李雁鹏

（山西高平科兴南阳煤业有限公司，晋城 高平 048400）

浅谈复杂地形条件下地表移动规律

李雁鹏

（山西高平科兴南阳煤业有限公司，晋城 高平 048400）

我国是煤炭大国，长期开采引起的地质灾害，复杂地形条件下地表移动规律的资料相对较少，并且地表移动和变形规律直接应用于复杂地形条件下，有一定的困难，这都迫切的需要加强对复杂地形下地表移动规律进行研究。本文主要针对复杂地形条件下，综述总结不同条件下的地表移动规律，以便对今后的研究有一定的参考价值。

复杂地形；地表移动；变形

1 引言

矿产资源被开采以后，主要的影响是带来地表和环境等方面的变化，而就地表的变化包括地表的移动，变形和非连续破坏，这些破坏严重的影响了地面建筑物的安全，给矿区生活和安全方面带来了不利的影响。为此，必须加大地表移动规律等方面的研究，将开采带来的不利影响减少到最小。

由于地表移动的特殊性，开采引起的地面沉陷、裂缝、滑移等地质灾害，特别是山坡滑移导致建筑物的破坏，常造成重大的经济损失，目前，对复杂地形条件下的地表移动规律的研究相对较少，地表移动和变形规律直接应用有一定困难，这都需要加强对复杂地形条件下地表移动和变形规律进行研究，以减少不必要的损失。

2 国内外研究的现状

地表下沉带来的危害，很早以前就已经为人们所认识，而国外的起步相对较早，从1838年比利时的工程师格诺特提出“垂线理论”始，到后来比利时人Gonot提出“法线理论”，同时也提出了地表下沉公式。裴约尔的“拱形理论”，到凯因霍尔斯特的连续影响分布的影响函数，再到前苏联的阿维儿申建立地表下沉盆地指数函数形式的剖面方程，直到1954年波兰的李特维尔尼申引入介质理论，证明了开采下服从柯尔莫戈洛夫方程，才有了质的提高。20世纪60年代后，计算机的引入、有限元、边界元等数值分析等方法的广泛应用，使得开采沉陷地表移动规律的研究有了快速发展。

而我国对地表移动规律的研究起步相对较晚，主要从解放后才开始对地表沉陷进行了一些实测，而理论的研究是从20世纪60年代才逐步开始的。1963年唐山矿山测量研究所对实测资料的分析研究，提出了负指数法。1965年刘宝琛、廖国华[1]将介质理论的引入得到广泛的应用，后来发展为地表变形预计方法之一，并且随着后来的研究而提出了下沉速度的概念。耿德庸、仲惟林[2]提出岩性的综合评价系数P确定地表移动参数等等。直到现在广泛采用的数字模拟和相似材料模拟的研究，使得地表移动规律的研究取得了丰硕的成果。

3 地表移动和破坏的形式及移动盆地的形成

因采矿引起的岩层移动波及地表，使地表产生移动、变形和破坏的现象及过程称为地表移动。开采引起的地表移动过程受很多因素的影响，随着采深、采厚、采煤方法及煤层产状等因素的不同，地表移动和破坏的形式不尽相同。主要的破坏形式包括，地表移动盆地、裂缝和塌陷坑，甚至有的会出现地表的台阶状裂缝。这些破坏形式对其上的建筑物等影响较大，应加强研究采取相应的保护性措施。

随着开采的进行，地表的影响范围不断增加，形成一个比采空范围大的下沉盆地，工作面推进过程形成的地表移动盆地称为动态盆地。当工作面推到边界后，虽然采煤工作停止了，但地表移动并不能立刻停止，而要延续一段时间，最后趋于稳定，形成一个最终的地表移动盆地，称为静态盆地。一般情况，静态盆地的影响范围和最大下沉值都大于动态盆地[3]。

地下的煤层被采出后，地表下层至达到该地质条件下的应有的最大下沉值，开采范围再继续扩大时，地表影响的范围相应的扩大，但地表下沉值不会继续增加，一般把地表的最大下沉值达到该地质条件下最大下沉值时的采动称为充分采动[4]，相反，没有达到该地质条件下最大下沉值的采动称为非充分采动。

一般情况下，描述地表移动盆地内移动和变形的主要指标包括：下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形、扭曲和剪切变形，而目前对前五种指标的变化规律研究的较为充分。一般情况下，平原地带，下沉曲线和水平移动曲线是对称的，而对于一些复杂地形条件下，如复杂的山区地带，会出现下沉曲线和水平移动曲线是非对称的情况，且山区地表的移动向量是指向采空区的移动量和沿坡面指向下坡方向移动矢量的合成[5]。

4 地表移动监测技术

由于复杂地形的特殊性，采用以往传统的监测方法有一定的困难，传统的地表监测方法存在着劳动强度大、不能实时观测、不能获得瞬时的三维移动变形方面的信息等缺点，同时，对于采动影响而出现的一些变形区域，如滑坡，塌陷区等，采用传统的地表测量更无济于事，所以，研究新型的复杂地形的地表移动监测方法迫在眉睫。

对于复杂的地形条件，采用非接触式的测量方法能起到很好的作用，同时省去了不必要的麻烦、减少了劳动强度，能够对一些不容易测量地区的地表监测研究起到很好的作用。数字化近景摄影测量是一种非接触式的测量方法，不但能够集获取地表信息，以数字方式存储和实时观测等优点于一体，而且，能够构建数字高程模型，尤其在变形滑坡和机构变形领域得到了广泛的应用。

数字化近景摄影测量，能够利用立体像对中摄像时存在的同名光线对的相交几何关系自动提取足够分布合理的同名点，并计算该立体像对的相对方位元素，可以进行影像匹配和物点坐标的计算。与专业的光学量测相机相比，虽没有专业光学量测相机湖区的影像质量好，但其测定精度能够满足一般下沉测量监测精度的要求，为山区复杂地形的地表监测提供了一种可行的方法[6]。

除数字化近景测量技术外，普遍使用的测量方法还包括全站仪测量、GPS测量、雷达干涉测量及三维激光扫描等方法。

5 总结

本文在分析地表移动规律的一般特征基础之上，对地表移动规律进行了探索研究，特别是一些复杂的地形条件下，做出了一些适当的探讨和分析。复杂地形条件下由于其本身的特殊性，采取以往的研究方法往往有一定的困难，这都需要加强对复杂地形条件下移动变形进行研究。

对于复杂地形条件下地表移动进行研究，可以参照一般条件下的研究，在其基础之上加以变换，找出适应于该复杂地行条件下的地表移动规律，然后对其进行研究，往往能取得很好的效果。同时，对复杂地形条件下进行研究，对其地质条件的掌握不容忽视，应该尽其所能搜集相关的地质资料，这对于研究的顺利进行有很大的帮助作用。再者，科技的作用是不可忽视的，采用新型的地表移动监测技术，能省去很大不必要的麻烦，减轻劳动强度，取得事半功倍的效果。

[1] 刘宝琛、廖国华.煤矿地表移动基本规律[M].北京：中国工业出版社，1965

[2] 耿德庸,仲惟林.用岩性综合评价系数P确定地表移动参数[J].煤炭学报,1980,4：15-24.

[3] 杜计平,汪理全.煤矿特殊开采方法[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011

[4] 郭文兵.煤矿开采损害与保护[M].北京：煤炭工业出版社，2013

[5] 胡友健,吴北平,戴华阳,邹友峰.山区地下开采影响下的地表移动规律[J].焦作工学院学报，1997,18(4),242-247

[6] 杨化超，邓喀中，张书毕，刘超，于瑞鹏.数字近景摄影测量技术在矿山地表沉陷监测中的应用研究[J].中国图像图像学报,2008,13(3),519-524

李雁鹏，地测科科长，从事井下测量、绘图、地质、防治水等工作。

Introduction to surface m ovem ent law of com p lex terrain conditions

LI Yan-peng (Gaop ing Kexing Nanyang M ining Ltd.O f Shanxi p rovince,Jincheng Gaop ing,048400)

Our country is a coal power，geological disasters caused by mining for a long time，mountain surface movement law of complex terrain data is relatively small，and the surface movement and deformation law directly applied in the mountainous area under the condition of complex terrain，has the certain diff culty，it is an urgent need to strengthen the mountainous area to study the surface movement rule under complicated terrain.Were reviewed in this paper，in view of the mountainous area under the condition of complex topography，summed up in the mountains of surface movement law，for the future research has certain reference value.

∶Complex terrain；Surface movement；surface deformation