D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.02.004 第30卷第2期 北京科技大学学报 Vol.30 No.2 2008年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feh.2008 北名河铁矿开采沉陷预计及地表变形监测与分析 蔡美峰李春雷谢谟文李晓璐 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要根据北洺河铁矿覆岩整体性差的特点，将基于地理信息系统(GIS)和概率积分法的MSDAS-GIS系统应用于采用无 底柱分段崩落法的金属矿山的开采沉陷预计·通过GS建模全面反映矿区的三维地理，地质信息及其内在属性，利用GS的 空间分析和图形显示功能对理论预计结果和现场监测结果进行综合分析，从而直观反映出开采沉陷对周围环境的影响程度 及范围. 关键词金属矿山：无底柱分段崩落法；开采沉陷：预计：地理信息系统：地表变形：概率积分法 分类号TD802 Subsidence prediction and surface deformation monitoring and analysis in Beim- inghe Iron Mine,China CAI Meifeng,LI Chunlei,XIE Mowen,LI Xiaolu School of Civil and Environment Engineering University of Science and Technology Beijing Beijing 100083.China ABSTRACT According to poor integrality of overlaying rock in Beiminghe Iron Mine,China.a research was done for predicting the subsidence of metal mines based on geographic information system(GIS)and probability-integral method.A three-dimensional(3D) calculating model related to geographic,geologic and inherent information was built.By using the effective spatial analytical function and the drawing tool of GIS,the analysis results intuitively show the degree and scope of mining subsidence. KEY WORDS metal mine:sublevel caving method without sill pillar:mining subsidence:prediction:geographic information system (GIS):surface deformation:probability-integral method 开采沉陷(mining subsidence)是地下矿山，特 数据，数据具有多源性和空间性特点[.现有开采 别是采用崩落法和空场法开采的矿山开采过程中出 沉陷预计模型的分析结果大多数以二维的剖面线或 现的普遍现象，它是由于地下开采引起岩层和地表 等值线图的形式输出，这种表达很不直观，不能 产生连续的移动、变形和非连续破坏的结果， 全面反映开采沉陷影响的时间性、空间性、动态性以 为了充分开采地下矿产资源，同时又最大限度 及和周围环境的关联性，因此如何利用计算机技术 地减少由于开采沉陷造成的损失，必须在开采前就 实现开采沉陷预测的动态化、可视化是亟待攻克的 开采过程中将出现的沉陷状况作一个正确的预测， 难题 以指导安全生产，在我国，开采沉陷预计的主要方 GIS的发展始于20世纪60年代，将空间数据 法有典型曲线法、负指数函数法、概率积分法和 处理、属性数据处理、空间分析与模型分析等技术与 数值分析法，概率积分法在煤矿开采沉陷预计中有 计算机技术紧密结合，具有很强的空间表现力-]， 很广泛的应用，但在金属矿山中应用很少 GIS能够对复杂的地球空间数据进行采集、储存、分 开采沉陷是一个复杂的时间一空间问题]，涉 类、检索查询、分析建模，从而为实现开采沉陷动态 及的资料、信息复杂繁多，既有井下、地面不同空间 化、可视化提供了一个不可多得的、多学科集成的基 位置的信息，又包括地质、采矿、基建、测绘等领域的 础平台.GS基本的空间分析能力不能满足复杂的 专业研究领域要求，但可以利用GS良好的集成技 收稿日期：2006-12-03修回日期：2007-01-24 术实现与专业模型在技术上的互补. 基金项目：国家“十五“科技攻关项目(Na,2004BA615A一18) 作者简介：蔡美蜂(1943一)，男，教授，博士北 河铁矿开采沉陷预计及地表变形监测与分析 蔡美峰 李春雷 谢谟文 李晓璐 北京科技大学土木与环境工程学院‚北京100083 摘 要 根据北 河铁矿覆岩整体性差的特点‚将基于地理信息系统（GIS）和概率积分法的 MSDAS-GIS 系统应用于采用无 底柱分段崩落法的金属矿山的开采沉陷预计．通过 GIS 建模全面反映矿区的三维地理、地质信息及其内在属性‚利用 GIS 的 空间分析和图形显示功能对理论预计结果和现场监测结果进行综合分析‚从而直观反映出开采沉陷对周围环境的影响程度 及范围． 关键词 金属矿山；无底柱分段崩落法；开采沉陷；预计；地理信息系统；地表变形；概率积分法 分类号 TD802 Subsidence prediction and surface deformation monitoring and analysis in Beim￾inghe Iron Mine‚China CAI Meifeng‚LI Chunlei‚XIE Mowen‚LI Xiaolu School of Civil and Environment Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT According to poor integrality of overlaying rock in Beiminghe Iron Mine‚China‚a research was done for predicting the subsidence of metal mines based on geographic information system （GIS） and probability-integral method．A three-dimensional （3D） calculating model related to geographic‚geologic and inherent information was built．By using the effective spatial analytical function and the drawing tool of GIS‚the analysis results intuitively show the degree and scope of mining subsidence． KEY WORDS metal mine；sublevel caving method without sill pillar；mining subsidence；prediction；geographic information system （GIS）；surface deformation；probability-integral method 收稿日期：2006-12-03 修回日期：2007-01-24 基金项目：国家“十五”科技攻关项目（No．2004BA615A－18） 作者简介：蔡美峰（1943－）‚男‚教授‚博士 开采沉陷（mining subsidence） ［1］是地下矿山‚特 别是采用崩落法和空场法开采的矿山开采过程中出 现的普遍现象‚它是由于地下开采引起岩层和地表 产生连续的移动、变形和非连续破坏的结果． 为了充分开采地下矿产资源‚同时又最大限度 地减少由于开采沉陷造成的损失‚必须在开采前就 开采过程中将出现的沉陷状况作一个正确的预测‚ 以指导安全生产．在我国‚开采沉陷预计的主要方 法有典型曲线法、负指数函数法、概率积分法［2］ 和 数值分析法．概率积分法在煤矿开采沉陷预计中有 很广泛的应用‚但在金属矿山中应用很少． 开采沉陷是一个复杂的时间－空间问题［3］‚涉 及的资料、信息复杂繁多‚既有井下、地面不同空间 位置的信息‚又包括地质、采矿、基建、测绘等领域的 数据‚数据具有多源性和空间性特点［4］．现有开采 沉陷预计模型的分析结果大多数以二维的剖面线或 等值线图的形式输出‚这种表达很不直观［5］‚不能 全面反映开采沉陷影响的时间性、空间性、动态性以 及和周围环境的关联性‚因此如何利用计算机技术 实现开采沉陷预测的动态化、可视化是亟待攻克的 难题． GIS 的发展始于20世纪60年代‚将空间数据 处理、属性数据处理、空间分析与模型分析等技术与 计算机技术紧密结合‚具有很强的空间表现力［6－7］． GIS 能够对复杂的地球空间数据进行采集、储存、分 类、检索查询、分析建模‚从而为实现开采沉陷动态 化、可视化提供了一个不可多得的、多学科集成的基 础平台．GIS 基本的空间分析能力不能满足复杂的 专业研究领域要求‚但可以利用 GIS 良好的集成技 术实现与专业模型在技术上的互补． 第30卷 第2期 2008年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．2 Feb．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．02．004