矿山沉陷监测技术研究

孙笑

摘 要 矿产资源是我国非常重要的自然资源，在国民经济建设中起着重要的作用，然而矿区资源的大规模开发和利用使得地表沉陷和环境问题日益严重。目前，仅靠常规的基础测量手段监测矿区变形，无法对地表植被和水系发达地带的沉陷进行有效监测，缺乏开采过程中的形变分析和灾害预测信息。因此，如何选择合适的措施和方法监测矿区的沉陷情况，防止地表塌陷从而保护矿区开采的安全进行是矿区研究的重要方向之一。本文介绍了矿山沉陷的诱因和矿山开采沉陷的监测技术，为矿山开采监测方法的选择上提供了一定的理论基础，具有一定的借鉴意义。

关键词 矿山沉陷监测;沉陷诱因;水准测量

矿山开采会引起地表的移动和形变，这是一个十分复杂的时空力学过程，其导致的自然环境的恶化会消耗许多不可再生资源[1-2]。目前最有效的办法就是实地观测，根据观测成果分析推导地表移动规律和矿区演化过程。因此，在矿山开采中需选择适合的地面监测技术，对矿山的地质变形和所处地表的沉陷进行定时定期监测，及时发现沉陷形变趋势，并通过采取加固开采地表、暂停开采、转移开采点、“反沉降”等方法在保证安全的前提下实现开采最大化[3]。

1地表沉陷的诱因

地表沉降的诱因有很多，可概括为自然因素和人为因素。其主要成因是人为因素：地质因素，水文因素，采矿因素等[4-5]。

1.1 地质因素

矿层的厚度，埋深及倾角的影响。通常情况下，矿层厚度越大，地表沉降越大;开采深度越大，地表沉降越大;而倾角对沉陷的影响不具有强相关性。

1.2 水文因素

矿石是晶体或颗粒互相胶着黏结在一起的聚集体，其中水文是地质环境中最活跃的因素，水岩相互作用是一種由微观变化导致宏观变化的过程，这种复杂的演化过程是破坏岩体强度的关键所在。

1.3 采矿因素

在矿区开采中所形成的未处理采空区中，其稳定性还受到采矿因素和矿区几何参数的影响。

2矿区地面沉陷监测方法

近年来，除常规技术外，新兴测绘技术飞速发展，GPS综合应用技术，合成孔径雷达差分干涉技术（difference Interferometric Synthetic Aperture Radar，D-InSAR），三维激光扫描技术等均被用于矿区沉陷监测领域。

2.1 精密水准测量

进行水准测量时，需要水准仪以及配套的水准尺。通过已定位的两点，将水准仪置于约两点中间处，然后测量两点间测高差来进行水准测量。精度指标见表1、表2所示。

精密水准测量是垂直测量的基础方法，也是主要方法，具有精度高、稳定性好、技术成熟等特点，但是劳动强度大，速度慢，观测系统相关性强，要求具有连贯性，对于面积小的矿区可采用精密水准测量进行沉陷监测，对于大面积矿区监测时，不应考虑此方法。

2.2 GPS技术在矿区沉陷监测中的应用

第一，建立GPS监测网。通过建网可对监测矿区地表、道路、建筑物等的位置变化实施有效监控，运用GPS-RTK等进行数据收集、整理和分析，有助于矿区沉陷监测的进行。

第二，GPS数据处理。具体步骤如图1所示。

第三，矿区沉陷预测。根据各期观测数据得到沉陷曲线，采用合理的模型进行建模预测。

3结束语

从目前我国矿山沉陷监测发展的情况看，新老技术处于并存状态，不仅有初期发展所遗留下来的水准测量，三角高程测量等技术，也有D-InSAR技术和三维激光扫描技术等新型沉陷监测技术。每一种方法在矿山沉陷监测中都会有自身的优势和局限性，要学会具体问题具体分析，因时因地合理的选择监测方法，力求达到优势最大化。

参考文献

[1] 李涛，仇文革，程云建，等.基于全息变形监测的隧道支护评估体系研究[J].地下空间与工程学报，2020，16（2）：583-590.

[2] 闫文玉. 矿山开采地面沉降观测技术的选择与应用[C]. 山东金属学会.鲁冀晋琼粤川辽七省金属（冶金）学会第十九届矿山学术交流会论文集（地质测量卷）.山东金属学会：河北省冶金学会，2012：62-68.

[3] 田雨，雷少刚，卞正富.基于SBAS和混沌理论的内排土场沉降监测及预测[J].煤炭学报，2019，44（12）：3865-3873.

[4] 赵元庆.基于SBAS技术的厦门市地表沉降监测[J].测绘工程，2020，29（2）：46-51.

[5] 姚文龙，熊习旺，杨果林，等.基于随机介质理论基坑降水引起地表沉降计算[J].科学技术与工程，2020，20（6）：2417-2420.