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浅谈实时GPS监测系统在煤矿地表变形监测中的应用

时间:2016-07-01来源: 作者: 点击: 291次


摘要:通过传统测量方法和实时GPS监测系统在煤矿地表变形监测项目中的应用对比,阐述两种测量方法在地表变形监测工程中的优势,并通过实例验证实时GPS监测系统在煤矿地表变形监测中的实时性、精确性、可靠性等优点。

Abstract: through the traditional measurement method and real-time GPS monitoring system in surface coal mine deformation monitoring project application contrast, described two kinds of measurement methods in surface deformation monitoring engineering advantages, and the advantages of real-time GPS monitoring system of coal mine surface deformation monitoring in real, accuracy and reliability is verified by an example.

关键词:实时GPS;水准测量;煤矿地表变形监测;

Key words: real time GPS; leveling; coal mine surface deformation monitoring;

1. 煤矿地表变形监测

目前研究地表与岩层移动规律最主要的方法仍然是实地观测法,即在受开采影响的地表范围内,设置专门的地表移动观测站,通过观测获得大量第一手资料,然后对这些资料进行综合分析,找出各种因素对地表和岩层移动的影响规律,再用这些规律来解决实际问题。

地下煤层采出后引起的地表沉陷是一个时间和空间过程。随着工作面的推进,不同时间的回采工作面与地表点的相对位置不同,开采对地表点的影响也不同。地表点的移动经历一个由开始移动到剧烈移动,最后到停止移动的全过程。在生产实践中经常会遇到下述情况,即仅仅根据稳定后(或静态)的沉陷规律还不能很好地解决实际问题,必须进一步研究移动变形的动态规律。

移动观测站是煤矿地表变形监测的直接测量点,是直接布设在变形体上的一系列规则点。在整个变形体变形观测和变形量分析过程中,其空间坐标位置变化规律与井下工作面回采位置之间的关系是影响分析地表和岩层移动规律的重要因素。

2. 传统测量方法的不足

通常煤矿变形监测采用的方法有RTK测量、水准测量、三角测量。

RTK及水准测量:采用RTK测量辅助三、四等测量方法进行观测,即平面观测采用RTK测量,高程测量采用水准测量。该方法测量精度高、操作较简单,但是野外观测强度较大、观测时间长,不能实现连续观测。

三角测量:利用全站仪采用一、二级导线测量的方法进行观测。该方法适合建构筑物变形监测,通视条件好的情况下观测精度较高,但野外观测强度大、操作难度大、观测时间长,而且在野外观测中受地形及通视情况影响大、对于超长观测线路误差较大,不能实现连续观测。

传统测量方法最主要的缺陷是在煤矿采动过程中,地表即将开始变形的临界时间点,无法实现准确判断及观测。从而不能采集到变形从开始移动到剧烈移动这个过程的观测数据,对于最终变形预测分析和参数计算,产生重大的影响,增大了内业数据分析预测的难度。

3. 实时GPS监测

通过在煤矿开采预计影响范围内布设的观测站上安装GPS实时监测系统,通过高密度采集数据,实时传输至服务器终端进行数据解算。

该方法测量精度高、野外作业强度小、可以全天候观测、数据采集时间短,而且不受天气、地形及通视条件影响,可以获得连续性观测数据。

通过这个系统,可以从预计地表即将开始移动到剧烈移动,直至停止移动的整个过程中,采集到观测站一系列的连续数据,数据采集间隔可以精确至每小时甚至每分钟。这样,在内业数据分析阶段就可以有充分的依据获得地表及岩层移动变形规律。

4. 实例分析

通过同一工作面采用水准测量和抽样采用实时GPS观测方法进行变形监测,对其数据进行对比,实际验证实时GPS监测在煤矿变形监测中的优势。

4.1 变形监测方法及内容


 

4-1  观测站沉降过程曲线图

在本工程选择工作面切眼处、预计充分采动处、观测线终止点安装实时GPS监测系统数据采集装置3台。观测历时5个月,3点沉降、位移曲线图见图4-24-34-4

 

 

 

4-2  观测站R1沉降过程曲线图

4-3  观测站R2位移过程曲线图              4-4  观测站R3位移过程曲线图

根据上述项目观测数据,不难看出在变形开始阶段,传统测量方法只能通过有限的观测数据进行曲线拟合,工作面回采速度并不是每个观测周期完全均匀的,这个曲线显然不完全符合地表移动变形的真实过程。而实时监测系统可以精确的观测到地表从开始移动到剧烈移动的完整过程,真实的反映了工作面实际回采过程中的进度变化对地表下沉速率的影响。

5. 结束语

综上所述,运用实时GPS监测系统进行煤矿地表变形监测,与传统变形监测技术相比,不仅具有定位精度高、观测时间短、操作维护方便简单等优点,有效降低了野外作业观测强度和内业计算的工作量,完全能够满足煤矿变形监测的需求。

参考文献:

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[2]何国清、杨伦、贾凤彩等.开采沉陷学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1991

[3]邹友峰、邓喀中、马伟民. 矿山开采沉陷工程[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2003

[4]何万龙.山区开采沉陷与采动损害[M].北京:中国科学技术出版社.2003.9

[5]建筑物、水体、铁路、及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程.煤炭工业出版社[M],2000

1贺磊,男,1982年生于陕西榆林,毕业于西安科技大学,工程师,主要从事矿山测量、变形监测等工作,参与实施多项煤矿开采沉陷观测、建构筑物沉降观测等项目。

 

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