GIS结合MSPS在煤矿开采沉陷预计中的应用

摘要：本文在煤矿开采沉陷预计工作中引入GIS技术以及MSPS

技术，就其实施要点进行了分析与研究，希望能够引起各方关注与重视。

关键词：GIS MSPS 煤矿 开采沉陷 预计

某煤矿开采工作面以10煤层为主要开采对象，开采深度在465.0m左右。1#工作面回采长度为650.0m，倾向宽度为180.0m，采厚为4.2m；2#工作面回采长度为710.0m，倾向宽度为180.0m，采厚为3.6m。本开采区域内所对应的设计生产能力为60.0×104t/a。结合该实际案例，本文展开对煤矿开采沉陷预计相关问题的分析工作。

1 预计参数

对于特定开采作业而言，预计参数为常数项，而对于不同开采作业而言，预计参数则表现为变量。可作用于预测作业的方法众多，应当结合开采区域的特殊地质条件以及预计要求进行选择使用。对于本文所研究的MSPS系统而言，预测方法为概率积分法。本方法下，所涉及到的评估指标包括以下多个方面：一是下沉系数，二是水平移动系数，三是主要影响角正切系数，四是拐点偏距系数。

在本工程中，初次采动所对应的采动系数以及重复采动所对应的采动系数取值均等，参照现行标准中矿区地表形态变化实测参数，根据地表沉陷系数取值，设置为1：1，同时，对应的主要影响角正切系数取值为1.7，水平移动系数取值为0.3，拐点偏距参数取值为0。

2 开采沉陷预计分析

在MSPS系统干预下，对于煤矿开采沉陷的预计可以根据矿区的回采阶段以及采区的不同加以灵活的设置。结合本工程具体情况来看，所对应的工作面沉陷预计下沉等值线示意图如下图所示（见图1）。

结合图1来看，认为在采空区开采尺寸持续扩大并达到一定范围的情况下，开采作业的实施会对地表产生一定的影响，主要表现为变形或移动。随着时间的推移，地表可能形成面积高于采空区的下沉盆地。更加关键的一点在于：在地表下沉稳定的过程当中，采空区中央可检出最大下沉值。

同时，由于GIS空间模型具有良好的可视化、美观性、以及直观性优势，能够支持对包括采掘工程平面图、煤层底板等值线图、以及井上下行对照图等基础资料的收集整理，将在CAD软件环境下的图形转换为可供GIS所识别的环境图形。然后通过数字化处理，建立拓扑关系以及属性表的方式，最终得到该工作区内的GIS空间模型。

在综合对GIS技术处理以及MSPS技术处理的条件下，该工作面走向A-B主断面以及倾向C-D主断面对应的下沉值、斜率、移动、变形关系可如下图所示（见图2～图3）。

结合图2～图3当中的相关数据来看，认为对于工作面走向A-B主断面而言，伴随采空区走向方向，主断面对应的下沉参数、倾斜参数、移动参数、以及变性参数均有一定的增长趋势。同时，图2中反映，地表最大下沉值出现在主断面750.0m为主，最大值为2.6m，且下沉值在盆地边界点A点以及B点位置达到零值状态。同时，倾斜移动曲线以及水平移动曲线上均可见对应的正极值以及负极值。结合图2，在主断面450.0m位置，出现了最大正极值，倾斜移动曲线对应取值为2.2mm/m，水平移动曲线对应取值为160.0mm（在正极值条件下，曲率取值以及水平变形取值均为零）；同时，在主断面1130.0m为主，出现了最大负极值，倾斜移动曲线对应取值为1.99mm/m，水平移动曲线对应取值为57.0mm。而对于倾向C-D主断面而言，由于其具有非充分采动的特点，结合其所对应的开采沉陷剖面示意图认为：本倾向下主断面所对应的地表下沉值最大值取值为2.6m，出现在倾向470.0mm位置，对应的倾斜取值以及水平移动取值均为零。除此以外，随着剖面线的向外延伸，C点以及D点所对应的下沉值有一定的下降趋势，与之相对应的变形取值、曲率取值、倾斜取值、移动取值均为零值。

3 预计效果分析

在本煤矿正式展开工作面开采作业以后，使用全部冒落法对工作面顶板进行管理。现场监测数据结果显示：在回采工作面范围持续扩大的条件下，对应的地表塌陷盆地面积也呈现出了一定的扩大趋势。开采作业实施2年以来，形成移动下沉盆地总面积为260.0hm2，同期所形成积水区总面积达到95.0hm2。前期所预计工作面预测移动下沉盆地中心位于采空区中央位置，形状与矩形回采工作面采空区塌陷所形成下沉盆地形状有高度一致性。且采空区塌陷积水区范围与下沉等值线吻合度高。故而认为在引入GIS以及MSPS技术的背景之下，煤矿开采过程当中开采沉陷地表移动变形问题得到了精确的预计，预测效果可靠。

4 结束语

在矿产资源开采作业的实施过程当中，受到开采技术方案实施的影响，将导致开采区域周边岩体结构的应力平衡关系被打破，对应的应力重新分布。在此过程当中，可能导致岩层结构，甚至是地表部分区域出现移动、开裂、以及冒落等相关的问题，最终产生开采沉陷。若开采前期缺乏对开采沉陷的预计，将可能导致煤炭资源的严重浪费，且无法保障开采作业的安全、稳定推进。为解决这一问题，有必要将GIS技术与MSPS相互融合，共同作用于对煤矿开采沉陷的预计工作中，效果确切，值得重视。

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