摘要:礦山測量是礦業開發過程中一項重要的基礎性技術工作,它貫穿于整個礦山開采過程的始終。現代測繪技術的發展,推動了測量儀器向智能化方向發展,同時現代測繪技術為礦山測量工作提供了有力的幫助。而利用現代先進的測繪技術來指導礦山的安全生產是一個重要的環節,更為礦山開采的安全生產提供了有力的保證。
　　關鍵詞:礦山測量;開采沉陷;地表移動;沉陷監測;沉陷參數
　　隨著電子技術和激光技術的發展,光電結合型的測繪儀器(如測距儀、全站儀、陀螺儀)對傳統的測繪方法產生了深刻的影響。以衛星遙感、全球定位系統為代表的空間對地觀測技術在測繪科學中的應用日趨成熟,以計算機技術、系統科學為基礎的地理信息系統的出現和應用為多源測繪信息的獲取、分析、管理、處理及其應用提供了有力的技術支持,自動化、智能化的測繪系統已處于研究之中。
　　1、礦山開采沉陷定量評估指標
　　當礦區開采工作進行到一定的階段,逐步由巖體的移動和破壞波及地表,使受采動影響的地表沉降,從而在采空區上方形成一個比采空區大得多的沉陷區域。沉陷區域改變了原有的地表形態,引起地表標高、水平位置發生變化,常用的定量表述這種變化的指標有下沉、水平移動、傾斜、曲率、水平變形。地表移動觀測期的觀測應包括平面坐標、高程、距離和裂縫測量等,通過測量工作可以計算下列數據:測點的下沉w和下沉速度v,測點的水平移動u和點間的水平變形ε,測點在垂直面內的移動向量W;測點在平面上的移動向量U、空間的移動向量Uw和坐標方位角α;可以得到觀測區域地形圖,觀測線地質斷面圖,觀測線垂直下沉曲線圖,觀測點水平移動與水平變形曲線圖,觀測點在垂直面內的移動向量圖。
　　上述幾個定量分析地表移動規律的指標是進行地表沉陷預計理論的基礎,而它又是建立在測
　　量數據準確性的基礎上。對于測量工作來說,主要是運用測量的手段獲取地表點的沉陷數據繪制出這些定量指標曲線,從而更好地預測和估計沉陷規律,指導礦山開采工作。
　　2、礦山開采沉陷過程中的測量工作
　　2.1礦區地面平面、高程控制測量
　　礦區地面平面控制網可采用三角網、邊角網、測邊網和導線網等布網方法建立。礦區首級平面控制網必須考慮礦區遠景發展的需要,一般在國家一、二等平面控制網基礎上布設,其等級應依礦區走向長度參照表1選定。
　　
　　礦區地面高程控制網可采用水準測量和三角高程測量方法建立。水準測量主要用于較平坦的地區而且測量精度高,三角高程測量主要用于山區和丘陵地帶的高程控制和平面控制網點的高程測定。礦區地面高程首級控制網,一般應采用水準測量方法建立,其布設范圍和等級選擇應符合表2的規定。
　　
　　2.2礦區地上地下平面、高程聯系測量
　　為了使地上、地下采用統一的平面坐標系統和高程系統,應進行聯系測量。通過斜井或平硐
　　的聯系測量,從而把地上的坐標和高程數據傳遞到地下;同時為了減少投點誤差,通常在井口處采用陀螺經緯儀進行定向測量。
　　2.3礦區地下平面、高程控制測量
　　地下平面控制分為基本控制和采區控制2類。這2類控制導線都應布設成閉(附)合導線或復測支導線。基本控制導線的主要技術指標參照表3選定。采區控制導線的主要技術指標參照表4選定。
　　2.4礦區施工測量
　　地面建(構)筑物和井巷、露天礦工程施工中,應根據已批準的各種施工設計圖紙資料,將施工
　　工程的設計位置標定于現場,并進行檢查測量。在施工測量前,應熟悉設計圖紙,驗算與測量有關的數據,核對圖上的平面坐標和高程系統、幾何關系及設計與現場是否相符等。
　　
　　2.5礦區地上地下地形測量
　　可根據實際需要繪制礦區1∶500、1∶1000或1∶2000的地形圖并加注各種地物及其他注記,繪制地表和地下的橫、縱斷面圖,以及分采或分工作面的局部采掘工程平面圖,及時填圖并定期將圖上資料轉繪到分層采掘工程平面圖上。
　　2.6礦區地表沉陷的監測
　　開采沉陷監測,采用工程測量上常用的儀器、方法和技術實時監測地表、道路及其建(構)筑物
　　上出現的移動變形,據此研究其定性、定量規律并提出開采沉陷預計方法,這是礦山開采沉陷工程中常用的方法。礦山開采沉陷工程的重要研究方法之一是現場實地監測,測定巖土及其建(構)筑物上各測點在不同時刻的空間位置。而工程測量的目的和任務就是以測繪儀器和方法為手段,確定測點的空間位置并將其表示成數據形式或描繪在圖紙上。
　　3、礦山沉陷區測量的實施
　　由于礦山開采強度的增加,引起地表松動進而破壞地表原有的地貌,引發大面積的沉陷,這就
　　迫切地要求開展地表移動預計的研究工作。礦山開采沉陷引起的巖層和地表移動的過程非常復雜,它是地質條件、水文條件、開采條件、地形條件等多種因素綜合影響的結果。要認識這一復雜過程,主要的手段是在現場設立觀測站進行實地觀測。
　　3.1沉陷區平面、高程控制測量
　　廣泛收集測區及其附近已有的控制測量成果和地形圖資料,了解測區的行政劃分、社會治安、
　　交通運輸、物資供應、風俗習慣、氣象、地質情況,并攜帶收集的測區地形圖、控制展點圖、點之記等資料到現場踏勘。按照礦山測量相應的規程規范,根據工程設計意圖及其對控制網的精度要求,擬定合理的布網方案,利用測區地形地物特點在圖上設計一個圖形結構強的網。在通視良好、交通方便、地基穩定且能長期保存的地方進行選點埋石工作。
　　根據礦區地面建立的控制點,按礦區測量的要求向沉陷區域引觀測站測量點,并測定觀測線
　　交點或某一個控制點的平面坐標和高程。觀測站與地面控制網連測后,應對觀測站的各測點進行開采前的最初2次全面觀測。
　　3.2沉陷區地表移動觀測站的監測
　　3.2.1地表移動觀測站的布設原則
　　為詳細研究整個移動盆地,可設置網狀觀測站。地表移動觀測站,一般可設走向觀測線和傾
　　斜觀測線各一條,二者應垂直相交,如回采工作面的走向長度大于1.4H0+50m(式中H0為平均開采深度),亦可設置2條傾斜觀測線,但至少應相距50m,并且應距開切眼或停采線0.7H以上。為了確定開采沉陷的預計參數和角度參數,獲得準確、可靠、有代表性的觀測資料,在地表移動觀測站的布設中,應遵循以下原則:
　　1)觀測線應設在地表移動盆地的主斷面上;
　　2)設站地區在觀測期間不受鄰近開采的影響;
　　3)觀測線的長度要大于地表移動盆地的范圍;
　　4)觀測線上的測點應有一定的密度;
　　5)觀測站的控制點要設在移動盆地范圍之外,埋設要牢固。
　　地表移動觀測站設計的目的就是要確定各觀測線的位置和長度。通常在工作面回采之前,或
　　者工作面雖已回采,但還未波及觀測線,需要將在圖紙上設計好的觀測站標定于實地。利用礦區內的等級控制點,根據設計的角度和邊長,利用全站儀,首先標定觀測線的控制點和走向觀測線與傾向觀測線的交點,然后依次標定其他各個測點的位置。
　　3.2.2地表移動觀測站的觀測過程
　　連接測量。在觀測站各測點埋設好并固結后,在未被采動之前,為了確定觀測站與工作面之
　　間的相互位置關系,需要將觀測站的某一控制點與礦區控制網之間進行連接測量,以確定該觀測站控制點的平面坐標和高程。連接測量需獨立進行2次,平面連接測量的點位誤差應小于7mm,采用邊交會、角交會、邊角交會、導線測量和GPS測量進行。高程連接測量應以不低于三等水準測量的精度要求進行。
　　全面測量。在工作面開采前10～15d,應對工作點進行全面觀測,要求是:獨立觀測2次,2次
　　觀測時間間隔小于5d。限差是同一點坐標、高程差小于10mm。全面測量一般包括測點的高程測量、各測點間的距離測量、各測點偏離觀測線方向的支距測量和地表特征狀況記錄與素描。高程測量可直接從觀測站控制點開始,按三等水準測量的精度要求進行。若觀測站兩端有控制點,可進行附合水準測量;若只有一端有控制點,則需進行往返水準測量(或閉合水準測量),經平差后求得各測點的高程。當觀測站地形起伏較大時,可進行三角高程測量或GPS定位測量。距離測量用鋼尺測距離,不僅精度達不到要求而且費時費力,而利用全站儀或GPS直接測定出各測點的平面位置和高程,通過平面坐標反算,確定各測點的支距和相鄰測點之間的距離。日常觀測一般包括巡視測量,加密水準測量及地表變化特征的素描、攝影等。巡視測量的目的就是確定觀測站是否受到開采的影響,地表移動是否穩定,地表移動的劇烈程度等,為全面觀測和加密水準測量提供依據。加密水準測量(或重復測量)視地表移動速度而定,一般每隔1～3個月進行一次,在地表移動活躍期,應增加水準測量的次數。
　　4、結語
　　礦山開采沉陷中的關鍵工作是如何確定開采沉陷的預計參數,而利用智能的測量儀器和先進
　　的測繪技術布設礦區控制網并建立地表移動觀測站,是獲取開采沉陷參數的重要依據。通過建立地表移動觀測站定期觀測,再考慮工作面的布置和采煤方法等若干細節的影響,尋求該地區地表與巖層移動的預計方法和參數,掌握地表移動規律是很有必要的,而現代測繪技術在礦山的開采過程中發揮了不可替代的作用。