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1、 河南理工大学开采沉陷学 第十二讲主讲：蔡来良Tel：18739109523Email：河南理工大学 测绘与国土信息工程学院河南理工大学 3-1 3-1 概述概述 3-2 3-2 地表移动观测站设计地表移动观测站设计 3-2 3-2 地表移动观测站的观测工作地表移动观测站的观测工作第三章 地表移动和变形观测 授 课 提 纲一、地表移动和变形观测的基本概念一、地表移动和变形观测的基本概念二、观测站设置地点的选择（重点 ）一、观测站设计的原则及内容（重点）二、剖面线状观测站的设计方法（重点与难点）一、连接测量二、全面观测（重点） 三、日常观测工作河南理工大学3-1 3-1 概述概述目的：目的：为了
2、保护地表各种重要的建（构）筑物，使它为了保护地表各种重要的建（构）筑物，使它 们不受或少受开采的有害影响，为们不受或少受开采的有害影响，为“ “三下三下” ”开采打下坚实的基开采打下坚实的基础。础。任务：任务：地表移动的过程十分复杂，它是许多地表移动的过程十分复杂，它是许多地质采矿因地质采矿因素综合影响的结果。素综合影响的结果。目前，研究地表移动的主要方法是目前，研究地表移动的主要方法是实地实地 观测。观测。通过观测获得大量的实测资料，然后对这些实测资料通过观测获得大量的实测资料，然后对这些实测资料 进行综合分析，找出各种地质采矿因素对地表移动的影响规进行综合分析，找出各种地质采矿因素对地表移
3、动的影响规 律，律，( (一一) ) 目的和任务目的和任务一、地表移动和变形观测的基本概念一、地表移动和变形观测的基本概念河南理工大学观测站（观测站（Observation Observation StationStation），），是指在开是指在开采进行之前，在开采影响范围内的地表，按照一采进行之前，在开采影响范围内的地表，按照一 定要求设置的一系列互相联系的观测点，称为工定要求设置的一系列互相联系的观测点，称为工 作测点（监测点）。在采动过程中它们和地表一作测点（监测点）。在采动过程中它们和地表一 起移动，从而反映地表的移动状态。通过定期地起移动，从而反映地表的移动状态。通过定期地 对这些
4、观测点进行监测，确定其空间位置及其相对这些观测点进行监测，确定其空间位置及其相 对位置的变化，从而掌握地表移动变形规律。对位置的变化，从而掌握地表移动变形规律。( (二二) )观测站概念观测站概念河南理工大学1 1按照观测站设置的地点按照观测站设置的地点（1 1）地表移动观测站）地表移动观测站地表移动观测站（地表移动观测站（Ground Ground Movement Movement Observation Observation StationStation）是为了研究地表移动和变形的规律，在开采影响）是为了研究地表移动和变形的规律，在开采影响 范围内的地表上所布设的观测站。范围内的地表上
5、所布设的观测站。（2 2）专门观测站）专门观测站 专门观测站（专门观测站（Special Special Observation Observation StationStation）是为了特）是为了特定的目的所设立的观测站，如建筑物观测站、铁路观测站定的目的所设立的观测站，如建筑物观测站、铁路观测站 、边坡移动观测站等。、边坡移动观测站等。( (三三) )观测站的分类观测站的分类河南理工大学2 2按照观测的时间按照观测的时间（1 1）普通观测站）普通观测站普通观测站（普通观测站（Ordinary Ordinary Observation Observation StationStation）
6、，观测时），观测时 间较长（一般一年以上），它是从地表移动的开始到结束的间较长（一般一年以上），它是从地表移动的开始到结束的 整个过程中定期进行观测，主要为了研究地表移动和变形的整个过程中定期进行观测，主要为了研究地表移动和变形的 规律。规律。（2 2）短期观测站）短期观测站短期观测站（短期观测站（Short-term Short-term Observation Observation StationStation），观测），观测 时间较短（一般几个月到一年），它是在地表移动过程中的时间较短（一般几个月到一年），它是在地表移动过程中的 某个阶段进行观测。主要是为了求出一些近似的移动参数，某个
7、阶段进行观测。主要是为了求出一些近似的移动参数， 如最大下沉速度、走向移动角等。短期观测站只是在急需开如最大下沉速度、走向移动角等。短期观测站只是在急需开 采沉陷资料的情况下才采用。采沉陷资料的情况下才采用。（三）观测站的分类（三）观测站的分类河南理工大学3 3按布站的形式按布站的形式（1 1）网状观测站）网状观测站网状观测站网状观测站（Reticular Reticular Observation Observation StationStation） 是在产状复杂的矿层或在建筑物密集的地区开采时是在产状复杂的矿层或在建筑物密集的地区开采时 ，将测点组成网格状观测站。优点：网状观测站可，将测
8、点组成网格状观测站。优点：网状观测站可 以对整个采动影响范围进行观测，所得资料比较全以对整个采动影响范围进行观测，所得资料比较全 面、准确。缺点：测点数目较多，野外观测、内业面、准确。缺点：测点数目较多，野外观测、内业 成果处理工作量大，且受地形、地物条件的限制，成果处理工作量大，且受地形、地物条件的限制， 所以只在研究专门问题时才采用。所以只在研究专门问题时才采用。（三）观测站的分类（三）观测站的分类河南理工大学3 3按布站的形式按布站的形式（2 2）剖面线观测站）剖面线观测站 剖面线观测站剖面线观测站（Sectional Sectional Line Line ObservationObs
9、ervation）是是目前各矿区用得较多的一种布站形式。它是在沿移目前各矿区用得较多的一种布站形式。它是在沿移 动盆地主断面的方向上，将观测点布设成直线的观动盆地主断面的方向上，将观测点布设成直线的观 测站。通常由两条互相垂直且相交的观测线所组成测站。通常由两条互相垂直且相交的观测线所组成 。其中，沿走向主断面布设的观测线称为走向观测。其中，沿走向主断面布设的观测线称为走向观测 线，沿倾斜主断面布设观测线称为倾向观测线。线，沿倾斜主断面布设观测线称为倾向观测线。（三）观测站的分类（三）观测站的分类河南理工大学按布站的形式进行观测站布设示意图按布站的形式进行观测站布设示意图 （三）观测站的分类（
10、三）观测站的分类剖面线状观测站及其布置形式 ABCDEFGR1R2R3R4回采工作面巷道巷道网状观测站布设示意图河南理工大学矿区地表移动观测研究前沿基于三维激光扫描的快速地表移动观测站河南理工大学基于InSAR技术的矿区地表移动观测河南理工大学基于三维激光扫描的煤矿井工开采的地表沉陷监测及参数获取技术路线运用激光三维扫描仪监测煤炭井工开采的地表沉陷示意图如下图，技 术路线为：当工作面推进到位置1时，用三维激光扫描仪观测一次地表，获 得当时的数字高程模型DEM(1)。当工作面推进到位置2时，再用三维激光扫 描仪对同一位置地表进行第二次扫描，获得数值高程模型DEM(2)。用 DEM(1)减去DEM
11、(2),可以得到监测区域的地表下沉值，再结合井下开采情况 ，便可以反演出地表移动变形预测参数。基于三维激光扫描的快速地表移动观测站河南理工大学激光扫描仪对矿区地形测量河南理工大学河南理工大学InSAR技术在矿区地表移动观测中的应用InSAR测量原理是D-InSAR（合成孔径雷达差分干涉 测量技术）和PS-InSAR（永久散射体差分干涉测量 技术）技术的理论基础，它是利用雷达回波信号的 相位值来提取地面目标高程的。其基本原理是利用单轨双天线同时接收雷达回波或 者重轨单天线间隔一定时间两次接收雷达回波，获 取同一区域的两个雷达回波信号，然后根据这两个 雷达回波信号之间产生的相位差和一些轨道数据来 计算地面目标的高程信息。由于两种轨道模式原理 一样，下面以重轨为例来阐述InSAR的基本原理。河南理工大学InSAR技术在矿区地表移动观测中的应用如图所示，A1、A2分别表 示两副雷达天线的位置，基 线长度为B，基线与水平方 向夹角为，H表示平台高 度，地面高度为z的P点到两 天线间的斜距分别为R， R+R，为第一副雷达天 线到地面P点的视角。河南理工大学InSAR技术在矿区地表移动观测中的应用河南理工大学河南理工大学
