矿区地表移动观测成果的自动化求解

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郭家河煤矿综放开采地表岩移参数分析

郭家河煤矿综放开采地表岩移参数分析赵兵朝;刘阳;贺卫中;李辉;王贵荣;张碧川【摘要】针对郭家河煤矿大埋深、大采高、地表地形地貌复杂及观测时间长的特点,通过建立地表观测站,结合地表观测成果,计算给出了郭家河煤矿综放开采地表移动变形的相关参数和地表移动时间,同时结合坡体稳定性分析和计算机反演模拟,对求解的概率积分参数进行修正.研究表明:该矿区地表为黄土沟壑区,其坡体的稳定性及滑移附加量对地表岩移参数的求取有较大的影响,尤其是在计算地表下沉系数、地表下沉值及水平移动量时需考虑坡体稳定性和滑移附加量的影响.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)008【总页数】4页(P254-257)【关键词】深部开采;综放开采;地表移动;岩移参数;坡体稳定性【作者】赵兵朝;刘阳;贺卫中;李辉;王贵荣;张碧川【作者单位】西安科技大学能源学院,陕西西安710054;西安科技大学能源学院,陕西西安710054;矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室,陕西西安710054;陕西省地质环境监测总站,陕西西安710054;矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室,陕西西安710054;陕西省地质环境监测总站,陕西西安710054;西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;西安科技大学能源学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TD325+.4随着煤炭资源的持续开发利用和开采强度的不断加大，浅部煤炭资源逐渐减少，煤炭开采逐渐向深部发展，我国煤矿开采深度平均每年以8～12 m的速度递增，煤矿开采深度由最初的200～300 m逐步发展到深部的700～800 m，伴随着开采规模的持续扩大和机械化水平的不断提升，深部煤炭开采后的地表移动变形的研究逐渐变得具有重要的意义[1]。

郭家河煤矿不仅具有埋深厚、采高大的特点，使得其与一般的地表移动变形规律不同[2-4]。

并且地表存在典型的黄土沟壑区，使得在求取地表移动变形参数时，还要考虑到沟壑区条件下坡体的稳定性以及因此产生的地表移动变形的附加变形量[5-6]。

矿山地表及岩层移动观测

矿山地表及岩层移动观测为了保护井巷、建筑物、水体、铁路等免受开采的有害影响，合理提高煤炭资源回收率，并为留设保护煤柱提供技术资料，新建矿井应开展地表及岩层的移动观测工作。

地表及岩层的移动观测工作设置的各种观测站必须编写岩移观测方案，并报请集团公司地质勘测处审批。

观测站设计由文字说明和图纸两部分组成。

文字部分包括观测站设计书。

图纸包括井上、下对照图（包括观测线和观测点的位置）、观测线剖面图（包括观测线长度的确定）、岩层柱状图、观测点的构造图等。

矿区设置观测站时应统一规划，并选择在有代表性的地方设置。

地表移动观测站位置的选择，应遵循由简单到复杂的原则，初次建立地表移动观测站的位置应满足：煤层走向、倾角及厚度均稳定，地势平坦，无大断层，单煤层开采，四周无采空区。

地表移动观测站一般可设走向观测线和倾斜观测线各一条，设在移动盆地的主断面位置。

如回采工作面的走向长度大于1.4H0+50m（式中H0为平均开采深度），亦可设置两条倾斜观测线，但至少应相距50m，并且应距开切眼或停采线0.7H以上。

观测点间距离应根据开采深度按下表21确定。

表21矿山企业应根据矿区地面控制网，按5″级导线（网）精度要求建立岩移观测控制网。

各控制点和观测点的高程测量应组成水准网，按三等水准测量的要求进行观测。

控制点和观测点的设置应符合下列要求：（一）埋设的控制点和观测点必须用全站仪按设计标定，并应尽可能使观测点中心位于控制点连线的方向上；（二）在非冻土地区，测点的埋设深度应不小于0．6m。

在冻土地区，测点的底面一般应在冻结线0.5m以下。

测点可采用浇注式或混凝土预制件；（三）当地表至冻结线下0.5m内有含水层时，一般应采用钢管式测点；（四）埋设的测点应便于观测和保存。

如预计地表下沉后测点可能被水淹没，则点的结构应便于加高；（五）在一般情况下，倾斜观测线上观测点编号应自下山向上山方向顺序增加，走向观测线上观测点编号应按工作面推进方向顺序增加。

采煤岩移观测总结

采煤岩移观测总结引言采煤工程中，采煤岩移观测是一项非常重要的任务。

采煤岩移观测的主要目的是及时了解采煤过程中岩体的位移情况，从而减少采煤事故的发生，保障工人的生命安全。

本文总结了采煤岩移观测的方法、技术和实践经验，为今后的采煤工作提供参考和借鉴。

方法采煤岩移观测的常用方法包括测量、监控和分析三个环节。

1. 测量采煤岩移观测的第一步是进行准确的测量。

测量主要包括直接测量和间接测量两种方法。

直接测量：直接测量是通过在岩体表面设置测量点，利用测距仪、测角仪等工具进行测量。

直接测量的优点是准确度较高，可以直接获得岩体位移的具体数值。

间接测量：间接测量是通过测量岩体周围的地表变形情况来推测岩体位移。

常用的间接测量方法包括水平测斜仪法、地下水位法和地下压力法。

间接测量的优点是可以覆盖更大的范围，获取更多的数据。

2. 监控监控是采煤岩移观测的核心环节。

监控主要通过安装传感器和监测设备，实时监测岩体的变形情况。

常用的监控手段包括倾斜传感器、位移传感器和应变传感器等。

倾斜传感器可以测量岩体的倾斜角度，位移传感器可以测量岩体的位移量，应变传感器可以测量岩体的应变值。

这些传感器可以与计算机和监控系统连接，实现自动化的数据采集和处理。

3. 分析分析是对采集到的数据进行处理和解读的过程。

分析的目标是了解岩体的变形趋势、规律和危险程度，从而采取相应的措施来保障采煤过程的安全。

常用的分析方法包括数据统计、趋势分析和模拟仿真。

数据统计可以帮助我们获得岩体变形的平均值、方差等统计指标；趋势分析可以帮助我们预测岩体变形的发展趋势；模拟仿真可以根据采煤过程的参数来模拟岩体的变形情况。

技术采煤岩移观测的技术不断发展，目前已经出现了一些先进的技术和设备。

下面列举几种常用的技术。

1. 光纤传感技术光纤传感技术是利用光纤传感器对岩体进行监测的一种新技术。

光纤传感器可以将位移、变形等物理量转化为光信号，并通过光纤传输到检测系统中进行分析和处理。

矿山采空区地表移动观测设计及实施

矿山采空区地表移动观测设计及实施发布时间：2022-10-24T05:57:50.482Z 来源：《科技新时代》2022年第10期作者：杨小虎1，何迪1[导读] 目前，无论是“三下”开采、留置保护煤柱、对矿区开采沉陷破坏的控制还是矿区环境保护Design and Implementation of Surface Mobile Observation in Mine Goaf杨小虎1，何迪1Yang Xiaohu1,HE Di1（1．陕西航空职业技术学院材料与建筑工程学院，陕西汉中 723100）(1. School of Materials and Construction Engineering, Shaanxi Aviation V ocational and Technical College, Hanzhong 723100, Shaanxi, China) 摘要：目前，无论是“三下”开采、留置保护煤柱、对矿区开采沉陷破坏的控制还是矿区环境保护，都离不开对因开采造成的地表移动变形规律的观测分析的研究。

此项研究是解决矿区压煤开采、环境保护和沉陷区治理等“三下”问题的重要基础。

因此，进行矿山采空区地表移动观测设计及实施的专门研究，对于矿区煤层合理开发、安全、地表建（构）筑物及生态环境保护具有十分重要的理论研究意义和应用价值，本文以陕北某煤矿采空区为例，开展地表位移观测设计和实施工作。

关键词：矿山采空区；地表位移；观测站；Abstract: At present, whether it is "three-down" mining, retaining and protecting coal pillars, controlling mining subsidence damage in mining areas, or environmental protection in mining areas, it is inseparable from the observation and analysis of the law of surface movement and deformation caused by mining. This research is an important basis for solving the "three lower" problems of coal pressing, environmental protection and subsidence management in mining areas. Therefore, the special research on the design and implementation of the surface movement observation in the mine goaf has very important theoretical research significance and application value for the reasonable development, safety, surface construction (structure) and ecological environment protection of the coal seam in the mining area. Taking the goaf of a coal mine in the north as an example, the design and implementation of surface displacement observation are carried out.Key words: mine goaf; surface displacement; observation station;1概述近年来，全国范围里随着煤矿的大量开采，为国家创造了很大的经济效益，但同时也是付出了环境的代价，破坏了矿区原有的地形、地貌和该地区的自然景观，留下了坑坑洼洼的采矿场以及四处塌陷的采空区[1]。

1105工作面地表岩移观测设计方案

3-3-2盘州市煤炭开发总公司盘县老沙田煤矿1105采煤工作面地表岩移观测设计方案编制单位：地测科编制日期：2021年04月05日老沙田煤矿会审意见表老沙田煤矿1105采煤工作面地表岩移观测设计方案对煤矿地下开采导致的地面沉陷进行观测站设计并进行地表移动观测与分析，对于保障煤矿安全生产、预测地表沉陷范围、降低开采成本具有重要意义。

进行了地表移动站设计，采用实地观测法对采煤工作面进行地表移动观测，以获取本矿区特有条件下，因地下煤层开采后，引起的地表移动、变形及破坏规律，并计算获得各种移动角、边界角、最大下沉角、充分采动角等数据，提出适用于本矿的地表移动参数及预计方法，为矿区规划、环境评价、矿井设计、以及安全合理的留设保安煤柱提供理论依据。

一、采煤工作面地表岩移观测老沙田煤矿地面工业广场，有2020年8月2日由中介公司卫星定位坐标共4个GPS点，点位保存完好，成果可靠，可作为本项目连接测量工作的起算数据。

1105采煤工作面对应地表部分基本为坡地、山林，观测站埋设比较困难，地形陡峭，工作难度大，观测线尽可能布置成直线，根据实际地形条件，观测站、控制点距离可适当调整。

因此布设方案拟定为：沿走向每50m布设一个控制点，布设三条走向观测线（A、B、C），布置14个控制点，每条长度约200m，尽可能布置成直线，贯穿整个1105采煤工作面对应地表位置，受地形及工作面斜长影响，不布置倾向观测线。

（具体见1105采煤工作面地表移动观测布设图）二、观测内容、方法及精度要求（一）观测的主要内容地表移动观测的基本内容是在地下开采过程中，定期地、重复地测定观测线上各测点在不同时期内空间位置变化。

（二）观测的方法及精度要求地表移动观测工作可分为：观测站的连接测量、全面观测、控制点联测、地表破坏的测定和编录。

1、连接测量为了确定观测站与开采工作面之间的相互位置关系，应在观测站的所有控制点与矿区控制网之间进行测量，以确定控制点的平面位置和高程。

煤矿地表移动和岩移观测

煤矿地表移动和岩移观测文／高清龙（黑龙江黑河市一五一煤矿）【摘要】通过建立一五一煤矿地面岩移观测站，定期对整个观测站进行全面水准测量，严密监测地表下沉和变形，进而对观测资料进行整理，对地表移动和变形参数进行计算，得出了一五一煤矿井下开采后地表的下沉和移动规律，为进一步研究煤矿地表沉陷提供了数据和理论基础。

【关键字】观测站；地表移动和变形：下沉速度；岩移观测；岩移参数0．前言一五一煤矿已开采多年，为掌握矿区地表移动和变形的基本规律，保证地面矿西村村民的生命财产安全，建立了地面岩移观测站。

1．开采条件本矿井位于黑宝山～木耳气煤盆地的西南部，即小兴安岭西南坡，属低山丘陵区，海拔高度在+480. 6m-+379. 4m之间，一般标高在+40Om。

地势北东高，西南低，相对高差为50m左右。

本区溪流属嫩江水系，夏季地表径流通畅，冬季冰封断流，主要河流为泥鳅河，总体流向为南西。

观测区内村庄周围为农田，村庄南部农田受采动影响，局部有轻微的地表沉降现象，夏季有一定的积水，周围山顶有国家三等坐标点，通视良好，有利于设站和控制测点的连接测量工作。

矿体呈北东一南西走向，倾向南，煤层倾角15°～20°，开采106工作面位于F1108正断层下盘附近，地质条件复杂，小构造较发育，煤层赋存条件变化大。

工作面走向长510m，倾斜长108m，采用走向长壁跨落法回采，煤层顶板为灰白色凝灰质细砂岩、含砾中粗砂岩等；底板为浅灰色泥岩、凝灰角砾岩、粗砂岩。

工作面出水水源主要为煤层顶板砂岩水，水文地质条件简单。

2．观测线（点）设计2.1参数选择根据《煤矿测量规程》，确定观测线长度所用的移动角应使用本井田已求得的角值，由于该矿之前无实测数据，故选用临近的地质采矿条件相类似矿区的综合数值。

另外具体限差按《规程》有关条款执行，数据见表12.2观测线位置的选择1061作面回风巷采深Hl为315m，运输巷采深H2为345m，平均采深HO为330m，工作面走向长510m。

白源煤矿地表移动观测研究

中图分类号：Ｄ７．Ｔ１３４２２１）２０６ —０１０ —２７（０２０ — ０２３
ＯｂｅｖｔｏｓａｃｎＧｒｕｄＭｏｅｅｔｉｉｕｎＣｏｌｅｙｓｒａｉｎＲｅｅｒｈｏｏｎｖｍｎｎＢａｙａｌｒｉ
摘
要：通过对白源煤矿地表移动变形观测资料的初步分析研究，结了地表移动变形的一般规律和部分特点，得了地总获
表下沉的部分参数，白源矿今后铁路煤柱试采可行性研究提供了技术依据。为关键词：表移动；测；数地观参
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＢａｅｎｔｒｌｉａｙａａｙｉｆｔｅｏｓｒａｉｎｄｔｆｇｏｎｏｅｎｅｏｍａｉｎｉｉｕｎｓｄｏｈｅｐｅｉｎｒｎｌｓｓｏｈｂｅｖｔｏａａｏｒｕｄｍｖｍｅｔｄｆｒｔｏｎＢａｙａｍＣｏｌｅｙ，ｔａｅｕｍａｉｅｈｅｅａａｓａｄｓｍｅｆａｕｅｆｇｏｎｏｅｅｔｄｆｒｔｏｄｒｔｅｌｒｉｈｅｐｐｒｓｍｒｚｓｔｅｇｎｒｌｌｗｎｏｅｔｒｓｏｒｕｄｍｖｍｎｅｏｍａｉｎｕｎｅｈｇｏｏｉａｉｉｇｃｎｉｉｎｎｂａｎｅｏｅｐｒｍｅｅｓｏｒｕｄｓｓｄｎｃ，ｗｈｉｈｐｏｉｅｅｈｉａａｉｅｌｇｃｌｍｎｎｏｄｔｏｓａｄｏｔｉｄｓｍａａｔｒｆｇｏｎｕｂｉｅｅｃｒｖｄｄｔｃｎｃｌｂｓｓｆｒｔｅｓｂｌｙｓｕｙｏｕｕｅｒｉｗａｌａｉｉｇｉｉｕｎＣｏｌｒ．ｏｈｅｆａｉｉｔｔｄｆｆｔｒａｌｙｐｉｒｍｎｎｎＢａｙａｌｉｙｉｌｅＫｅｒｓｒｕｄｍｏｅｅｔｂｓｒａｉｎ；ｐｒｍｅｅｙｗｏｄ：ｇｏｎｖｍｎ；ｏｅｖｔｏａａｔｒ

确定矿区地表岩层移动参数的方法

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Ｑ．
ＣｉａＮｅｅｈｏｏｉｓａｄＰｏｕｔｈｎｗＴｃｎｌｇｅｎｒｄｃｓ
工业技术
确定矿区地表岩层移动参数的方法
王立强 ຫໍສະໝຸດ （宝清县煤炭管理局行管科，黑龙江宝清１５０）５６０
摘要：本文对观测站布置的方法、观测方法进行了详细的分析介绍；地表移动观测资料的分析方法进行了总结。文对如何确定对本适合本矿区岩层移动参数提供了思路。关键词：测站布置；测方法；移动观测资料分析观观地表５２高程测量动角 ‘向上作斜线，ｐ分别交地表于ｂ和ａ二点，岚峰矿区是一个地质构造，地形条件十分线段ａ即为倾向观测线的长度。ｂ其长度也可按观测站各观测点的高程采用水准测量方法来确定。每条观测线的水准测量，测定转点应先复杂的地区，不能直接引用其它矿区已有的地下式计算：表移动成果，为了取得该地区的地表岩层移动的高差，按顺序依次测定中再ａ＝ｈｔ￣Ｈ－）ｇ）Ｈ－）ｇ／Ｌｏｃ（一个观测点）ｂ２ｃｑ－１ｈｔ１＋２ｈｔ￣ｃｓｔ某ｇ（ｃ（（３ｃ（＋）式中ｐ，别为下山移动角和上山移动间点的高差，而后再一次测定转点的高差，并将参数，护该矿区井上、保下建筑物等免受开采的有害影响，通过实地观测测得了本矿区的岩层角；其两次测定的高差进行比较，其差，三等水准不移动参数，了其移动规律。掌握现把确定矿区地Ｈｌ２， —分别为采区下边界和上边界的采应大于２ｍ，Ｈｍ四等水准不应大于３ｍａｒ。当地表深；表岩层移动参数的方法介绍如下：破坏较大，或两点间倾角超过２００，于进行不便１观测线位置的确定Ｌ —采区的倾斜长度。水准测量时，可以采用三角高程方法测定各观测点的高程。观测线设置在移动盆地的主断面上，且不２．２走向观测线长度的确定受邻近采区开采的影响。主断面的位置，用本矿在走向主断面图上，由停采线、切眼，开分５．３点问距丈量区现有的角度参数和已知的地质采矿条件以做别按８向上作斜线，与基岩和松散层的界面角控制点到观测点及观测点到观测点的点间图的方法来确定。主断面与地表的交线就是观相交，再由交点在松散层中按松散层移动角 ‘ 距，ｐ采用经过比长的钢尺往返丈量。丈量时，对分和二点，段ｃ钢尺施以标准拉力，线ｄ并测记温度。每次丈量读数测线的位置。观测线位置的确定，是在观测站设向上作斜线，别交地表于ｃｄ计图上进行的。即为倾向观测线的长度。其长度也可按下式计三次，互差不超过２ｍ符合要求后取平均值作ｍ，１．１确定倾向观测线的位置算：为丈量结果。相邻两观测点问的改正后的水平倾向观测线的位置的确定。倾向观测线的往返限差，点间距小于１ｍ时为２ｍ，间距５ａｒ点ａ＝ｈｔ￣Ｈ１ｔＨ＝２ｌｇ）Ｊｂ２ｃｑ－ — Ｈ一［＋１ｇ（ｔｓＩ位置，在观测站的平面图和走向主断面图上来式中Ｂ，别为下山移动角和上山移动大于１ｍ时为３ｍ５ａｒ。确定。在观测站的平面图上，做采区走向的中分角；５．４巡视测量线，此中分线即是倾向观测线的位置。在平面图川，２Ｈ —分别为采区下边界和上边界的采在工作面开始回采以后，在采区开切眼上上，按比例尺量取由中分线到采区的停采线和深：方的走向观测线上选择几个观测点，每隔３开切眼的水平距离Ｄ１Ｄ。当最后确定的中和２Ｌ—采区的走向长度。ｌ天进行一次水准测量，当其中某一观测点累计分线的位置满足条件时，中分线即是倾向观此３观测点点位的确定下沉量达到ｌｍＯｍ时，为地表已开始移动，即认测线的位置。观测点均匀设置在观测线的全长上。观测此时间作为地表移动开始的时间。１－２确定走向观测线的位置线两端向外还要设置控制点。观测线每一端一当地下工作面加回采结束后，在采区停采线上走向观测线的位置，可以根据平面图和倾般应设置两个控制点。如果观测线是半条的或方走向观测线上选择几个观测点，每隔１３～个向主断面图来确定。在倾向主断面图上，区由于地形限制不能在观测线两端同时设置控制月进行一次水准测量，直到观测点在６由采个月内中点作一水平线，并按最大下沉角０作一斜线，点时，在可设置控制点的一端向外设置三个累计下沉值小于３ｍ应０ｍ时，即认为地表移动结交地表于０，此０点点即是走向观测线与倾向控制点。束，以最后一次观测的时间作为地表移动稳定主断面的交｜。将此０点投影到平面图的倾向观测点之间的距离可以根据采区的平均开的时间。观测线上，过此投影点作采区走向点平行线，采深度来确定。制点与控制点之间，并控控制点与６地表移动观测资料的分析此平行线即为走向观测线的位置。为了求得带有普遍性的地表移动规律，就相邻观测点之间的距离可５—０ｍ范围内选０１０２观测线长度的确定定。必须对大量的实地观测资料进行综合分析。综在观测线的位置确定之后，即可确定它们４地表移动观测站的标设合分析的步骤和方法如下。６．１收集和归纳资料在工作面开始回采以前，或工作面虽然已经开始回采，但岩为了进行地表移动观测资料的综合分析，ｆ层的移动尚未波及到拟设站的应根据综合分析的目的和要求，大量的实地将 § １：地表时，将观测站按照设计标设观测资料收集和归纳起来。在收集过程中，注要目到实地上。在确定观测站标设到意资料的可靠性和准确性。地质采矿条件的数１、具体时间时，充分考虑到观测值，应如煤层厚度、倾角和采区尺寸等，煤层应收／站的标设，点和观测点的固集回采后的实测值。控制结，以及确定观测点移动前的点６．２综合分析的一般方法Ｊ位等工作所需要的时间。观测点在地表与岩层移动过程中，影响的因素很的标定工作与其他工程的标定多，在综合分析时，不可能同时考虑全部因素，Ｔ作方法相同。即先根据设计解只能考虑其中最重要的，在某一特定条件下，或算｝标定的数据，Ｈ再到现场实地与移动过程有关的其他主要影响因素。标设。综合分析中得出的移动参数及数学表达式的长度。观测线的长度应保证观钡线的两端稍Ｊｔ５地表移动观测站的观测方法与实测结果进行比较，一般都存在偏差。产生偏微超过地表移动盆地边缘一段距离，以便能较５．１全面观测差的原因很多，如，合分析中，究方例在综为研可靠地确定移动盆地边界及有关参数。观测线在采动前，测点埋设１－５观０１天后，以一级便，常采用简化条件或设定条件的办法，如把大的长度可以在观测站设计图上图解求得，也可导线测量精度对控制点，观测点独立观测两次，致相同的岩当作完全相同，煤层倾角和采厚用计算方法确定。时间间隔不超过５天。两次观测的结果进行般都采用平均值，但实际上有差异，就掩这样２倾向观测线长度的确定．１比较，如果同一个观测点的高程差不大于盖了者眭、厚度和倾角实际存在的不同。其次，在倾向主断面图上，由采区上、下边界点，１ｒ同一个点间距之差不大于４ｍ，０ｍ，ａａｒ同一个在综合分析中，的是主要因素，因素未考虑次要分别按．和角向上作斜线，ｙ与基岩和松散层观测点的支距差不大于３ｒｍ时，两次观测加考虑，０ａ取然而实际上次要因素的影响是存在的。的界面相交，再由交点在松散层中按松散层移结果的平均筐怍为观测点的原始数

矿区地表移动“空天地”一体化监测技术研究

㊀第４８卷第２期煤炭科学技术Ｖｏｌ４８㊀Ｎｏ２㊀㊀２０２０年２月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｆｅｂ.２０２０㊀移动扫码阅读张㊀凯ꎬ李全生ꎬ戴华阳ꎬ等.矿区地表移动空天地一体化监测技术研究[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０２０ꎬ４８(２):２０７－２１３ｄｏｉ:１０１３１９９/ｊｃｎｋｉｃｓｔ２０２００２０２７ＺＨＡＮＧＫａｉꎬＬＩＱｕａｎｓｈｅｎｇꎬＤＡＩＨｕａｙａｎｇꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｓｐａｃｅ－ｓｋｙ－ｇｒｏｕｎｄｏｎｓｕｒｆａｃｅｍｏｖｅｍｅｎｔｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０ꎬ４８(２):２０７－２１３ｄｏｉ:１０１３１９９/ｊｃｎｋｉｃｓｔ２０２００２０２７矿区地表移动空天地一体化监测技术研究张㊀凯１ꎬ２ꎬ李全生１ꎬ２ꎬ戴华阳３ꎬ郭俊廷２ꎬ阎跃观３(１.国家能源投资集团有限责任公司２０３０项目办公室ꎬ北京㊀１０００１１ꎻ２.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室ꎬ北京㊀１０２２０９ꎻ３.中国矿业大学(北京)ꎬ北京㊀１０００８３)摘㊀要:矿区地表移动观测是研究开采影响规律㊁损害防治㊁矿区地质灾害预警㊁开采减损方案设计或优化的主要手段和依据ꎮ因观测技术的局限性和矿区地形条件的复杂性ꎬ使得观测工作在观测精度㊁观测效率㊁人力投入㊁经济成本及数据处理等方面难以满足实际需求ꎮ为实现复杂地形或大区域条件下矿区地表移动的高效㊁高精度观测ꎬ阐述了目前矿区常用的精密水准测量㊁导线测量㊁ＧＮＳＳ测量技术㊁ＩｎＳＡＲ测量技术㊁无人机遥感测量技术㊁激光雷达扫描技术在观测精度㊁作业效率㊁数据可靠性等方面的优势和不足ꎻ针对传感器空间位置特征㊁数据采集特征以及数据的可融合性ꎬ提出了传统高精度测量与现代高效快速大范围测量相结合的空天地一体化监测技术ꎬ建立了集数据采集㊁数据处理及结果展示为一体的空天地一体化监测体系ꎻ提出了数据采集以高精度㊁高效率㊁低成本ꎬ数据处理以高质量㊁快速ꎬ结果展示以直观㊁全面的空天地一体化监测准则ꎮ采用ＩｎＳＡＲ㊁ＧＮＳＳ㊁三维激光扫描技术在神东上湾矿进行了监测ꎬ较好地分析了地表下沉分布特征ꎬ协同监测结果表明ꎬ在开采面积０.５８ｋｍ２时ꎬ地表沉陷面积０.７１ｋｍ２ꎬ最大下沉量５８１２~６３００ｍｍꎬ下沉系数０.６８~０.７２ꎬ与动态实时监测结果一致ꎮ应用结果表明ꎬ空天地一体化监测多源数据融合方法ꎬ可以满足浅埋㊁高强度开采㊁复杂地形及植被影响矿区的地表移动观测需求ꎮ关键词:矿区采动影响ꎻ地表移动观测ꎻ空天地一体化监测ꎻ现场实测ꎻ复杂地形中图分类号:ＴＤ３２５㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:０２５３－２３３６(２０２０)０２－０２０７－０７Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｓｐａｃｅ－ｓｋｙ－ｇｒｏｕｎｄｏｎｓｕｒｆａｃｅｍｏｖｅｍｅｎｔｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａＺＨＡＮＧＫａｉ１ꎬ２ꎬＬＩＱｕａｎｓｈｅｎｇ１ꎬ２ꎬＤＡＩＨｕａｙａｎｇ３ꎬＧＵＯＪｕｎｔｉｎｇ２ꎬＹＡＮＹｕｅｇｕａｎ３(１.２０３０ＰｒｏｊｅｃｔＯｆｆｉｃｅꎬＮａｔｉｏｎａｌＥｎｅｒｇｙＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔＧｒｏｕｐＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１１ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｎＣｏａｌＭｉｎｉｎｇꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０２２０９ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－ＢｅｉｊｉｎｇꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００８３ꎬＣｈｉｎａ)收稿日期:２０１９－１１－１０ꎻ责任编辑:杨正凯基金项目:国家重点研发计划资助项目(２０１６ＹＦＣ０５０１１００)ꎻ煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室资助项目(ＧＪＮＹ－１８－７７ꎬＳＨＧＦ－１６－２４)作者简介:张㊀凯(１９８０ )ꎬ男ꎬ江西新余人ꎬ高级工程师ꎬ博士ꎮＴｅｌ:０１０－５８１３１７９６ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｋａｉ.ｚｈａｎｇ＠ｃｈｎｅｎｅｒｇｙ.ｃｏｍ.ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｇｒｏｕｎｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａｉｓｔｈｅｍａｉｎｍｅａｎｓａｎｄｂａｓｉｓｆｏｒｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｌａｗｏｆｍｉｎｉｎｇｉｎｆｌｕｅｎｃｅꎬｄａｍ￣ａｇｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎꎬｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｏｆｍｉｎｉｎｇａｒｅａｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｓꎬｄｅｓｉｇｎｏｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｉｎｉｎｇｄａｍａｇｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ.Ｄｕｅｔｏｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓｏｆｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｔｅｒｒａｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇａｒｅａꎬｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｍｅｅｔｔｈｅａｃｔｕａｌｎｅｅｄｓｍｅｅｔｔｈｅａｃｔｕａｌｎｅｅｄｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙꎬｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬｍａｎｐｏｗｅｒｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔꎬｅｃｏｎｏｍｉｃｃｏｓｔａｎｄｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｔｅｒｒａｉｎｏｒｌａｒｇｅ－ａｒ￣ｅａｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｌｅｖｅｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎬｔｒａｖｅｒｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎬＧＮＳＳｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＩｎＳＡＲｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＵＡＶｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬａｎｄＬｉｄａｒｓｃａｎｎｉｎｇｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄꎬａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｅｒｍｓｏｆｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙꎬｗｏｒｋｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬｄａｔａｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙꎬｅｔｃ.Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｐａｔｉａｌｌｏｃａｔｉｏｎｃｈａｒ￣ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｅｎｓｏｒｓꎬｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｎｄｔｈｅｆｕｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｄａｔａꎬａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅ￣ｍｅｎｔａｎｄｍｏｄｅｒｎｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｆａｓｔｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆａｉｒａｎｄｓｐａｃｅ７０２２０２０年第２期煤炭科学技术第４８卷ｈａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎꎬｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｄｉｓｐｌａｙ.Ｉｔｐｒｏｐｏｓｅｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎꎬｈｉｇｈｅｆ￣ｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｌｏｗｃｏｓｔｆｏｒｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎꎬａｎｄｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙａｎｄｆａｓｔｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｗｉｔｈｉｎｔｕｉｔｉｖｅａｎｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎ￣ｓｉｖｅａｉｒ－ｓｐａｃｅ－ｇｒｏｕｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ.ＵｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄꎬＩｎＳＡＲꎬＧＮＳＳａｎｄ３ＤｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｍｏｎｉｔｏｒａｎｄａｐｐｌｙｉｎＳｈｅｎｄｏｎｇＳｈａｎｇｗａｎｍｉｎｅꎬａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｗｅｒｅｗｅｌｌａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｒｅａｗａｓ０.５８~０.７１ｋｍ２ꎬｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｉｎｋｉｎｇａｍｏｕｎｔｉｓ５８１２~６３００ｍｍꎬａｎｄｔｈｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｉｓ０.６８~０.７２ꎬｗｈｉｃｈｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓ.Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｓｏｕｒｃｅｄａｔａｆｕｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｉｒ－ｓｐａｃｅ－ｇｒｏｕｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｈａｌｌｏｗ－ｂｕｒｉｅｄꎬｈｉｇｈ－ｉｎ￣ｔｅｎｓｉｔｙｍｉｎｉｎｇꎬｃｏｍｐｌｅｘｔｅｒｒａｉｎａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｉｎｉｎｇａｒｅａｉｍｐａｃｔꎻｓｕｒｆａｃｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎꎻｓｐａｃｅ－ｓｋｙ－ｇｒｏｕｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇꎻｆｉｅｌｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎬｃｏｍｐｌｅｘｔｅｒｒａｉｎ０㊀引㊀㊀言井工开采引起的覆岩及地表移动变形ꎬ是导致矿山压力显现㊁覆岩破断导水㊁地表建(构)筑设施损害及地表生态影响的直接原因ꎮ百余年来ꎬ煤炭开采影响受到社会的广泛关注ꎬ并制定了相应的法律法规[１－２]ꎮ矿区地表移动变形观测是开采沉陷研究和矿区地质灾害防治的重要手段ꎬ有效开展矿区地表移动变形的观测工作ꎬ准确掌握地表移动变形规律ꎬ可为后续开采损害预测㊁控制及沉陷区综合治理提供依据ꎬ对矿区可持续发展具有重要意义ꎮ现场实测是覆岩及地表移动变形研究最可靠的手段ꎬ随着生产发展及技术的进步ꎬ测绘技术也得到了迅速发展ꎮ测绘仪器由传统光学仪器发展为现代高精度电子仪器ꎬ由原来的人工观测发展为全天候自动化监测ꎬ由最初的接触式点状测量发展为非接触的面域测量ꎮ目前矿区地表移动常用的观测方法为水准㊁全站㊁ＧＮＳＳ㊁ＩｎＳＡＲ和三维激光扫描等技术ꎮ矿区现有观测技术方法均是在特定的生产需求和技术水平下提出和发展起来的ꎬ有其优势和适用条件ꎮ为尽可能满足矿区生产和复杂地形条件下地表移动变形的监测要求ꎬ许多学者也做了矿区监测技术的联合观测研究ꎬ在气象㊁环境㊁大地测量方面也都尝试了多种方法的协同监测技术[３]ꎮ国家能源集团与中国矿业大学(北京)联合提出了西部矿区采动损伤空天地㊁井上下㊁全过程一体化监测体系ꎮ提出了覆岩运移㊁矿压显现㊁大范围高密度㊁高频次地表移动网状观测等空天地协同监测方法ꎬ以及采动裂缝精细化识别方法ꎬ实现了采动损伤全过程实时高精度监测ꎮ本文主要侧重于地表移动的协同观测方法的研究与实践ꎮ１㊀矿区常用监测技术１.１㊀传统监测方法传统监测主要包括精密水准和导线测量ꎬ该方法观测精度高ꎬ也是目前矿区开展地表移动观测和建(构)筑物变形监测的主要手段之一ꎮ传统监测的一般步骤是先通过野外踏勘㊁布设地表观测站ꎬ逐站测量高差与相对位置ꎬ最后通过不同时间段的高程或位置变化反应地表移动变形ꎮ监测结果常见的表现形式有剖面线图和等值线图ꎮ但等值线图是真实情况的概化表达ꎬ降低了高精度点位的测量精度ꎬ因此ꎬ也有采用面域的云图表达方式ꎮ从观测方式看ꎬ采用接触式㊁周期性测量模式进行地表移动变形数据采集ꎬ工作强度大㊁数据实时性差ꎬ尤其在监测对象移动变形快㊁测点较多的情况下ꎬ监测数据存在时间异步性问题ꎬ难以反应真实的移动变形状况ꎮ同时ꎬ逐站观测也造成了误差的累积ꎬ在地形起伏较大的区域ꎬ不但测量难度增加ꎬ而且测量精度也会下降ꎬ尤其在地表积水㊁测点埋设困难㊁通视效果差㊁天气恶劣等条件下ꎬ传统监测方法更是难开展工作ꎮ１.２㊀ＧＮＳＳ观测技术相比传统监测技术ꎬＧＮＳＳ技术具有测量周期短㊁精度较高㊁布网迅速㊁测点间无需通视㊁误差无累积㊁可全天候作业㊁工作效率高等优点ꎮ随着ＧＰＳ及我国ＢＤＳ系统的发展完善ꎬＧＮＳＳ技术也被越来越多地用在矿区地表监测工作中[４－８]ꎮ但相比于水平位移监测ꎬＧＮＳＳ观测技术的高程测量精度较差ꎬ研究表明ꎬＣＯＲＳ－ＲＴＫ在２０ｋｍ范围内的平面位置精度约ʃ２ｃｍꎬ高程精度ʃ３ｃｍ[９－１１]ꎮ在沟谷㊁水域等特殊地形或卫星信号被干扰或有遮挡时ꎬ监测精度和可靠性大幅降低ꎬ甚至无法测量ꎮ１.３㊀ＩｎＳＡＲ观测技术ＧＮＳＳ本质上也是由点构面的测量ꎮ对于大范围测量而言ꎬ这种测量方式也存在异步性ꎬ测点观测数据不是同一时刻获取ꎬ而ＩｎＳＡＲ则是在同一时刻获取整个面域观测值ꎮ８０２张㊀凯等:矿区地表移动空天地一体化监测技术研究２０２０年第２期ＩｎＳＡＲ技术利用ＳＡＲ相位信息ꎬ在获取高精度地形信息的同时ꎬ还可监测地表微弱变化ꎬ监测时间跨度大ꎬ从几天到几年ꎬ可获得全球高精度(毫米到厘米级)的㊁高可靠性㊁任何气候条件下地表变化信息[１２－１４]ꎮ这使得ＩｎＳＡＲ在监测地表微小形变方面具有独特优势ꎬ成为监测地表变化的新手段ꎮ但目前ＩｎＳＡＲ技术除了卫星回访周期长ꎬ还受时空相关性引起的严重相位噪声和大气相延迟降低变形测量可靠性两方面因素限制ꎮ时间基线是一重要因素ꎬ在地表变形应用中ꎬ重复轨道上２个ＳＡＲ图像之间的时间越长ꎬ干扰相发出的噪音就越大ꎬ时间损失就越大ꎮ时间损失影响ＩｎＳＡＲ的观测质量ꎬ甚至测量失败ꎬ这使得开采前后地表变形等长期积累监测变得特别困难ꎮ接收两个ＳＡＲ图像的轨道空间之间的距离越大ꎬ干扰相噪声水平就越高ꎬ即空间损失越大ꎬ限制了有效干涉测量参数的数量ꎮ由于缺乏高分辨率天气数据与时间同步的ＳＡＲ图像ꎬ从干扰结果中移除大气影响也相当困难ꎮ１.４㊀无人机航测技术无人机航空摄影系统是使用搭载有传感器的无人机来快速获取测区高分辨率数字影像ꎬ并生成地表高程模型ꎬ提取地表信息的新型航空遥感技术ꎮ分辨率高㊁灵活机动㊁高效快速㊁作业成本低是无人机航测的显著优势ꎬ其分辨率可以达到厘米级ꎬ尤其适用于应急数据获取及小范围快速成图测绘ꎬ是卫星遥感和载人机航测的有效补充手段ꎬ近年来在矿区监测中也有应用研究[１５－１９]ꎮ无人机能够搭载多种传感器相机来满足不同的监测需求ꎬ目前ꎬ无人机航测技术已经广泛应用于国土资源调查㊁农林业监测和灾害调查评估等领域ꎬ但受飞行平台载荷㊁飞行姿态等因素影响ꎬ变形监测技术还有不足ꎮ１.５㊀三维激光扫描技术目前ꎬ三维激光扫描技术在矿区变形监测方面也进行了相关研究[２０－２１]ꎮ三维激光扫描技术是使用激光脉冲束来获取目标表面空间坐标及反射强度等信息的一种测量手段ꎬ能够无接触㊁快速㊁准确㊁全天候的获取目标点云数据ꎮ近几年随三维激光扫描技术越来越成熟ꎬ应用到的领域也越来越广ꎬ如:古建筑物保护ꎬ文物复原ꎬ工业上的逆向工程以及大型设备的安装等ꎮ三维激光扫描仪在沉降监测时ꎬ无需布设固定点ꎬ同时获取点云数据为面状区域ꎬ可够快速㊁全面反映沉陷区地表或建筑物形态ꎮ但三维激光扫描技术每次采集数据量都很大ꎬ内业处理较为繁琐ꎻ且因数据形式的特殊性ꎬ通常无法直观获取矿区移动变形量ꎬ需先通过建模获取扫描时的地表三维模型ꎬ根据模型间变化对比判断地表移动变形情况ꎮ综上可知ꎬ目前矿区常用监测技术均有其局限和适用条件ꎬ随测绘技术发展ꎬ人们也常比较传统与新兴监测技术的异同ꎮ无论数据可靠性㊁分析效率㊁结果展示都各具特色ꎬ许多手段并非非此即彼的关系ꎬ为此ꎬ需视具体情形ꎬ发挥各种监测仪器(传感器)优势ꎬ多技术优化组合ꎬ协同互补更好地解决实际问题[２２－２３]ꎮ针对矿区具体的地表变形监测问题ꎬ本文提出了空天地一体化监测体系ꎮ２㊀空天地一体化监测体系矿区地表变形监测是一个涉及数据采集㊁数据处理及数据应用分析的技术体系(图１)ꎬ笔者提出的空天地一体化监测(图２)ꎬ是针对地表移动采集仪器所处的空间位置而言ꎬ主要指太空的遥感监测㊁低空无人机航空测量㊁地表传统监测或测量机器人监测ꎮ空天地一体化监测是在具体观测条件下针对数据精度㊁采集连续性㊁时间一致性㊁工作效率㊁气候影响等因素利用多方法协同监测与分析应用的技术体系ꎬ在保证精度㊁提高效率的前提下ꎬ实现各种地形条件的矿区地表变形监测ꎮ图１㊀空天地一体化监测体系Ｆｉｇ.１㊀Ｓｐａｃｅ－ｓｋｙ－ｇｒｏｕｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ２.１㊀数据高效高精度采集技术数据采集事关监测成败ꎬ不同监测条件ꎬ对采集数据的精度和工作效率要求不同ꎮ随监测技术的进步ꎬ许多高精度㊁高效率设备和方法应运而生ꎬ虽可９０２２０２０年第２期煤炭科学技术第４８卷图２㊀空天地一体化监测技术示意Ｆｉｇ.２㊀Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｓｐａｃｅ－ｓｋｙ－ｇｒｏｕｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ满足矿区地表变形在精度和效率方面的要求ꎬ但其成本是其他方法的千百倍ꎬ经济上不可行ꎮ为此ꎬ数据采集的基本原则首先应满足精度要求ꎬ其次考虑效率和成本ꎮ实际工作中常采用多种监测技术优势组合的方法开展工作ꎮ由矿区常用监测方法特点可知ꎬ单一监测方法很难满足实践要求ꎬ尤其在地表起伏变化大㊁部分区域有乔木或建筑遮挡等条件下ꎬ往往需要多种方式的协同监测ꎬ如全站仪和ＧＰＳ技术的结合ꎬ可满足这一复杂条件下的精度和效率要求ꎬ并且人工成本及劳动强度都不太大ꎮ但对地表下沉速度快或大范围监测区域ꎬ存在时间异步性问题ꎬ即一条观测线起点与终点不是同一时刻观测或时间间隔太大ꎬ造成建/筑物的监测分析结果不准确ꎮ针对时间异步性问题ꎬ可采用遥感与其他高精度监测技术相结合的方法解决ꎮ此外ꎬ也可采用空天地不同位置传感器间两种或多种协同数据采集模式ꎬ如针对传统测量时间异步性和ＩｎＳＡＲ回访周期长的问题可采用ＩｎＳＡＲ㊁激光扫描相结合与ＧＮＳＳ高精度控制相结合的方式开展工作[２４－２８]ꎮ２.２㊀数据高质量快速处理技术数据处理的目标和原则是高质量和快速处理ꎮ数据处理包括单一来源数据处理和多源数据处理ꎮ单一数据处理常用方法有时间序列分析方法㊁动态卡尔曼滤波方法㊁静态数据处理方法和似单差方法等ꎮ因数据采集传感器不同ꎬ单一数据处理方法也不相同ꎮ多源数据除采用单一数据处理方法外ꎬ因传感器获取数据格式不一㊁数据量大㊁关系复杂ꎬ还需进行多源数据在一定准则下分析㊁优化㊁综合算法的研究ꎮ多源数据融合一般采用特征级融合ꎬ先从各种测量数据中提取地表特征ꎬ然后通过融合算法获取融合后的地表移动值ꎮ特征级融合目标识别ꎬ既能保持足够数量的目标有效信息ꎬ去除冗余信息ꎬ又可提高目标识别的精确性ꎮ目前特征级融合方法主要有概率论统计方法㊁逻辑推理方法㊁神经网络方法㊁基于特征抽取的融合方法和基于搜索的融合方法五类ꎮ２.３㊀监测结果的全面直观分析途径数据采集和处理的目的是为了决策分析ꎬ决策分析首先是以图表数据的形式直观形象并全面地进行信息表达ꎮ矿区地表移动变形常用的表达形式为表格㊁等值线或云图ꎮ为及时㊁可靠的获取地表移动信息ꎬ对地表移动变形情况进行量化分析ꎬ需建立决策分析系统ꎬ主要由监测结果展示㊁监测结果分析和预测预警三部分组成ꎮ其中监测结果展示模块主要汇总地表移动变形数据ꎬ并以图表展示ꎻ结果分析模块根据汇总数据并结合地质采矿条件ꎬ总结地表移动变形规律ꎬ并导出报表或报告ꎻ预测预警模块通过实时更新的测量数据ꎬ监测地表移动变形量ꎬ评价地表生态及建构/筑物受影响程度ꎬ并根据地表移动变形趋势ꎬ在设定阈值进行报警ꎮ３㊀神东上湾矿空天地一体化监测应用３.１㊀上湾矿监测工作面概况现场实测位于上湾矿１２４０１工作面ꎬ该面走向长２９９.２ｍꎬ推进长５２５４.８ｍꎬ设计采高８.６ｍꎬ采深１２４~２５０ｍꎬ地表为丘陵地形ꎬ日推进距离为１４ｍ左右ꎬ地表移动剧烈ꎬ实测地表日最大下沉速度８６０ｍｍ左右ꎮ３.２㊀空天地一体化监测方案上湾矿１２４０１工作面具有典型的浅埋高强度的移动变形特征ꎬ工作面推进速度和地表下沉速度快ꎬ且为丘陵地形ꎬ传统测量观测不仅劳动强度大ꎬ且观测数据可能具有显著的时间异步性ꎮ而ＩｎＳＡＲ技术回访周期一般为１２ｄꎬ对于工作面上方下沉速度较大区域存在失相干的问题ꎬ因此ꎬ目前常用观测技术都无法很好解决工作面地表下沉的监测问题ꎮ为实现上湾矿１２４０１工作面实时㊁高精度全范围的地表移动监测ꎬ采用空天地一体化监测技术进行现场监测ꎬ具体监测布置如图３所示ꎮ具体观测方法包括:①采用ＧＮＳＳ控制测量ꎬ为多源监测数据提供统一基准ꎻ②采用ＩｎＳＡＲ＋ＢＤＳ(北斗)实现太空宏观监测＋移动盆地边缘精细测量ꎻ③采用地面ＬｉＤＡＲ(激光扫描)进行地表下沉精细化扫描ꎮ３.３㊀数据处理结果基于ＧＮＳＳ测量原理ꎬ利用ＢＤＳ＋ＧＰＳ对研究区０１２张㊀凯等:矿区地表移动空天地一体化监测技术研究２０２０年第２期图３㊀空天地一体化监测布置示意Ｆｉｇ.３㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｐａｃｅ－ｓｋｙ－ｇｒｏｕｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ进行了控制测量ꎬ建立了３５个控制点ꎬ为地表形变监测提供高精度坐标ꎬ有助于ＩｎＳＡＲ技术与地表ＬｉＤＡＲ测量结果进行融合ꎮ对神东矿区上湾煤矿的ＩｎＳＡＲ地表监测主要是基于Ｓｅｎｔｉｎｅｌ＿１Ａ雷达卫星获取的长时间序列影像数据ꎬ采用ＳＢＡＳ－ＩｎＳＡＲ技术ꎬ获取该地区地面沉降信息ꎮ本次ＩｎＳＡＲ数据处理采用如下７个步骤:①影像配准㊁裁剪ꎻ②基线组合ꎬ生成连接图ꎻ③计算平地及地形相位ꎬ生成差分干涉图ꎻ④高相干目标选择ꎻ⑤相位相缠ꎬ获取完整相位信息ꎻ⑥基线校正ꎬ选取控制点ꎬ利用其高程和解缠相位ꎬ估计精确基线ꎻ⑦大气和非线性形变相位估计ꎬ进行时间序列反演ꎬ获取最终形变时间序列和高程误差ꎮ利用ＳＢＡＳ－ＩｎＳＡＲ处理结果圈定矿区级沉降区ꎬ明确精细化观测区域ꎬ如图４ａ所示ꎮ期间完成３次地面监测区域固定站式三维激光扫描ꎬ最后一次的扫描结果如图４ｂ所示ꎮ根据ＳＢＡＳ－ＩｎＳＡＲ＋三维激光扫描结果结合控制点进行数据融合ꎬ如图４ｃ所示ꎮ图４ｃ可以完整展示整个矿区地表下沉全盆地ꎬ可知神东上湾矿１２４０１工作面在开采面积０.５８ｋｍ２时ꎬ地表沉陷面积０.７１ｋｍ２ꎬ最大下沉量５８１２~６３００ｍｍꎬ根据采厚８.５０~８.７５ｍ计算得出下沉系数为０.６７~０.７２ꎮ图４㊀上湾矿地空协同监测下沉监测融合结果云Ｆｉｇ.４㊀ＣｌｏｕｄｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｆｕｓｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅＳｈａｎｇｗａｎｃｏａｌｍｉｎｅ４㊀结㊀㊀论１)阐述了矿区常用技术在观测精度㊁工作效率㊁数据可靠性方面的优缺点ꎬ提出监测技术协同互补㊁优化组合是解决好当前地表变形监测问题的途径ꎮ２)根据传感器空间位置及观测数据特征ꎬ提出了集数据采集㊁数据处理㊁决策分析为一体的空天地一体化监测技术框架ꎮ３)上湾矿通过ＧＰＳ控制测量将ＩｎＳＡＲ与三维激光扫描数据相融合ꎬ得出矿区地表下沉结果与地表实时监测结果基本一致ꎬ表明笔者采用空地协同观测方法可行ꎮ参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):[１]㊀何国清ꎬ杨㊀伦ꎬ凌赓娣ꎬ等.矿山开采沉陷学[Ｍ].徐州:中国矿业大学ꎬ１９９０.[２]㊀崔希民ꎬ邓喀中.煤矿开采沉陷预计理论与方法研究评述[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１７ꎬ４５(１):１６０－１６９.ＣＵＩＸｉｍｉｎꎬＤＥＮＧＫａｚｈｏｎｇ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｖｉｅｗｏｆｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙꎬ２０１７ꎬ４５(１):１６０－１６９.[３]㊀汪云甲.矿区生态扰动监测研究进展与展望[Ｊ].测绘学报ꎬ２０１７ꎬ４６(１０):１７０５－１７１６.１１２２０２０年第２期煤炭科学技术第４８卷ＷＡＮＧＹｕｎｊｉａ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｎｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓ￣ｔｕｒｂａｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｍｉｎｉｎｇａｅｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＡｃｔａＧｅｏｄａｅｔｉｃａｅｔＣａｒ￣ｔｏｇｒａｐｈｉｃａＳｉｎｉｃａꎬ２０１７ꎬ４６(１０):１７０５－１７１６.[４]㊀栾元重ꎬ韩李涛.矿区ＧＰＳ变形监测与变形分析[Ｊ].测绘工程ꎬ２００２(２):４９－５１.ＬＵＡＮＹｕａｎｃｈｏｎｇꎬＨＡＮＬｉｔａｏ.ＧＰＳｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄａ￣ｎａｌｙｓｉｓｏｎｍｉｎｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇꎬ２００２(２):４９－５１.[５]㊀张安兵ꎬ张兆江ꎬ高井祥ꎬ等.ＧＰＳ用于矿区沉陷区地表高精度动态监测的可行性研究[Ｊ].煤炭学报ꎬ２００９ꎬ３４(１０):１３２２－１３２７.㊀ＺＨＡＮＧａｎｂｉｎｇꎬＺＨＡＮＧＺｈａｏｊｉａｎｇꎬＧＡＯＪｉｎｇｘｉａｎｇꎬｅｔａｌ.Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｙｏｎｍｉｎｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｏ￣ｎｉｔｏｒｉｎｇｕｓｉｎｇＧＰＳ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２００９ꎬ３４(１０):１３２２－１３２７.[６]㊀鲍金杰ꎬ汪云甲.ＧＰＳ－ＲＴＫ在矿区沉降监测中的应用[Ｊ].煤炭工程ꎬ２０１２(２):１２１－１２３.ＢＡＯＪｉｎｊｉｅꎬＷＡＮＧＹｕｎｊｉａ.ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＧＰＳ－ＲＴＫｔｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｍｅａｓｕｒｉｎｇｏｆｇｒｏｕｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ[Ｊ].ＣｏａｌＥｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１２(２):１２１－１２３.[７]㊀袁德宝ꎬ崔希民ꎬ潘㊀星ꎬ等.ＲＴＫ实时动态测量技术在矿区测绘中的应用[Ｊ].大地测量与地球动力学ꎬ２００７(３):７２－７５.ＹＵＡＮＤｅｂａｏꎬＣＵＩＸｉｍｉｎꎬＰＡＮＸｉｎｇꎬｅｔａｌ.ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＲＴＫｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｓｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄｍａｐｐｉｎｇｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｄｅｓｙａｎｄＧｅｏｄｙｎａｍｉｃｓꎬ２００７(３):７２－７５.[８]㊀张㊀帝ꎬ高雅萍ꎬ许双安.ＧＰＳ技术在矿区沉降监测中的应用[Ｊ].测绘信息与工程ꎬ２０１２ꎬ３７(２):２２－２４ꎬ２８.ＺＨＡＮＧＤｉꎬＧＡＯＹａｐｉｎｇꎬＸＵＳｈｕａｎｇａｎ.ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＧＰＳｔｏｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｍｉｎｉｎｇａｒｅａ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｍａｔｉｃｓꎬ２０１２ꎬ３７(２):２２－２４ꎬ２８.[９]㊀马洪滨ꎬ孙㊀军ꎬ周海壮ꎬ等.鞍山市连续运行参考站系统建设与定位精度分析[Ｊ].导航定位学报ꎬ２０１３ꎬ１(１):８９－９５.ＭＡＨｏｎｇｂｉｎꎬＳＵＮＪｕｎꎬＺＨＯＵｈａｉｚｈｕａｎｇꎬｅｔａｌ.ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎＡＳＣＯＲＳａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｖｉ￣ｇａｔｉｏｎａｎｄＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎬ２０１３ꎬ１(１):８９－９５.[１０]㊀吴文坛ꎬ田㊀挚ꎬ李辛铭.一种基于河北ＣＯＲＳ的地面沉降监测方法[Ｊ].测绘科学ꎬ２０１４ꎬ３９(４):６４－６７ꎬ７７.ＷＵＷｅｎｔａｎꎬＴＩＡＮＺｈｉꎬＬＩＸｉｎＭｉｎｇ.Ａｍｅｔｈｏｄｏｆｇｒｏｕｎｄｓｕｂｓｉｄ￣ｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＨｅｂｅｉＣＯＲＳ[Ｊ].ＳｃｉｅｎｃｅｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇꎬ２０１４ꎬ３９(４):６４－６７ꎬ７７.[１１]㊀林国利ꎬ张文言ꎬ於永东ꎬ等.上海北斗连续运行参考站系统(ＳＨＢＤ－ＣＯＲＳ)的建设与精度测试[Ｊ].测绘通报ꎬ２０１３(１１):１３６－１３７.ＬＩＮＧｕｏｌｉꎬＺＨＡＮＧＷｅｎｙａｎꎬＹＵＹｏｎｇｄｏｎｇꎬｅｔａｌ.ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｔｅｓｔｏｆＳｈａｎｇｈａｉＢｅｉｄｏｕｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｅｆｅｒ￣ｅｎｃｅｓｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇꎬ２０１３(１１):１３６－１３７.[１２]㊀刘㊀广ꎬ郭华东ꎬＲＡＭＯＮＨａｎｓｓｅｎꎬ等.ＩｎＳＡＲ技术在矿区沉降监测中的应用研究[Ｊ].国土资源遥感ꎬ２００８(２):５１－５５ꎬ１１９－１２０.㊀ＬＩＵＧｕａｎｇꎬＧＵＯＨｕａｄｏｎｇꎬＲＡＭＯＮＨａｎｓｓｅｎꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅａｐｐｌｉ￣ｃａｔｉｏｎｏｆＩｎＳＡＲｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ[Ｊ].ＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇｆｏｒＬａｎｄ＆Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓꎬ２００８(２):５１－５５ꎬ１１９－１２０.[１３]㊀董玉森ꎬＧＥＬｉｎｌｉｎꎬＣＨＡＮＧＨｓｉｎｇｃｈｕｎꎬ等.基于差分雷达干涉测量的矿区地面沉降监测研究[Ｊ].武汉大学学报:信息科学版ꎬ２００７(１０):８８８－８９１.ＤＯＮＧＹｕｓｅｎꎬＧＥＬｉｎｌｉｎꎬＣＨＡＮＧＨｓｉｎｇｃｈｕｎꎬｅｔａｌ.Ｍｉｎｅｓｕｂｓｉｄ￣ｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＩｎＳＡＲ[Ｊ].ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒ￣ｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００７(１０):８８８－８９１.[１４]㊀ＳＩＭＩＴＫＵＭＡＲＲａｖａｌꎬＡＬＩＳｈａｍｓｏｄｄｉｎｉ.ＡｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｌａｎｄｕｓｅａｒｏｕｎｄｋａｏｌｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓｔｈｒｏｕｇｈＬａｎｄｓａｔＴＭｉｍａ￣ｇｅｓ[Ｊ].ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｃｓꎬ２０１４ꎬ７(３).[１５]㊀ＴＯＮＧＸｉａｏｈｕａꎬＬＩＵＸｉａｎｇｆｅｎｇꎬＣＨＥＮＰｅｎｇꎬｅｔａｌ.ＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆＵＡＶ－Ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙａｎｄｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍａｐｐｉｎｇａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｏｐｅｎ－ｐｉｔｍｉｎｅａｒｅａｓ[Ｊ].ＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇꎬ２０１５.７(６):６６３５－６６６２.[１６]㊀章梦霞ꎬ郑新奇ꎬ刘㊀波.无人机影像支持的矿区开采动态监测方法[Ｊ].测绘通报ꎬ２０１７(１０):４３－４７.ＺＨＡＮＧＭｅｎｇｘｉａꎬＺＨＥＮＧＸｉｎｑｉꎬＬＩＵＢｏ.ＤｙｎａｍｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍｉｎｉｎｇａｒｅａｂａｓｅｄｏｎＵＡＶｉｍａｇｅｓ[Ｊ].ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＳｕｒ￣ｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇꎬ２０１７(１０):４３－４７.[１７]㊀肖㊀武ꎬ胡振琪ꎬ张建勇ꎬ等.无人机遥感在矿区监测与土地复垦中的应用前景[Ｊ].中国矿业ꎬ２０１７ꎬ２６(６):７１－７８.ＸＩＡＯＷｕꎬＨＵＺｈｅｎｑｉꎬＺＨＡＮＧＪｉａｎｙｏｎｇꎬｅｔａｌ.ＴｈｅｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆＵＡＶｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｎｍｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｌａｎｄｒｅｃ￣ｌａｍａｔｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎａＭｉｎｉｎｇＭａｇａｚｉｎｅꎬ２０１７ꎬ２６(６):７１－７８.[１８]㊀刘广盛ꎬ吕军超.基于无人机的矿区变化监测关键技术研究[Ｊ].测绘通报ꎬ２０１３(Ｓ１):９５－９８.ＬＩＵＧｕａｎｇｓｈｅｎｇꎬＬＹＵＪｕｎｓｈｅｎｇ.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｍｉｎｅａｒｅａｃｈａｎｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＵＡＶ[Ｊ].ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＳｕｒ￣ｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇꎬ２０１３(Ｓ１):９５－９８.[１９]㊀ＨｅＲＥＮꎬＹａｎｌｉｎｇＺＨＡＯꎬＷｕＸＩＡＯꎬｅｔａｌ.ＡｒｅｖｉｅｗｏｆＵＡＶｍｏｎｉ￣ｔｏｒｉｎｇｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓ:ｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ６(３).[２０]㊀ＤａｗｅｉＺＨＯＵꎬＫａｎＷＵꎬＲａｎｌｉＣＨＥＮꎬｅｔａｌ.ＧＰＳ/ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ３Ｄｌａ￣ｓｅｒｓｃａｎｎｅｒｃｏｍｂｉｎｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｓｕｂ￣ｓｉｄｅｎｃｅ:ａｃａｓｅｓｔｕｄｙｏｆａｃｏａｌｍｉｎｉｎｇａｒｅａｉｎＨｅｂｅｉꎬＣｈｉｎａ[Ｊ].ＮａｔｕｒａｌＨａｚａｒｄｓꎬ２０１４ꎬ７０(２):１－１６.[２１]㊀李㊀秋ꎬ秦永智ꎬ李宏英.激光三维扫描技术在矿区地表沉陷监测中的应用研究[Ｊ].煤炭工程ꎬ２００６(４):９７－９９.ＬＩＱｉｕꎬＱＩＮＹｏｎｇｚｈｉꎬＬＩＨｏｎｇｙｉｎｇ.Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌａ￣ｓｅｒ３Ｄｓｃａｎｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ[Ｊ].ＣｏａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００６(４):９７－９９.㊀[２２]㊀ＴＡＮＧＦｕｑｕａｎꎬＣＨＥＮＺｕｘｉꎬＷＵＨａｎｙｉｎｇ.ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＧＰＳ/Ｉｎ￣ＳＡＲｆｕｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｄｙｎａｍｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｍｉｎｉｎｇｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｉｎｗｅｓｔｅｒｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓ[Ｃ].ＣｏｎｓｕｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＮｅｔｗｏｒｋｓ(ＣＥＣＮｅｔ)ꎬ２０１２２ｎｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎꎬ２０１２.[２３]㊀何㊀倩ꎬ范洪冬ꎬ段晓晔ꎬ等.三维激光扫描与ＤＩｎＳＡＲ联合监测矿区地表动态沉降方法[Ｊ].煤矿安全ꎬ２０１７ꎬ４８(１２):７０－７３ꎬ７７.ＨＥＱｉａｎꎬＦＡＮＨｏｎｇｄｏｎｇꎬＤＵＡＮＸｉａｏｙｅꎬｅｔａｌ.Ａｃｏｍｂｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆ３ＤｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇａｎｄＤＩｎＳＡＲｆｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｄｙｎａｍｉｃｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ[Ｊ].ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓꎬ２１２张㊀凯等:矿区地表移动空天地一体化监测技术研究２０２０年第２期２０１７ꎬ４８(１２):７０－７３ꎬ７７.[２４]㊀马海涛ꎬ李㊀辉ꎬ刘勇峰ꎬ等.Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术在矿区地表沉降监测中的应用[Ｊ].金属矿山ꎬ２０１１ꎬ３８(２):９５－９８.ＭＡＨａｉｔａｏꎬＬＩＨｕｉꎬＬＩＵＹｏｎｇｆｅｎｇꎬｅｔａｌ.ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤ－ＩｎＳＡＲｔｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏｔｈｅｌａｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ[Ｊ].ＭｅｔａｌＭｉｎｅꎬ２０１１ꎬ３８(２):９５－９８.[２５]㊀潘红宇ꎬ赵云红ꎬ张卫东ꎬ等.基于Ａｄａｂｏｏｓｔ的改进ＢＰ神经网络地表沉陷预测[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１９ꎬ４７(２):１６１－１６７.ＰＡＮＨｏｎｇｙｕꎬＺＨＡＯＹｕｎｈｏｎｇꎬＺＨＡＮＧＷｅｉｄｏｎｇꎬｅｔａｌ.ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｗｉｔｈｉｍｐｒｏｖｅｄＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｂａｓｅｄｏｎＡｄａｂｏｏｓｔ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４７(２):１６１－１６７.㊀[２６]㊀李晶晶ꎬ郭增长.浅析Ｄ－ＩｎＳＡＲ在煤矿开采沉陷监测中的应用[Ｊ].矿山测量ꎬ２００６(２):７９－８１ꎬ４４ꎬ４.ＬＩＪｉｎｇｊｉｎｇꎬＧＵＯＺｅｎｇｚｈａｎｇ.ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＤ－ＩｎＳＡＲｉｎｃｏａｌｍｉｎｉｎｇ－ｉｎｄｕｃｅｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ[Ｊ].ＭｉｎｅＳｕｒｖｅｙｉｎｇꎬ２００６(２):７９－８１ꎬ４４ꎬ４.[２７]㊀申㊀涛ꎬ朱占荣.陕北矿区煤炭开采沉陷实测参数分析[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１９ꎬ４７(１２):２０７－２１３.ＳＨＥＮＴａｏꎬＺＨＵＺｈａｎｒｏｎｇ.Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｅａｓｕｒｅｄｍｉｎｉｎｇｓｕｂｓｉｄ￣ｅｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎＮｏｒｔｈｅｒｎＳｈａａｎｘｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉ￣ｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４７(１２):２０７－２１３.[２８]㊀朱建军ꎬ杨泽发ꎬ李志伟.ＩｎＳＡＲ矿区地表三维形变监测与预计研究进展[Ｊ].测绘学报ꎬ２０１９ꎬ４８(２):１３５－１４４.ＺＨＵＪｉａｎｊｕｎꎬＹＡＮＧＺｅｆａꎬＬＩＺｈｉｗｅｉ.Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｒｅｔｒｉｅｖｉｎｇａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｍｉｎｉｎｇ－ｉｎｄｕｃｅｄ３Ｄｄｉｓｐｌａｃｅ－ｍｅｎｔｓｕｓｉｎｇＩｎＳＡＲ[Ｊ].ＡｃｔａＧｅｏｄａｅｔｉｃａｅｔＣａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃａＳｉｎｉｃａꎬ２０１９ꎬ４８(２):１３５－１４４.㊀３１２。

煤矿开采工作面地表岩移观测站设计及地表移动分析

4210工作面地表移动观测站观测线布物探测绘有限公司,工程师,主要从事与测绘学院大地测量学与测量工程专
(3)动盆地线之间
2,3。

结果表明:走向线方向最大下沉点位于B120,下沉值为1007mm;同时倾斜值趋近于0,符合沉降最大下沉点附近倾斜趋近于0,负曲率的规律;同时水平变形曲线和曲率曲线相似,符合一般般规律。

(下转第228页)图2走向线变形曲线图
图3倾向线变形曲线图
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Science&Technology Vision科技视界
生雷雨。

图1K指数在不同阈值条件下的雷雨概率
3结论
(1)桂林机场春季午后雷雨发生时,K指数>20℃的占比极高,达到91.7%。

(2)桂林机场春季午后K指数>39℃时对应的雷雨日数最多。

(3)桂林机场春季午后K指数>39℃时雷雨发生概率为最高,达到50.0%;其次是K指数在37-39℃时雷雨发生概率为20.0%。

【参考文献】
[1]王艳兰,王军君,伍静,王娟,刘国忠,李向红.广西3次强对流天气对比分析[J].干旱气象,2015,33(4):635-643. [2]梁维亮,屈梅芳,赖珍权,翟丽萍.广西雷暴天气预报指标研究[J].气象研究与应用,2014,35(3):15-19.。

XXX煤矿地表岩移观测成果

芦家窑煤矿二盘区8407工作面地表岩移观测成果报告山西朔州平鲁区芦家窑煤矿有限公司地质测量科2018年5月芦家窑煤矿二盘区8407工作面地表岩移观测成果报告编制单位：科长：测量组长：测量成员：技术副总：总工程师：目录一、项目概况及目的 (13)二、测区自然地理概况 (3)三、工作面基本情况 (3)四、水文地质情况 (6)五、岩移站的设计 (8)六、岩移站观测 (9)七、观测数据分析 (13)八、结论 ................................................................ 错误!未定义书签。

九、存在问题及意见建议 (16)一、项目概况及目的地表及岩层移动参数在矿井设计、矿产资源合理开采及环境综合治理方面起着十分重要的作用，芦家窑煤矿在矿井开采及设计过程中，一直参照《采矿工程设计》中较近的阳泉矿区的岩移参数，作为井田内煤柱留设、三下开采及环境保护的设计计算依据，为了弥补不足，为本矿井测设并提交较为精确的、更适合本矿区的地表及岩层移动参数，由地质测量科承担了在本井田二盘区8407工作面的地表岩移观测任务。

通过在8407工作面上方地表布设岩移观测站，采集工作面开采前、开采过程中及开采结束后等不同时期的观测数据，综合比对分析，旨在达到以下目的：1.为矿区开采提供较准确的地表移动预测方法和相关岩移参数，指导矿区开采设计；2.为矿区合理留设各类保护煤柱提供依据，减少不必要的压煤损失、合理开发矿产资源和相邻村庄之间的民事纠纷；3.为采区工作面的合理布置，保证正常生产接续提供基础数据；4.为丰富矿区开采沉陷的岩体移动理论，弥补坚硬覆岩条件下开采矿产造成的地表移动规律研究提供有利参考。

二、测区自然地理概况1、地形地貌本井田位于管涔山脉东麓，地表大部被黄土覆盖，经长期冲刷切割，呈现为低山丘陵地貌。

纵观井田，沟谷纵横，梁峁绵延，地形比较复杂。

井田总的地势为东北高西南低。

煤矿开采地表移动变形观测与分析

煤矿开采地表移动变形观测与分析李扬5刘威5鲁坤4（2陕西煤田地质勘查研究院有限公司，陕西西安710021；2.中煤航测遥感集团有限公司，陕西西安710169）摘要：因开采导致的地表沉陷问题日益严重，对矿区地表村庄、道路和铁路等的安全运行都构成了严重的威胁。

为了最大程度保护煤炭开采区地表地物不受地表沉陷的损害，开展了地表移动变形观测和规律分析。

结合彬长矿区某煤矿开采工作面的现场实地条件，对地表移动变形观测线的布设、测量方法、观测数据处理、变形参数算法及移动变形规律等方面进行了详细的阐述和分析。

分析认为，地裂缝是最明显和易于发现的变形形式，坡度较大的地表移动具有向采空区和山坡下偏移的双向性，且变形在冲积层层厚大，其下岩层层厚小。

深入、持续的进行观测，并总结归纳出煤矿实际的开采沉陷规律，可以为保障煤矿安全高效地进行“三下”采煤提供科学的依据。

关键词:地下开采；工作面；地表移动；变形观测中图分类号:TD375文献标志码：B文章编号：1671-749X （2222）26-0266-250引言煤炭资源作为我国基础能源之一，在国家经济收稿日期：2227-25-36作者简介:李扬（987—），男,陕西蒲城人,2712年毕业于西安科技大学测绘工程专业，注册测绘师,工程师,现从事煤田地质测绘、工程测量等测绘地理信息相关工作。

Obseavation and analysie of serface movementand deformation in ceai mining areaLI Yang 1 , LIN Wei 1 , LU Kun 7(1. Shaanxi Cooi Geology Iovestigatioo Research Institute Co.^Ld.3i ' a 710071 , China ；7, Chinn Cooi Aerini PhotogrnmmetTc ang Remote Sensing Co.^Ld.^Xn nn 710199 ,Chnn)Abstract :The surface suPsiUexce causef by coal mining is becoming more and more seOops,which poses a seOops threat tothe s/ety of surface viUa/es , roa/s and railways. In order to protect the surface structures and buildings of coat mining area from the Uama/e of surface suPsiUexce ； the surface move m eet and UeformaPop oPserratiop and law analysis were carrief opt. Combinef with the field conditiops of a coat mining face in Binchang mining area , the oPserraPop line layopt , measure- mext methoP , oPservaPon data processing , deformation parameter calchlaPon and movemext Ueformation law of surface move- mext and deformation are analyzef- The analysis shows that /ropnd fissure is the most oPviops and easy to find deformationform. The surface movemext with laraef slope has 01(:1X600/0 mi/raPon to /ob and hiUside,and the deformation is laraef in abuvium and smaller in befmeh. Thropph continuops observatiop ,the actu/i mining suPsiUexce law in coat mine is summa- rizef , which can provide a sciextific Oasis for exsuring the sbety and eUiciexcy of " three imder" coat mining.Key worat : u/dervrob/d mining ； working face ； surface movemext , deformabon obsemaPop和社会发展进程中长期占据着不可或缺、举足轻重的地位。

煤矿开采地表沉降与岩石移动规律的观测研究

煤矿开采地表沉降与岩石移动规律的观测研究发布时间：2022-07-24T05:54:30.781Z 来源：《工程管理前沿》2022年第3月5期作者：陈亮[导读] 本文从煤矿开采对地表移动的观测、对岩层移动钻孔的观测陈亮（淮北矿业股份有限公司临涣煤矿，安徽淮北 235136）摘要：本文从煤矿开采对地表移动的观测、对岩层移动钻孔的观测、地表和岩层变形预计参数的确定，以及综合观测运用实例等几方面的分析，进而可确定开采工作面地面沉陷量和岩移的规律等参数。

又可进一步为本矿开采地面塌陷沉降和岩石移动规律提供参考数据，并为全面合理、安全开采和地面沉陷建筑物保护奠定基础。

关键词：煤矿开采；地表沉陷；岩层移动；观测研究引言：煤矿开采期间，由于挖掘与采出破坏了周围岩体内部的原始应力平衡，致使岩层产生移动、变形和破坏。

随着大面积的不断开采，进而造成地表出现沉陷。

为实时测量沉陷情况，可在回采工作面上建立地表岩层移动观测站，通过收集实测所得的各类数据，根据原有的矿井地质资料再经科学系统的研究分析，进而可以确定岩层与地表变形的预计参数，以便为地面建筑物的保护和井下生产提供可靠的技术数据。

1.对地表移动的观测对于地表移动的观测，可以先设置观测站，再开展观测工作与资料的整理。

①设置地表观测站：这分三种：回采单一工作面、回采多个工作面和网状观测站。

②观测工作：在观测站设置10d后，就可开展具体观测工作。

一是连接观测。

根据地面控制网和观测站具体位置情况，并按照《规程》对近井点的测量要求，可用敷设经纬仪导线的方法进行。

测定观测线一个控制点的平面坐标与高程，其余的控制点则按5s导线侧角方法侧角和观测线边长丈量的结果求得。

二是全面测量。

内容有各测点的水准测量、测点间距离的丈量和测点偏离观测线的支距测量。

在测量过程中，要进行多次的全面测量，间隔时间可参照下式计算得出。

另外，要在地表移动前和稳定后分别进行两次全面测量。

三是巡视测量。

为确定地表移动与稳定的时间，要进行局部水准测量。

国家煤炭部颁布的《煤矿测量规范》

国家煤炭部《煤矿测量规程》摘要：现行《煤矿测量规程》（以下简称《规程》）自1989年由原能源部颁发执行以来，对提高煤矿测量工作的质量、保证煤矿生产建设的正常进行，起了重要作用。

但是，随着我国近几年煤炭工业技术的迅速发展。

煤矿测绘技术现代化管理水平不断提高，对测量工作也提出了更高的要求。

同时，测量新理论的出现以及新技术、新仪器和新设备在煤矿的不断推广应用，也给煤矿测量工作进一步标准化和规范化提供了可能。

现阶段大多数煤矿已广泛应用电子经纬仪、光电测距仪、全站仪、微机及绘图仪等先进仪器和先进设备，煤矿测绘资料也已逐步实现采集、存储、处理和绘图的自动化，个别矿区已开始应用先进的GPS技术进行地面控制测量等，现行的《规程》有关条款内容已不能满足新形势的需要。

目录第一篇总则 (4)第二篇矿区地面控制测量 (6)第一章矿区地面平面控制测量 (6)第一节基本要求 (6)第二节水平角观测 (7)第三节光电测距 (9)第四节钢尺量距 (12)第五节内业计算 (13)第二章矿区地面高程控制测量 (13)第一节基本要求 (13)第二节水准测量 (14)第三节三角高程测量 (15)第三篇矿井测量 (17)第一章联系测量 (17)第一节基本要求 (17)第二节近井点和高程基点的测量 (18)第三节定向投点 (18)第四节陀螺经纬仪定向 (19)第五节几何定向 (21)第六节导入高程测量 (22)第二章井下平面控制测量 (23)第一节基本要求 (23)第二节导线点设置 (24)第三节水平角观测 (24)第四节边长测量 (25)第五节导线的延长 (26)第六节内业计算 (27)第三章井下高程控制测量 (28)第一节基本要求 (28)第二节水准测量 (28)第三节三角高程测量 (29)第四章采区测量 (29)第四篇露天矿测量 (31)第一章露天矿平面控制测量 (31)第一节基本要求 (31)第二节水平角观测 (33)第三节边长测量 (33)第四节内业计算 (34)第二章露天矿高程控制测量 (34)第一节基本要求 (34)第二节水准测量 (34)第三节三角高程测量 (35)第四节内业计算 (36)第三章采剥场验收测量 (36)第一节基本要求 (36)第二节经纬仪视距测量和平板仪测量 (36)第三节验收量计算 (37)第四章排土场测图 (39)第五章开掘沟道、技术境界及爆破工作测量 (39)第五篇施工测量 (40)第一章基本要求 (40)第二章井口标定和地面建(构)筑物施工测量 (40)第一节井口标定 (40)第二节地面建(构)筑物施工测量 (41)第三章井巷施工和提升设备安装测量 (42)第一节立井普通法施工测量 (42)第二节立井特殊法施工测量 (44)第三节矿井提井设备安装测量 (46)第四节巷道中腰线的标定与检查 (49)第四章贯通测量 (49)第五章露天矿铁路、绞车道及栈桥施工测量 (50)第一节铁路测量 (50)第二节绞车道、栈桥的测量工作 (51)第六篇测绘资料 (53)第一章基本要求 (53)第二章煤矿基本矿图 (53)第三章测量原始资料与成果计算资料 (59)第七篇地表与岩层移动及“三下”采煤观测 (63)第一章基本要求 (63)第二章地表移动观测 (64)第一节观测站设置 (64)第二节观测工作 (66)第三节观测资料的整理与分析 (68)第三章建筑物下采煤观测 (70)第四章铁路下采煤观测 (71)第五章水体下采煤观测 (72)第六章露天矿边坡移（滑）动观测 (73)第一篇总则第1条煤矿测量工作是矿山生产建设的重要环节，也是矿山建设、生产、改造和编制长远发展规划等各项工作的基础。

地表移动变形观测站的设计

待地表稳定后对各测点进行最后一次全面观测（又称为末次观测），连续6个月地表各点的累计下沉值＜30mm时，判断地表为稳定状态。
在首次和末次观测之间适当增加的水准测量工作，即日常观测工作。当开采工作面推进宽度达到采深的0.2-04等水准测量的精度要求隔3-5天进行一次水准测量，监控地表是否开始移动。当地表出现移动时，一般是隔1-3个月重复进行水准测量，观测间隔时间要视地表下沉速度做适当调整。在移动活跃阶段，应在下沉较大的区段增加水准观测次数。
在连接测量后，地表移动开始前，应对工作测点进行两次观测，时间间隔≤5天，观测各测点的平面位置、高程、各测点间的距离、各测点观测线方向的偏离距离等内容，实现准确测定工作测点在地表移动开始前的空间位置。
当受采动之前，对各测点进行两次测量，两次测量同一点高程差≤10mm、支距差≤30mm，同一边的长度差≤4mm 时，取平均值作为观测站的原始观测数据。
参考文献： [1] 袁国锁.微山矿村庄下条采地表移动规律[J].东北煤炭
技术,1992(3):6-8. [2] 原中国统配煤矿总公司生产局.煤矿测量手册(下册)[M].
北京:煤炭工业出版社,1990. [3] 国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱
留设与压煤开采规程[M].北京:煤炭工业出版社,2000. [4] 何国清,杨伦,凌庚娣,贾风彩,洪镀.矿山开采沉陷学[M].
1 观测站设计
1.1 设计原则测站的控制点设置要注意以下几点： 1）设在移动盆地范围之外，埋设要牢固； 2）底部埋设于冻土线0.5m以下； 3）设站位置在观测周期内不受采动影响； 4）在地表移动盆地的主断面之上布设观测线； 5）观测线的长度超出地表移动盆地区域；
6）布设测点的密度应适应开采深度和设站观测目的。 1.2 布置形式

地表移动观测站设计

地表移动观测站设计作业一、设站目的：某矿6200工作面西部、西南部有后鲍店村、中鲍店村。

为研究地下开采对村庄的影响及地表移动变形规律和参数，拟在该矿6200工作面设置地表移动观测站，进行地表移动观测，通过观测获得地表移动动态参数和角值参数，同时，监测地下开采对建筑物的影响。

二、设站地区地质采矿概况：6200工作面位于六采区东北部，是该采区设计开采2层煤的第一个工作面，北部、东部分别为3煤的一采区1308、1310、1312采空区和二采区2310、2311、2312采空区及未开采区域，南部、西部尚未开采。

6200工作面基本沿走向布置，为刀把型，倾向长为623～820m，走向宽为46～129m，煤层厚度～m，平均，煤层倾角4～19/6°，第四系平均厚度。

工作面标高为-233～-303m。

2煤与下伏3煤的层间距一般为21m。

6200工作面上方地表地势平坦，标高为43m左右，冻土深度。

三、地表移动参数：根据现场实测，求得本区域实测地表移动参数为：走向移动角δ=750，上山移动角γ=750，下山移动角β=α，表土移动角φ=450，充分采动角ψ1=ψ2=ψ3=550，最下沉角θ=α平均采深H=（-233-303）=-268m，煤层平均倾角α四、地表移动观测线位置、长度确定：采空区走向长度超过~0H （0H 为平均采深），地表走向方向达到充分采动；倾向方向小于~0H ，地表倾向方向为非充分采动。

1、走向观测线位置确定：由于倾向充分采动，走向观测线由最大下沉角θ=α或充分采动角ψ1=ψ2=550确定2、全走向观测线长度确定：m 439)cot()2(H cot 2AB 0=+∆--+=l h h δδϕl 为走向工作面长度，m3、倾向观测线位置确定：由于走向非充分采动，倾斜主断面位于采空区中央 4、半倾向观测线长度确定：384cos 2L)cot(h cot h CD 1=+∆--+=αββϕ）（H五、确定观测点间距、测点编号：根据国内对开采沉陷的大量研究，一般根据开采深度确定观测点密度，该矿区平均采深在200~300m ，所以观测点间距为20m 。

吕沟煤矿高水充填开采地表移动和变形监测研究观测站设计说明书[管理资料]

吕沟煤矿高水充填开采地表移动和变形监测研究观测站设计说明书目录................................................................................................................ - 1 -位置交通和自然地理...................................................................................... - 1 - 位置与交通............................................................................................................... - 1 -自然地理................................................................................................................... - 2 -矿井开采技术条件.......................................................................................... - 2 - 矿井地质.......................................................................................................... - 3 - 矿区地层................................................................................................................... - 3 -..................................................................................................................................... - 3 -矿井构造.......................................................................................................... - 3 - 2、设立观测站的目的和任务............................. - 4 -目的和意义...................................................................................................... - 4 - 主要任务.......................................................................................................... - 5 - 3、工作面地质采矿条件 ..................................................................... - 7 -工作面位置...................................................................................................... - 7 - 煤层赋存情况、煤质及顶底板情况.............................................................. - 7 - 地质构造情况.................................................................................................. - 7 - ............................................................................................................................ - 7 - 工作面开采技术条件...................................................................................... - 8 - 采煤方法及回采工艺...................................................................................... - 8 -4、地表移动观测站设计 ..................................................................... - 8 -观测站设计的原则.......................................................................................... - 8 - 观测站类型及布设形式.................................................................................. - 9 - 观测线设计所用参数分析............................................................................ - 10 - 观测线位置确定............................................................................................ - 18 -................................................................................................................................... - 19 -走向观测线位置的确定......................................................................................... - 19 -观测线长度的确定......................................................................................................... - 19 -走向观测线长度的确定......................................................................................... - 19 -倾斜观测线长度的确定.......................................................................................... - 21 - 测点数目及其密度...................................................................................... - 21 - 5、观测站的设置 ..................................... - 22 -设置时间........................................................................................................ - 23 - 设站要求........................................................................................................ - 23 -6、观测站的观测工作 ....................................................................... - 26 -测量作业依据及测量控制系统.................................................................... - 26 - 测量作业的依据 ........................................................................................ - 26 -测量控制系统............................................................................................ - 26 - 观测内容及要求............................................................................................ - 26 - 连接测量................................................................................................... - 26 -全面观测................................................................................................... - 28 -日常观测工作............................................................................................ - 29 -7、观测资料的整理与分析 ............................................................... - 31 -实测资料处理和分析的内容........................................................................ - 31 - 观测数据的处理............................................................................................ - 31 - 观测数据的整理 ........................................................................................ - 31 -移动和变形的计算..................................................................................... - 32 -移动和变形曲线图的绘制 .......................................................................... - 34 -观测成果................................................................................................... - 34 -8、附图............................................................................................ - 35 -9、主要参考文献 ............................................................................... - 36 -吕沟煤矿高水充填开采地表岩移观测研究观测站设计说明书位置交通和自然地理位置与交通吕沟煤矿北东距禹州市10km、东距许昌市50km。

白石湖露天煤矿边坡位移GNSS自动化安全监测系统应用

白石湖露天煤矿边坡位移 GNSS自动化安全监测系统应用摘要:白石湖露天煤矿从建矿至今已有9年，是90万吨/年伊吾县煤矿与300万吨/年原白石湖露天煤矿合建而成，由于历史成因，煤矿现有三个采坑，一个主采坑（二采区），一个废弃采坑（一采区），一个接续采坑（三采区）。

主采坑北侧非工作帮已实现内排，东部端帮出现了不同程度的地表裂隙，影响矿区施工安全。

为了有效监控边坡的位移变化情况，防范滑坡事故发生，白石湖露天煤矿采用了边坡位移GNSS自动化安全监测系统，全方位，实时监控采场、排土场边坡位移变化情况，有效提高了露天煤矿防灾抗灾的应急处置能力。

关键词：露天煤矿;边坡;自动化监测1.边坡位移自动化监测目的为了确保白石湖露天煤矿安全高效生产，掌握边坡位移变化规律，尤其是构造影响区、外排影响区、工业广场影响区的边坡位移变化规律，指导露天采矿安全高效生产，对白石湖露天矿边坡布设GNSS位移自动监测点，建立监测自动采集系统，实现边坡位移的实时监测，同时也为白石湖露天矿智慧矿山建设奠定基础。

2.GNSS位移监测原理与系统组成2.1基本原理GNSS系统是（Global Navigation Satellite System）的缩写，它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统等。

把GNSS接收机放在监测点，测量这个监测点的三维坐标，观看它的坐标数值的波动，由此就能够看出观测点坐标的变动值，从而实现对边坡位移的监测。

(图1）可以看出监测点由t1的时间至t2的时间地位移，它的位移变化量为：多点定位是将多台GNSS定位设备放在相邻的不同位置，在同一时间内分别将数据通过卫星和互联网传输到同一台计算机上进行差分解算，从而得到测量点的准确坐标。

此方法能够准确且高效的监测处在位移变化缓慢的边坡，与单点定位相比，其所测量的精度可以提高1～2个数量级。