二等水准测量在矿区沉降形变监测中的应用

冯国庆

（江苏科信岩土工程勘察有限公司，江苏 南京 210000）

矿区沉降形变是由于地下深部资源开发，导致临空岩层受力结构发生变化，进而引起上覆岩层弯曲变形、破裂、甚至塌陷等一系列工程地质现象。矿山开采区地表沉降形变普遍存在，但过度的形变可能导致上覆岩层塌陷，造成生命财产安全损失等[1]。因此，加强矿区开采区地表沉降形变监测至关重要，常用的方法有InSAR技术、GPS技术等[2]。本文以二等水准测量技术为研究对象，分析该技术在矿区沉降形变监测中的应用效果。

1 研究区概况

矿区地形地貌属于地山丘陵地区，区内地形复杂多变，总体上具有北东高、南西低的趋势，矿区见一条常年性地表河流自北东向南西流出矿区。矿区以铜金矿产为主，开采历史较悠久，形成了大量的地下开采空洞，地表沉降形变问题日益严重。为了更好的服务于矿山建设，本文选择二等水准测量技术对矿区进行沉降监测。

2 监测方法及布设原则

2.1 监测方法概述

二等水准测量技术采用的高程基准为1985国家高程基准，监测仪器采用数字水准仪。本次监测主要针对矿区范围内分布的42个水准点多年来采集的高程数据进行对比分析，进而分析矿区不同区域的沉降规律、沉降量等[3]。在观测之前，对数字水准仪进行校对和检核处理，以及观测过程中对气候条件等的选择均严格按照相应标准规范执行，对于超差监测区域进行了重测或者补测工作。在使用水准仪之前均使用仪器自带的i角测定程序进行测定，并存储在仪器中，若所测i角结果与上次测量结果大于3分以上，需要重新测量，直至i角在误差范围内位置。

2.2 监测点位选择

水准点的选择是影响监测结果准确性和可靠性的基础，因此，水准点的选择必需选择在地基稳定的区域，不易将水准点布设在沉降区内，防治水准点沉降量较大而导致监测结果错误。此外，水准点必需选择在视野开阔的区域和有利于保存的区域。对于基岩水准点来说，应该选择在基岩露头上，也可以选择在高架桥墩等部位[3]。监测点是分析矿区沉降形变规律的基础，应该均匀分布在监测范围内，为不同区域沉降形变规律分析奠定基础。在水准测量点以及监测点布设过程中，应该选择两个已知的高程点作为起始点和检核点，本次根据矿区地形地貌以及植被覆盖状况，在监测矿区共布设水准点16个，监测点共26个。

3 数据处理与分析

3.1 监测结果

本文汇总了2016年至2019年期间的监测数据，包括已知点、水准点和监测点的数据，由于本文汇总监测数据量大，因此本文仅选择部分监测数据，并采用自定义坐标系统表达（表1）。其中，已知点标注为“T”，监测点标准为“C”。

表1 研究区部分监测数据统计表

C4 115.312 115.322 115.318 115.317 C5 104.294 104.301 104.296 104.297 C6 104.865 104.873 104.868 104.869 C7 111.428 111.434 111.429 111.434 C8 96.621 96.621 96.607 96.608

3.2 研究区沉降规律分析

本次统计的监测数据时间跨度较长，由于其他外在因素的影响，个别监测点遭到破坏，为了不影响最终的监测精度，本文将破坏的监测点相应的监测数据舍去，保留了监测点位完好的监测数据，共获得38个监测点的监测数据进行了沉降规律分析。以已知的两个水准点为起始值进行坐标系统的换算，将自定义坐标换算至相应要求的统一坐标系统下，并对不同年限所获得的数据进行分析，总结不同时间段内矿区地表沉降规律的变化状况。根据统计发现，自2016年至2019年，沉降量最大的部位位于矿区中东部，且沉降量较大的区域呈漏斗状，反映了该区域岩层的应力状况变化较大，对应于2016年之前已经存在的开采空洞区，但是该区域的沉降速率却相对较小，可能是开采之前应力平衡被打破后随着长时间应力结构的变化逐渐趋于新的应力平衡所致；而2016年之后形成的开空区上部地表沉降量相对较小，但是沉降速率却大于2016年之前形成开空区上部地表沉降的速率，说明该部分区域的应力结构从初始打破平衡向下一步平衡状况趋近。对监测区域沉降量统计发现，矿区最大沉降可达52 mm，最小沉降量为3mm，沉降量大于50mm的区域占据总沉降区的1.2%，沉降量介于30mm～50mm之间的区域占据总沉降面积的10.8%，沉降量介于10mm～30mm的区域占据总沉降面积的20.7%，沉降量介于0mm～10mm的区域占总沉降面积的67.3%。通过沉降规律分析，矿区地表沉降形变总体上不大，属于较稳定型，但局部区域沉降量较大，应防止塌陷等问题出现，井下巷道以及开空区应及时回填，防止冒顶等事故发生。

4 结语

综上所述，二等水准测量技术在矿区沉降形变监测中取得了较好的监测效果，根据某矿区沉降形变监测实例，获得矿区最大沉降量可达52 mm，最小沉降量为3mm，其中沉降量介于0mm～10mm的区域占总沉降面积的67.3%，总体上认为矿区地表沉降不大，属于较稳定型。此外，沉降量最大的区域与2016年之前形成的采空区耦合性较好，说明本次的监测结果是可靠的，能够反映矿区的实际形变规律。因此，二等水准测量技术在矿区地表沉降形变监测中具有较好的应用效果，能够推广使用。