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摘要：煤矿地下采动引起的地表沉降具有持续时间长、空间范围广与演化过程复杂等特征，若监测失准，易诱发地裂缝扩展、建构筑物变形及矿区生态退化。沉降监测精度不仅取决于测量技术选取，还受数据处理链条完整程度制约。围绕煤矿地表沉降监测需求，对精密水准测量、GNSS连续观测与InSAR遥感识别的适用场景进行归纳，并结合误差识别、平差修正、异常值剔除与时序拟合等方法，探讨沉降数据由采集向判读转化的关键环节，以期增强监测成果的连续性、真实性与灾害预警支撑能力。

关键词：煤矿；地表沉降监测；测量技术；数据处理；动态分析

煤矿进入深部开采阶段后，覆岩移动范围持续扩大，采空区上覆地层由局部扰动转向整体变形，地表随之出现沉降盆地、裂缝带及边界倾斜等现象。沉降过程往往与开采进度、地层结构及地下水条件相互耦合，局部区域存在明显滞后性与突变性，使矿区道路、井口设施和周边建筑长期处于不稳定状态。传统人工观测依赖定点、低频与单一测量手段，难以适应当前矿区对连续监测、快速判读和空间覆盖的要求，测量技术协同应用及监测数据深度处理已成为煤矿沉降监测精度提升的重要方向。

一、煤矿地表沉降监测中的测量技术适用特征

（一）精密水准测量在沉降控制点观测中的应用

精密水准测量依托稳定基准点与闭合观测路线获取监测区高程变化，其高程传递误差小、重复观测一致性较强，在煤矿地表沉降控制点观测中仍处于基础地位。矿区布设时，通常沿采空区走向、沉降盆地边界及建筑物敏感区设置水准点，并以二等或三等水准测量标准实施分期观测，使沉降中心区、边界区与过渡区形成连续控制链。对于井口、工业场地及铁路、公路沿线等变形敏感区域，精密水准测量能够捕捉毫米级高程变化，便于识别沉降速率异常与局部差异沉降。

（二）GNSS连续监测在矿区动态沉降中的应用

GNSS连续监测依托卫星定位与固定基站联动获取监测点三维坐标变化，相较于周期性人工观测，更适合煤矿采动背景下持续演化的沉降过程。矿区通常在采空区边缘、井塔周边、工业广场及沉降活跃带布设连续运行站，通过静态观测与实时差分相结合的方式，对地表沉降、水平位移及边界拉伸进行同步跟踪，使沉降演化与开采进度之间形成对应关系。当地下工作面推进至关键区段时，GNSS能够连续记录沉降速率变化与突变节点，尤其适用于识别沉降盆地扩展、边界位移加剧及构筑物基础失稳等动态过程。

（三）InSAR遥感监测在大范围沉降识别中的应用

InSAR遥感监测依托不同时相雷达影像之间的干涉相位差反演地表形变信息，适用于煤矿沉降盆地范围较大、人工观测难以全面覆盖的区域，相较于点状监测方式，InSAR能够在同一周期内获取整个矿区的沉降分布状态，并据此识别沉降中心迁移、边界扩展及局部异常变形区[1]。对于多工作面同时开采、采空区分布离散的矿区，可借助多时相影像建立沉降演化序列，将不同时段沉降量与采掘进度进行对应，从而判断覆岩移动方向与地表响应强度。实际应用中，建筑密集区、裸露地表及岩石覆盖区具有较高相干性，沉降反演结果稳定，而植被茂密区、积水区及地表频繁扰动区域容易出现相位失锁与形变失真。

二、煤矿地表沉降监测数据的误差控制与处理路径

（一）原始监测数据中的误差来源识别

煤矿地表沉降监测数据在采集阶段便可能受到多种因素扰动，若误差来源识别不足，后续沉降判读极易出现偏差，精密水准测量中的误差多来自仪器轴线偏移、前后视距不平衡及基准点局部沉陷，当观测路线跨越松散地层或高温作业区时，尺垫位移与空气折光还会导致高程传递失真。GNSS监测则易受卫星信号遮挡、电离层延迟、高压输电线路及矿区大型设备运行影响，局部时段可能出现高程漂移与坐标跳变。InSAR数据误差更多源于影像时间间隔过长、地表覆盖变化及相干性不足，植被扰动、积水反射与采场施工均会造成干涉条纹畸变，误差识别过程中，应结合监测环境、仪器状态与多期观测成果进行交叉比对，区分系统误差、偶然误差与粗差，为后续修正处理提供依据[2]。

（二）沉降监测数据的平差修正与异常值剔除

沉降监测原始数据进入分析阶段前，应先完成平差修正与异常值筛查，以削弱随机波动和局部粗差对结果的干扰，水准测量数据通常依托闭合差检核与最小二乘平差重新分配观测误差，当闭合差超出限值时，应回查观测路线、基准点状态及记录数据，避免局部高程误差被传递至整个监测网。GNSS监测成果则需结合基站坐标稳定性、观测时段一致性与重复测次结果，对异常漂移点实施滤波修正，对于连续观测序列中突然出现的跳变值，应结合采动进度与现场状况判定其属于真实变形还是信号干扰。异常值剔除一般采用限差检验、均值对比及相邻时段趋势校核等方式，当某一测点沉降量与周边点位变化规律明显背离时，应将其列为疑点并重新观测，只有在多轮校核后仍无法解释的异常数据，方可从监测序列中剔除。

（三）沉降时序拟合与空间分布表达方法

沉降监测数据完成修正后，还需依托时序拟合与空间表达提炼沉降演化规律，针对同一测点不同阶段的沉降量，可按时间顺序建立变化曲线，并结合线性回归、多项式拟合或Logistic模型识别沉降加速期、稳定期与衰减期，使地表变形过程由离散数据转化为连续演化轨迹[3]。对于工作面推进速度较快、沉降发展存在明显滞后特征的区域，还应将沉降量与采掘进度、覆岩厚度及埋深条件进行叠加分析，以判定沉降峰值出现时段及影响范围。空间表达通常依托GIS平台生成沉降等值线图、三维变形图与剖面分析图，借助不同颜色梯度和高程变化层级直观呈现沉降中心、边界迁移及差异沉降区，为矿区建筑物保护、道路维护与灾害预警提供判定依据。

三、结语

煤矿地表沉降并非单一地表位移现象，而是地下采动、覆岩传递与地表响应共同作用下形成的连续变形过程，其监测价值已由沉降量记录延伸至灾害识别、生产调控与生态修复决策。矿区沉降演化愈发呈现范围扩大、阶段交织与局部突变并存的特征，仅依赖单点观测或单一数据来源，已难以支撑复杂条件下的风险判定。未来沉降监测应进一步向全过程感知、动态判读与提前预警方向深化，在多源观测成果相互校核基础上，推动监测数据与采掘计划、地质条件、地表设施运行状态形成联动关系，使沉降监测由事后验证转入事前识别与过程干预，进而增强煤矿安全生产体系的前瞻性与区域地质环境治理能力。

参考文献：

[1]沈泉.基于时序InSAR技术的南京地铁沿线变形监测及关联分析[D].中国矿业大学,2025.

[2]赵月.基于InSAR与概率积分法的矿区沉降监测及动态预测研究[D].山东建筑大学,2024.

[3]张豫宁.时序InSAR与GNSS技术监测洱海东岸地表形变的研究[D].昆明理工大学,2024.

刘壮国

陕西省煤层气开发利用有限公司