摘要：礦區(qū)開采沉陷變形監(jiān)測技術(shù)具有重要作用，其主要以開采沉陷數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行操作。文章分析了開采沉陷數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)的主要功能，闡述了軟件開發(fā)的主要技術(shù)，并著重介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最后應(yīng)用該軟件包研究分析了某礦首采面地表移動(dòng)變形規(guī)律，大大提高了業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)處理效率。

關(guān)鍵詞：開采沉陷；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；預(yù)計(jì)參數(shù)；移動(dòng)變形規(guī)律；AutoCAD；Excel 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP317 文章編號(hào)：1009-2374（2015）06-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0442

1 概述

礦區(qū)開采沉陷變形監(jiān)測技術(shù)主要是建立地表移動(dòng)觀測站，對(duì)各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行定期、重復(fù)觀測，以確定各監(jiān)測點(diǎn)在不同時(shí)期內(nèi)空間位置的變化；對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，了解并掌握地表移動(dòng)變形規(guī)律，因此高效的數(shù)據(jù)處理就顯得尤為重要。其主要內(nèi)容有：（1）對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行外業(yè)質(zhì)量檢核、預(yù)處理、平差計(jì)算，并將相鄰測點(diǎn)距離改到觀測線方向，確定各測點(diǎn)的高程等；（2）經(jīng)過觀測數(shù)據(jù)整理后，計(jì)算各測點(diǎn)間的移動(dòng)和變形量，并繪制變形曲線圖；（3）分析點(diǎn)位移動(dòng)、變形的變化規(guī)律及最終變形值；（4）根據(jù)沉陷穩(wěn)定后變形值計(jì)算概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)，分析開采引起地表移動(dòng)規(guī)律。這種野外觀測數(shù)據(jù)具有周期性、數(shù)量大等特點(diǎn)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法有明顯弊端，而本文編制的集觀測數(shù)據(jù)平差計(jì)算、變形分析與曲線繪制以及概率積分法參數(shù)預(yù)計(jì)等多功能的一體化開采沉陷數(shù)據(jù)處理軟件將有效地提高工作效率和計(jì)算精確度。

2 系統(tǒng)分析及系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 系統(tǒng)分析

為了滿足礦山變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及地表移動(dòng)規(guī)律分析的需求，開采沉陷數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的主要功能有：（1）計(jì)算移動(dòng)變形。對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，計(jì)算變形信息，主要包括下沉值、下沉速度、水平移動(dòng)、水平變形、傾斜、曲率等變形值；（2）繪制移動(dòng)變形曲線圖。該模塊將實(shí)現(xiàn)整體測點(diǎn)和單個(gè)測點(diǎn)在不同時(shí)期內(nèi)下沉、水平移動(dòng)、傾斜及曲率等變形信息的自動(dòng)繪制與輸出；（3）估算概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)。根據(jù)穩(wěn)定后變形信息對(duì)概率積分法預(yù)計(jì)所需的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，該模塊采用最小二乘法和抗差估計(jì)法來實(shí)現(xiàn)對(duì)概率積分法所需參數(shù)的求解。

2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

開采沉陷數(shù)據(jù)處理軟件主要采用的技術(shù)有ActiveX技術(shù)、AutoCAD和Excel二次開發(fā)技術(shù)。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要采用VB.NET對(duì)AutoCAD和Excel進(jìn)行控制和操作，主要步驟為：先在VB.NET工程中添加引用AutoCAD對(duì)象庫，進(jìn)而利用AutoCAD中圖形實(shí)體對(duì)象、樣式設(shè)置對(duì)象、圖形顯示對(duì)象等對(duì)AutoCAD進(jìn)行程序控制。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用面向?qū)ο笈c結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)遵循“設(shè)計(jì)方案—功能分解—設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)思想，把模塊組織成良好的層次系統(tǒng)，主控模塊調(diào)用二級(jí)模塊以實(shí)現(xiàn)程序的完整功能，其中二級(jí)模塊主要包括觀測站設(shè)計(jì)、實(shí)測數(shù)據(jù)處理、變形曲線繪制以及概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)估計(jì)等模塊。二級(jí)模塊調(diào)用三級(jí)模塊完成最具體的功能，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

3.2 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)與模塊實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行于Windows XP、Win7環(huán)境中，用戶界面綜合采用了下拉式內(nèi)建菜單、圖標(biāo)菜單、彈出式窗口等用戶界面形式，直觀方便，易于操作。（1）實(shí)測數(shù)據(jù)處理模塊。實(shí)測數(shù)據(jù)處理模塊是該系統(tǒng)的核心模塊之一，主要實(shí)現(xiàn)了整體與個(gè)別監(jiān)測點(diǎn)變形信息的計(jì)算與成果的報(bào)表輸出；（2）變形曲線繪制模塊。變形曲線繪制模塊是該系統(tǒng)變形信息可視化的主要核心內(nèi)容，可客觀反映形變的真實(shí)情況；（3）概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)估計(jì)模型。概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)估計(jì)方法主要采用最小二乘估計(jì)與抗差最小二乘估計(jì)兩種方式。

4 實(shí)例

4.1 測區(qū)地質(zhì)采礦條件與觀測方案

為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的正確性和實(shí)用性，以淮南市某礦區(qū)首采面為例進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。首采面設(shè)計(jì)走向長1980m，采長1910m，工作面寬240m，平均采厚3.9m。工作面走向近東西方向，煤層平均傾角15°。工作面煤層埋深650～750m，平均為718.3m；煤層底板高程為-720～-650m，其上覆新生界松散層厚度336～370m，平均353.7m。為了準(zhǔn)確地確定開采沉陷監(jiān)測的空間基準(zhǔn)，在地表開始移動(dòng)之前，應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行兩次全面觀測，包括測定各監(jiān)測點(diǎn)的高程信息、平面位置、監(jiān)測點(diǎn)點(diǎn)間距。高程測量按三等水準(zhǔn)的要求進(jìn)行測量，平面位置測量采用GPS按城市一級(jí)導(dǎo)線的精度要求監(jiān)測，日常測量按四等水準(zhǔn)測量的要求進(jìn)行，共進(jìn)行了6次GPS測量和24次水準(zhǔn)測量。

4.2 數(shù)據(jù)處理及移動(dòng)變形曲線

根據(jù)穩(wěn)定后的實(shí)測資料，應(yīng)用礦區(qū)開采沉陷數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)自動(dòng)繪制的各種曲線圖：（1）走向移動(dòng)變形曲線圖；（2）下沉動(dòng)態(tài)變化規(guī)律圖；（3）傾斜動(dòng)態(tài)變化規(guī)律圖；（4）曲率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律圖；（5）水平移動(dòng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律圖；（6）水平變形動(dòng)態(tài)變化規(guī)律圖等。

4.3 概率積分法參數(shù)求解

對(duì)表1和表2結(jié)果分析可知：（1）對(duì)于沒有粗差的觀測值而言，抗差估計(jì)與LS估計(jì)的結(jié)果具有一致性，均能較好地估計(jì)出參數(shù)值，擬合效果較好；（2）當(dāng)觀測值中人為加入粗差時(shí)，當(dāng)采用最小二乘方法求取的參數(shù)出現(xiàn)了明顯的偏差，擬合效果較差。而基于抗差估計(jì)方法求出的各種參數(shù)與無粗差時(shí)獲得的結(jié)果相差較小。因此，抗差估計(jì)能有效抵抗粗差對(duì)參數(shù)估計(jì)的影響，求得的預(yù)計(jì)參數(shù)具有較高的可靠性。在確定拐點(diǎn)偏移距時(shí)，通常以平均采深H0的形式給出，由于該首采面平均開采深度H0為718.3m，并結(jié)合表1中采用抗差估計(jì)對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算得到的預(yù)計(jì)參數(shù)，本文推薦該礦開采沉陷預(yù)計(jì)參數(shù)值如表3所示：

5 結(jié)語

礦區(qū)開采沉陷數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)大大提高了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理效率和數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度，移動(dòng)變形曲線可以直觀地反映地表的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，參數(shù)估計(jì)時(shí)可以看出當(dāng)觀測值中含有粗差時(shí)，抗差估計(jì)明顯優(yōu)于最小二乘估計(jì)，表3中的概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)可以為相類似地質(zhì)采礦條件下煤炭開采提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：朱群康（1982-），男，江蘇如皋人，淮浙煤電公司顧北煤礦地質(zhì)測量部工程師，研究方向：礦山測量。

（責(zé)任編輯：周 瓊）