望儿山金矿地表变形研究

摘要：本文以山东省黄金公司望儿山金矿区开采沉陷观测资料为基础，运用MFDSVS系统对实测资料实现空间数据管理、分析和可视化。运用线行回归法、多项式拟合等方法对沉降较大的点建立数学预测模型，并比较其精度。

关键词: 开采沉陷 地表移动 变形 拟合 变形预测

Abstract: This paper takes Shandong Province gold company in Wangershan gold mine area mining subsidence observation data based on the measured data, apply MFDSVS system to realize spatial data management, analysis and visualization. Application of line regression, polynomial fitting method to settlement larger point to establish the mathematical model, and compared its accuracy.

Keywords: ground movement and deformation in mining subsidence fitting deformation prediction

中图分类号： F416 文献标识码： A 文章编号：

1矿山地质条件

矿体以含黄铁矿化蚀变岩型矿石为主，其次为含金黄铁矿化石英脉型，一般较坚硬、稳固。

1.1.1地 层

区内出露地层主要为新生界第四系及下元古界-太古界胶东群蓬夼组。新生界第四系地层主要分布矿区东南、西南及西北部，由洪积层和冲积层的亚黏土、砂、砾石等组成，厚度2-40m。胶东群蓬夼组出露于矿区西部焦家断裂带西侧，面积约4km2。岩层走向北西，倾向北东，倾角40°左右。矿区内花岗岩类出露广泛，占基岩出露面积的90%以上，主要为黑云母花岗岩，其次为似斑状花岗岩。脉岩主要有伟晶岩脉、煌斑岩脉。

1.1.2构 造

区内构造形式主要为断裂构造，属早新华夏系的压扭性断裂。按其规模大小大致分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级构造。

Ⅰ级构造：焦家断裂带区内总体走向30°左右，北西倾向，倾角40°-45°。宽40-400m，由断层泥、绢英岩、绢英岩化碎裂岩等组成。

Ⅱ级构造：河东-望儿山断裂带。6线至46线地段，走向20°至近南北，倾向北西至西，倾角一般45°-60°，宽20-100m。望儿山矿区床最大的Ⅰ-1号矿体及现正在开采的Ⅰ号矿体均位于其下盘。

Ⅲ级构造：河东-望儿山主断裂带上、下盘与主断裂近于平行的同序次一级构造。

2 地表岩移观测站的布设与观测

焦家金矿望儿山矿区共在矿区布设观测点79个，从2001年开始该区的沉陷观测，并根据地形及测量技术设计观测方法，采用水准测量，全站仪技术开展了岩移观测工作，获得了较全面、完整的观测数据。

2.1观测线的布设

2.1.1 观测线的布设

根据最大下沉值，在倾向主断面上确定出地表最大下沉点，通过该点沿矿体走向做剖面线，并确定开采影响范围的边界点。从而决定在望儿山矿区地表岩移观测站的基础上，选择35个点形成四条观测线，

2.2 观测内容

地表移动观测的基本内容是：在采动过程中，定期地、重复地测定观测线上各测点在不同时期内空间位置变化。地表移动观测工作可分为：观测站的控制测量，全面观测，单独进行水准测量，地表破坏的测定和编录。

2.2.1控制测量

在井下未采动前（或观测点未采动影响前），为了确定观测站与开采工作面之间的相互位置关系，首先需要测定各控制点的坐标。

2.2.2全面观测

矿区控制测量结束后，需测定各观测点的初始状态。观测内容包括：测定各测点的平面位置和高程，各测点的距离，各测点偏离方向的距离，记录地表原有的破坏状况，并做出素描。

日常观测工作是首次和末次全面观测之间适当增加的水准测量工作。首先，为判定地表是否开始移动，在回采工作面推进一定距离（相当于0.2－0.5H0）后，在预计可能首先移动的地区内，选择几个测点，在时间间隔内进行多次水准测量，以便及时发现测点下沉的趋势，确定地表开始移动的时间。开采过程中，仍需要重复进行水准测量，重复测量的时间间隔视地表下沉的速度而定，一般是每隔0.5－3个月观测一次。

地表移动全过程，按下沉速度划分成三个时期：（1）初始期：50mm/月（3）衰退期：

在地表移动活跃期，要进行加密水准测量，以便确定下沉的动态过程，同时，还经常地进行巡视观测，为确定地表动态移动与变形提供依据。

3观测站数据处理与变形量计算

3.1.1 计算输出

本报告基于地理信息平台MapInfo开发设计的MSSFS系统绘制了各个点的下沉图、倾斜图、曲率图，该系统突出了GIS在矿区地表沉陷预计系统中的空间数据的管理、分析和可视化优势。由各测点多期的高程数据和平面坐标数据，运用该系统计算了各条线的各期垂直变形值。垂直变形值主要包括各个点下沉、倾斜、曲率、下沉速度等值；如表3.1至表3.4所示。从表中可以清楚的看到地表点在整个沉降期内移动与变形情况，也反映了整个测线在不同时间内的移动与变形分布。

表3.1望儿山矿区南北线1垂直计算成果表

表3.2 望儿山矿区南北线2垂直计算成果表

表3.3望儿山矿区东西线垂直计算成果表

4望儿山矿区地表变形预测

从以上数据及图表可以很直明显观的看出老采空区的沉降情况，在2005年以前，沉降基本处于一种浮动的稳定状态，2005年后开始下沉，2006年和2007年下沉速度增大。 根据沉降点的位置及累计沉降值，绘制了采空区沉降等值线图，可直观的显示出地表沉降情况：

4.1变形较大点变形预测

为更好得了解望儿山矿区的地表岩移情况，通过几年来的观测数据，对个别下沉较大的点27、28、45、66进行预测。即通过已知数据建立适当的数学模型。并通过建立的模型对其进行预测。

表4.12001年12月-2007年7月27号点累计下沉观测资料

表4.22001年12月-2007年7月28号点累计下沉观测资料

表4.3 2001年12月-2007年7月42号点累计下沉观测资料

4.1.1 线性回归

用MATLAB7.0进行一元线性回归求得27，28，42，66四点的预测方程

如下：

27号点： y1= 8.3444*x -134.6598 (4.1)

28号点： y2=8.3408*x -141.3414 (4.2)

42号点： y3= 4.8721*x-91.7104(4.3)

66号点：y4= 6.9426*x -131.1014 (4.4)

表4.4预测值与观测值对比表

三次多项式拟合

用MATLAB7.0直接进行三次多项式求得27，28，42，66四点的预测方程如下：

27号点：y1=0.0003*x^3+0.1322*x^2-3.4703*x+36.6066 (4.5)

28号点：y2=0.003*x^3-0.139*x^2+3.5405*x-8.0141 (4.6)

42号点： y3=0.0031*x^3-0.2196*x^2+5.5762*x-31.8998 (4.7)

66号点： y4=0.0018*x^3-0.0329* x^2+ 0.2820*x-0.9799(4.8)

表4.5预测值与观测值对比表

计算中误差：

对比分析可知以上各种插值方法中三次多项式拟合插值最好。

主要参考文献

1.李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社,2005.3

2.伊晓东、李保平主编.变形监测技术及应用[M].郑州：黄河水利出版社，2006.11

3.栾元重等主编.采动损害观测技术[M].青岛：地震出版社，2000.12

4.栾元重等主编.变形观测与动态预报[M].气象出版社, 2002.8

5.煤炭科学研究院开采所编著.煤矿地表移动与覆岩破坏规律及应用[M].北京：煤炭工业出版社，1981

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。