煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

張仟仟+孔慶蒙

摘 要：煤礦開采過程中會出現(xiàn)沉陷問題，地表會發(fā)生下沉、水平位移、變形等現(xiàn)象。如果變形的數(shù)值超出了可控范圍就會影響到礦井生產(chǎn)的安全以及礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。設(shè)計完善的煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要是為了實(shí)時獲取地表變形的相關(guān)數(shù)據(jù)，為采取控制措施提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤礦開采，沉陷，監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.058

1 煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

（1）系統(tǒng)組成。煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)以GNSS CORS技術(shù)、GIS技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、現(xiàn)代測量數(shù)據(jù)處理技術(shù)等為支撐，將GNSS、全站儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀及PDA設(shè)備進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集、傳輸及分析。

整個監(jiān)測系統(tǒng)主要包括基準(zhǔn)站、連續(xù)實(shí)時監(jiān)測站、非連續(xù)實(shí)時監(jiān)測站?；鶞?zhǔn)站多是一個，可建在礦區(qū)辦公樓定，主要是用來提供監(jiān)測基準(zhǔn)。連續(xù)實(shí)時監(jiān)測站可根據(jù)礦區(qū)生產(chǎn)的需要建設(shè)多個，主要布置在觀測線的關(guān)鍵位置，采取定時實(shí)時監(jiān)測方式。非連續(xù)實(shí)時監(jiān)測站則更多，采用準(zhǔn)實(shí)時、事后監(jiān)測方式。

（2）系統(tǒng)功能。煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是實(shí)時監(jiān)測煤礦開采過程中地表發(fā)生的沉降、移動、變形、傾斜等現(xiàn)象，掌握地表的運(yùn)動狀態(tài)和變化趨勢。并對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理分析，為開采沉陷的防控提供依據(jù)。因此該系統(tǒng)的具體功能包括數(shù)據(jù)的收集、傳輸、處理、分析、存儲。

（3）系統(tǒng)軟件設(shè)計思路。煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)軟件主要由數(shù)據(jù)監(jiān)控中心軟件（DMCS）、礦山開采沉陷綜合數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)軟件包（MISPAS）、實(shí)時數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)軟件（CAuto Terms）三大軟件構(gòu)成。三大軟件的模塊設(shè)計主要是根據(jù)功能的需要和安排進(jìn)行，其具體設(shè)計如下。

數(shù)據(jù)監(jiān)控中心軟件主要的模塊有：用戶與工程管理模塊、基準(zhǔn)站串口與通訊模塊、基準(zhǔn)站運(yùn)行監(jiān)測模塊、監(jiān)測站運(yùn)行監(jiān)測模塊等。

礦山開采沉陷綜合數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)軟件包主要的模塊有：開采沉陷參數(shù)解算模塊、開采沉陷損害評價分析模塊、地表移動變形分析模塊、地表移動變形預(yù)計模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊等。

時數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)軟件主要的模塊有：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、文件管理模塊、查詢編輯模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊等。

（4）數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)以上煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)的軟件組織以及功能來看，需要設(shè)計的數(shù)據(jù)庫主要包括基本信息數(shù)據(jù)庫、操作日志數(shù)據(jù)庫、圖形數(shù)據(jù)庫以及各監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)庫等。

在設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該考慮到煤礦開采地區(qū)水文地質(zhì)條件的特殊性，以及隨著開采范圍和開采深度的擴(kuò)大，地質(zhì)水文狀況及其相關(guān)數(shù)據(jù)也會有所變化。對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中關(guān)于這些地質(zhì)水文相關(guān)的原始數(shù)據(jù)必須隨著礦區(qū)地質(zhì)報告的修整而進(jìn)行修改。

（5）系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)是煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)能夠運(yùn)用的基礎(chǔ)。系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)包括數(shù)據(jù)監(jiān)控中心軟件、MISPAS軟件包、移動終端軟件。

數(shù)據(jù)監(jiān)控中心軟件負(fù)責(zé)定位、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備監(jiān)控、成果輸出等作用。主界面要足夠清晰簡單，對重要內(nèi)容進(jìn)行突出，便于用戶快速的獲取需要的信息。

MISPAS軟件包作為礦山開采沉陷綜合處理軟件集成，由于包含的內(nèi)容較為復(fù)雜，因此操作界面相對復(fù)雜，操作難度相對較大。其優(yōu)點(diǎn)是軟件可以在軟件包下集成運(yùn)行，也可以單獨(dú)運(yùn)行。

移動終端軟件作為實(shí)時數(shù)據(jù)采集終端的控制軟件，其主界面主要包括網(wǎng)絡(luò)操作、工程管理、導(dǎo)入地圖、系統(tǒng)設(shè)置等部分。同樣作為用戶使用軟件，其界面應(yīng)盡量簡潔，突出重點(diǎn)。

2 煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

某礦業(yè)有限責(zé)任公司為其礦區(qū)設(shè)計了一套煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括1個基準(zhǔn)站、9個連續(xù)實(shí)時監(jiān)測站和60個非連續(xù)實(shí)時監(jiān)測站。其具體的系統(tǒng)組成狀況如圖1所示。

該系統(tǒng)不僅能夠用于監(jiān)測煤礦開采過程中的地表沉陷狀況，也可以用于水庫大壩、大型橋梁、高層建筑等工程中。

在具體應(yīng)用過程中，該系統(tǒng)完整的收集了礦區(qū)開采過程中地表下沉、位移、變形相關(guān)數(shù)據(jù)，成功預(yù)測了地面沉陷的發(fā)展趨勢，并采取相關(guān)措施，將沉陷狀況控制在合理范圍內(nèi)，避免變形進(jìn)一步擴(kuò)大，影響到礦井安全生產(chǎn)以及礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊旭，余學(xué)祥，張迎偉.煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].測繪工程，2015（09）：40.

[2]蔣法文，劉可勝，杭玉付等.煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測實(shí)時數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)研究[J].礦山測量，2014（05）：94.

[3]呂偉才，高井祥，蔣法文等.煤礦開采沉陷自動化監(jiān)測系統(tǒng)及其精度分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015（06）：847.

作者簡介：張仟仟，男，山東濟(jì)寧人，本科，主要從事煤礦技術(shù)工作。