礦山測量成果可靠性分析畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設計(論文)</b></p><p>　　礦山測量成果可靠性分析</p><p>　　姓 名: </p><p><b>　　專 業(yè): </b></p><p><b>　　指導教師: </b></p><

2、;p><b>　　二○一一年五月</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　我以誠信聲明：本人呈交的畢業(yè)論文是在 老師指導下開展研究工作所取得的研究成果。文中關于礦山測量的成果均系本人獨立研究得出，不包含他人研究成果。所引用他人之思路、方法、觀點、認識均已在參考文獻中明確標注，所引用他人之數(shù)據(jù)、

3、圖件、資料均已征得所有者同意，并且也有明確標注，對論文的完成提供過幫助的有關人員也已在文中說明并致以謝意。</p><p><b>　　論文作者（簽字）：</b></p><p>　　簽字日期：　　年　　月　　日</p><p>　　論文題目：礦山測量成果可靠性分析</p><p>　　姓名： 指

4、導教師： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，國家對煤礦資源的需求日益增加，而緊隨的礦難頻頻發(fā)生無不給我們敲響了警鐘，同時對資源開采的安全性也越來越重視起來，論文主要從礦 山測量的角度，為保障礦山生產(chǎn)的安全，系統(tǒng)地研究、探討了測量成果的可靠性及其保 證措施。</p><p>　　通過對中

5、央子午線及投影面的選擇與投影變形的關系，闡述了礦區(qū)獨立坐標系如何 合理建立的問題以及在保證圖形資料的交換核查等要求下，礦區(qū)獨立坐標系與國家坐標 系的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　控制測量時，要聯(lián)測一些國家或地方坐標系下的點作為起算點，但聯(lián)測的這些起算 點兼容性不好將影響整個網(wǎng)的精度，因此我們在把聯(lián)測點加入控制網(wǎng)平差時應該對其兼 容性進行分析，剔除它們中兼容性不好的點，提高控制網(wǎng)精度。</p><

6、p>　　開采沉陷的研究與應用與測量成果的可靠與否有很大的關系，介紹了幾種可能造成 開采損害問接影響的情況與對策。</p><p>　　論文從實際工作出發(fā)，對控制網(wǎng)的可靠性與效率的評價及陀螺經(jīng)緯儀在礦山貫通測 量中的應用和方向?qū)Ь€網(wǎng)嚴密平差方法等進行了詳細的探討。</p><p>　　關鍵字:獨立坐標系:兼容性:可靠性:陀螺經(jīng)緯儀:嚴密平差 研究類型:應用研究</p>&

7、lt;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論6</b></p><p>　　§1.1 選題背景6</p><p>　　§1.2 礦山測量在煤礦開發(fā)中的作用7</p><p>　　第二章 礦區(qū)坐標系的建立9</p>&l

8、t;p>　　§2.1 高斯投影概述9</p><p>　　2.1.1 投影與變形9</p><p>　　2.1.2 高斯投影的基本概念9</p><p>　　§2.2投影帶和投影面的選擇11</p><p>　　§2.3不同坐標系之間的變換11</p><p>　　

9、7;2.4 礦區(qū)獨立坐標向似國家坐標的轉(zhuǎn)換11</p><p>　　§2.5 實例12</p><p>　　第三章 控制網(wǎng)起算點的可靠性分析15</p><p>　　§3.1 起算點少及分布不均勻?qū)刂凭W(wǎng)的影響15</p><p>　　第四章 開采沉陷可靠性分析18</p><p>　　&

10、#167;4.1 開采沉陷的概念18</p><p>　　§4.2 地下開采誘發(fā)滑坡的基本規(guī)律18</p><p>　　4.2.1 采動滑坡的特點18</p><p>　　4.2.2 采動滑坡發(fā)生的地形地質(zhì)條件18</p><p>　　4.2.3采動滑坡的成因分類19</p><p>　　§

11、;4.3地下開采引發(fā)裂縫分析19</p><p>　　§4.4斷層對開采沉陷的影晌20</p><p>　　§4.5 有限元數(shù)值分析21</p><p><b>　　結(jié)束語23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p&g

12、t;<b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　§1.1 選題背景</b></p><p>　　多年來我國媒體最為關注的問題之一就是"礦難"。根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局 的數(shù)據(jù)，2001 年到 200

13、4 年，我國發(fā)生一次死亡 10 人以上的特大煤礦事故 188 起，平 均每 7.4天 1 起，而 2005 年發(fā)生 67 起，平均每 5.4天 1 起。而且最近幾年礦難也沒消 停，事故發(fā)生的時間間隔很短，礦山生產(chǎn)安全引起了黨中央和國務院的高度重視，激起 了業(yè)內(nèi)人士和相關學者的深思。</p><p>　　礦難屢屢發(fā)生，屢禁不止，固然與煤礦不景氣期間安全投入不足、歷史欠帳太多、安 全規(guī)章制度不健全、不落實，現(xiàn)場安全

14、管理不力等等有關，但是也與煤礦基礎性工作 薄弱有關，其中礦山測量就是其中之一。礦區(qū)沒有一個很好的測量工作體系，這就沒法 對礦區(qū)的建設、開采設計提供可靠依據(jù):對可能發(fā)生的災難進行預報:當事故發(fā)生時對 疏散人群、指導救援工作提供幫助。然而實際上許多礦的測量工作體系是非常不健全的 一一測量成果粗糙、資料不全、開采的不合理、對可能發(fā)生的事故沒有前瞻性研究建立 觀測站(如開采沉陷變形監(jiān)測)。因而當?shù)V難發(fā)生時因開采紊亂，對地下巷道的不了解， 導致救

15、援工作不能很好的鋪展開來，耽誤了救出被埋礦工的寶貴時間，而且還可能因施 救工作的不當引起更大的事故。</p><p>　　例如 2005 年廣東梅州興寧煤礦 8.7 特大透水事故 123 遇難，由于大興煤礦開采系統(tǒng) 混亂，礦井透水量巨大，透水后井下原有巷道和設備遭到破壞，隨著水位下降，追排水 到一定深度后，有關工作變得越來越困難。近兩天井下出現(xiàn)數(shù)次垮塌現(xiàn)象，直接威脅搶 險人員的人身安全。專家指出，進一步開展搶險救

16、援存在無法排除的安全隱患，如按現(xiàn) 有方案繼續(xù)強排水，會造成新的安全事故，風險很大且無實際意義。</p><p>　　2007 年從 7 月中旬到 8 月下旬，全國發(fā)生了多起因暴雨咫風等嚴重自然災害引發(fā)的 煤礦淹井、礦山明塌冒頂、建筑施工工地遭洪水泥石流襲擊等事故災難。特別是 8 月 17 日山東省新泰市華源礦業(yè)公司因柴汶河河岸決口，引發(fā)潰水淹井，172 人遇難，另一相 鄰礦 9 人遇難，造成慘重損失，教訓深刻。說

17、，此次造成潰水的主要原因:一是突降暴 雨:二是山洪暴發(fā):三是河水猛漲:四是河堤決口:五是決堤淹井。柴汶河決堤之后， 洪水進入多年挖沙的沙場，沙場與廢棄的西都礦礦井相通，從而形成了洪水沖入西都礦 井直接淹井。除卻自然災害的因素，此次事故災難也布"人禍"方面的教訓。潰水井口離 潰口的河道距離不過 300 米，在河道超水位的情形之下，為什么沒有專人在河上監(jiān)視? 以至于兩點半左右河岸潰口，"砂井上方形成了一個巨大的

18、報渦"時，才被發(fā)現(xiàn)。要是在 河口未決口之前發(fā)現(xiàn)危機，不是就能或者避免決口，或者能避免礦工被困的現(xiàn)狀嗎?其后果是不是會減輕許多?</p><p>　　§1.2 礦山測量在煤礦開發(fā)中的作用</p><p>　　(1)建立礦區(qū)地面控制網(wǎng)和測繪 1: 500——1: 5000 的地形圖和礦圖: (2)進行礦區(qū)地面與井下各種工程的施工測量和竣工驗收測量: (3)測繪和編制各種采掘

19、工程圖及礦體幾何圖: (4)進行巖層與地表移動的觀測及研究:為留設保護礦柱和安全開采提供資料: (5)參加采礦計劃的編制，并對資源利用及生產(chǎn)情況進行檢查和監(jiān)督。 煤礦企業(yè)是由工業(yè)建筑物、地下井巷和采掘工作面所組成的一個復雜而又緊密聯(lián)系的有機整體。為了確定和反映井下巷道之間、采區(qū)之間，以及井下開采場所與地面建筑 物之間的相互位置關系，確保礦井安全合理地生產(chǎn)，從礦區(qū)勘探、設計興建起，直至礦 井報廢止，在整個開發(fā)過程中，都必須經(jīng)常不斷地進行測

20、量工作。</p><p>　　根據(jù)由整體到局部，高級控制低級的原則，一個礦區(qū)或井回范圍內(nèi)的測量工作，主 要包括地面測量、井上下聯(lián)系測量。它們的相互聯(lián)系和工作順序見圖1.1。</p><p>　　圖1.1礦rx:測量流程</p><p>　　由上表看出，地面測量是基礎:聯(lián)系測量是橋梁:井下測量是反映采掘平衡關系的 主要依據(jù)，以其測量成果繪制的各種礦圖，及時反映著煤礦的

21、生產(chǎn)建設面貌及其位置關 系。測量工作在大力開發(fā)煤炭資源中與地質(zhì)工作緊密配合起先導作用:在均衡生產(chǎn)方面 起保證作用:在工程質(zhì)量及合理利用資源方面起監(jiān)督作用:在安全生產(chǎn)方面起知指導作 用。可見，測量工作是煤礦開采中不可缺少的一項技術基礎工作(1) 。</p><p>　　礦山測量是煤礦生產(chǎn)的"眼睛"，為生產(chǎn)計劃和開采決策提供井下采掘工程平面圖、井上下平面對照圖等，井下復雜的地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯埋藏情況

22、、老窯水、老空水和斷層水等空間分布情況、井下通風系統(tǒng)的布置等等都必須通過礦山測量顯示出來。這一系列基 礎資料是礦山安全生產(chǎn)的保證，也是礦山救護的重要參考依據(jù)。令人不安的是，近些年 不少企業(yè)，尤其是個體和地方煤礦，這些基礎資料很不完整，給安全生產(chǎn)和安全救護留 下了嚴重隱患，煤礦安全呼喚礦山測量的回歸。</p><p>　　第二章 礦區(qū)坐標系的建立</p><p>　　§2.1 高斯

23、投影概述</p><p>　　2.1.1 投影與變形</p><p>　　所謂地球技影，簡略說來就是將橢球面各元素(包括坐標、方向和長度)按一定的數(shù) 學法則投影到平面上。研究這個問題的專門學科叫地圖投影學。這黑所說的數(shù)學法則可</p><p>　　用下面兩個方程式表示(2) :</p><p>　　x = F;(L，B)</p>

24、<p>　　y = F;(L，B) (2.1)</p><p>　　式中L，B 是橢球面上某點的大地坐標，而 x，y 是該點投影后的平面(投影面)直角坐 標。</p><p>　　式(2.1)表示了橢球面上一點同投影面上對應點之間坐標的解析關系，也叫做坐標投 影公式。投影問題也就是建立橢球面元素與投影面相對應元素之間的解析關系式。技影 的方法很多，每種方法的本質(zhì)特征都是由坐標

25、投影公式 F 的具體形式體現(xiàn)的。 橢球面是一個凸起的、不可展平的曲面，若將這個曲面上的元素(比如一段距離、一個 角度、一個圖形)投影到平面上，就會和原來的距離、角度、圖形呈現(xiàn)差異，這一差異 稱作投影的變形。</p><p>　　地圖投影必然產(chǎn)生變形。投影變形一般分為角度變形、長度變形和面積變形三種。 在地圖投影時，我們可根據(jù)需要使某種變形為零，也可使其減小到某一適當程度。因此， 地圖投影中產(chǎn)生了所謂的等角投影(投

26、影前后角度相等，但長度和面積有變形)、等距投 影(投影前后長度相等，但角度和面積有變形)、等積投影(投影前后面積相等，但角度和 長度有變形)等。</p><p>　　2.1.2 高斯投影的基本概念</p><p>　　高斯投影又稱橫軸橢圓柱等角投影，是德國測量學家高斯于 1825'-""" 1830 年首先提 出的。實際上，直到 1912 年，由德國另

27、一位測量學家克呂格推導出實用的坐標投影公 式后，這種投影才得到推廣，所以該投影又稱高斯·克呂格投影。想象有一橢圓柱面橫 套在地球橢球體外面，并與某一條子午線(稱中央子午線或軸子午線)相切，橢圓柱的中 心軸通過橢球體中心，然后用一定的投影方法將中央子午線兩側(cè)各一定經(jīng)差范圍內(nèi)的 地區(qū)投影到橢圓柱面上，再將此柱面展開即成為投影面。</p><p>　　我國規(guī)定按經(jīng)差 6° 和3° 度進行投

28、影分帶，為大比例尺測圖和工程測量采用 3 ° 帶投影。特殊情況下工程測量控制網(wǎng)也可用1.5°帶或任意帶。</p><p>　　高斯投影 6° 帶自子午線起每隔經(jīng)差6° 自西向東分帶，依次編號 1，2，3，...。我國6°中央子午線的經(jīng)度，由69° 起每隔6° 而至135° ，共計 12 帶，帶號用 n 表示，中央子午線 的經(jīng)度用Lo

29、表示，Lo =6n-3 。</p><p>　　高斯技影3° 帶是在 6° 帶的基礎上分成的，它的中央子午線一部分同6° 帶中央子午線 重合，一部分同 6° 帶分界子午線重合，帶號用 d表示，3° 帶中央子午線用 L 表示，關系 是: L=3斤。</p><p>　　§2.2投影帶和投影面的選擇</p><p&

30、gt;　　獨立坐標系的合理建立在于投影帶和投影面的合理選擇。 引起投影變形的兩個因素：</p><p>　　但是注意 ðS，為負的前提是 Hm 是正值，大地高有正有負，從參考橢球面起量，向外 為正，向內(nèi)為負。 還有當我們改變投影面時，比如說有這樣一種情況： 礦區(qū)井上與井下相差好幾百米，而我們希望井上與井下的坐標都在同一坐標系中，這時我們選擇的投影面可能是介于井上與井下之間，像這種情況 Hm 也會出現(xiàn)

31、負值。因此導致 ð.S] 為JE ，這 時投影面與投影帶對邊長的變形不是相抵償而是相加的。當測區(qū)國家坐標系統(tǒng)下投影變形值不能滿足工程規(guī)范的要求時，需要重新選擇投影面或投影帶來建立獨立坐標系。</p><p>　　§2.3不同坐標系之間的變換</p><p><b>　　二維坐標系的變換</b></p><p>　　§

32、;2.4 礦區(qū)獨立坐標向似國家坐標的轉(zhuǎn)換</p><p>　　似國家坐標系不是嚴格的國家坐標系下的坐標，因為它沒進行縮放，只是對獨立坐 標系相對于國家坐標系進行平移、旋轉(zhuǎn)，使它們對應重疊。礦區(qū)獨立坐標系統(tǒng)與國家坐 標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換我們固然可以改變投影參數(shù)，通過坐標換帶方法先把獨立坐標系統(tǒng)中點的 平面坐標反算出大地坐標，再正算求解出該點在國家坐標系統(tǒng)中的坐標，但是由于涉及 測量資料、成果的使用、交換、上交、存檔等一系列

33、的問題，尤其是國土資源廳對礦山 開采范圍控制對井上下地形圖的要求，煤礦測量一般應采用國家統(tǒng)一的北京 54、國家8°、最新 2°坐標系統(tǒng)。對坐標系的實際處理方法，可在建立獨立坐標系后，將獨立坐標系進行旋轉(zhuǎn)、平移等方法的處理，盡可能地與國家坐標系統(tǒng)一致，從而滿足圖形資 料的交換核查等要求。</p><p><b>　　§2.5 實例</b></p>&

34、lt;p>　　陜西中化益業(yè)能源有限公司波羅煤礦地處橫山縣波羅鎮(zhèn)，井陽范圍位于緯度</p><p>　　38°°1'54"--38° 12吧"，經(jīng)度 1°9° 13'45"--1°9°32'°9"之間，地面高程從西向東大致在113°m--l°9&#

35、176;m 變化、井下高程由西向東大致從 75°m"""'99°m 變化。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，若采用 3°帶國家坐標系統(tǒng)，36 帶最大變形量地面:土4.9cmlkm，井下： 土8.8cm/km; 37 帶最大變形量地面:土12.2cmlkm，井下土16.1cm/km。其投影變形 都是大大超過允許范圍。因此，必須采用獨立坐標系統(tǒng)以保證變形量不超限。</p>

36、<p>　　根據(jù)礦區(qū)范圍、地面和巷道工程的高程等數(shù)據(jù)的變化分析，可設計中央子午線的經(jīng) 度為: 1°9°22'; 投影面正常高取: 95°m。這樣設計，可以采用一個坐標系來最大限度 地保證將投影變形的大小控制在可行的范圍內(nèi)。</p><p>　　經(jīng)計算，采用這樣的獨立坐標系統(tǒng)，地面投影至投影面的長度變形一般不大于 土2.4cm/km;井下測量成果投影至投影面

37、的長度變形一般不大于士1.5cm/km。礦山工程以 井下測量為主，因此應盡可能地保證井下測量成果的可靠性。</p><p>　　通過測量解算國家坐標系中控制點坐標和獨立坐標系控制點坐標為表 2.1，、經(jīng)計算獨立坐標系轉(zhuǎn)換到似國家坐標系的參數(shù) Aα 為 1儼°∞°°丁'貝3 1.2"，平移參數(shù)(x為(1°°85.761 ， 36782531.47

38、3)。</p><p>　　表 2.1 國家坐標系</p><p>　　國家坐標系與似國家坐標的比較見表 2.3°</p><p>　　通過對表 2.3分析，似國家坐標系與國家坐標系的差值不大于 O.3m。獨立坐標系下 確定的礦區(qū)范圍與國家坐標系下確定的范圍重合差最大的地方相差 O.4m，在地形圖上的 誤差小于 0.2mm(l: 2000 地形圖)或 &#

39、176;.°8mm(1: 5000地形圖)，誤差很小，在煤礦測量 手冊上可知井上下繪、用圖的精度一般均為圖上的 0.8mm. 因此在出圖、確定礦區(qū)邊界 時可以忽略不計。同時說明這種方法是可行的。</p><p>　　第三章 控制網(wǎng)起算點的可靠性分析</p><p>　　GPS測量成果所于WGS．84坐標系，最終要把它轉(zhuǎn)換到國家或地方的三維或二維坐標系的相應成果。轉(zhuǎn)換方法一般是G

40、PS聯(lián)測幾個國家或地方坐標系下的公共點作為起算點，把GPS網(wǎng)強制符合到該坐標系中。GPS網(wǎng)的相對精度比地面網(wǎng)的精度要高，這可以從GPS無約束平差和約束平差結(jié)果的精度區(qū)別出來。特別是當?shù)孛嬉阎c坐標含有明顯的粗差時，這將嚴重影響GPS網(wǎng)約束平差的精度。已知數(shù)據(jù)含有誤差是絕對的，關鍵是誤差的大小是否在其合理的范圍之內(nèi)。這就需要對起算點進行必要的檢核，以便發(fā)現(xiàn)并剔除存在較大誤差的基準點。</p><p>　　§

41、;3.1 起算點少及分布不均勻?qū)刂凭W(wǎng)的影響</p><p>　　有些時候起算點少，這時起算點本身的誤差及它們在測區(qū)的分布對控制網(wǎng)的影響是很難發(fā)現(xiàn)的，因為它的平差的數(shù)據(jù)結(jié)果可能反應不了其真實的精度。</p><p>　　現(xiàn)在我們來探討下，仍以上文為例，我們假設只有兩個起算點，看看其分布、本身誤差還有可能存在的粗差對控制點平差結(jié)果的影響。</p><p>　　把方案4

42、平差結(jié)果當做標準值，只固定Z002，F(xiàn)001號點，則控制網(wǎng)的其它點平面坐標與標準值的差值見表3．4。</p><p>　　Z002和FOl位于側(cè)區(qū)的兩端，從上面四個表格中我們可以看出，固定Z002與FOOl時，控制點的平差成果與標準值相差非常小，幾乎可以忽略。當FOOl的X坐標增加．2em的粗差時，對其他控制點的影響也不是特別的明顯，說明這種點位對整個網(wǎng)型的抗粗差能力很強。</p><p>

43、;　　FOOl、F002都位于測區(qū)的東面，距離也比較近，固定FOOl、F002時，平差值與標準值的差值變化明顯，整個控制網(wǎng)向東偏移。當給FOOl增加．2em的粗差時，這種變化更加的突出，偏移大的地方都達到幾十公分，說明起算點在控制網(wǎng)中所在位置的不合理使得控制網(wǎng)抗粗差能力很差?？偟膩碚f，起算點應盡量在測區(qū)的外圍，覆蓋范圍包含測區(qū)。這樣控制網(wǎng)精度高、分布均勻且抗粗差能力也強。</p><p>　　但在我們重新建立坐標

44、系，發(fā)現(xiàn)這個問題時，我們又如何把原先的成果糾正過來呢?我們仔細研究發(fā)現(xiàn)這些變化還是有規(guī)律可尋的，在離起算點距離大概相同的點，它們X、Y的變化是趨于一致的。</p><p>　　這對我們新舊控制網(wǎng)坐標的改正很有幫助，如兩次所用起算點不一樣或同樣的起算點，但有得起算點被破壞而不知道，所導致同一個點的坐標值偏離太大。</p><p>　　還有因為起算點有問題，但舊的控制網(wǎng)因起算算據(jù)太少而不能發(fā)現(xiàn)

45、，在新的控制網(wǎng)沒建立起來之前所有測量都是用的舊控制網(wǎng)的成果，這就需要對這些測量產(chǎn)品進行糾正。糾正的方法是根據(jù)新舊控制網(wǎng)坐標差值，根據(jù)控制點的分布，按一定距離區(qū)域進行分塊改正。</p><p>　　第四章 開采沉陷可靠性分析</p><p>　　§4.1 開采沉陷的概念</p><p>　　有用礦物被采出來以后，開采區(qū)域周圍的巖體的原始應力平衡狀態(tài)收到破壞，

46、應力 重新分布，達到新的平衡。在此過程中，使巖層和地表產(chǎn)生連續(xù)的移動、變形和非連續(xù) 的破壞(開裂、冒落等)，這種現(xiàn)象稱為"開采沉陷"。</p><p>　　§4.2 地下開采誘發(fā)滑坡的基本規(guī)律</p><p>　　4.2.1 采動滑坡的特點</p><p>　　采動滑坡是指地下開采的影響下，由于上極巖土體變形破壞而引起的山體滑坡，它 是

47、采動山體沿滑裂面向較低水準面的整體位移，采動滑坡具有突發(fā)性，涉及范圍大且不 易預計等特點，它在時間和空間上與地下開采有一定的關系，但主要取決于地質(zhì)環(huán)境及 其它誘發(fā)因素的綜合影響。</p><p>　　4.2.2 采動滑坡發(fā)生的地形地質(zhì)條件</p><p>　　采動滑坡的發(fā)生必須具備 3 個條件地表臨空、地下采空及上覆巖層中存在軟弱層面， 對開采影響敏感的地形地質(zhì)條件主要有:</p&g

48、t;<p>　　高山陡坡地形，在高山陡坡下來礦時，開采影響主要表現(xiàn)為地下采空使陡坡失去下 臥支撐及地下開采引起的覆巖拉伸變形使地表產(chǎn)生裂縫，破壞了陡巖的連續(xù)性，同時， 由于坡度陡，巖土體自重產(chǎn)生的水平分力大，在其它因素作用下很容易失穩(wěn)。失穩(wěn)形式 為切層型滑坡和崩滑。失穩(wěn)模式可歸結(jié)為"顛倒一拉裂·沿層剪切滑動"。</p><p>　　松散物坡積地形，此類地形包括沖積土坡和

49、人工堆積坡，開采移動變形坡壞了土層 的力學性質(zhì)，減小了其內(nèi)聚力，加上地表水的滲透作用，致使坡體失穩(wěn)，失穩(wěn)形式為沿 平面滑動面的直線型滑坡，此類滑坡多在內(nèi)聚力很小的人工堆積坡中，在大雨的作用下， 可能轉(zhuǎn)化為泥石流。沿圓弧形滑動面的滑坡，此類滑坡多發(fā)生在黃土層內(nèi)。</p><p>　　存在軟弱層面的地層，軟弱層面包括粘土層、泥巖、軟質(zhì)砂巖、巖層面、斷層破碎 帶、基巖風化面等，開采影響主要表現(xiàn)為強度較低的軟弱導首先產(chǎn)生

50、破壞而導致滑坡， 滑坡形式為沿軟弱層面緩慢蠕滑的坐落平推式滑坡。此類滑坡多發(fā)生在軟弱層面埋藏較 深且傾角較小的地質(zhì)環(huán)境中。l'頂層滑坡，如韓城象山沿坡。沿基巖接觸面的表土層滑坡， 此類滑坡多由于地表開采裂縫使地表水滲透至風化界面處停滯下來，滯水處的粘土吸水 膨脹軟化而造成。</p><p>　　古滑坡地區(qū)在古滑坡體下采礦，由于破壞了覆巖物理力學性質(zhì)，很容易使己經(jīng)穩(wěn)定的古滑坡體復活，形成各種新的滑坡，如陽泉

51、二礦的大型古滑坡體。由于下方采礦的影 響，使該滑坡體系近幾年急劇復活，后緣產(chǎn)生寬大的裂縫，錯臺高大以上，滑動體推動 前緣臺坡發(fā)生蠕動，使鐵道床鼓起，破壞了鐵路和地下管道IMJ71°</p><p>　　4.2.3采動滑坡的成因分類</p><p>　　§4.3地下開采引發(fā)裂縫分析</p><p>　　地下礦層采礦遺留的老窿(采空)區(qū)，礦層上部失去

52、支撐，平衡條件被破壞，采空區(qū) 上方巖體隨之將產(chǎn)生較為復雜的移動和變形。采空區(qū)上方巖體的變形，總的過程是自下 而上逐漸發(fā)展的盆狀沉落。按巖體的破壞、移動程度，自下而上劃分為 3 個不同的影響 帶，即冒落帶，裂隙帶，彎曲變形帶。</p><p>　　a.冒落帶： 在自重及上覆巖層作用下，變形、破碎、胡落至采空區(qū)的那部分頂板巖 層叫冒落帶。冒落帶高度和破壞程度與礦層開采方法、頂板管理方法、巖層產(chǎn)狀、巖性 及地質(zhì)構(gòu)造有關

53、，冒落帶的高度一般為采空厚度的3""'5倍，本次設計按5倍考慮。</p><p>　　b.裂隙帶： 當冒落帶上部的巖層在重力作用下產(chǎn)生的彎曲變形超過抗彎強度時，因 離層和斷裂而產(chǎn)生的模形連通裂隙(有時為層狀裂隙)帶，叫裂隙帶。裂隙帶的高度→般 為采空厚度的12""'18倍，本次設計按18倍考慮。</p><p>　　c.彎曲帶:裂隙帶

54、上方，在自重作用下，只產(chǎn)生彎曲沉落變形的那部分巖層叫彎曲 帶。此帶內(nèi)的巖層變形較輕，裂隙密閉，不連通，導水性弱。</p><p>　　冒落帶和裂隙帶又合稱為兩帶，兩帶之間沒有明顯的分界線，均屬于破壞性影響區(qū)。 故本次采礦遺留的老窿(采空)區(qū)處理以處理采空區(qū)、冒落帶和裂隙帶為主。 </p><p>　　開采產(chǎn)生的地表裂縫與煤層的開采條件、覆巖性質(zhì)、覆巖產(chǎn)狀、地表地形和地貌包 括地層傾角、傾

55、向、微地貌特征和松散層結(jié)構(gòu)特性、采動程度、坡體形態(tài)、地表巖土性 質(zhì)、開采方法、深厚比、采空區(qū)尺寸、工作面推進速度、淺層構(gòu)造和軟弱面狀態(tài)等因素有關。</p><p>　　§4.4斷層對開采沉陷的影晌</p><p>　　(1)在垂直斷層走向的剖面上 根據(jù)斷層面傾角和一作面基巖移動角之間的相對關系分三種情況</p><p>　　1.斷層面傾向和作面基巖移動角傾

56、向一致，斷層面傾角小于基巖移動角，當開采影 響波及到斷層時，地表移動范圍增大。</p><p>　　2.斷層面傾向與基巖移動角傾向一致，斷層面傾角大于基巖移動角，當開采影響波 及到斷層時，地表移動范圍減小，但破壞情況相對前者較為嚴重。</p><p>　　3.斷層面傾向于卡作面移動角傾向相反，即斷層面于移動角的影響線相交，斷層露 頭處往往產(chǎn)生寬度較人的臺階狀裂縫，地表移動范圍縮小。<

57、/p><p>　　(2)在沿斷層走向的剖面上 根據(jù)實際觀測資料，在沿斷層走向的剖面上，斷層露頭處的臺階是以主斷面為中心</p><p>　　向兩側(cè)逐漸變小，斷層的破壞作用逐漸衰減。其影響范圍按下式計算：</p><p>　　1= Hoctgðo式中: 1一一影響范圍; Ho一一平均來深;ðo一一走向邊界角。</p><p>　

58、　斷層對地表移動與變形產(chǎn)生影響的原因在于斷層帶處巖層的力學強度大于地低于周圍巖層的力學強度。由于應力的集中作用，故使該處成為巖層變形集中的有利位置， 地下煤層開采后，在上覆巖層發(fā)生移動與變形的同時，巖層還沿著斷層面發(fā)生滑動，于 是在斷層露頭處的地表就出現(xiàn)臺階狀的破壞，盆地內(nèi)移動與變形的止常分布發(fā)生改變， 在斷層露頭處的地表變形加劇，大大地超過了正常值。</p><p>　　斷層影響最初反映到地表的是裂縫，逐漸增大

59、并形成臺階。一般情況下臺階下錯總 是朝向采空區(qū)方向，當作面鄰近老采空區(qū)時，臺階下錯也有可能朝向老采區(qū)的方向。臺 階大小與斷層、工作面回采等情況有關。</p><p>　　在開采影響范圍內(nèi)遇有斷層存在時，首先應確實查明斷層的位置、產(chǎn)狀及斷層的擺 動情況，正確推斷出其在地面的露頭位置，分析斷層露頭位置附近的地面設施情況及其 承受移動變形的能力，再以科學、合理的參數(shù)，留設斷層及保護對象的保護煤柱。實際操 作時，應選用具

60、體地質(zhì)采礦技術條件下開采引起的地表移動變形邊界角條件允許時，也 可選用邊界角與移動角的平均值作為留設保護煤柱的主要參數(shù) 。</p><p>　　§4.5 有限元數(shù)值分析</p><p>　　有限元數(shù)值計算模型與實驗模型相同，計算程序采用地下工程二維彈塑性有限元分析程序，該程序既能有效地模擬地下開采效應，又適用于邊坡工程，已在采礦和巖石力學 領域內(nèi)廣泛應用。以韓城象山煤礦為例，對其

61、分析如下：</p><p>　　1.應力分析 采動前斜坡的應力狀態(tài)主要取決于地表形態(tài)，軟弱央層對應力分布沒有明顯影響，斜坡的最大主應力。最小主應力幾及最大剪切應力瑞等值線大致與地形相同，總的應力狀態(tài) 與穩(wěn)定的自然斜坡相一致。地下開采后，斜坡主應力狀態(tài)發(fā)生改變，當采空區(qū)位于斜坡后 緣地表為平地時，采空區(qū)上方垂直應力減小，水平應力增大，而煤柱上方垂直應力增大，水 平應力減小，使應力等值線呈現(xiàn)‘波浪'形狀，但是

62、，斷層附近巖體的應力分布為非連續(xù)性，產(chǎn) 生應力下降槽乃致拉應力區(qū)。當采動范圍達到軟弱夾層及斜坡時，引起應力重新分布，隨 著工作面的推進最大主應力。在夾層之間產(chǎn)生應力集中，在煤柱上方和靠近斜坡后緣更 甚，最小主應力。沿夾層產(chǎn)生局部拉應力區(qū)最大剪應力在夾層之間產(chǎn)生應力集中，而夾層 本身編較周圍巖體小這表明該處的剪應力被部分轉(zhuǎn)化為位移或變形。電廠區(qū)表土層口應 力變化非常復雜，拉壓應力交替出現(xiàn)，這表明該處可能成為斜坡滑移的剪切出口。</p

63、><p>　　2.塑性分析 采動前的斜坡僅在斷層及斜坡坡角處產(chǎn)生小范圍的塑性屈服區(qū)，地下開采后，斷層帶及斜坡后緣巖體的塑性區(qū)迅速擴大，隨著采空區(qū)向斜坡前緣發(fā)展，塑性帶基本上分布于 整個軟弱夾層和后緣巖體中。</p><p>　　3.位移分析 當采空區(qū)位于斜坡后緣地表為平地時，移動變形符合巖層移動的一般規(guī)律，當采動區(qū)達到斜坡及軟弱夾層范圍后軟弱夾層上下巖體產(chǎn)生相對移動電廠區(qū)地表產(chǎn)生位移和抬 升，

64、其規(guī)律性與象山滑坡實際情況及模型實驗結(jié)果基本一致。</p><p>　　4.滑坡機制分析 綜合分析表明，象山采動滑坡發(fā)生的機制為斜坡在開采影響下，后緣巖體首先引起應力變化。產(chǎn)生塑性屈服乃致拉裂隨著采空區(qū)向前發(fā)展塑性區(qū)沿軟弱夾層不斷向下坡方 向沿伸，在斜坡巖體產(chǎn)生開采移動變形的同時，后緣巖體在重力作用下開始沿著己屈服的 軟弱夾層剪切蠕動并推動前緣坡體產(chǎn)生順層剪切滑移，電廠區(qū)的移動即是斜坡體沿軟弱 夾層向下坡方向蠕動

65、并擠壓推動表土巖體所致。斜坡失穩(wěn)的模式可歸結(jié)為"地下采空一 后緣坡壞一剪切蠕動"的推動式順層滑坡破壞模式。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　1.分析國內(nèi)礦難頻頻發(fā)生的原因所在，提出對礦山測量成果可靠性分析必要性。</p><p>　　2. 礦區(qū)坐標系的建立及它所涉及的中央子午線、投影面的合理選

66、擇，不同坐標系 之問的相互轉(zhuǎn)換。介紹了三種求解長半軸改正量的方法和它們之間的差異。地方坐標系 回歸國家坐標系的方法研究。</p><p>　　3. 介紹了邊長觀測法、平差結(jié)果直觀法、F 檢驗法、同名基線法對控制網(wǎng)起算點 兼容性分析和它們分別適合的場合。起算點少和分布對測量結(jié)果及抗和差性的影響。</p><p>　　4.控制網(wǎng)的可靠性與效率，分別對 GPS控制網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)進行介紹并比較其差異性

67、。</p><p>　　5. 從地下開采對誘發(fā)山體滑坡、產(chǎn)生地表裂縫的規(guī)律和斷層對開采的影響來分析 開采沉陷的可靠性。</p><p>　　6. 介紹陀螺經(jīng)緯儀的應用和導線網(wǎng)角度平差計算的方法，比較了它與簡易平差的 差異，得出嚴密平差更為可靠的結(jié)論。</p><p>　　隨著全球定位系統(tǒng)的廣泛應用，地面測量自動化程度已有大幅度提高。但是，面向礦 井內(nèi)部的快速定位與自

68、動導航系統(tǒng)，除傳統(tǒng)的陀螺定向與初露端倪的影像匹配定位技術 之外，尚沒有滿足礦山工程精度與作業(yè)速度要求的地下快速定位與自動導航的理論、技 術與儀器。礦山測量自動化是解決井下實時定位、礦山及時救護的關鍵技術手段。如果 礦工配備這樣的系統(tǒng)，那么井下施工時不但能及時發(fā)現(xiàn)存在的危險，而且隨時給予地面 的位置信息，可有效實施井下?lián)尵群吞岣吖と俗晕曳雷o能力，因此應如何保證其測量成 果的可靠性應作為礦山測量重要的科研方向和攻關目標。開采沉陷這塊應該根據(jù)

69、礦區(qū)的 實際地質(zhì)情況建立具有前瞻性的觀測站，分析開采損害可能的實際影響。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在 老師的悉心指導下完成的。從論文的選題到研究、撰寫、從資 料的準備到論文的審閱和修改，導師在百忙之中傾注了大量心血。入學以來，老師在學習和生活上給予了無微不至的關懷和鼓勵，是本論文順利完成的支柱。老師嚴謹治學 的態(tài)度

70、、一絲不茍的求實精神和對事業(yè)孜孜不倦的追求與奉獻深深影響著我，令我終身受益。在我的論文完成之際，謹向?qū)煴硎局孕牡母兄x和誠摯的敬意。</p><p>　　最后，感謝我的父母、兄長、及親朋好友，無論境遇如何，他們始終陪伴著我，分享著我的快樂，分擔著我的痛苦。在平時的生活學習中，他們始終給予我充分的理解和支持，使我能夠?qū)Ｗ⒂趯W業(yè)和工作，不斷的向人生目標邁進。對他們表示深深的感謝!</p><p&g

71、t;<b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]關桂良，礦山測量.煤炭工業(yè)出版社.1995.</p><p>　　[2] 孔樣元，梅是義.控制測量學.武漢大學出版社.2°°1.</p><p>　　[3] 洪立波.關于城市測量投影面和投影帶選擇問題商討測繪通報，1983(2).</p><

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