GPS技术在淮矿集团潘二矿地面沉降监测中的应用

【摘要】gps和IN-SAR技术是目前世界上最先进的两种研究地面沉降的技术，依照潘二矿的矿井发展现状，GPS技术足够满足矿井地面沉降观测的要求，本文在对矿区地面沉降的成因等进行分析的基础上，通过对比集中地面监测的方法，很据GPS测量技术的优点研究GPS技术在潘二矿地面沉降监测中的应用。

【关键词】GPS技术；地面沉降；研究；应用

1、目的意义

煤炭的开发和利用，产生了巨大的社会效益，同时也给煤炭企业带来了巨大的经济效益。潘二煤矿隶属于淮南矿业集团，是1989年建设投产的老矿区，因此由生产所带来的负面效应―地面沉降也相对新矿区严重，对矿井的可持续发展、矿井的技术经济一体化发展战略会造成严重的影响。为保证矿井的顺利健康发展，必须对地面沉降的原因、发展过程、发展趋势及规律进行全面的监测，以便合理的治理。

2、开采沉陷分析

2.1开采沉陷的形成及特征

煤炭的开采在地下形成巨大的空间，使上覆岩层悬空，原来稳固的地质平衡条件被破坏，在各种综合力的作用下，失去平衡的岩层顶部下沉塌落，产生弯曲，以致引起地表沉降变形，形成采空沉陷区，在地面的宏观表现为地面沉降。人类活动对地面沉降的形成、发展具有重要的影响，不合理的或强度过大的人类活动都有可能诱发或导致地面沉降，特别是地下开采活动所引起的采区的地面沉降。开采沉陷引发的地面沉降是一种累记性的缓变地质灾害，是陆地物质地下运移所造成的地表逐渐沉降或者突然塌落，其发展过程是不可逆的，一旦形成便难以恢复。对于矿区来说，由开采沉陷引发的地面沉降作为地质灾害之一，它同时受到了自然因素和人为因素的双重影响。

2.2开采沉陷的影响因素

开采沉陷机理十分复杂，至今关于开采沉陷的定量研究仍未取得重大突破，但可从定性研究的角度证明，开采沉陷与下列因素有关：

（1）煤田开采强度的影响；（2）地质构造的影响；（3）降雨和地下水的影响；（4）人为因素的采矿条件对开采沉陷也起到一定的作用。

2.3矿区地面沉降危害

（1）地下煤层的开采，会发生矿区地面沉降，破坏土地营养成分，会形成坏沼泽地或干旱地。

（2）地下开采引起的地面沉降，不仅有垂直方向的移动变形（下沉、倾斜、弯曲、扭曲），而且还有水平方向的移动变形（水平移动、拉伸与压缩变形），以及地表平面内的剪应变形对建筑物的破坏程度最为严重。

（3）矿区给水供气管道随地面不均匀沉降而弯曲变形，导致管道漏水漏气，直接影响职工生活及工业生产，给当地居民的生命财产安全造成巨大威胁。

（4）采煤沉陷使大片上地变为旱地或沼泽，严重影响了农业生产及生态环境。

3、矿区地理条件分析及GPS应用研究

3.1矿区地理位置及自然条件

潘二煤矿位于安徽省淮南市潘集区境内，距市政府所在地约23Km。井田范围：西起Ⅸ线为界；东至13-1煤层-800 m等高线地面投影；北界起于F1及其延长线，经F66、F1-3至13-1煤层-800 m等高线地面投影；南界由F5向东经Ⅵ线、背斜轴、Ⅳ-Ⅴ线、F2、至13-1煤层-800m底板等高线地面投影。东西走向长约11Km，南北宽1.3～3Km，面积19.7419Km2。地理坐标：东经116°49'26″～116°51'10″，北纬32°46'02″～32°50'21″。

3.2矿区地质条件分析

煤田呈复向斜形态，轴向北西西～东西。复向斜两翼低山残丘出露太古界五河群、中上元古界霍山群、青白口系、古生界震旦系、寒武系、奥陶系。轴部具次一级宽缓褶曲，主要有谢桥古沟向斜、陈桥背斜、潘集背斜和耿村向斜等构造单元，以石炭二叠纪含煤地层为主，地层倾角平缓，一般为5～15°，上覆新生界松散层一般厚度200～500m。

3.3矿区矿产资源及开采沉陷情况

矿井投产以后，由于井田内地质构造复杂，中小型断层特别发育，严重破坏了煤层的连续性，直接影响矿井的生产能力。使矿井投产以后迟迟不能达产。1989年至2004年，每年的产量都是在60～70万吨/年。2005年按照淮南矿区的发展和优化配置资源的要求，经国土资源部批准，潘二煤矿与潘一煤矿矿井边界作了调整，同时淮南矿业集团提出对潘二煤矿进行高定位技术改造。矿井的生产能力得到了大幅度的提高，目前生产能力可达百万吨每年。

3.4潘二矿三等GPS基准点分布

淮南潘集矿区三等GPS控制网由安徽省第二测绘院2004年5月施测，当月竣工。该GPS控制网由14个点构成，潘二煤矿有4个，分别是：PD1、PD2、PD3、PD4，数据处理采用随机软件pinnacle v1..平差计算。平面坐标系统采用54北京坐标系，高程系统采用85国家高程基准。

3.5历年工广下沉观测数据比较

观测比较结果：

（1）2010年观测起测点均为基岩标IV号点，符合观测到基岩标II号点。基岩标II号点两次观测标高差值为0.92mm，可确定观测精度的可靠性。

（2）除观测点X01、X04、X12外，其余各点点位移动变形较小，可视为观测点无位移变化；

本次观测起测点为基岩标I号点，附合观测到基岩标II号点。基岩标II号点本次观测标高为24.38985m，与2011年观测标高差值为8.36mm，差值较大，且基岩标石不受工广下沉影响。为比较各观测点的下沉情况本次观测以基岩标II号点为起测点，则计算结果如下：

观测比较结果：

（1）观测点X01、X14、X15距离起测点较远，观测中转站较多，观测精度远远低于其他各点，故下沉量较大为12mm、15mm、12mm。

（2）其余各点下沉量在5mm～7mm之间，为建筑物整体平稳下沉。

本次观测起测点为基岩标I号点，符合观测到基岩标II号点。基岩标II号点本次观测标高为24.39167m，与2012年两次观测标高差值为7.45mm，差值较大，且基岩标石不受工广下沉影响。为比较各观测点的下沉情况本次观测以基岩标II号点为起测点，则计算结果如下：

观测比较结果：各点下沉量在5mm～7mm之间，为建筑物整体平稳下沉。

4、结论

通过观测发现，潘二矿地表的沉降观测点在几年内的变化幅度较小，如果在几年内不发生较大的变化，可以不予采取治理措施，如果变化较大，可以有效的利用观测结果选择治理方式。选用GPS技术、点位布网进行地面的变形监测，可以很好的反映地面在一定时期内的沉降变化，有助于企业了解生产作业等对地表的影响程度，合理的采取治理措施。