一種煤礦開采過程中地表沉陷的相對重力監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤礦開采過程中地表沉陷監(jiān)測方法，尤其涉及一種煤礦開采過程 中地表沉陷的相對重力監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤礦開采過程中可能造成的地表沉陷將對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響。煤礦 開采沉陷監(jiān)測是煤礦采動過程中的一項必要任務(wù)，此項任務(wù)的完成不僅能夠揭示煤礦沉陷 的基本規(guī)律，可以用來判別建筑物構(gòu)筑物等受開采影響的程度，及時對建筑物進行維修、力口 固、搬遷，或就地重建，而且對促進礦井安全生產(chǎn)和正常生產(chǎn)、提高經(jīng)濟技術(shù)效益等具有重 大的理論和現(xiàn)實意義。
[0003] 而如何能夠及時高效地監(jiān)測煤礦引起的地表沉陷，這就需要高效的監(jiān)測手段和技 術(shù)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，用于監(jiān)測地面沉降的經(jīng)典方法主要是精密水準測量，基于衛(wèi)星技術(shù) 的GPS、合成孔徑雷達（InSAR)和三維激光掃描技術(shù)也逐步用于地表沉陷監(jiān)測。其中，GPS 可以高效率的監(jiān)測高程變化，但是需要足夠長時間的數(shù)據(jù)記錄和專用的環(huán)境影響改正模型 來獲取毫米級的觀測精度；InSAR提供有限空間分辨率的二維表面的變形，但精度通常由 于SAR圖像、地形效應(yīng)和大氣效應(yīng)的空間改正而降低；精密水準測量在獲取高精度的水準 測量數(shù)據(jù)，尤其區(qū)域較大時，既費時又費力；而三維激光掃描技術(shù)具有較高的測量精度和極 高的數(shù)據(jù)采集率，但是在采集數(shù)據(jù)時需要考慮視場的通視情況，此外，由于地面激光三維掃 描采樣的非連續(xù)性，可能導(dǎo)致設(shè)定的變形監(jiān)測點未能成為激光掃描儀的采樣點，從而不適 合煤礦沉陷監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是，提供一種監(jiān)測效率高、操作簡便、測量精度高、監(jiān)測結(jié)果真實可 靠的煤礦開采過程中地表沉陷的相對重力監(jiān)測方法。
[0006] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種煤礦開采過程中地表沉陷的相 對重力監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] 第一步，在礦區(qū)內(nèi)選擇一個重力觀測基準點，并在煤礦開采的地表下沉區(qū)域內(nèi)或 煤層主斷面上選擇特征點作為監(jiān)測點，根據(jù)煤層開采工作面的進度，使用相對重力儀，分期 對監(jiān)測點相對于重力觀測基準點的相對重力值進行監(jiān)測；
[0008] 第二步，選取相鄰兩期的相對重力值，以在后一期的相對重力值減去在前一期的 相對重力值，計算出該監(jiān)測點在該相鄰兩期之間的重力變化值；
[0009] 第三步，使用相對重力儀，先在監(jiān)測點位置處的零高度處先測定第一重力值，后在 監(jiān)測點位置處的上方某單位高度處測定第二重力值，將第二重力值減去第一重力值得到重 力值差；
[0010] 重復(fù)上述第一重力值和第二重力值的測定數(shù)次，取所得重力差值的平均值；
[0011] 再用所得重力差值的平均值除以單位高度的數(shù)值，得到該監(jiān)測點的重力梯度值；
[0012] 或者，
[0013] 將相對重力儀置于支架的不同高度位置處h2、hi，分別測出上、下高度的相對重力 值g2、gi，按如下公式（4)計算出重力梯度值：
【主權(quán)項】
1. 一種煤礦開采過程中地表沉陷的相對重力監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步，在礦區(qū)內(nèi)選擇一個重力觀測基準點，并在煤礦開采的地表下沉區(qū)域內(nèi)或煤層 主斷面上選擇特征點作為監(jiān)測點，根據(jù)煤層開采工作面的進度，使用相對重力儀，分期對監(jiān) 測點相對于重力觀測基準點的相對重力值進行監(jiān)測； 第二步，選取相鄰兩期的相對重力值，以在后一期的相對重力值減去在前一期的相對 重力值，計算出該監(jiān)測點在該相鄰兩期之間的重力變化值； 第三步，使用相對重力儀，先在監(jiān)測點位置處的零高度處先測定第一重力值，后在監(jiān)測 點位置處的上方某單位高度處測定第二重力值，將第二重力值減去第一重力值得到重力值 差； 重復(fù)上述第一重力值和第二重力值的測定數(shù)次，取所得重力差值的平均值； 再用所得重力差值的平均值除以單位高度的數(shù)值，得到該監(jiān)測點的重力梯度值； 或者， 將相對重力儀置于支架的不同高度位置處h2、hi，分別測出上、下高度的相對重力值g2、 gl，按如下公式（4)計算出重力梯度值：
第四步，按如下公式（3)計算出該監(jiān)測點的地表下沉值：
上式⑶中： grad (g)為重力垂直梯度； G為萬有引力常數(shù)； R為開采煤炭質(zhì)心與監(jiān)測點之間的距離； Mtl為采出的煤炭重量； Λ g為監(jiān)測點在相鄰兩期之間的重力變化值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦開采過程中地表沉陷的相對重力監(jiān)測方法，其特征在 于，所述采出的煤炭重量由稱重計量的方式獲得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦開采過程中地表沉陷的相對重力監(jiān)測方法，其特征在 于，所述采出的煤炭重量是按照如下公式（2)計算得出：
上式⑵中： L2為煤層開米覽度； L1為煤層開采長度； mJSif為開米煤層厚度； P為煤層密度； V為沿煤層開采長度方向上的采掘工作面的推進速度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦開采過程中地表沉陷的相對重力監(jiān)測方法，其以物理大地測量理論和萬有引力定律為理論依據(jù)，采用在礦區(qū)內(nèi)選擇重力觀測基準點，并在煤礦開采的地表下沉區(qū)域內(nèi)或煤層主斷面上選擇特征點作為監(jiān)測點，根據(jù)煤層開采工作面的進度，使用相對重力儀，分期對監(jiān)測點與重力觀測基準點之間的相對重力值進行監(jiān)測；進而計算出該監(jiān)測點在該相鄰兩期之間的重力變化值，進而計算出該監(jiān)測點的地表下沉值。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有監(jiān)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集儀器簡單，測量精度高、監(jiān)測結(jié)果準確可靠，且操作高效、簡便等有益效果。本發(fā)明不僅能提供幾何意義上的數(shù)值，而且能夠反映出某些物理機制，如地下物質(zhì)的遷移和地表高程的變化。
【IPC分類】G01V7-00, G01C5-00
【公開號】CN104536057
【申請?zhí)枴緾N201410840218
【發(fā)明人】郭金運, 于紅娟, 孔巧麗, 劉新, 劉智敏
【申請人】山東科技大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月30日