CN112629485B - 矿井地表沉陷监测方法 - Google Patents

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China Shenhua Energy Co Ltd
National Institute of Clean and Low Carbon Energy
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels

Abstract

本发明公开了一种矿井地表沉陷监测方法，包括以下步骤：布置地表移动观测站，在地下工程开挖前，根据开挖尺寸和开挖埋深，在地表布置井字形监测线，所述井字形监测线的交叉点为网格监测点；根据工作面开切眼位置，设置永久监测点；根据地下工程开挖参数初步确定地表重点监测范围；在各监测点装设无线信号接受装置；确定监测频率方案。本发明运用开挖埋深和开挖尺寸两个参数将井下开采和地表监测连贯起来，实现地表沉陷精准监测，采用系统化方法在地表布置监测点，达到监测点少，能够简便全面快速的地表监测，为井下井上联动机制、生态减损开采提供数据支撑。

Description

矿井地表沉陷监测方法
技术领域
本发明涉及矿井监测的技术领域，尤其涉及一种矿井地表沉陷监测方法。
背景技术
开采沉陷治理是生态矿井建设的一项重要内容，严重影响着开采区域的水、土壤和植被。开采与地表沉陷有着密切的时间和空间效应，矿山开采强度越大，埋深越浅，其表现出的影响程度越明显。
目前的主要有十字和井格布点法，埋设监测基点，部分采用InSAR(雷达干涉测量技术)、GPS和水准测量三种融合的监测方法,可以得到地表沉陷特征。但是，现有的监测方法的监测点未能和开采过程有效融合，无法及时反映开采过程中井下-井上应有的沉陷动态特征。
因此，有必要设计一种能够及时反映沉陷动态特征、精准监测的矿井地表沉陷监测方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够及时反映沉陷动态特征、精准监测的矿井地表沉陷监测方法。
本发明的技术方案提供一种矿井地表沉陷监测方法，包括以下步骤：
布置地表移动观测站，在地下工程开挖前，根据开挖尺寸和开挖埋深，在地表布置井字形监测线，所述井字形监测线的交叉点为网格监测点；
根据工作面开切眼位置，设置永久监测点；
根据地下工程开挖参数初步确定地表重点监测范围；
在各监测点装设无线信号接受装置；
确定监测频率方案。
进一步地，所述在地表布置井字形监测线，进一步包括以下步骤：
走向方向每间隔Ln＝H/π设置一条走向监测线，n＝1-8，走向监测线总长度为8H/π，走向方向设置8条监测线；
倾向方向监测线长度为W+4H/π，并间隔设置倾向监测线，所述走向监测线与所述倾向监测线的交叉点为所述网格监测点；
其中，H为开挖埋深，W为开挖宽度。
进一步地，采用剖面法在下沉盆地的主端面分别布设主观测线，走向方向的主观测线推进距为4H/π，工作面方向的所述主观测线布置在工作面中部。
进一步地，所述永久监测点每三个为一组，呈三角形布置，边长为所述走向监测线或所述倾向监测线的间距的一半，每组所述永久监测点距离开挖边界线的距离为H/π～2H/π。
进一步地，采用全球导航卫星系统、雷达干涉测量、无人机航拍或红外光谱摄像，实时动态测量+精密水准测量对监测区域交叉重叠测量。
进一步地，所述永久监测点每1～2天完成一次监测。
进一步地，走向方向每推进到下一条所述走向监测线之前，区域内所述网格监测点需完成水准或实时动态测量测量2～3次，无人机航拍2～3次。
进一步地，雷达干涉测量对每条监测线需完成一次，直到开挖超过所有的监测线为止。
进一步地，无人机重点航拍开采区域，雷达干涉测量重点监测开挖边界及以外范围。
采用上述技术方案后，具有如下有益效果：
本发明运用开挖埋深和开挖尺寸两个参数将井下开采和地表监测连贯起来，实现地表沉陷精准监测，采用系统化方法在地表布置监测点，达到监测点少，能够简便全面快速的地表监测，为井下井上联动机制、生态减损开采提供数据支撑。
附图说明
参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是本发明一实施例中矿井地表沉陷监测方法的流程图；
图2是本发明一实施例中矿井地表沉陷监测方法的空间布局图；
图3是神东煤炭集团某矿井的布局图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或视为对发明技术方案的限定或限制。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
本发明一实施例中，如图1所示，矿井地表沉陷监测方法，包括以下步骤：
步骤S101:布置地表移动观测站，在地下工程开挖前，根据开挖尺寸和开挖埋深，在地表布置井字形监测线，井字形监测线的交叉点为网格监测点；
具体为，如图2所示，其中W为开挖宽度，L为开挖长度，井字形监测线沿开挖宽度和开挖长度的方向均匀间隔分布，井字形监测线的交叉点为网格监测点。
步骤S102:根据工作面开切眼位置，设置永久监测点；
如图2所示，工作面开切眼位置位于网格监测点的外围，永久监测点有三组，分布布置在两个开挖长度方向和一个开挖宽度方向的外围。
步骤S103:根据地下工程开挖参数初步确定地表重点监测范围；
图2中地下工程开挖对应地表的区域为abcd，主要监测区域为ABCD，井字形监测线上的基本监测点可根据实际需求加设监测点。
步骤S104:在各监测点装设无线信号接受装置；无线信号接受装置方便后面使用多种不同的监测设备，来实时针对各监测点进行监测。
步骤S105:确定监测频率方案。
进一步地，如图2所示，在地表布置井字形监测线，进一步包括以下步骤：
走向方向每间隔Ln＝H/π设置一条走向监测线，n＝1-8，走向监测线总长度为8H/π，走向方向设置8条监测线；
倾向方向监测线长度为W+4H/π，并间隔设置倾向监测线，倾向监测点间隔距离与走向相近即可，走向监测线与倾向监测线的交叉点为网格监测点，；
其中，H为开挖埋深，W为开挖宽度。
进一步地，采用剖面法在下沉盆地的主端面(通常工作面中心)分别布设主观测线，走向方向的主观测线推进距为4H/π，工作面方向的主观测线布置在工作面中部。图2中黑色实心圆表示主观测线上基本监测点，主观测线的至少一个端部的应超出影响范围。
进一步地，如图2所示，永久监测点每三个为一组，呈三角形布置，边长为走向监测线或倾向监测线的间距的一半，每组永久监测点距离开挖边界线的距离为H/π～2H/π。
图2中的黑色三角形表示永久监测点，图2中k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、k9呈三角形布置。
进一步地，采用全球导航卫星系统、雷达干涉测量、无人机航拍或红外光谱摄像，实时动态测量+精密水准测量对监测区域交叉重叠测量。
进一步地，监测频率可以为，永久监测点每1～2天完成一次监测，走向方向每推进到下一条走向监测线之前，区域内网格监测点需完成水准或实时动态测量测量2～3次，无人机航拍2～3次。雷达干涉测量对每条监测线需完成一次，直到开挖超过所有的监测线为止。无人机重点航拍开采区域，雷达干涉测量重点监测开挖边界及以外范围。
以神东煤炭集团某矿井的工作面为例：
开挖宽度W＝300m，开挖长度L＝5200m，采高M＝8.8m，开挖埋深H＝145m～234m，倾角小于1～5°。为方便起见参数选用平均数计算，故W＝300m，L＝5200m，M＝8.8m，H＝190m，计算如下：
走向监测线总长度为8H/π＝8*190/3.14＝484m，可划分四个区段，每个区段间隔Ln＝484/4＝121m；每间隔H/π布置一条监测线，既平均60m布置一条监测线，走向布置L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、共8条监测线。
倾向监测线长度为W+4H/π＝300+4*190/3.14＝542m,故倾向监测范围选定为550m，参考走向60m监测，倾向每间隔50m设置一条监测线，如图3中W0、W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8、W9、W10，计11条测线。
永久监测点布置在切眼和巷道外侧，距离开采边界范围为60～120m之间，近似三角形布置，边长为监测线距离的一半25～30m，共布置9个永久监测点，72个网格监测点，共计81个监测点。
观测方法，图3中黑色实心圆表示的基本监测点(主观测线)每一周至少完整观测两次，空心圆表示的活动监测点在开采前至少完成两次监测，INSAR(雷达干涉测量)重点监测巷道两侧沉陷，即W3、W4、W5、W6、W7、W8、W9、W10监测线区域，无人机航拍重点监测W0、W1、W2、W3、W4、W5监测线区域。
本发明中运用开挖埋深和开挖宽度两个参数将井下开采和地表监测连贯起来，实现地表沉陷精准监测，采用系统化方法在地表布置监测点，采用空天地一体化监测方法实现优势互补，达到监测点少，能够简便全面快速的地表监测，为井下井上联动机制、生态减损开采提供数据支撑。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种矿井地表沉陷监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
布置地表移动观测站，在地下工程开挖前，根据开挖尺寸和开挖埋深，在地表布置井字形监测线，所述井字形监测线的交叉点为网格监测点；
根据工作面开切眼位置，设置永久监测点；
根据地下工程开挖参数初步确定地表重点监测范围；
在各监测点装设无线信号接受装置；
确定监测频率方案；所述在地表布置井字形监测线，进一步包括以下步骤：
走向方向每间隔Ln＝H/π设置一条走向监测线，n＝1-8，走向监测线总长度为8H/π，走向方向设置8条监测线；
倾向方向监测线长度为W+4H/π，并间隔设置倾向监测线，所述走向监测线与所述倾向监测线的交叉点为所述网格监测点；
其中，H为开挖埋深，W为开挖宽度。
2.根据权利要求1所述的矿井地表沉陷监测方法，其特征在于，采用剖面法在下沉盆地的主端面分别布设主观测线，走向方向的主观测线推进距为4H/π，工作面方向的所述主观测线布置在工作面中部。
3.根据权利要求1所述的矿井地表沉陷监测方法，其特征在于，所述永久监测点每三个为一组，呈三角形布置，边长为所述走向监测线或所述倾向监测线的间距的一半，每组所述永久监测点距离开挖边界线的距离为H/π～2H/π。
4.根据权利要求1所述的矿井地表沉陷监测方法，其特征在于，采用全球导航卫星系统、雷达干涉测量、无人机航拍或红外光谱摄像，实时动态测量+精密水准测量对监测区域交叉重叠测量。
5.根据权利要求1所述的矿井地表沉陷监测方法，其特征在于，所述永久监测点每1～2天完成一次监测。
6.根据权利要求4所述的矿井地表沉陷监测方法，其特征在于，走向方向每推进到下一条所述走向监测线之前，区域内所述网格监测点需完成水准或实时动态测量测量2～3次，无人机航拍2～3次。
7.根据权利要求4所述的矿井地表沉陷监测方法，其特征在于，雷达干涉测量对每条监测线需完成一次，直到开挖超过所有的监测线为止。
8.根据权利要求4所述的矿井地表沉陷监测方法，其特征在于，无人机重点航拍开采区域，雷达干涉测量重点监测开挖边界及以外范围。
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