GPS技术在矿山开采沉陷中的应用

【摘 要】随着科技的快速发展，各项测量技术日益成熟，gps技术在多个领域的应用越来越广泛，文章主要介绍了GPS技术在矿山开采沉陷中的应用情况，通过在矿上去建立GPS监测网，来实现矿山区周边空间坐标数据的采集，然后通过一系列的数据处理，得出地表的移动规律，从而对矿山开采的安全生产提供有力的保障。

【关键词】GPS技术；矿山开采沉陷区；数据测量；监测网

随着经济的快速发展，GPS技术日益成熟，其应用范围越来越广泛，特别是在大地测量、工程测量、地壳形变测量等多个领域内，GPS技术起着至关重要的地位。近些年来，矿山在开采的过程中，其采空区沉陷现象较为普遍，影响矿山开采的正常进行，鉴于此状，各个企业开始着手于这一方便的研究，目前已经形成一定的检测方法。通过建立GPS监测网，可以有效检测煤矿开采所引起的地表沉陷及建筑物的破坏情况，从而得出采空区表面的移动规律，有针对性的进行“三下”的采煤工作，同时，该技术通过监测点的数据监测和分析，可以有效的规避沉陷造成的损失，有力保障了矿山安全生产顺利进行。

一、对矿山开采区进行检测的主要数据

矿山的开采是一个长期的过程，在这个过程中，采空区的面积会越来越大，井下的岩体的移动和破坏会越来越严重，长时间的积累对地表产生塌陷的现象，使得原来的地表标高沉降，形成的沉陷区域改变了原来的地表形态。我们在进行地表形态的计量时，一般多采用下沉、水平移动、倾斜、曲率、水平变形四个指标。这里的下沉说的是地表在垂直方向的下降，其下降量就是要检测的数据，下降量指未产生沉陷之前的量和沉陷后两者之间的差值，通常我们会用w表示。换句话就是两次测量间在垂直方向上的数据差。水平位移是指地表在下沉的过程中，会产生水平上的移动，我们在测量时通过某一监测点的校对。在测量时取其水平上的不同位置，然后通过两次的测量取得的数据差，我们通常用u表示。倾斜主要说的是地表塌陷中产生的坡度，指的是检测相邻点在垂直方向的下沉差和其水平方向的移动距离的比值。曲率指的是地表的检测相邻线段的倾斜差与两线段中点的水平距离的比值，我们通常用来表示观测现断面上的弯曲程度。水平变形用来说明检测两点之间的水平移动差与两点的水平距离的比值，我们一般用ε表示。

此外，我们在进行采空区的地表形态变化的检测时，主要还用坐标、高程、距离和裂缝量来进行表示地表形态的变化。通过大量的测量工作，主要进行下列数据的计算：测点的下沉w和下沉速度v；测点的水平移动u和点间的水平变形测点在垂直面内的移动向量W；测点在平面上的移动向量U，空间的移动向量Uw和坐标方位角α；这上述数据的计算过程中，通过绘图软件，利用这些数据形成下列较为常用的地形图：观测区域地形图；观测线地质断面图；观测线垂直下沉曲线图；观测点水平移动与水平变形曲线图；观测点在垂直面内的移动向量图。

二、矿山开采沉陷的监测

1、建立有效的GPS监测网

用传统的方法对矿山开采的沉陷区进行数据检测，其程序复杂，数据的有效性、科学性存在误差，不能很好的满足矿山开采沉陷预测的工作需要。GPS矿山监测网的建立大大改善了这一现状。GPS监测网的建立，可以及时有效的监测地表、道路、建筑物及构建物等出现的位置变化，采用工程测量的仪器进行实际的数据测量，从大量的数据中进行矿山采空区沉陷的预测工作，大大提高了矿山采空区陷预测的准确性。

2、GPS监测网的监测工作

我们进行实地的数据监测，首要任务就是确立一个基准点，该基准点将作为今后进行数据测量的参考点，在具体的选择过程中，基准点一般设在开采沉陷区的外边，这样可以保证基准点的恒久性，就是这样的三四个基准点都成了监测网。接着确立相应的监测点，监测点的坐标要作为今后进行数据测量的基准，其设立也要位于采空沉陷区的外面，此外，监测点最好位于观察线的两边，只有严格按照相关的规定进行监测点的确立，才能保证监测的精准性，下一步进行GPS布网方案的确立，我们可以在已有的控制网和地形图资料中，进行分析，然后进行实地斟查，结合矿山的实际情况设计布网方案。最后依据已设计的方案在图上设计出一个图形结构较强的网，采用静态作业模式进行监测网的监测。这里需要注意的是，进行测量前要进行监测网的复测，确保每个基准点的可靠性，发现有变动的，要进行重新测量，确立监测点坐标，同时要进行参考数据的更新，采用最新的观测坐标进行计算各观测点的坐标和移动变形值。

在做好前期的准备工作后，进行实际的观测点测量，按照相应的测量要求进行沉陷区域的观测点测量，这需要测定一个观测线交点或某一个控制点的平面坐标和高程。做好观测站与地面控制网连测后，可以进行最初的全面测量。为了测量数据的正确性，在沉陷区域内也设有观测点，该点主要测量地表沉陷的移动变形值，这样的观测点设立较为容易，不用考虑点位通视，这样观测线就可穿过障碍物进行数据采集，大大提高了监测的可靠性和精度。

通过两次的数据测量，可以得出各点移动变形值和计算各种岩移参数的基础数据，在数据测量的方法上，可采用双基准快速静态的测量，分为采动前和采动稳定后测量，采动过程的测量一般可以采用间断式观测模式进行数据检测，具体的监测时间可以依据卫星状况而定，将测得的数据经过基线软件处理，得出一个三维图标，该图标以监测点为固定点，这样很容易得出各点的坐标，这时可以和采动前的数据进行联合，通过相应的系统误差模拟和改正，消除不同时间内观测的系统误差，从而更有效的计算出各点的移动位移情况。

3、GPS监测网所得数据的综合处理

GPS数据处理的流程一般为数据采集、数据传输、预处理、基线解算、GPS网平差五个步骤，其中数据预处理是进行原始数据的粗加工，将原始数据标准化。这里最为复杂的是基线解算，该过程主要是对观测值残差的分析和基线长度的解算与精度分析，最后对基线向量环闭合进行计算和检核。GPS网平差主要借助于软件进行，可分为六个步骤：提取基线向量、构建GPS基线向量网、三维无约束平差、约束平差、联合平差、质量分析与控制。软件对数据处理分为两方面：一是处理GPS原始数据得出同步观测网的基线解，二是对同步网进行整体平差和分析，得出GPS的整体解。

4、开采沉陷区的预测分析

对GPS移动观测线上的点，可依据各期的观测数据计算下沉量，然后按照开采沉陷定量评估指标参数解算相应的量，从而绘制出下沉—时间关系图。这时在进行相邻点下沉量计算地表倾斜、曲率和水平变形就容易很多。在进行采空区沉陷和变形预测时，可在监测网上设立专门的监测工作点，实时监测下沉量和变形参数，可以及时有效的反映出是否达到沉陷与变形临界点，及时做出沉陷和变形的预测报告。

结束语

利用GPS获取数据的及时性和快速性，大大提高了采空区沉陷的预测准确性和及时性，保证了矿山安全开采的有序进行。