2024年5月30日发(作者：嘉鸿彩)
第
43
卷第
12
期
2020
年
12
月
煤炭与化工
Coal
and
Chemical
Industry
Vol.43
No.
12
Dec.
2020
机电与自动化
应用北斗卫星导航系统实现煤矿地表沉陷智能监测
刘先弊
1,
甘勇
2,
刘国旺彳
(1.
开滦集团矿业工程有限责任公司
，
河北
唐山
063000
；
2
.广州南方测绘科技股份有限公司唐山分公司
，
河北
唐山
063000
；
3
.开滦
傑团)有限责任公司唐山矿业分公司
，
河北
唐山
063000
)
摘要
：
地表沉陷监测是煤矿开采
，
尤其是
“
建下”
开采的一项重要工作
。
为了提高监测的
密度和保证数据质量
，
特别是在现场环境条件受限的条件下
，
需改变传统监测方式和监测手
段
。
针对这些问题
，
以开滦唐山矿为研究对象
，
引入北斗卫星导航系统
，
运用静态观测后差
分技术实现对地表沉陷监测数据的获取
、
传输
、
解算
、
分析全自动处理
，
并可通过网页随时
浏览
、
打印结果
。
实践表明
，
该技术实现了煤矿开采地表沉陷监测的智能化
，
应用效果良好
。
关键词
：
压煤
；
地下开采
；
北斗卫星导航系统
；
差分
；
地表沉陷
；
智能监测
；
4G
通信
中图分类号
：
TD76
文献标识码
：B
文章编号
：
2095-5979
(
2020
)
12-0088-05
Intelligent
monitoring
of
surface
subsidence
in
mines
using
Beidou
satellite
navigation
system
Liu
Xianye
1
,
Gan
Yong
2
,
Liu
Guowang
3
(1.
KaUuan
Group
Mining
Engineering
Corporation
Ltd.,
Tangshan
063000,
China;
2.
Tangshan
Branch,
Guangzhou
Southern
Surveying
and
Mapping
Technology
Corporation
Ltd.,
Tangshan
063611,
China;
3.
Tangshan
Mining
Branch,
Kailuan
(Group)
Corporation
Ltd.,
Tangshan
063611,
China
)
Abstract
:
Surface
subsidence
monitoring
is
an
important
task
in
coal
mining,
especially
under
construction.
In
order
to
improve
the
monitoring
density
and
ensure
the
data
quality,
especially
under
the
restricted
environmental
conditions,
the
traditional
monitoring
methods
and
monitoring
means
need
to
be
changed.
To
address
these
issues,
the
BeiDou
satellite
navigation
system
was
introduced
to
Kailuan
Tangshan
Mine,
and
the
static
observation
and
post-diSerential
technology
was
adopted
to
fully
automate
the
acquisition,
transmission,
resolution,
surface
subsidence
monitoring
data
was
analyzed.
The
practice
showed
that
this
technology
realized
the
intelligence
of
surface
subsidence
monitoring
in
coal
mining
and
had
good
application
eflect.
Key
words
:
coal
compression;
underground
mining;
BeiDou
satellite
navigation
system;
differential;
surface
subsidence;
intelligent
monitoring;
4G
communication
0
引
言
对地表及建(构)筑物的沉陷变形监测是
“
建
统技术的发展
，
尤其是我国北斗卫星导航系统的建
成和开通
，
运用静态观测后差分技术可以实现对地
表沉陷的智能化监测
。
下
”
开采中的一项重要工作
。
常规的观测方法主要
是在采区上方建立地面观测站
，
用经纬仪或全站
仪
、
水准仪定期进行观测
。
但受人员
、
时间
、
气候
和现场地形地物等条件影响
，
存在易受外因干扰
、
1
概况
开滦唐山矿建于
1878
年
，
由于开采历史和城
市发展的原因
，
形成矿井处于唐山市中心区域
，
使
周期长
、
人力物力耗费量大等问题
，
难以满足技术
得
”
建下
”
采煤成为煤炭资源开发和企业持续发展
分析和指导生产管理的需要
。
随着全球卫星导航系
的必选途径
。
矿井所属铁三区和新风井煤柱区的开
责任编辑
：
张彤
DOI:
10.19286/.2020.12.027
作者简介
：
刘先牌
(1964-),
男
，
江西遂川人
，
高级工程师
。
引用格式
：
刘先傘甘勇
，
刘国旺.应用北斗卫星导航系统实现煤矿地表沉陷智能监测
[J].
煤炭与化工
，
2020
,
43
(12
)
：
88-92.
88
刘先弊等
：
应用北斗卫星导航系统实现煤矿地表沉陷智能监测
2020
年第
12
期
采工作面
，
距离矿井工业广场较近
，
其中井筒
、
风
集团现有的平面控制网测量精度满足国家絵球定
压机房和充填开采投料井等重要建
（
构）
筑物关系
到矿井安全生产和系统正常使用
，
必须确保安全
。
在采取充填开采
、
条带开采等有效保护措施的同
时
，
还需对地下开采引起的地表沉陷情况进行连续
位系统
（
GPS
）
测量规杨
絵球定位系统城市测
量技术规砂的相关要求
，
高程控制测量精度满足
三等水准测量精度要求
；
二是全球导航卫星系统信
号接收技术先进可靠
，
Net
S8+C
型
GNSS
监测主机
以我国北斗系统为主
，
并能兼容美国
GPS
和俄罗
斯
GLONASS
导航卫星系统
，
实现
“
三星
”
系统数
据同时参与解算
；
三是开滦集团原有的全球导航卫
星连续运行参考站
（
CORS
）
通过升级改造
，
能够
服务于唐山矿监测区域
，
保证监测数据精度
。
监测
，
为技术分析和生产管理提供科学依据
。
实施地表沉陷连续监测面临诸多问题
：
一是监
测队伍紧张
，
难以长期安排一队测量人员负责连续
测量工作
，
而且野外作业
、
内业工作量大
；
二是监
测现场条件复杂
，
城区通视条件受限
，
监测区距离
稳定区较远
，
人工监测每次准备工作量大
，
尤其是
高程控制测量
；
三是受交通安全
、
天气
、
气候的影
响
，
难以实现不间断连续监测
，
采集数据有限
。
2
智能监测系统
智能监测系统由北斗卫星连续运行参考站
、
北
斗卫星监测点和数据处理中心构成
，
如图
1
所示
。
通过分析研究
，
在唐山矿新风井工业广场区域
实施自动化监测具有多方面的优势条件
：
一是开滦
图
1
智能监测系统构成
可以达到
0.01
mm,
满足监测等级要求
。
数据传输
Fig.
1
Composition
of
intelligent
monitoring
system
2.1
北斗卫星连续运行参考站
（
CORS
）
采用
Net
S8+C
型
GNSS
监测主机
，
定位精度
静态平面
±2.5
mm+1
ppm,
咼程
±5
mm+1
ppm
o
可通过网络进行数据传输和远程控制
，
满足
CORS
基站长时间无人值守稳定运行的需求
。
2.2
北斗卫星监测点
根据需要
，
分别在井筒
、
风压机房和充填开采
通过监测软件
，
利用
24
h
以上静态后査分解算
，
平面和高程解算精度可以到达
0.5
mm,
最小显示
89
2020
年第
12
期
煤炭与化工
找和保存
。
第
43
卷
投料井旁建设一类卫星监测点
（
图
2
）
,
基础埋深
至冻土层以下
0.5
m
o
每个监测点安装北斗系统接
收机
、
天线
（
三系统七频测量型天线
）
、
GPRS
数
据传输模块和太阳能供电等设施
。
二类监测点采取人工获取监测数据
，
可以单独
解算和分析
，
也可以加入到一类监测点监测数据中
一并进的算
、
分析
。
3
精度检核
3.1
CORS
基站精度检测
采用三脚架对中整平
，
银河
1
型接收机设置网
络模式后与
CORS
基站连接测量控制点测量和快速
静态测量两种方式进行验证
。
采用此办法测量唐山
矿
A
区内
4
个点和
B
区内
6
个点
，
再将测量结果
与旧坐标进行比较
。
参照
CORS
的精度指标
，
检测
结果精度符合指标要求
，
满足日常工作需要
。
3.2
一类监测点的检核
图
2
—
类卫星监测点位置
Fig.
2
Location
of
a
class
1
satellite
monitoring
point
分期利用其他
GNSS
接收机替换一类点观测墩
上的天线进行静态观测
，
然后对比两个仪器的观测
2.3
数据处理中心
数据处理中心即变形监测系统
（
简称
SMOS
）
,
由变形监测采集端
、
变形监测处理软件
、
变形监测
数据
，
不符值限差为
2
倍水平位移中误差
。
高程测
量精度利用水准测量方式检核各期测量间的高差,
与自动观测数据对比
，
不符值限差为
2
倍垂直位移
中误差
。
根据自动化监测与
GNSS
接收机手动测量数值
服务器和变形监测客户端组成
。
客户端采用网页云平台的方式
，
后台统一部
署
，
用户无需进行安装部署
。
根据管理员提供的账
号信息进行登录
，
验证通过后进入主页
，
主页界面
显示的是当前用户所管理的所有平台的地理位置信
对比
，
最小差值为
0.05
mm,
最大差值为
0.47
mm,
满足水平位移观测精度要求
。
自动化监测与水准测量数值对比
，
最小差值为
息
。
具有展示现场的设备信息
、
实时数据信息
、
历
史数据查询
（
包括历史数据曲线
，
报表导出
）
、
预
-0.12
mm,
最大差值为
0.61
mm,
满足高程沉降观
测精度要求
。
通过对监测站边上预设的检核点进行水准测
警信息査询等功能
。
2.4
二类监测点
为了对监测区域地面沉陷更加全面监测
，在一
类监测点的基础上又设置了二类监测点
，
二类监测
量
，
检核监测娜的可靠性
，
误差在
-0.5
~
+05
mm
。
检核结果表明
，
监测系统测量精度达到毫米
级
，
满足规程要求
。
点采用定期人工短时间测量的方式进行监测
O
沿建设南路
、
南湖大道
、
大学路呈十字型布设
4
条监测线
，
以
40
m
的间距沿着监测线布设二类
监测点
，
4
条监测线分别布设
10
个监测点
，
共计
40
个
。
各个点位布设在道路的近边缘处
，
方便査
4
智能监测情况
4.1
井下开采工作面
监测区域井下共有
3
个开采工作面
，
如图
3所
示
，
具体情况见表
1
。
表
1
开采工作面情况
Table
1
Mining
working
iace
工作面
参数
开采方式
开采时间
与监测点关系
F5001
F5002
工作面标高
-582.2
~
—
706.0
m,
煤层平均倾角
11
。
，
煤厚平均
2.2
m
工作面标高
-582.0
—
-709.0
m,
煤层平均倾角
13
。,
煤厚平均
2.4
m
工作面标高
-573.5
—
-
772.2
m,
煤层平均倾角
19
。
，
煤厚平均
2.7
m
肝石充填开采
肝石充填开采
顶板垮落法开采
2016.10
~
2017.9
位于三个一类监测点的东北侧
，
距离一号点
420
m,
距离二号点
605
叫
距离三号点
700
m
位于三个一类监测点的东北侧
，
距离一号点
270
m,
距离二号点
455
m,
距离三号点
550
m
位于三个一类监测点的西南侧
，
距离一号点
570m,
距离二号点
365
m,
距离三号点
385
m
2017.11
~
201
8.12
2018.1-2019.6
F5009
90
刘先弊等
：
应用北斗卫星导航系统实现煤矿地表沉陷智能监测
2020
年第
12
期
图
3
监测点与工作面位置
月
；
2020
年下沉速率为
-0.05
mm/
月
，
平面移动速
Fig.
3
Location
of
monitoring
point
and
working
face
4.2
地表沉陷监测结果
通过在
SMOS
变形监测系统的客户端平台
，
选
定监测设备和任一时段
，
系统会调取该观测时段的
数据库信息
，
进行自动分析解算
，
解算出监测点
率为
0.26
mm/
月
，
移动方向指向
F5001
和
F5002
采空区方向
。
监测点
2
移动因素受
F5001
、
F5002
、
F5009
三个开采工作面影响
。
监测数据显示
，
该监
X、Y
、
Z
三个方向上的移动数据
，
并通过数据过
滤和计算
，
就可得到监测值
。
以智能监测系统建成
使用的
2018
年
11
月观测数据为基准
，
计算各监测
点沉陷变化情况
，
见表
2
。
测点
2020年相比
2019
年平移和下沉速率明显减
小
，
可能与
F5009
工作面为条带开采有关
。
充填投
料井也一直保持着正常的安全使用
。
监测点
3
（
监测风压机房
）
在
2019
年下沉速
率为
-0.77
mm/
月
，
平面移动速率为
0.96
mm/
月
;
4.3
监测数据分析
从上述监测数据可以看出
，
监测点
］
（
监测风
井
）
在
2019
年下沉速率为
-0.31
mm/
月
，
平面移
动速率为
0.25
mm/
月
；
2020
年下沉速率为
-0.4
2020
年下沉速率为
-0.24
mm/
月
，
平面移动速率为
0.31
mm/
月
，
移动方向指向
F5009
采空区方向
。
移
动因素主要受
F5009
开采工作面影响
，
但
2020
年
mm/
月
，
平面移动速率为
0.39
mm/
月
，
移动方向
指向
F5001
和
F5002
采空区方向
。
监测点
1
移动
相比2019
年平移和下沉速率明显减小
。
风机房一
宜保持着正常的安全使用
。
从地面实地勘察情况看
，
地表没有发生明显
因素主要受
F5001
和
F5002
这两个开采工作面的
影响
，
2020
年移动速率较
2019
年有所变大
，
原因
沉陷变化
，与观测结果相吻合，
达到开采设计预
期效果
。
可能与监测点距离这
2
个工作面更近有关
，
但这
2
个工作面的开采方式为充填开采
，
开采后用筛选出
的肝石回填采空区
，
减弱了地表沉陷变化
，
未对风
根据监测数据及上述分析表明
，
3
个一类监测
点能够精确反映地表沉陷变化情况
，
满足地表沉陷
监测的需要
，
提高了监测工作效率和质量
。
通过使
用地表沉陷智能监测技术
，
每年可以节省人工观测
井的安全正常使用产生影响
。
监测点
2
（
监测充填投料井
）
在
2019
年下沉
速率为
-0.34
mm/
月
，
平面移动速率为
0.91
mm/
费用约
100
万元
。
91
2020
年第
12
期
煤炭与化工
表
2
—
类监测点监测数据变化情况
第
43
卷
Table
2
Changes
in
monitoring
data
of
the
first
class
monitoring
points
监测点]
监测点
2
监测点
3
时间
AX/mm
A
Y/mm
AZ/mm
0
-0.13
AX/mm
0
A
Y/mm
0
0.05
AZ/mm
0
-1.23
AX/mm
0
0.26
0.05
A
Y/mm
AZ/mm
0
0
-0.65
2018.11
2018.12
0
2.34
2.55
2.59
0
2.56
3.21
0
0.07
0.07
-2.17
-2.40
-2.63
0.23
0.11
2019.01
2019.02
-0.22
-0.35
-2.05
0.12
0.11
-0.43
-1.65
3.33
3.52
-2.20
-2.33
-0.20
-0.32
-0.45
-0.10
-1.58
-2.99
-3.26
-3.84
-3.99
-4.66
-4.79
-5.06
-5.42
-5.51
-0.84
-0.86
-2.05
2019.03
2019.04
2.21
1.71
3.98
4.14
-2.96
-3.11
-1.38
-2.65
-3.33
-2.39
-2.66
2019.05
2019.06
2019.07
2019.08
2019.09
2019.10
1.28
-4.27
-5.76
-7.36
-1.72
-3.17
-3.84
-4.33
-4.58
-0.49
-0.57
-0.89
2.12
2.44
2.61
2.11
-3.25
-2.7
-2.9
-3.23
-3.30
-3.30
-3.41
-3.95
-4.33
-5.00
-6.84
-9.47
-7.81
-&
45
-9.63
-4.86
-0.54
0.48
0.75
1.18
1.43
1.59
1.61
-4.59
-5.17
-5.83
-3.54
-3.82
-3.82
-3.96
-4.07
-7.32
-9.14
2.44
2.57
3.01
-3.50
-3.90
-4.09
-4.81
2019.11
2019.12
-9.80
-10.44
-11.14
-11.68
-9.51
-10.02
-10.26
-10.45
-10.01
-10.05
-6.38
-6.89
-7.38
-7.45
-7.75
-7.92
-8.30
-8.42
2020.01
2020.02
3.36
-5.66
-5.74
-6.06
-6.17
-6.38
-6.62
-6.86
-6.87
-7.00
3.47
3.51
-5.45
-5.67
-10.19
-10.22
-10.14
-10.27
-4.12
-4.16
-4.18
-4.13
-4.13
-11.91
-12.16
-12.55
2020.03
2020.04
-10.66
-11.29
-11.66
-11.88
-11.99
-12.11
-12.21
2.12
2.87
3.90
-6.16
-6.40
-6.62
-7.12
-7.51
2020.05
2020.06
2020.07
2020.08
2020.09
4.21
4.30
4.36
-12.86
-12.84
-13.22
3.08
3.62
-10.31
-10.39-4.09
4.10
4.32
4.48
4.63
-10.51
-10.67
-&
51
-&
65
-4.21
-4.39
-13.31
-13.50
-7.69
5
结语
基于北斗卫星导航系统的煤矿开采地表沉陷监
参考文献:
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
GB/T12898-2009,
国家三、
四等水准测量规范
[S].
测技术
，
实现了数据获取
、
传输
、
解算
、
分析和浏
GB50026-2007,
工程测量规范
[S].
览的全自动处理
，
提升了地表沉陷监测技术
。
监测
系统数据准确可靠
，
测量精度达到毫米级
，
具备了
煤矿开采地表变形智能化
、
高精度连续监测的能
GB/T
18314-2009,
全球定位系统
(GPS)
测量规范
[S].
CJJ73-97
,
全球定位系统城市测量技术规程
[
S].
开滦傑团)有限责任公司唐山矿业分公司铁三区建(构)
筑群下压煤开采方案设计
[R].
唐山
：
开滦唐山矿业分公司,
力
。
实践表明
，
地表沉陷智能监测技术具有扩展性
2017.
和推广应用潜力
。
(
上接第
35
页
)
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2019
(11)
：
106
-
108.
92
2024年5月30日发(作者：嘉鸿彩)
第
43
卷第
12
期
2020
年
12
月
煤炭与化工
Coal
and
Chemical
Industry
Vol.43
No.
12
Dec.
2020
机电与自动化
应用北斗卫星导航系统实现煤矿地表沉陷智能监测
刘先弊
1,
甘勇
2,
刘国旺彳
(1.
开滦集团矿业工程有限责任公司
，
河北
唐山
063000
；
2
.广州南方测绘科技股份有限公司唐山分公司
，
河北
唐山
063000
；
3
.开滦
傑团)有限责任公司唐山矿业分公司
，
河北
唐山
063000
)
摘要
：
地表沉陷监测是煤矿开采
，
尤其是
“
建下”
开采的一项重要工作
。
为了提高监测的
密度和保证数据质量
，
特别是在现场环境条件受限的条件下
，
需改变传统监测方式和监测手
段
。
针对这些问题
，
以开滦唐山矿为研究对象
，
引入北斗卫星导航系统
，
运用静态观测后差
分技术实现对地表沉陷监测数据的获取
、
传输
、
解算
、
分析全自动处理
，
并可通过网页随时
浏览
、
打印结果
。
实践表明
，
该技术实现了煤矿开采地表沉陷监测的智能化
，
应用效果良好
。
关键词
：
压煤
；
地下开采
；
北斗卫星导航系统
；
差分
；
地表沉陷
；
智能监测
；
4G
通信
中图分类号
：
TD76
文献标识码
：B
文章编号
：
2095-5979
(
2020
)
12-0088-05
Intelligent
monitoring
of
surface
subsidence
in
mines
using
Beidou
satellite
navigation
system
Liu
Xianye
1
,
Gan
Yong
2
,
Liu
Guowang
3
(1.
KaUuan
Group
Mining
Engineering
Corporation
Ltd.,
Tangshan
063000,
China;
2.
Tangshan
Branch,
Guangzhou
Southern
Surveying
and
Mapping
Technology
Corporation
Ltd.,
Tangshan
063611,
China;
3.
Tangshan
Mining
Branch,
Kailuan
(Group)
Corporation
Ltd.,
Tangshan
063611,
China
)
Abstract
:
Surface
subsidence
monitoring
is
an
important
task
in
coal
mining,
especially
under
construction.
In
order
to
improve
the
monitoring
density
and
ensure
the
data
quality,
especially
under
the
restricted
environmental
conditions,
the
traditional
monitoring
methods
and
monitoring
means
need
to
be
changed.
To
address
these
issues,
the
BeiDou
satellite
navigation
system
was
introduced
to
Kailuan
Tangshan
Mine,
and
the
static
observation
and
post-diSerential
technology
was
adopted
to
fully
automate
the
acquisition,
transmission,
resolution,
surface
subsidence
monitoring
data
was
analyzed.
The
practice
showed
that
this
technology
realized
the
intelligence
of
surface
subsidence
monitoring
in
coal
mining
and
had
good
application
eflect.
Key
words
:
coal
compression;
underground
mining;
BeiDou
satellite
navigation
system;
differential;
surface
subsidence;
intelligent
monitoring;
4G
communication
0
引
言
对地表及建(构)筑物的沉陷变形监测是
“
建
统技术的发展
，
尤其是我国北斗卫星导航系统的建
成和开通
，
运用静态观测后差分技术可以实现对地
表沉陷的智能化监测
。
下
”
开采中的一项重要工作
。
常规的观测方法主要
是在采区上方建立地面观测站
，
用经纬仪或全站
仪
、
水准仪定期进行观测
。
但受人员
、
时间
、
气候
和现场地形地物等条件影响
，
存在易受外因干扰
、
1
概况
开滦唐山矿建于
1878
年
，
由于开采历史和城
市发展的原因
，
形成矿井处于唐山市中心区域
，
使
周期长
、
人力物力耗费量大等问题
，
难以满足技术
得
”
建下
”
采煤成为煤炭资源开发和企业持续发展
分析和指导生产管理的需要
。
随着全球卫星导航系
的必选途径
。
矿井所属铁三区和新风井煤柱区的开
责任编辑
：
张彤
DOI:
10.19286/.2020.12.027
作者简介
：
刘先牌
(1964-),
男
，
江西遂川人
，
高级工程师
。
引用格式
：
刘先傘甘勇
，
刘国旺.应用北斗卫星导航系统实现煤矿地表沉陷智能监测
[J].
煤炭与化工
，
2020
,
43
(12
)
：
88-92.
88
刘先弊等
：
应用北斗卫星导航系统实现煤矿地表沉陷智能监测
2020
年第
12
期
采工作面
，
距离矿井工业广场较近
，
其中井筒
、
风
集团现有的平面控制网测量精度满足国家絵球定
压机房和充填开采投料井等重要建
（
构）
筑物关系
到矿井安全生产和系统正常使用
，
必须确保安全
。
在采取充填开采
、
条带开采等有效保护措施的同
时
，
还需对地下开采引起的地表沉陷情况进行连续
位系统
（
GPS
）
测量规杨
絵球定位系统城市测
量技术规砂的相关要求
，
高程控制测量精度满足
三等水准测量精度要求
；
二是全球导航卫星系统信
号接收技术先进可靠
，
Net
S8+C
型
GNSS
监测主机
以我国北斗系统为主
，
并能兼容美国
GPS
和俄罗
斯
GLONASS
导航卫星系统
，
实现
“
三星
”
系统数
据同时参与解算
；
三是开滦集团原有的全球导航卫
星连续运行参考站
（
CORS
）
通过升级改造
，
能够
服务于唐山矿监测区域
，
保证监测数据精度
。
监测
，
为技术分析和生产管理提供科学依据
。
实施地表沉陷连续监测面临诸多问题
：
一是监
测队伍紧张
，
难以长期安排一队测量人员负责连续
测量工作
，
而且野外作业
、
内业工作量大
；
二是监
测现场条件复杂
，
城区通视条件受限
，
监测区距离
稳定区较远
，
人工监测每次准备工作量大
，
尤其是
高程控制测量
；
三是受交通安全
、
天气
、
气候的影
响
，
难以实现不间断连续监测
，
采集数据有限
。
2
智能监测系统
智能监测系统由北斗卫星连续运行参考站
、
北
斗卫星监测点和数据处理中心构成
，
如图
1
所示
。
通过分析研究
，
在唐山矿新风井工业广场区域
实施自动化监测具有多方面的优势条件
：
一是开滦
图
1
智能监测系统构成
可以达到
0.01
mm,
满足监测等级要求
。
数据传输
Fig.
1
Composition
of
intelligent
monitoring
system
2.1
北斗卫星连续运行参考站
（
CORS
）
采用
Net
S8+C
型
GNSS
监测主机
，
定位精度
静态平面
±2.5
mm+1
ppm,
咼程
±5
mm+1
ppm
o
可通过网络进行数据传输和远程控制
，
满足
CORS
基站长时间无人值守稳定运行的需求
。
2.2
北斗卫星监测点
根据需要
，
分别在井筒
、
风压机房和充填开采
通过监测软件
，
利用
24
h
以上静态后査分解算
，
平面和高程解算精度可以到达
0.5
mm,
最小显示
89
2020
年第
12
期
煤炭与化工
找和保存
。
第
43
卷
投料井旁建设一类卫星监测点
（
图
2
）
,
基础埋深
至冻土层以下
0.5
m
o
每个监测点安装北斗系统接
收机
、
天线
（
三系统七频测量型天线
）
、
GPRS
数
据传输模块和太阳能供电等设施
。
二类监测点采取人工获取监测数据
，
可以单独
解算和分析
，
也可以加入到一类监测点监测数据中
一并进的算
、
分析
。
3
精度检核
3.1
CORS
基站精度检测
采用三脚架对中整平
，
银河
1
型接收机设置网
络模式后与
CORS
基站连接测量控制点测量和快速
静态测量两种方式进行验证
。
采用此办法测量唐山
矿
A
区内
4
个点和
B
区内
6
个点
，
再将测量结果
与旧坐标进行比较
。
参照
CORS
的精度指标
，
检测
结果精度符合指标要求
，
满足日常工作需要
。
3.2
一类监测点的检核
图
2
—
类卫星监测点位置
Fig.
2
Location
of
a
class
1
satellite
monitoring
point
分期利用其他
GNSS
接收机替换一类点观测墩
上的天线进行静态观测
，
然后对比两个仪器的观测
2.3
数据处理中心
数据处理中心即变形监测系统
（
简称
SMOS
）
,
由变形监测采集端
、
变形监测处理软件
、
变形监测
数据
，
不符值限差为
2
倍水平位移中误差
。
高程测
量精度利用水准测量方式检核各期测量间的高差,
与自动观测数据对比
，
不符值限差为
2
倍垂直位移
中误差
。
根据自动化监测与
GNSS
接收机手动测量数值
服务器和变形监测客户端组成
。
客户端采用网页云平台的方式
，
后台统一部
署
，
用户无需进行安装部署
。
根据管理员提供的账
号信息进行登录
，
验证通过后进入主页
，
主页界面
显示的是当前用户所管理的所有平台的地理位置信
对比
，
最小差值为
0.05
mm,
最大差值为
0.47
mm,
满足水平位移观测精度要求
。
自动化监测与水准测量数值对比
，
最小差值为
息
。
具有展示现场的设备信息
、
实时数据信息
、
历
史数据查询
（
包括历史数据曲线
，
报表导出
）
、
预
-0.12
mm,
最大差值为
0.61
mm,
满足高程沉降观
测精度要求
。
通过对监测站边上预设的检核点进行水准测
警信息査询等功能
。
2.4
二类监测点
为了对监测区域地面沉陷更加全面监测
，在一
类监测点的基础上又设置了二类监测点
，
二类监测
量
，
检核监测娜的可靠性
，
误差在
-0.5
~
+05
mm
。
检核结果表明
，
监测系统测量精度达到毫米
级
，
满足规程要求
。
点采用定期人工短时间测量的方式进行监测
O
沿建设南路
、
南湖大道
、
大学路呈十字型布设
4
条监测线
，
以
40
m
的间距沿着监测线布设二类
监测点
，
4
条监测线分别布设
10
个监测点
，
共计
40
个
。
各个点位布设在道路的近边缘处
，
方便査
4
智能监测情况
4.1
井下开采工作面
监测区域井下共有
3
个开采工作面
，
如图
3所
示
，
具体情况见表
1
。
表
1
开采工作面情况
Table
1
Mining
working
iace
工作面
参数
开采方式
开采时间
与监测点关系
F5001
F5002
工作面标高
-582.2
~
—
706.0
m,
煤层平均倾角
11
。
，
煤厚平均
2.2
m
工作面标高
-582.0
—
-709.0
m,
煤层平均倾角
13
。,
煤厚平均
2.4
m
工作面标高
-573.5
—
-
772.2
m,
煤层平均倾角
19
。
，
煤厚平均
2.7
m
肝石充填开采
肝石充填开采
顶板垮落法开采
2016.10
~
2017.9
位于三个一类监测点的东北侧
，
距离一号点
420
m,
距离二号点
605
叫
距离三号点
700
m
位于三个一类监测点的东北侧
，
距离一号点
270
m,
距离二号点
455
m,
距离三号点
550
m
位于三个一类监测点的西南侧
，
距离一号点
570m,
距离二号点
365
m,
距离三号点
385
m
2017.11
~
201
8.12
2018.1-2019.6
F5009
90
刘先弊等
：
应用北斗卫星导航系统实现煤矿地表沉陷智能监测
2020
年第
12
期
图
3
监测点与工作面位置
月
；
2020
年下沉速率为
-0.05
mm/
月
，
平面移动速
Fig.
3
Location
of
monitoring
point
and
working
face
4.2
地表沉陷监测结果
通过在
SMOS
变形监测系统的客户端平台
，
选
定监测设备和任一时段
，
系统会调取该观测时段的
数据库信息
，
进行自动分析解算
，
解算出监测点
率为
0.26
mm/
月
，
移动方向指向
F5001
和
F5002
采空区方向
。
监测点
2
移动因素受
F5001
、
F5002
、
F5009
三个开采工作面影响
。
监测数据显示
，
该监
X、Y
、
Z
三个方向上的移动数据
，
并通过数据过
滤和计算
，
就可得到监测值
。
以智能监测系统建成
使用的
2018
年
11
月观测数据为基准
，
计算各监测
点沉陷变化情况
，
见表
2
。
测点
2020年相比
2019
年平移和下沉速率明显减
小
，
可能与
F5009
工作面为条带开采有关
。
充填投
料井也一直保持着正常的安全使用
。
监测点
3
（
监测风压机房
）
在
2019
年下沉速
率为
-0.77
mm/
月
，
平面移动速率为
0.96
mm/
月
;
4.3
监测数据分析
从上述监测数据可以看出
，
监测点
］
（
监测风
井
）
在
2019
年下沉速率为
-0.31
mm/
月
，
平面移
动速率为
0.25
mm/
月
；
2020
年下沉速率为
-0.4
2020
年下沉速率为
-0.24
mm/
月
，
平面移动速率为
0.31
mm/
月
，
移动方向指向
F5009
采空区方向
。
移
动因素主要受
F5009
开采工作面影响
，
但
2020
年
mm/
月
，
平面移动速率为
0.39
mm/
月
，
移动方向
指向
F5001
和
F5002
采空区方向
。
监测点
1
移动
相比2019
年平移和下沉速率明显减小
。
风机房一
宜保持着正常的安全使用
。
从地面实地勘察情况看
，
地表没有发生明显
因素主要受
F5001
和
F5002
这两个开采工作面的
影响
，
2020
年移动速率较
2019
年有所变大
，
原因
沉陷变化
，与观测结果相吻合，
达到开采设计预
期效果
。
可能与监测点距离这
2
个工作面更近有关
，
但这
2
个工作面的开采方式为充填开采
，
开采后用筛选出
的肝石回填采空区
，
减弱了地表沉陷变化
，
未对风
根据监测数据及上述分析表明
，
3
个一类监测
点能够精确反映地表沉陷变化情况
，
满足地表沉陷
监测的需要
，
提高了监测工作效率和质量
。
通过使
用地表沉陷智能监测技术
，
每年可以节省人工观测
井的安全正常使用产生影响
。
监测点
2
（
监测充填投料井
）
在
2019
年下沉
速率为
-0.34
mm/
月
，
平面移动速率为
0.91
mm/
费用约
100
万元
。
91
2020
年第
12
期
煤炭与化工
表
2
—
类监测点监测数据变化情况
第
43
卷
Table
2
Changes
in
monitoring
data
of
the
first
class
monitoring
points
监测点]
监测点
2
监测点
3
时间
AX/mm
A
Y/mm
AZ/mm
0
-0.13
AX/mm
0
A
Y/mm
0
0.05
AZ/mm
0
-1.23
AX/mm
0
0.26
0.05
A
Y/mm
AZ/mm
0
0
-0.65
2018.11
2018.12
0
2.34
2.55
2.59
0
2.56
3.21
0
0.07
0.07
-2.17
-2.40
-2.63
0.23
0.11
2019.01
2019.02
-0.22
-0.35
-2.05
0.12
0.11
-0.43
-1.65
3.33
3.52
-2.20
-2.33
-0.20
-0.32
-0.45
-0.10
-1.58
-2.99
-3.26
-3.84
-3.99
-4.66
-4.79
-5.06
-5.42
-5.51
-0.84
-0.86
-2.05
2019.03
2019.04
2.21
1.71
3.98
4.14
-2.96
-3.11
-1.38
-2.65
-3.33
-2.39
-2.66
2019.05
2019.06
2019.07
2019.08
2019.09
2019.10
1.28
-4.27
-5.76
-7.36
-1.72
-3.17
-3.84
-4.33
-4.58
-0.49
-0.57
-0.89
2.12
2.44
2.61
2.11
-3.25
-2.7
-2.9
-3.23
-3.30
-3.30
-3.41
-3.95
-4.33
-5.00
-6.84
-9.47
-7.81
-&
45
-9.63
-4.86
-0.54
0.48
0.75
1.18
1.43
1.59
1.61
-4.59
-5.17
-5.83
-3.54
-3.82
-3.82
-3.96
-4.07
-7.32
-9.14
2.44
2.57
3.01
-3.50
-3.90
-4.09
-4.81
2019.11
2019.12
-9.80
-10.44
-11.14
-11.68
-9.51
-10.02
-10.26
-10.45
-10.01
-10.05
-6.38
-6.89
-7.38
-7.45
-7.75
-7.92
-8.30
-8.42
2020.01
2020.02
3.36
-5.66
-5.74
-6.06
-6.17
-6.38
-6.62
-6.86
-6.87
-7.00
3.47
3.51
-5.45
-5.67
-10.19
-10.22
-10.14
-10.27
-4.12
-4.16
-4.18
-4.13
-4.13
-11.91
-12.16
-12.55
2020.03
2020.04
-10.66
-11.29
-11.66
-11.88
-11.99
-12.11
-12.21
2.12
2.87
3.90
-6.16
-6.40
-6.62
-7.12
-7.51
2020.05
2020.06
2020.07
2020.08
2020.09
4.21
4.30
4.36
-12.86
-12.84
-13.22
3.08
3.62
-10.31
-10.39-4.09
4.10
4.32
4.48
4.63
-10.51
-10.67
-&
51
-&
65
-4.21
-4.39
-13.31
-13.50
-7.69
5
结语
基于北斗卫星导航系统的煤矿开采地表沉陷监
参考文献:
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GB/T12898-2009,
国家三、
四等水准测量规范
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测技术
，
实现了数据获取
、
传输
、
解算
、
分析和浏
GB50026-2007,
工程测量规范
[S].
览的全自动处理
，
提升了地表沉陷监测技术
。
监测
系统数据准确可靠
，
测量精度达到毫米级
，
具备了
煤矿开采地表变形智能化
、
高精度连续监测的能
GB/T
18314-2009,
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开滦唐山矿业分公司,
力
。
实践表明
，
地表沉陷智能监测技术具有扩展性
2017.
和推广应用潜力
。
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