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磷矿采区下沉观测

 论文栏目:矿业工程    更新时间:2012-08-15 10:33   

引言

地下矿山在开采出有用矿物后,矿区的岩体、地貌原始应力平衡状态受到破坏,应力重新分布,以达到新的平衡。在此过程中,地表、岩层会产生连续或非连续的变形、移动进而引起地表沉陷。矿区因开采引起的沉陷的复杂性表现在空间和时间两个方面:从空间上来说,当矿物的埋藏深度较深,地下开采范围比较小时,开采沉陷影响的范围仅体现在开采区域周围;当矿物的埋藏深度较浅,地下开采范围比较大时,沉陷的影响可能直接表现在地表的移动上。从时间方面来说,在矿物开采的不同阶段,对地下岩体的影响程度是不同的,因此表现的开采沉陷的程度和形式也不同,即开采沉陷是“动态的”。为了提高矿产资源的利用率,为留设保安矿柱提供依据,掌握地表移动的基本规律,防止灾害性事故的发生,对矿区开采引起的沉陷进行监测具有十分重要的意义。

1 某磷矿区域的地质类型概况

贵州某磷矿为一特大型海相沉积磷块岩矿床,呈广大的区域性带状或面状分布。矿体走向长17.5km,宽2.5~4km。该磷矿区的地质性质与松散物坡积地形、存在软弱层面的地层类似,故也存在矿区开采沉陷的可能性。

2 矿区沉陷观测的方法

2.1 仪器简介

该矿区 采 用 的 测 绘 仪 器 型 号 为PENTAXSMT888-3G,是新一代高精度卫星定位产品。该测绘仪系136通道AsteRx2eGNSS接收机,包括L1/L2/L2C GPS,GLONASS and SBAS,定位精度RTK(CMR,RTCM V2.2/2.3/3.0VRS,FKP)水平为:1cm + 1ppm,垂直为:1.5cm +1ppm;静态观测精度水平为2mm + 0.5ppm,垂直为:5mm +0.5ppm。

2.2 利用测绘RTK技术观测地表沉陷的方法

RTK(Real Time Kinematic)测绘新技术是数据传输技术与载波相位测量相结合,以载波相位测量为依据,为实时差分的GPS高效定位技术。矿山开采沉陷监测作业系统主要由以下几部分组成:RTK基站、RTK移动站、信号发射系统、电脑及数据链。测绘过程包括:准备、采集数据以及内业处理。

2.2.1 准备

建立RTK矿山开采沉陷观测网。在矿山开采沉陷影响区域范围以外的稳定区域布设4个永久性控制点,作为计算观察点下沉与移动的参照点。其控制点应符合国家测绘规范规定。RTK静态控制按国家D级网施测,然后应用三维计算方法,解算出西安80坐标系与84坐标系的转换参数,从而建立RTK矿山开采沉陷观测网。根据矿山开采巷道、采空区情况,地质构造以及地表地形,在塌陷区内合理布设各观测点。观测点的布设不需考虑点与点之间的通视因素,观测线可穿过建筑物、山体或其他障碍物体。

2.2.2 数据采集

采用3台测绘仪对磷矿开采沉陷区域进行观测。以静态测量模式进行观测,并进行数据采集,其水 平 精 度 为2mm +0.5ppm,垂 直 精 度 为:5mm +0.5ppm。PENTAX SMT888-3G型RTK设备作业要求:a.能够接受到的有效卫星数大于8个;b.卫星高度角大于等于15o;c.有效观测时间大于等于8min;d.观测时间≥20min,时段的观测数大于等于2;e.采样数据间隔为10~22s;f.时间的精度强弱度与三维坐标小于等于10。

2.3 资料收集与观测数据的处理

为了更好地分析观测数据,在处理数据时需要参考以下资料:

a.井上下对照图及井巷开采布置图,从而能准确地掌握地面与井下开采的相对位置。

b.矿区开采沉陷区域的相关地质资料:水位地质图、地质剖面图等。

c.矿体开采的各项参数:采矿方法、巷道布设、开采厚度、工作面推进速度、采空区位置等。

d.矿体开采沉陷区域以前观测的沉降资料。

观测数据处理步骤为:基线向量解算,核对基线向量解算和原始数据的准确性,做二维约束平差、三维自由网约束平差和高程拟合计算具体步骤如下:

a.原始数据处理:整理原始数据,生成数据信息文件。

b.独立极限解算与校核数据质量。

c.各项数据校核结果满足测绘技术规范,按84坐标系进行无约束平差,得出测站精确的大地坐标。

d.确定无约束平差观测数据有效后,进行二维约束平差。

e.进行高程拟合计算,通过坐标转换参数,得出西安80三维坐标。3 对开采沉陷观测区域利用RTK技术进行可靠性分析

3.1 传统方法测量地表沉陷观测点的误差分析

传统方法是采用附合导线测量得出平面坐标,采用水准测量得出高程坐标。

3.1.1 平面精度分析。

开采沉陷区域长约5km,如果采用导线测量,附合导线长5km,导线的中点是最弱点。附合导线测量仪器采用宾得R-422N型全站仪(精度:测角2" ,测距2+2ppm ×D)。根据开采沉陷区域现场情况,为推算出导线最弱点的误差数据,假设导线是规则的附合导线,导线的长为L = 250m,观测测站数n等于20,国家四等测角精度要求中误差mβ等于2.5",则:测距中误差为:

3.1.2 高程数据精度分析

开采沉陷区域的走向线为5km的附合水准线路,根据测绘规范:水准线路中点是最弱高程点误差所在处。按国家四等水准测量进行施测,每公里高程中误差Mw等于10mm,最弱点高程误差:

3.2 采用RTK技术对开采沉陷观测进行误差分析

3.2.1 平面数据精度分析

利用型号为PENTAX SMT888-3G的GPS进行静态观测,平面精度:2mm + 0.5ppm。距离基站最远处为最弱点,即走向线终点处,距离为D =4km,则:

3.2.2 高程测量误差分析

用PENTAX SMT888-3G型GPS进 行RTK静态观测,垂直精度为:5mm + 0.5ppm,距离基站最远处为最弱点,即走向线终点处,距离为D =4km,则:由上面各公式的推导结果,可以从理论上采用RTK技术进行实测,所得测绘的平面精度和高程精度都高于水准测量和附和导线测量。通过以上推断,在理论上利用RTK技术监测该矿开采沉陷观测的可靠性优于传统测绘方法。

4 结论

在使用PENTAX SMT888-3G型GPS-RTK时要注意以下几点:a.要确保宾得手簿和移动站之间的距离,当二者之间的距离过大时,信号会失锁,此时要用已知点进行校核。b.在贵州地区上午卫星信号比较好,在进行高精度测量时应选择该时间段。c.贵州地区是山区,在利用RTK进行测量时,容易受到信号多路径的影响 ,在进行矿山开采沉陷观测时,如果观测值出现异常,应移动基站位置,对观测点进行复核。

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