梅山铁矿地表塌陷区地形测量及成果应用

程华伟　刘宏志

(南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司)



梅山铁矿地表塌陷区地形测量及成果应用

程华伟刘宏志

(南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司)

摘要针对梅山铁矿塌陷区常规测量方法效果不佳，采用航空摄影测量方法获取了塌陷区塌陷现状影像数据，通过对影像数据进行处理及计算，得到了塌陷区地形图。根据塌陷区地形图，计算了塌陷参数，为有效治理该矿塌陷区提供参考。

关键词塌陷区航空摄影测量塌陷区地形图塌陷参数

梅山铁矿塌陷区是公司级一级危险源，塌陷区的监测和管理是梅山铁矿安全管理中的一项重要工作。随着井下矿石的持续开采，塌陷区的沉陷是一个复杂的三维、动态过程。为确保井下安全开采，有必要对塌陷区进行及时有效监测，以准确获取塌陷区的塌陷范围、体积和深度塌陷参数。利用传统的测量仪器(经纬仪或全站仪)塌陷区监测，不仅作业量大，而且测量精度也不理想；三维激光扫描新技术虽己广泛应用于三维实体测量中，但其坐标测定精度仅为±(1～2)mm，无法满足采矿塌陷区地形测量的精度要求。相对于常规测量方法，摄影测量可获得同一时刻各观测点的三维坐标值，测量人员无需深入测区，并且具有工作强度低、信息获取全面等优点[1]。本研究对梅山铁矿塌陷区地形摄影测量的基本流程进行详细分析，并对地形测量成果——塌陷区地形图的应用情况进行探讨。

1塌陷区地形测量

1.1资料收集

搜集的资料主要包括1∶1 000矿区地形图(1985年)、1∶1 000矿区地形图(2003年)、矿区四等控制点成果资料、井上下对照图(2010年年末)一级梅山铁矿累计采出矿石量(2 281万m3)等，并对矿区四等控制点的保护情况进行了现场查勘。

1.2航空摄影测量航拍

梅山铁矿塌陷区采用民用飞机进行航拍，由河南理工大学于2011年8月1日、8月14日先后组织了2次航拍工作。设计2条航拍路线，每条路线拍摄10幅影像，确保航向与旁向相片的重叠度不少于60%，通过航拍共获得了20幅有一定重叠度的航摄影像。

1.3控制测量及像控点测量

控制测量采用GPS技术，在塌陷区周边布设并测定了4个四等控制点，采用的平面坐标系统为北京54坐标，高程系统为吴淞高程。首先在航拍影像上选取地物特征点，选点目标均位于像片影像清晰、目标小、摄影后无变化并易于内业选刺的部位。像控点采用GPS-RTK技术测量，像控点选择完毕后，在航拍相片上标定位置，对照航拍影像到实地确定像控点位置并测定其坐标，共测定了11个像控点。

1.4航测内业成图

首先进行空中三角形结算，利用全数字空三加密软件PixGrid导入外业像制点坐标，运用Pat-B平差软件进行光束法区域网平差，解算加密点坐标及高精度的影像外方位元素。在Virtuzo工作站下导入空三成果恢复立体模型，按照层码要求在立体模型下进行地物、地貌的判读采集，并进行模型接边，生成标准分幅图形文件，输出符号化图形文件。通过对影像数据进行内外业处理，结果分别如图1、图2所示。

2塌陷区地形图应用

2.1塌陷面积计算

根据对矿区塌陷区数字高程模型(DEM)和数字正射影像(DOM)的分析，可将高程急剧变化的区域设定为明显的错动范围并圈定为塌陷范围，据此计算出的塌陷面积为31.93万m2。将高程有变化趋势的区域设定为周边微动范围并圈定为塌陷影响范围，将塌陷范围、塌陷影响范围对应标于塌陷区地形图上，作为塌陷区管理的界线。

图1　矿区塌陷区DLG(局部)

图2　矿区塌陷DEM+DOM

2.2塌陷体积计算

根据圈定的塌陷范围，在塌陷范围内根据塌陷区数字高程模型(DEM)，每隔25 m量取1个高程点，生成数据文件，根据1985年版地形图，在塌陷范围内，每隔25 m量取1个高程点生成数据文件，利用CASS软件土方量计算功能，计算出的塌陷体积为 1 345万m3，对照同期井下累计采出量(2 281万m3)，可为分析井下矿石开采与地表塌陷的关系提供可靠依据。

2.3塌陷深度

根据塌陷区塌陷现状高程数据和1985年塌陷区原始高程数据，可计算出各区域的塌陷深度及最大塌陷深度(-103.1 m)，建立数据库，对照井下退采边界图，分析地表塌陷与井下开采的关系，判断出可能存在的空洞区，并标注为重点关注区域，在后期变形监测中应加强观测。

2.4任意方向剖面图制作

根据1985年版矿区地形图、现状地形图、井下各分层退采边界图，可分析原始地貌、现状地貌的变化与井下开采的关系，并可按需要的方向切割形成剖面图。将梅山铁矿矿区地表塌陷区塌陷最深点(最深点标高为-103.1 m)设定为0#点，过该点分别沿进路方向、联络巷方向切割剖面形成剖面图(图3、图4)，据此，可直观地分析地面地貌变化与井下开采的关系，指导井下安全开采[2-3]。

图3　联络巷方向剖面

图4　进路方向剖面

3结语

由于梅山铁矿塌陷区的的特殊性，常规测量方法无法有效获得塌陷区地形图。为此，本研究结合摄影测量方法，详细分析了塌陷区地形摄影测量的基本流程，绘制了塌陷区地形图。根据该图计算了塌陷面积、塌陷体积，塌陷深度等参数，并绘制了联络巷方向、进路方向的剖面图，对于该矿区有效治理塌陷区有一定的参考价值。

参考文献

[1]李津岭，张鉴，吴学峰.浅谈航空摄影测量法在1∶10 000地形图测绘中的应用[J].测绘与空间地理信息，2012(5)：208-210.

[2]郭延辉，侯克鹏，孙华芬，等.地下金属矿山深部开采引起地表移动变形规律研究[J].有色金属：矿山部分，2011，63(5)：36-40.

[3]戚冉，黄建华，郭春颖.矿山地面塌陷预测方法研究[J].中国矿业，2008，17(6)：20-24.

(收稿日期2015-11-19)

程华伟(1978—)，男，工程师，210041 江苏省南京市雨花台区西善桥。