其变化的周期性规律，从而判断被监测地区是否发生地面沉降。

2.3 INSAR观测技术及其应用

INSAR 技术又称干涉雷达测量，是一种在地形垂直变化观测中有着明显效果的监测技术。通过获得D两种SAR图像的相位差来成像被测量地区的干涉图像。最初的INSAR技术应用于地球的地表测量，后逐渐运用在其他领域，如今在矿山的地面沉降测量有着积极作用。由于矿山环境由于受自然因素和人文因素同时作用，具有着与周边环境不同的特点，独特性主要体现在矿山植被稀疏，占地变化显著，干涉特征明显这三个方面。另外，雷达卫星成像不受到时间限制，全天候的观测提高了精准度，并实现了动态监测，还能大面积的观测。此外，为使地面沉降和大气相位的误差逐渐减少，INSAR技术融合了干涉堆栈技术，弥补了雷达技术的不足。

2.4 GPS和INSAR融合观测技术极其应用

GPS和INSAR 融合的观测技术实现了两者的优势互补，新技术是在取长补短的基础上，在地面沉降观测中进行数据判断更有说服力。一方面是 GPS 观测技术对空间分辨率的变形监测效果欠缺，测点的布控由于分辨率低的因素导致空间测点不精确，但其在时间高分辨上对测点的准确度有很大的贡献。另一方面是INSAR技术在空间分辨率上达到了20m×20m，空间测点信息全面，区域性的成片测点具有连续性，但卫星雷达监测受到时间限制，重复周期短，时间分辨率受到周期影响，因而不能提供更为全面的时间分辨率。

2.5 三维激光扫描技术极其应用

三维激光扫描监测适用于地表变形的监测，三维激光使用的仪器是集合了光、机、电三种要素的激光扫描仪。三维监测强调了三维立体的监测，最初是运用于地面的建筑物测量，现已拓展到矿山生产的地面沉降测量。此种三维激光扫描技术应用在矿坑监测、矿山井塔、矿坑边坡高程监测中，具有高精密、采集信息量大、方便采集、具有强大数据后处理能力等优势。

2.6 数字摄影测量及其应用

数字摄影测量是实现地面沉降观测的数字化和自动化的体现。数字摄影测量是通过计算机软件，对数字摄影技术反馈的数字信息或是数字摄像进行读取，其最大的特点是，数字摄影测量的信息处理是数字处理，不同于传统直观的立体图像处理，其主要是通过计算机视觉来替代人眼的立体观测，其实质在于将获得的数字影像，通过计算机软件来建立成数字地面模型和正射影像图，并经过对比数字地面模型来将各个区域沉降情况分析出来。