面向精密水准技术的矿区地质沉降监测

刘 冬

（长沙市规划勘测设计研究院，湖南 长沙 410000）

当前随着我国社会经济的不断向前发展，人类的日常生活和生产活动对各种矿产资源的需求量越来越大，因此我国针对矿产资源的开发工作程度越来越高。由于矿产资源的开发量不断上涨，因此我国提出了关于可持续性发展工作战略，要有效控制自然资源的开采量，保证生态环境的平衡。由于我国很多地区的矿产资源储存量相对较大，因此长时间对该地区进行矿产资源过度开发造成地质恶化，矿区产生不同程度的地质沉降现象，对整个矿区的生态环境以及人们的生命安全造成了严重的威胁。地质沉降主要指的是在自然环境或者人为因素的干扰条件下造成地面标高降低，对于自然因素而言通常情况下无法进行预防和避免，但是人为性矿产资源的过度开发，也会造成矿区地质条件出现不同程度的沉降现象，破坏了原有的岩体结构受力平衡，进而造成了周围的岩土条件不断朝着采空区域发生移动和变形，同时还会造成周围的建筑体基础结构稳定性受到不良影响。为了进一步解决矿区地质沉降问题，保证矿区作为环境的安全性，必须要采取针对性措施来加以解决，经过相关工作人员的长期实践工作和分析之后，通过采取面向精密水准技术对矿区的地质沉降问题进行全面监测。该监测技术的结果需要达到每千米测量高度差，误差不能超过1mm的测量标准，在我国各大矿区地质沉降监测工作中应用非常普遍，并且所获取的沉降监测精密度更高。

1 精密水准技术在矿区地质沉降监测工作中的设计要点

对矿区内部展开地质勘查和监测工作中，需要对矿区内部的自然地理条件水文地质条件以及地质构造等多方面内容进行全面勘查和分析，通过前期勘察之后埋设相关的监测仪器设备，并且对矿区地质沉降问题进行全面监测。

在针对矿区地质沉降问题进行勘查和监测工作中，必须要充分考虑到勘察区域范围内地质条件产生沉降的相关影响因素，需要有效收集矿区内部的地质沉降数据信息，数据信息的收集需要地质测量仪器设备。通过矿山地质测量仪设备的有效应用，充分发挥出精密水准技术的工作优势，有效提高矿区地质现象监测的精确性。现阶段，在我国水准测量仪器设备当中，大部分都属于精密水准仪设备，其中主要包含了微倾式、自动补偿式以及数字式等相关设备，这种精密型水准测量仪器设备在一些高精度的工程测量工作中发挥出的作用非常明显。如图1。

图1 精密水准仪设备

前期工作需要选择测量基础站点，在监测基础站范围内埋设地质测量及设备，矿山地质沉降测量及设备埋设工作需要分为以下几个方向：

首先，需要展开分层沉降埋设，需要将沉降的导管通过分段的方法进行衔接，并且根据监测工作要求埋设安放沉降磁环。使用沉降导管将沉降磁环直接设置在一定的深度范围，为了有效控制地下水环境，对地质沉降监测结果所产生的干扰，需要进一步减少导管的浮力，需要将导管的底口部分进行堵塞和处理，同时向其中加入一定量的水[1]。

其次，通过使用钻孔埋设法和加入法在土壤层当中埋设孔隙水压力计，通过钻机成孔的稳定层测斜倒管的埋设深度需要保证在2m以上，同时要实现内壁十字导向槽准确对应位移的方向，并且通过人为规定正负方向，对安装位置进行准确调整。

最后，需要设置地下水位监测仪器设备，地下水位监测仪器设备使用PVC材料管道，导管的长度需要保证在含水层到1m以上，同时就要尽可能保证在测量工作中，不会因为水下冲击问题而产生形变。将所有的测量仪器设备准确设置之后，需要使用先进的通信网络系统，将所收集到的测量数据信息，直接传输到终端系统内部来进行处理，最终可以得到矿区内部的地质沉降监测工作结果。

2 矿区地质沉降相关数据测量分析

在仪器设备埋设完成之后，需要通过计算机终端发送相应的数据收集工作指令，收集矿区范围内地质沉降所产生的各项影响因素。由于矿区的地质沉降类型主要分为构造沉降、抽水沉降等形式，因此在进行数据采集工作当中，需要对两种不同类型的地质沉降数据进行进一步收集。构造沉降主要针对的是地壳位移监测抽水沉降，主要针对的是地下水位的监测以及地下含水量监测，采空沉降主要指的是矿区采空面积，采坑深度等方面监测。需要针对两种不同类型的地质沉降影响参数数据进行全面收集和测量。

2.1 构造沉降监测

构造沉降问题主要是因为地壳沉降运动所造成的地面下沉问题，因此地壳位移监测数据收集主要包含了位移变形速率、区域位移量大小以及滑梯活动工作范围等。由于地质沉降主要是因为地层深部运动在地表面形成的沉降问题，因此在针对地层深部位移监测过程中做好地表位移监测至关重要。地表位移监测主要分为垂直方向上的位移和水平方向上的位移情况。通常情况下，通过使用精密水准测量仪设备来进行测量工作，最终的测量工作结果主要是以三维图像和影像的形式输出，如图2，这样不但可以充分体现出该区域地表的垂直位移变化工作状态，同时还可以直接体现出水平位移的工作状态。对于地层深处的位移问题需要借助埋设在地表的沉降仪器设备来进行观测，所使用的观测方法主要是以电阻丝法和测斜仪法为主[2]。

图2 构造沉降三维图像

2.2 抽水沉降监测

图3 抽水沉降监测系统

在抽水沉降监测工作过程中，矿区地下水的构成状态是造成地质沉降问题的重要影响因素。在不同的温度和气候条件下，地下水的活动规律也各有不同，因此需要对地下水的工作情况进行全面监测和分析，发现其中的规律方便地质沉降工作的全面预测，同时还需要制定出相应的应对措施，有效缓解沉降现象，对矿区开采工作所产生的不良影响。在地下水的监测工作过程中，主要是对地下水位的高低变化情况以及地下水的数量变化情况展开全面分析和研究，监测地下水的变化是否出现明显的地质沉降现象，如图3，为了有效预防泥石流、滑坡等地质灾害问题的产生，需要为其提供出更加准确的预警信息以及相关数据资料，为了充分实现地质沉降的实时性监测工作，需要对数据收集的具体时间和间隔进行设置。通常情况下，需要设置固定参数采样时间为半小时，每间隔半小时时间需要对计算机的控制终端发布一次地质沉降的相关信息。

2.3 数据精密预处理工作与分析

通过对精密测量仪器设备所收集到的地质沉降参数信息和相关数据进行进一步整理和分析数据精密处理工作。首先，需要将所获取的参数数据直接输送到计算机系统当中，导入数据过程中需要有效结合精密数据条件，在初始数据和图像经过预处理工作之后，可以生成相应的SLC数据文件，文件当中除了影响参数的数据信息之外，还包含了数据的获取模式，数据获取时间以及数据矢量范围等相关重要信息。在此工作之前，需要对影响数据信息进行估算处理，对外部所产生的各种影响因素进行进一步判断，有效提高矿区地质沉降监测数据的精确性。其次，在位移监测工作方面输出的相关数据参数，主要是以空间坐标的形式来加以呈现，因此需要将所获取的数据信息有效转化成空间三维坐标形式。在具体的转化工作过程中，必须要有效保证数据处理的科学性和准确性，有效避免后续的精确结果和其他的空间信息之间进行叠加产生偏移现象。最后，需要将预处理工作所生成的变形图像和矢量图像进行叠加，从中得出数据的预处理工作结果，并且对其进行定量和定性分析，将所收集到的监测结果和精密水准数据之间进行进一步对比和分析，有效验证矿区地质条件范围内地质沉降监测工作结果的可行性[3]。

3 监测实验结果分析

基于精密水准技术，在矿区地质沉降监测工作过程中，最终工作目标是通过监测工作结果有效发现矿区内部的地质沉降情况，同时对地质沉降变化趋势展开全面预测和分析，制定出科学有效的应对工作方案。为了进一步验证该监测方法，在矿区沉降工作当中的具体应用效果，相关工作人员对监测工作展开了模拟实验和分析，并且获取了监测工作内容、监测数据点、沉降监测精度、面沉降监测精度、数据传输的可靠性等多项工作指标。根据模拟实验制定的相关计划，对精密水准技术在矿区地质沉降监测工作中的相关操作方法进行了进一步调整，通过模拟相同的监测工作环境，有效保证模拟实验的科学性与合理性。在具体的监测工作过程中需要有效控制监测精度变量情况，通过统一的数据收集和处理，有效保证地质沉降监测信息的精确度，从而可以得出矿区沉降中心区域和沉降边缘区域的最终变形检测工作结果，将不同的时间采集沉降值进行统一分析，最大限度上降低地质沉降均测数据的误差，为整个矿区地质监测工作打下良好的基础[4]。

4 结语

综上所述，矿区地质沉降监测工作到有效开展，对保证各种矿产资源开发工作顺利进行打下良好的基础。通过精密水准技术的有效应用，实现数据信息的快速传输收集和处理，同时在后续的发展过程中，矿区地质监测工作将会引入更加先进的自动化技术，有效保证地质沉降监测数据的精确性，保证矿产资源开展工作的稳定性。