GIS結(jié)合MSPS在煤礦開采沉陷預(yù)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：本文在煤礦開采沉陷預(yù)計(jì)工作中引入GIS技術(shù)以及MSPS

技術(shù)，就其實(shí)施要點(diǎn)進(jìn)行了分析與研究，希望能夠引起各方關(guān)注與重視。

關(guān)鍵詞：GIS MSPS 煤礦 開采沉陷 預(yù)計(jì)

某煤礦開采工作面以10煤層為主要開采對象，開采深度在465.0m左右。1#工作面回采長度為650.0m，傾向?qū)挾葹?80.0m，采厚為4.2m；2#工作面回采長度為710.0m，傾向?qū)挾葹?80.0m，采厚為3.6m。本開采區(qū)域內(nèi)所對應(yīng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60.0×104t/a。結(jié)合該實(shí)際案例，本文展開對煤礦開采沉陷預(yù)計(jì)相關(guān)問題的分析工作。

1 預(yù)計(jì)參數(shù)

對于特定開采作業(yè)而言，預(yù)計(jì)參數(shù)為常數(shù)項(xiàng)，而對于不同開采作業(yè)而言，預(yù)計(jì)參數(shù)則表現(xiàn)為變量?？勺饔糜陬A(yù)測作業(yè)的方法眾多，應(yīng)當(dāng)結(jié)合開采區(qū)域的特殊地質(zhì)條件以及預(yù)計(jì)要求進(jìn)行選擇使用。對于本文所研究的MSPS系統(tǒng)而言，預(yù)測方法為概率積分法。本方法下，所涉及到的評估指標(biāo)包括以下多個方面：一是下沉系數(shù)，二是水平移動系數(shù)，三是主要影響角正切系數(shù)，四是拐點(diǎn)偏距系數(shù)。

在本工程中，初次采動所對應(yīng)的采動系數(shù)以及重復(fù)采動所對應(yīng)的采動系數(shù)取值均等，參照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中礦區(qū)地表形態(tài)變化實(shí)測參數(shù)，根據(jù)地表沉陷系數(shù)取值，設(shè)置為1：1，同時，對應(yīng)的主要影響角正切系數(shù)取值為1.7，水平移動系數(shù)取值為0.3，拐點(diǎn)偏距參數(shù)取值為0。

2 開采沉陷預(yù)計(jì)分析

在MSPS系統(tǒng)干預(yù)下，對于煤礦開采沉陷的預(yù)計(jì)可以根據(jù)礦區(qū)的回采階段以及采區(qū)的不同加以靈活的設(shè)置。結(jié)合本工程具體情況來看，所對應(yīng)的工作面沉陷預(yù)計(jì)下沉等值線示意圖如下圖所示（見圖1）。

結(jié)合圖1來看，認(rèn)為在采空區(qū)開采尺寸持續(xù)擴(kuò)大并達(dá)到一定范圍的情況下，開采作業(yè)的實(shí)施會對地表產(chǎn)生一定的影響，主要表現(xiàn)為變形或移動。隨著時間的推移，地表可能形成面積高于采空區(qū)的下沉盆地。更加關(guān)鍵的一點(diǎn)在于：在地表下沉穩(wěn)定的過程當(dāng)中，采空區(qū)中央可檢出最大下沉值。

同時，由于GIS空間模型具有良好的可視化、美觀性、以及直觀性優(yōu)勢，能夠支持對包括采掘工程平面圖、煤層底板等值線圖、以及井上下行對照圖等基礎(chǔ)資料的收集整理，將在CAD軟件環(huán)境下的圖形轉(zhuǎn)換為可供GIS所識別的環(huán)境圖形。然后通過數(shù)字化處理，建立拓?fù)潢P(guān)系以及屬性表的方式，最終得到該工作區(qū)內(nèi)的GIS空間模型。

在綜合對GIS技術(shù)處理以及MSPS技術(shù)處理的條件下，該工作面走向A-B主斷面以及傾向C-D主斷面對應(yīng)的下沉值、斜率、移動、變形關(guān)系可如下圖所示（見圖2～圖3）。

結(jié)合圖2～圖3當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)來看，認(rèn)為對于工作面走向A-B主斷面而言，伴隨采空區(qū)走向方向，主斷面對應(yīng)的下沉參數(shù)、傾斜參數(shù)、移動參數(shù)、以及變性參數(shù)均有一定的增長趨勢。同時，圖2中反映，地表最大下沉值出現(xiàn)在主斷面750.0m為主，最大值為2.6m，且下沉值在盆地邊界點(diǎn)A點(diǎn)以及B點(diǎn)位置達(dá)到零值狀態(tài)。同時，傾斜移動曲線以及水平移動曲線上均可見對應(yīng)的正極值以及負(fù)極值。結(jié)合圖2，在主斷面450.0m位置，出現(xiàn)了最大正極值，傾斜移動曲線對應(yīng)取值為2.2mm/m，水平移動曲線對應(yīng)取值為160.0mm（在正極值條件下，曲率取值以及水平變形取值均為零）；同時，在主斷面1130.0m為主，出現(xiàn)了最大負(fù)極值，傾斜移動曲線對應(yīng)取值為1.99mm/m，水平移動曲線對應(yīng)取值為57.0mm。而對于傾向C-D主斷面而言，由于其具有非充分采動的特點(diǎn)，結(jié)合其所對應(yīng)的開采沉陷剖面示意圖認(rèn)為：本傾向下主斷面所對應(yīng)的地表下沉值最大值取值為2.6m，出現(xiàn)在傾向470.0mm位置，對應(yīng)的傾斜取值以及水平移動取值均為零。除此以外，隨著剖面線的向外延伸，C點(diǎn)以及D點(diǎn)所對應(yīng)的下沉值有一定的下降趨勢，與之相對應(yīng)的變形取值、曲率取值、傾斜取值、移動取值均為零值。

3 預(yù)計(jì)效果分析

在本煤礦正式展開工作面開采作業(yè)以后，使用全部冒落法對工作面頂板進(jìn)行管理?，F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：在回采工作面范圍持續(xù)擴(kuò)大的條件下，對應(yīng)的地表塌陷盆地面積也呈現(xiàn)出了一定的擴(kuò)大趨勢。開采作業(yè)實(shí)施2年以來，形成移動下沉盆地總面積為260.0hm2，同期所形成積水區(qū)總面積達(dá)到95.0hm2。前期所預(yù)計(jì)工作面預(yù)測移動下沉盆地中心位于采空區(qū)中央位置，形狀與矩形回采工作面采空區(qū)塌陷所形成下沉盆地形狀有高度一致性。且采空區(qū)塌陷積水區(qū)范圍與下沉等值線吻合度高。故而認(rèn)為在引入GIS以及MSPS技術(shù)的背景之下，煤礦開采過程當(dāng)中開采沉陷地表移動變形問題得到了精確的預(yù)計(jì)，預(yù)測效果可靠。

4 結(jié)束語

在礦產(chǎn)資源開采作業(yè)的實(shí)施過程當(dāng)中，受到開采技術(shù)方案實(shí)施的影響，將導(dǎo)致開采區(qū)域周邊巖體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力平衡關(guān)系被打破，對應(yīng)的應(yīng)力重新分布。在此過程當(dāng)中，可能導(dǎo)致巖層結(jié)構(gòu)，甚至是地表部分區(qū)域出現(xiàn)移動、開裂、以及冒落等相關(guān)的問題，最終產(chǎn)生開采沉陷。若開采前期缺乏對開采沉陷的預(yù)計(jì)，將可能導(dǎo)致煤炭資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，且無法保障開采作業(yè)的安全、穩(wěn)定推進(jìn)。為解決這一問題，有必要將GIS技術(shù)與MSPS相互融合，共同作用于對煤礦開采沉陷的預(yù)計(jì)工作中，效果確切，值得重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]許家林，朱衛(wèi)兵，李興尚等.控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術(shù)研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（1）：6-11.

[2]曹麗文，姜振泉.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在煤礦開采沉陷預(yù)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，31（1）：23-26.

[3]石秀偉，李晶，趙換新等.基于ArcGIS的煤礦開采沉陷預(yù)測與可視化分析[J].金屬礦山，2012（9）：103-106，166.