矿山开采沉陷观测37页PPT

定期监测和评估治理措施的实施效果，根据评估结果调整治理方案， 确保治理效果达到预期目标。
经验教训
总结矿区沉陷治理的经验教训，为类似矿区的治理提供借鉴和参考。
05
矿山开采沉陷观测的未来发 展
智能化沉陷观测技术
自动化数据采集
利用无人机、遥感等技 术实现沉陷观测数据的 自动化采集，提高数据 获取的效率和精度。
人工智能分析
利用机器学习、深度学 习等技术对沉陷观测数 据进行智能分析，实现 沉陷形态的自动识别和 预测。
实时监测预警
通过物联网、云计算等 技术实现沉陷区的实时 监测和预警，及时发现 潜在的安全隐患。
沉陷观测数据共享与服务平台
数据整合
将不同来源、不同格式的沉陷观测数据进行整合， 形成统一的数据共享平台。
全自动沉陷观测站能够实现自动化数 据采集，减少人工干预，提高观测效 率和准确性。
全自动沉陷观测站采用高精度测量设 备，能够准确测量矿山开采沉陷的深 度、范围和变形量等参数。
实时监测
全自动沉陷观测站具备实时监测功能， 能够及时发现矿山开采沉陷的变化情况 ，为采取相应的应对措施提供依据。
GPS定位技术
沉陷产生的原因
地下矿藏开采
随着地下矿藏的开采，矿体周围的岩 层失去支撑，导致应力平衡破坏，引 起岩层移动和地表沉陷。
地下水流失
矿藏开采过程中，地下水被大量抽取 ，导致地下水位下降，土层失去水分 支撑，进而产生沉陷。
沉陷对环境的影响
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地表形态改变
沉陷使地表形态发生明显变化 ，形成塌陷坑或塌陷盆地，影
综合利用率。
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跨界合作
加强与其他领域的合作，如土地资源管理、环境保护等，共同推进矿区

（一）元素
组成地壳的元素达百余种，但占主要地位的 是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢等， 而以氧(46.6%)和硅(27.7%)为最多。
（二）矿物
矿物是地壳中一种或多种元素在各种地质作 用下形成的自然产物，具有比较固定的化学 成分和一定的物理性质与形态。
自然界中已发现的矿物有两千多种，绝大多 数呈固态，也有的呈液态（如水、石油和汞 等）和气态（如沼气）。但组成岩石的常见 矿物并不多，主要的仅20余种。
评价煤质的主要指标
水分和灰分： 挥发分： 固定碳： 胶质层厚度： 发热量： 硫、磷： 含矸率：
第三节 煤系地层和矿井地质构造
一、煤系地层与煤层赋存状态 （一）煤系 煤是在一定历史时期形成的具有成因联系
的大致连续沉积的一套含煤岩系。
（二）煤层的赋存状况
煤层是由植物体大量堆积，经成煤作 用形成的层状固体可燃矿产。 煤层的形态是指煤层赋存的几何形 态。
煤的成分：煤是由有机物和无机 物组成的复杂混合物。 主要元素组成：C、H、O、N、S、 Si、Al、 Ca、 Mg、 Fe
皖煤之歌
一、煤的成因分类： 可分为：①腐植煤，由高等植物 所形成的煤，其中以稳定组分为主的称残植煤；②腐 泥煤，主要由藻类和浮游生物等形成的煤，如藻煤、 胶泥煤等；③腐植腐泥煤，成煤原始物质，既有高等 植物，又有低等植物，如烛煤和煤精。 二、煤的产品品种分类： 按用途、加工方法和质量规 格共分精煤、粒级煤、洗选煤、原煤、低质煤等5大类， 28个品种。 三、煤的工业分类： 中国现行分类指标有两个：①煤 的可燃基挥发分，大体上反映煤化程度；②胶质层最 大厚度，反映煤的粘结性。根据这两个指标，将煤划 分成褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、 无烟煤以及不粘煤、弱粘煤等10大类和相应的24个小 类。

Excel
常用的数据处理和分析工具，具有 丰富的函数和图表功能。
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02
ArcGIS
强大的地理信息系统软件，用于空 间数据的处理和分析。
MATLAB
适用于数学计算和算法开发的高级 编程语言和交互式环境。
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数据处理与分析的方法
统计分析
运用统计学原理对矿山测量数据进行 描述性和推断性分析，如均值、方差 、回归分析等。
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矿山测量的应用领域
矿山的勘探与设计
矿区地形测绘
采掘工程设计
通过测量手段获取矿区地形地貌数据 ，为矿区规划设计提供基础资料。
根据测量数据和矿体模型，设计采掘 工程的布局和工艺流程。
矿体三维建模
利用测量数据建立矿体三维模型，为 矿山设计提供精确的矿体形态信息。
矿山的生产与运营
安全生产监测
通过实时监测和数据分析，确保矿山安全生产， 预防事故发生。
矿山测量面临的挑战与对策
挑战
随着矿山的开采深度和广度的增加，测量环境越来越复杂， 测量难度越来越大。同时，由于矿山的生产环境和安全条件 的限制，测量工作面临诸多困难。
对策
采用先进的测量设备和技术，提高测量精度和效率；加强测 量人员的培训和管理，提高测量队伍的素质和能力；加强与 采矿、地质等专业的合作，形成完整的矿山测量体系。
土地利用规划
根据测量数据和环境恢复情况，规划土地利用方式，促进矿区可持 续发展。
Hale Waihona Puke 04矿山测量的技术手段
全站仪的使用
全站仪概述
全站仪是一种集光、机、电、 算等技术于一体的智能化、多 功能测量仪器，广泛应用于矿
山测量领域。
全站仪的组成
全站仪主要由电子测距仪、电 子经纬仪和数据处理器组成， 能够实现距离、角度、高差等 测量。

2．观测站的设臵 （1）观测站的布设形式

观测站布设形式一般分为线状和网状两种。 网状观测站由于工作量大，材料消耗多，仅作理论研究 时才设臵。 线状观测站一般由沿矿体走向和倾向的观测线组成，在山 区也可以沿山坡滑动方向布设观测线。 观测线的形式又有全盆1 基本概念
（1）地表下沉：地表移动全向量的垂直分量，其单位为m 或mm。地表下沉的符号为W。如图。 Wi H i H 0i 式中，为i点计算时刻的高程；为i点的初始高程。
（2）地表水平移动：地表移动全向量的水平分量，其单位 为m或mm。地表下沉的符号为U。如图。
开采沉陷及其观测
朱宝训 测量与国土信息系
第一节.开采沉陷的基本模式
1. 开采沉陷：矿山有用矿物被采出以后，开采区 域周围的岩层和地表产生连续的移动、变形和非连 续的破坏（开裂、冒落等），这种现象称为“开采 沉陷”。 2.性质：从时间上说，开采沉陷是“动态的”或 “最终的”。从空间上来说，若地下开采的范围较 小、开采矿物的埋藏深度较大，则开采沉陷波及的 范围往往只局限于开采区周围的岩体；若开采的范 围较大、开采矿物的埋藏深度较小，则开采沉陷波 及的范围就会从岩体到地表，引起“地表移动”。
1 (S23 S34 ) 2 地表曲率也可以用其倒数，即曲率半径表示：
K 234
i34 i23
,
mm/m2或10－3/m
1/ k 。
地表曲率有正负之分，正曲率表示地表呈向上凸形弯曲，负曲 率表示地表呈现下凹形弯曲。
（5）水平变形 地表水平变形是地表移动盆地内一线段的两端点的水 平移动差与此线段长度之比，其单位与地表倾斜相同。
（3）巡视测量：在采空区上方选择几个观测线上的测点进行定期 水准测量以了解地表是否开始移动。观测的时间间隔视回采速度 而定，一般为3～7d。如果发现一些测点有明显的下沉（大于 50mm）可认为地表已开始移动，需进行全面观测。 在回采工作结束以后，地表点的移动逐渐转入衰退期，此时在停 采线两侧选择若干个测点进行定期的水准测量，期间隔时间视开 采深度和岩石顶板性质等具体条件而定，一般为1～3个月，直至 地表各段在6个月内的下沉量都不大于30mm，此时可进行采后 的全面测量。 （4）加密水准测量 此外，必须注意： （1）地表移动过程中的单项观测工作（高程测量，边长丈量等） 应尽可能在一天内完成（特别注意移动活跃期的测点），最多不 得超过两天。 （2）对控制点的高程必须定期进行检查，其间隔时间为1年左右， 如果水准基点距观测站较远，宜选择适当地点增设水准基点。

优化开采方法能够提高资源回收率，降低 地表沉陷和对环境的影响，提高矿井的经 济效益和社会效益。
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沉陷观测与评估
观测方法
全球定位系统（GPS）
用于测量地表移动和变形，具有高精度和高 效率的特点。
数字高程模型（DEM）
利用地形数据建立数字高程模型，分析地表 形变和沉降。
雷达干涉测量
通过比较不同时间拍摄的卫星图像，监测地 表沉降和变形。
经验四
加强与相关部门的沟通协调，形成有效的 合作机制。
谢谢您的聆听
THANKS
行业标准与规范
《煤炭工业发展规划》
该规划是煤炭行业发展的指导性文件， 对煤炭开采过程中的沉陷控制提出了 具体要求。
《煤矿环境保护办法》
该办法规定了煤炭开采过程中的环境 保护要求，对沉陷控制具有指导意义。
05
沉陷控制实践与案例
国外实践与案例
பைடு நூலகம்
案例一
美国宾夕法尼亚州开采沉陷案例
案例二
澳大利亚新南威尔士州开采沉陷案例
技术优势
离层注浆能够避免对地表的破坏，降 低施工成本，提高施工效率。
优化开采方法
总结词
综合技术措施
详细描述
优化开采方法是一种综合技术措施，通过 优化采煤方法、开采顺序、工作面布置等 参数，控制地表沉陷。
开采方法优化
技术优势
优化采煤方法，选择适合的采煤工艺和设 备；优化开采顺序，合理安排工作面接替； 优化工作面布置，降低地表沉陷影响。
自动化观测系统
采用传感器和数据采集技术，实时监测地表 沉降和变形。
评估指标
地表沉降量
评估地表沉降的总量和分布情况。
地表移动速度
评估地表移动和变形的速率。

单位)组成。
矿山测量课件矿图
2
如某幅1∶5000的图，所在投影带中央子午线的经度为117°，
图廓西南角点的坐标为x=20 km，y=60 km，则该幅图的编号为：
117°-4426-548。比例尺为1∶2000至1∶500的图的编号是在1∶5000
的图的基础上进行的：1∶2000的图的编号是在其所在的1∶5000的
B
D
A
b
a
C
d
H
c
矿山测量课件矿图
9
3、直线上各线段之比等于其相应的投影之比。
A
B
C
H
a
b
矿山测量课件矿图
c
10
四、标高投影
1、概念
采用水平面作为投影面，将空间物体上各特征点垂直
投影与该投影面上，并将各特征点的高程标注在旁边。
2、点的标高投影
空间一点垂直投影在水平面上，将其高程注在投影点旁，
称为点的标高投影。
图的编号后加甲、乙、丙、丁（或Ⅰ
、Ⅱ、Ⅲ 、Ⅳ；1∶1000的图是
在其所在1∶5000的图的编号后加1、2…16；1∶500的图是在其所
在1∶5000的图幅编号后加(1)、(2)、（3)…(64)。
2、自由分幅与编号
在实际应用中，大部分矿图都是采用自由分幅的方法，即
图幅的大小可自由选定，坐标格网线可与图边斜交。
b6
c4
a3
d7
b2.5
c5
k8
b11
矿山测量课件矿图
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五、平面的标高投影
平面的标高投影，一般用平面上的等高线的投影表示。
与正投影相同，可以用不在同一直线上的三个点、一直线
和线外一点、两相交直线或两平行直线等的标高投

1.1 开采引起的岩层和地表移动
1.2 盆地内地表移动和变形分析 1.3移动稳定后盆地内移动和变形分布规律
1.4采动过程中盆地主断面内移动和变形分布规律
1.5岩层与地表移动与地质采矿条件的关系
1.6特殊地质采矿条件下的岩层及地表移动规律
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1.1开采引起的岩层和地表移动
1.1.1 开采引起的岩层移动和破坏
主断面的个数?
主断面的位置?
河南理工大学
1.1.2 开采引起的地表移动和破坏
最大下沉角(Angle of maximum subsidence)
定义：就是在倾斜主断面上，由采空区的中点和地表移动盆地的最大 下沉点（在地表水平上的投影点）的连线与水平线之间在煤层下山方 向一侧的夹角，以θ表示。
实测表明，缓倾斜煤层时，最大下沉角主要与覆岩岩性和煤层倾角有 关：
弯曲带位于裂缝带之上直至地表。其移动特点为： 1)岩层在自重作用下产生层面法向弯曲，在水平方向处于双向压缩状 态；
2)岩层的移动过程是连续而有规律的，并保持其整体性和层状结构， 不存在或极少存在离层裂缝；在竖直面内移动值相差很小；
3）一般情况下具有隔水性 4)弯曲带高度主要受采深影响。
河南理工大学
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开采沉陷学
第一讲
主讲：蔡来良
Email：cailailiang@
河南理工大学 测绘与国土信息工程学院
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绪论
研究对象：矿山开采沉陷
矿山开采沉陷（Mining subsidence）定义：地下 有用矿物被采出以后，开采区域周围的岩体的原 始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到 新的平衡。在此过程中，使岩层和地表产生连续 的移动、变形和非连续的破坏（开裂、冒落等） ，这种现象称为矿山开采沉陷，或开采沉陷。

智能化沉陷观测技术是指利用先进的信息技术、传感 器技术和数据处理技术，实现沉陷观测的自动化、智 能化和高效化。
智能化沉陷观测技术能够提高观测精度和效率，减少 人工干预和误差，为矿山安全生产提供更加可靠的技 术支持。
自动化数据处理与分析
自动化数据处理与分析是指利用计算机技术和软件技术， 对沉陷观测数据进行自动处理、分析和挖掘，以获取更加 准确和深入的矿山开采沉陷信息。
观测结果
发现矿区地面沉陷深度达到 1.5米，沉陷面积超过3平方公 里，主要集中在采空区附近。
结论
该矿区地面沉陷严重，需采取 措施控制沉陷进一步发展，加
强矿区环境保护。
某矿区地下水位观测案例
观测目的
了解矿区地下水位变化情况， 预测矿坑突水等安全事故，保
障矿区安全生产。
观测方法
建立地下水位观测井，定期进 行水位测量，分析水位变化规 律。
GIS技术的优点包括强大的数据 管理和空间分析能力、可视化效 果好等，能够为矿山开采沉陷观
测提供全面的技术支持。
04 矿山开采沉陷观测案例分 析
某矿区地面沉陷观测案例
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观测目的
了解矿区地面沉陷程度、范围 和规律，为矿区安全和环境保
护提供科学依据。
观测方法
采用水准仪、全站仪等测量仪 器，定期对矿区地面进行高程 测量，分析地面沉降数据。
《矿
• 矿山开采沉陷概述 • 矿山开采沉陷观测方法 • 矿山开采沉陷观测技术 • 矿山开采沉陷观测案例分析 • 矿山开采沉陷观测的未来发展
01 矿山开采沉陷概述
矿山开采沉陷的定义
矿山开采沉陷是指由于地下矿藏的开 采，导致地表及地表下的岩层和土体 发生变形、位移和破坏的现象。

况和煤层倾角有关。在非充分采动情况下，通过
采空区中心所作的平行于煤层倾向的垂直断面，
即为移动盆地的倾斜主断面。走向主断面的位置
则需要通过倾斜主断面上的最大下沉点，按最大
移动角θ确定(所谓最大下沉角是指采空区的中点
和地表移动盆地的最大下沉点的连线，与水平线
之间在煤层下山方向一侧精选的ppt 夹角)。
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一、 岩层移动的几种形式
由于开采地下矿产资源引起的地表与上覆岩层 的岩体遭到破坏而产生的移动与变形统称为地表与 岩层移动。地表与岩层移动的形式主要有以下六种。
1 弯曲
当地下煤层被采出后，从其直接顶到地表将沿
其层理的法线方向，向采空区方向弯曲。在整个弯
曲过程中，岩层整体上保持其连续性和层状结构。
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第十四章 矿山开采沉陷观测
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第十四章 矿山开采沉陷观测
五、地表移动和变形对建筑物的影响 1 地表下沉和水平移动对建筑物的影响
地表大面积的均匀下沉和水平移动，只会 引起建筑物整体的移动，不会导致建筑物的 破坏。但当移动值很大、地下水位很浅时， 地表移动盆地积水，不仅会使建筑物淹没在 水中，而且易使地基强度降低，严重时可造 成建筑物的倒塌。非均匀的下沉和水平移动 对建筑物和交通线路等都有严重的不利影响。
精选ppt
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第十四章 矿山开采沉陷观测
3 地表曲率变形对建筑物的影响 曲率变形是反映地表弯曲程度的指标，分正曲 率(地表上凸)和负曲率(地表下凹)两种。负曲 率变形使建筑物中间受力小，两端受力大，乃 至中央部分处于悬空状态，使建筑物产
煤层被采出后，其上覆岩层最初的弯曲达 到一定限度后，其直接顶板岩层将与整体分开， 破碎成小的岩块而落下来充填采空区，这种移 动形式称为冒落。