磷矿采区下沉观测.doc

磷矿采区下沉观测 引言 地下矿山在开采出有用矿物后，矿区的岩体、地貌原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，以达到新的平衡。在此过程中，地表、岩层会产生连续或非连续的变形、移动进而引起地表沉陷。矿区因开采引起的沉陷的复杂性表现在空间和时间两个方面从空间上来说，当矿物的埋藏深度较深，地下开采范围比较小时，开采沉陷影响的范围仅体现在开采区域周围；当矿物的埋藏深度较浅，地下开采范围比较大时，沉陷的影响可能直接表现在地表的移动上。从时间方面来说，在矿物开采的不同阶段，对地下岩体的影响程度是不同的，因此表现的开采沉陷的程度和形式也不同，即开采沉陷是“动态的”。为了提高矿产资源的利用率，为留设保安矿柱提供依据，掌握地表移动的基本规律，防止灾害性事故的发生，对矿区开采引起的沉陷进行监测具有十分重要的意义。 １ 某磷矿区域的地质类型概况 贵州某磷矿为一特大型海相沉积磷块岩矿床，呈广大的区域性带状或面状分布。矿体走向长１７．５ｋｍ，宽２．５～４ｋｍ。该磷矿区的地质性质与松散物坡积地形、存在软弱层面的地层类似，故也存在矿区开采沉陷的可能性。 ２ 矿区沉陷观测的方法 ２．１ 仪器简介 该矿区 采 用 的 测 绘 仪 器 型 号 为ＰＥＮＴＡＸＳＭＴ８８８－３Ｇ，是新一代高精度卫星定位产品。该测绘仪系１３６通道ＡｓｔｅＲｘ２ｅＧＮＳＳ接收机，包括Ｌ１／Ｌ２／Ｌ２Ｃ ＧＰＳ，ＧＬＯＮＡＳＳ ａｎｄ ＳＢＡＳ，定位精度ＲＴＫ（ＣＭＲ，ＲＴＣＭ Ｖ２．２／２．３／３．０ＶＲＳ，ＦＫＰ）水平为１ｃｍ ＋ １ｐｐｍ，垂直为１．５ｃｍ ＋１ｐｐｍ；静态观测精度水平为２ｍｍ ＋ ０．５ｐｐｍ，垂直为５ｍｍ ＋０．５ｐｐｍ。 ２．２ 利用测绘ＲＴＫ技术观测地表沉陷的方法 ＲＴＫ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）测绘新技术是数据传输技术与载波相位测量相结合，以载波相位测量为依据，为实时差分的ＧＰＳ高效定位技术。矿山开采沉陷监测作业系统主要由以下几部分组成ＲＴＫ基站、ＲＴＫ移动站、信号发射系统、电脑及数据链。测绘过程包括准备、采集数据以及内业处理。 ２．２．１ 准备 建立ＲＴＫ矿山开采沉陷观测网。在矿山开采沉陷影响区域范围以外的稳定区域布设４个永久性控制点，作为计算观察点下沉与移动的参照点。其控制点应符合国家测绘规范规定。ＲＴＫ静态控制按国家Ｄ级网施测，然后应用三维计算方法，解算出西安８０坐标系与８４坐标系的转换参数，从而建立ＲＴＫ矿山开采沉陷观测网。根据矿山开采巷道、采空区情况，地质构造以及地表地形，在塌陷区内合理布设各观测点。观测点的布设不需考虑点与点之间的通视因素，观测线可穿过建筑物、山体或其他障碍物体。 ２．２．２ 数据采集 采用３台测绘仪对磷矿开采沉陷区域进行观测。以静态测量模式进行观测，并进行数据采集，其水 平 精 度 为２ｍｍ ＋０．５ｐｐｍ，垂 直 精 度 为５ｍｍ ＋０．５ｐｐｍ。ＰＥＮＴＡＸ ＳＭＴ８８８－３Ｇ型ＲＴＫ设备作业要求ａ．能够接受到的有效卫星数大于８个；ｂ．卫星高度角大于等于１５ｏ；ｃ．有效观测时间大于等于８ｍｉｎ；ｄ．观测时间≥２０ｍｉｎ，时段的观测数大于等于２；ｅ．采样数据间隔为１０～２２ｓ；ｆ．时间的精度强弱度与三维坐标小于等于１０。 ２．３ 资料收集与观测数据的处理 为了更好地分析观测数据，在处理数据时需要参考以下资料 ａ．井上下对照图及井巷开采布置图，从而能准确地掌握地面与井下开采的相对位置。 ｂ．矿区开采沉陷区域的相关地质资料水位地质图、地质剖面图等。 ｃ．矿体开采的各项参数采矿方法、巷道布设、开采厚度、工作面推进速度、采空区位置等。 ｄ．矿体开采沉陷区域以前观测的沉降资料。 观测数据处理步骤为基线向量解算，核对基线向量解算和原始数据的准确性，做二维约束平差、三维自由网约束平差和高程拟合计算具体步骤如下 ａ．原始数据处理整理原始数据，生成数据信息文件。 ｂ．独立极限解算与校核数据质量。 ｃ．各项数据校核结果满足测绘技术规范，按８４坐标系进行无约束平差，得出测站精确的大地坐标。 ｄ．确定无约束平差观测数据有效后，进行二维约束平差。 ｅ．进行高程拟合计算，通过坐标转换参数，得出西安８０三维坐标。３ 对开采沉陷观测区域利用ＲＴＫ技术进行可靠性分析 ３．１ 传统方法测量地表沉陷观测点的误差分析 传统方法是采用附合导线测量得出平面坐标，采用水准测量得出高程坐标。 ３．１．１ 平面精度分析。 开采沉陷区域长约５ｋｍ，如果采用导线测量，附合导线长５ｋｍ，导线的中点是最弱点。附合导线测量仪器采用宾得Ｒ－４２２Ｎ型全站仪（精度测角２“ ，测距２＋２ｐｐｍ Ｄ）。根据开采沉陷区域现场情况，为推算出导线最弱点的误差数据，假设导线是规则的附合导线，导线的长为Ｌ ＝ ２５０ｍ，观测测站数ｎ等于２０，国家四等测角精度要求中误差ｍβ等于２．５“，则测距中误差为 ３．１．２ 高程数据精度分析 开采沉陷区域的走向线为５ｋｍ的附合水准线路，根据测绘规范水准线路中点是最弱高程点误差所在处。按国家四等水准测量进行施测，每公里高程中误差Ｍｗ等于１０ｍｍ，最弱点高程误差 ３．２ 采用ＲＴＫ技术对开采沉陷观测进行误差分析 ３．２．１ 平面数据精度分析 利用型号为ＰＥＮＴＡＸ ＳＭＴ８８８－３Ｇ的ＧＰＳ进行静态观测，平面精度２ｍｍ ＋ ０．５ｐｐｍ。距离基站最远处为最弱点，即走向线终点处，距离为Ｄ ＝４ｋｍ，则 ３．２．２ 高程测量误差分析 用ＰＥＮＴＡＸ ＳＭＴ８８８－３Ｇ型ＧＰＳ进 行ＲＴＫ静态观测，垂直精度为５ｍｍ ＋ ０．５ｐｐｍ，距离基站最远处为最弱点，即走向线终点处，距离为Ｄ ＝４ｋｍ，则由上面各公式的推导结果，可以从理论上采用ＲＴＫ技术进行实测，所得测绘的平面精度和高程精度都高于水准测量和附和导线测量。通过以上推断，在理论上利用ＲＴＫ技术监测该矿开采沉陷观测的可靠性优于传统测绘方法。 ４ 结论 在使用ＰＥＮＴＡＸ ＳＭＴ８８８－３Ｇ型ＧＰＳ－ＲＴＫ时要注意以下几点ａ．要确保宾得手簿和移动站之间的距离，当二者之间的距离过大时，信号会失锁，此时要用已知点进行校核。ｂ．在贵州地区上午卫星信号比较好，在进行高精度测量时应选择该时间段。ｃ．贵州地区是山区，在利用ＲＴＫ进行测量时，容易受到信号多路径的影响 ，在进行矿山开采沉陷观测时，如果观测值出现异常，应移动基站位置，对观测点进行复核。