基于CASS技术的采矿沉陷区域可视化预测与方法研究

图 2 煤矿开采沉降等值线图和三维沉降图
根据轮廓和 3D 表面图，我们可以使用 CASS 的功 能菜单查询指定的点坐标，线长，两点之间的距离和指 定地区。使用 CASS 的功能菜单，可以查询折叠表面积 和体积，也可以绘制斜率分析图和采矿横截面图。除了 煤矿区的建筑物外，还有铁路，公路，河流等地面物体。 为了更生动有效地说明、解决问题，绘图沉降横截面图 更为必要。例如，根据在铁路，公路的剖面图中的沉降 值，我们可以根据沉降量的多少确保交通安全。对于河 流，我们可以知道土方堤防的数量确保防洪功能。
图 1 数据格式 2.开采沉陷可视化预测与分析的实现 利用开采沉陷规划生成开采沉陷预测数据可以在 CASS sorftware 中绘制各种轮廓和 3D 表面图预测沉 降 ，倾 斜 ，曲 率 ，横 向 位 移 和 水 平 变 形 的 数 据 。 当 使 用 CASS 软件打开挖掘地图时，轮廓和 3D 表面图采矿沉 陷可以直接在采矿地图上绘制。在本文中，根据预测 CASS 软件中的煤矿参数、沉降等值线图和三维沉降立起来了基于随机介质理论的厚煤层开 采 ，松 散 地 基 和 薄 基 岩 开 采 ，超 亚 临 界 开 采 ，分 层 介 质 任意下降和复杂挖掘等沉陷预测模型。这里使用传统 的概率积分方法作为一个例子，我们可以使用计算机 程序来预测采矿沉陷。常规概率积分法是以矩形工作 面为前提的理论推论。A 点（x，y）的沉降值是通过挖掘 矩形工作面引起的。
（4）
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翟晓娜：基于 CASS 技术的采矿沉陷区域可视化预测与方法研究
2019 年 6 月
沿着 φ 值方向的点 A(x, y)水平变形值可考虑由 公式（5）计算所得：
的格式。图 1 中数据格式的数据文件可以直接用于 CASS 软件。
（5） 其中，φ 是通过工作面坐标系从 x 轴逆时针旋转 到指定方向的计算角度。（i x），（i y），U（x），U（y） K（x）， K（y），ε（x），和 ε（y）可以在关于采矿沉陷科学的文献 中找到[3,4]。 对于任意形状工作面的沉降预测，可以划分工作 面在许多窄带中，这些带近似为矩形。开采沉陷值任何 点都由每个小矩形工作面引起的沉降值叠加。根据采 矿沉陷预测模型，我们可以用计算机语言来编程开采 沉陷编程，以及计算机程序生成的数据格式。（如图 1 所 示），第 一 列 是 采 矿 沉 陷 预 测 点 的 数 量 ，第 二 和 第 三 列是采矿沉陷预测点的 X，Y 坐标，第四列是采煤沉陷 预测点的预测值。图 1 中的数据格式也是 CASS 软件
在建筑物下采矿时，采矿沉陷预测数据用于确定 建 筑 物是 否 受 到 影 响 ，并 作 为 维 护 、加 强 、重 建 建 筑 物 的基础。煤矿区建筑物的损坏评估可以直观地在 CASS 中进行。在 CASS 软件中打开采矿挖掘后地图的轮廓， 根据采矿损伤等级的分类标准，可以得到损伤阈值在 挖掘地图上绘制范围。在本文中，采矿损坏评估图（如
2019 年 6 月
经纬天地
第3期
基于 CASS 技术的采矿沉陷区域 可视化预测与方法研究
翟晓娜 （山西省地质勘查局二一三地质队，山西 临汾 041000）
摘要 鉴于 AutoCAD 在我国煤矿中广泛使用的实际情况，本文介绍了基于 CASS 软件的具体应用，实现了采煤沉陷的视 觉预测分析。因为 CASS 软件是基于 AutoCAD 开发的，当使用 CAD 格式的挖掘数据图时，不需要切换数据格式，并且挖掘数据 图的输入，输出和编辑非常方便。采煤沉陷的位移和畸变的失真信息可以用视觉图表的方法表示挖掘数据图，可以很容易地分 析和评估采矿沉陷。使用视觉方法，可以提高技术决策的效率和准确性，具有矿山规划设计和开采沉陷防治的实用意义。
（1）
m 是煤的裂缝厚度；q 是下沉系数；a 是接缝角；l 是工作面的走向长度；L 是煤层倾斜长度；r 是畸变半 径。
沿着 φ 方向的点 A(x, y)倾斜值可以由公式（2） 计算所得：
（2） 沿着 φ 值方向的点 A(x, y)侧向位移值可考虑由 公式（3）计算所得：
（3） 沿着 φ 值方向的点 A(x, y)曲率值可考虑由公式 （4）计算所得：
关键词 采矿沉陷，可视化，预测与分析，CASS 技术 中图分类号 P209 文献标识码 B 文章编号 2095-7319（2019）03-0050-03
0.引言 随着 计 算 机 及 软 件 技 术 的 不 断 发 展，很 多 测 量 技 术 也 在 飞 速 发 展 ，尤 其 是 在 矿 山 开 采 中 ，其 测 绘 仪 器 及技术也有了前所未有的变化。其中 CASS 技术是一 种比较成熟的测绘技术，其主要应用的领域包括：工 程 勘 察 、矿山 地 貌 测 绘 采 集、界 面 划 分 ，以 及 数 据 处 理 等 很 多 方 面 ，这 项 技 术 的 应 用 和 研 发 ，在 很 大 程 度 上 改 善 了 矿 山 生产 现 状 ，也 使 得 矿 山 生 产 相 关 管 理 工 作 变得更为高效。采煤沉陷的可视化预测和分析是采矿 沉降学科的重要研究内容。它对采矿挖掘破坏有效评 估和控制具有重要的科学意义。AutoCAD 软件广泛应 用于我国煤矿，且数字化挖掘地图的形式大多是 AutoCAD 的格式。如果是平台软件基于 AutoCAD 选 择实现采煤沉陷的可视化，与现有基于 GIS 或专业制 图软件的方法相比（如 Surfer，Matlab 等），它将具有很 多优势。例如，采矿沉陷预测数据的格式不需要转换， 图像编辑，处理和输出都很容易实现。在本文中， CASS 软件用于实现采煤沉陷的预测可视化和分析， 因为它是基于 AutoCAD 平台技术的二次 开 发软 件 ， 因此它具有 AutoCAD 软件的所有功能，可以轻松绘 制复杂的图形。本文介绍了基于 CASS 软件的具体应 用 ，实 现 了 采 煤 沉 陷 的 视 觉 预 测 分 析 ，为 其 他 工 程 提 供参考依据。 1.采矿沉陷预测数据的生成 基于随机介质理论的开采沉陷预测方法在中国应 用最为广泛，这是最成熟的方法之一。近年来，我国的