[发明专利]基于重力异常的矿山采空区变形量及稳定性评估方法

摘要

本发明公开了一种基于重力异常的矿山采空区变形量及稳定性评估方法，包括以下步骤步骤一、绝对重力仪观测点的布置及绝对重力仪的架设；步骤二、绝对重力观测值的获取；三、建立空间直角坐标系；四、矿山采空区围岩球体的质心坐标计算；五、矿山采空区围岩球体的质心变化曲线的绘制及稳定变形量的获取。本发明方法骤简单、设计合理且成本低，使用操作简便，利用重力异常能准确地对矿山采矿区的变形量进行监测，监测结果准确，且根据采矿区的变形量对矿山采矿区的稳定性进行评估，且获取矿山采矿区的稳定变形量，实用性强。

主权项

一种基于重力异常的矿山采空区变形量及稳定性评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、绝对重力仪观测点的布置及绝对重力仪的架设：首先在矩形矿山采空区(2)研究场地中，沿矿山采空区地表面的长度方向间隔设置多个绝对重力仪观测点；其中，多个所述绝对重力仪观测点分别记作绝对重力观测点A1、绝对重力观测点A2、...、绝对重力观测点An，n为绝对重力观测点的数量，所述矿山采空区地表面为矩形矿山采空区平面ABCD；然后，分别在所述绝对重力观测点A1、绝对重力观测点A2、...、绝对重力观测点An处架设绝对重力仪(5)；步骤二、绝对重力观测值的获取：多个所述绝对重力仪(5)按照预先设定的采样时间对步骤一中多个所述绝对重力观测点的绝对重力观测值进行检测，并将检测到的多个绝对重力观测值传输至数据处理器(6)，数据处理器(6)获取各个采样时刻多个绝对重力仪观测点的绝对重力观测值；步骤三、建立空间直角坐标系：以步骤一中所述矩形矿山采空区平面ABCD的顶点A为坐标原点O，过矩形矿山采空区平面ABCD的长边AB的直线为Y轴，过矩形矿山采空区平面ABCD的宽边AD的直线为X轴，过矩形矿山采空区平面ABCD的顶点A且垂直于矩形矿山采空区平面ABCD所在平面的直线为Z轴；其中，所述矩形矿山采空区平面ABCD的顶点C位于由X轴和Y轴构成的平面直角坐标系XOY的第一象限内；步骤四、矿山采空区围岩球体的质心坐标计算：所述数据处理器(6)按照采样时间先后顺序对步骤二中获取的各个采样时刻所采集的多个绝对重力观测值分别进行处理，获取矿山采空区围岩球体的质心(4)坐标，且对各个采样时刻所采集的多个绝对重力观测值的处理方法均相同，其中，所述矿山采空区围岩球体(3)为矩形矿山采空区(2)所处围岩体的最小半径球体，对步骤二中任一个采样时刻所采集的多个绝对重力观测值进行处理，过程如下：步骤401、矿山采空区围岩球体的质量计算：采用所述数据处理器(6)根据公式得到矿山采空区围岩球体(3)的质量M，其中，G为万有引力常数，Δg为绝对重力观测值；步骤402、矿山采空区围岩球体的质心的坐标设定：采用与所述数据处理器(6)相接的参数输入模块(7)将矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标P(xi,yi,zi)的横坐标xi、纵坐标yi和竖坐标zi输入所述数据处理器(6)中；其中，横坐标xi>0,纵坐标yi>0,竖坐标zi>0；步骤403、矿山采空区围岩球体的质心的映射：采用所述数据处理器(6)根据公式和将矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标P(xi,yi,zi)映射到由X轴和Y轴构成的平面直角坐标系XOY的第一象限中，得到投影点P′(xi′,yi′)，则获取矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标P(xi,yi,zi)的横坐标xi和纵坐标yi；其中，xi＝x′i，yi＝y′i；步骤404、矿山采空区围岩球体的引力线的绘制：采用所述数据处理器(6)对步骤二中获取的多个绝对重力观测值分别进行处理，得到矿山采空区围岩球体(3)的多条引力线(1)，则多条所述引力线(1)的交点为矿山采空区围岩球体的质心(4)，并获取矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标，其中，对于多个绝对重力观测值进行处理得到矿山采空区围岩球体(3)的多个引力线(1)的方法均相同，则对任一个绝对重力观测值进行处理得到矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)，具体包括以下步骤：步骤4041、采用所述数据处理器(6)且根据公式得到绝对重力观测点对应的正常重力值γ0，其中，表示绝对重力观测点所处的纬度；步骤4042、采用所述数据处理器(6)且根据公式并通过所述参数输入模块(7)输入步骤4041中所述绝对重力观测点对应的正常重力值γ0，得到矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)在平面直角坐标系XOZ上的投影与Z轴之间的夹角θxoz,z，其中，r表示矿山采空区围岩球体(3)的表面上任意一点Q(x*，y*，z*)到绝对重力观测点的空间距离，A表示矿山采空区围岩球体(3)的表面上任意一点Q(x*，y*，z*)相对于绝对重力观测点的方位角；步骤4043、采用所述数据处理器(6)且根据公式并通过所述参数输入模块(7)输入步骤4041中所述绝对重力观测点对应的正常重力值γ0，得到矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)在平面直角坐标系YOZ上的投影与Z轴之间的夹角θyoz,z；步骤4044、采用所述参数输入模块(7)将步骤4042中得到的矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)在平面直角坐标系XOZ上的投影与Z轴之间的夹角θxoz,z和步骤4043中得到的矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)在平面直角坐标系YOZ上的投影与Z轴之间的夹角θyoz,z输入所述数据处理器(6)中，再采用数据处理器(6)调用引力线绘制模块，绘制出矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)；步骤4045、多次重复步骤4041至步骤4045，得到矿山采空区围岩球体(3)的多条引力线(1)，则多条所述引力线(1)的交汇处为矿山采空区围岩球体的质心(4)；步骤405、确定矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标P(xi,yi,zi)的竖坐标：采用所述数据处理器(6)根据步骤4045中得到的矿山采空区围岩球体的质心(4)，则得到矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标P(xi,yi,zi)的竖坐标zi；步骤406、多次重复步骤401至步骤405，完成对各个采样时间所采集的多个绝对重力观测值进行处理，获取各个采样时间的矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标，且采用所述数据处理器(6)对矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标按照时间先后顺序进行排列，并分别记作P(x1,y1,z1)、P(x2,y2,z2)、P(x3,y3,z3)、...、P(xn,yn,zn)；其中，n表示绝对重力仪(5)采样点的总数；步骤五、矿山采空区围岩球体的质心变化曲线的绘制及稳定变形量的获取：采用所述数据处理器调用曲线绘制模块，绘制矿山采空区围岩球体的质心变化曲线，并根据所述矿山采空区围岩球体的质心变化曲线获取矿山采矿区的变形量。