自动化大地监测系统在深部煤矿开采引发地表垂直位移研究中的精度验证与应用

为解决深部煤矿开采引发的地表位移监测难题，研究人员采用自动大地监测系统(AGM)与精密水准测量对比验证方法，在捷克CSM矿区开展地表垂直位移监测研究。结果表明14天平滑模式的AGM数据精度达±2.3mm，可有效评估采空区地表动态沉降过程，为矿区生态重建提供可靠技术支撑。

　　

在人类数百年的深部煤矿开采史中，地表位移始终是困扰矿区生态重建的核心难题。随着21世纪全自动化采矿技术的普及，矿井关闭后的地表位移监测反而面临更大挑战——当废弃矿井被地下水淹没时，地表运动方向会发生戏剧性逆转：原本的下沉变为抬升，向心的水平位移转为离心运动。这种"运动反转"现象对矿区新建构筑物构成严重威胁，而传统水准测量耗时费力，遥感技术又受植被覆盖干扰，监测手段陷入两难境地。

捷克共和国最后一座深井煤矿CSM矿区的案例极具代表性。该矿区开采深度达1103米，采空区地表位移监测面临双重困境：一方面矿井关闭后的地下水回灌会引发地表运动方向反转，另一方面传统监测方法难以捕捉毫米级的细微位移。针对这一难题，研究人员创新性地将自动大地监测系统(AGM)安装在井架提升机塔楼顶部，通过对五个燃气管道控制点(P01-P05)的持续观测，首次系统评估了AGM在非稳定环境下的监测可靠性。

研究采用三大关键技术：1）AGM系统7天/14天双模式数据平滑算法；2）精密水准测量(PL)作为金标准验证；3）2023-2025年三期纵向观测设计。特别值得注意的是，测量基站本身位于受矿井保护柱影响的非稳定区域，这种"以动测动"的创新设计极大提升了监测系统的工程适用性。

【Vertical displacement measurement methods】
通过对比AGM与PL的三期测量数据发现：14天平滑模式的AGM高程数据与PL差值标准差为±2.3mm，显著优于7天模式(±3.1mm)。控制点P03在2024年5月的监测中显示，AGM捕捉到2.8mm的月沉降速率，与PL测量结果高度吻合。

【Automatic Geodetic Monitoring measuring system】
CSM矿区的AGM系统采用极坐标测量原理，测量频率达每小时1次。研究发现井架塔楼虽受残余采矿影响存在微位移，但通过建立基站位移补偿模型，仍可保证控制点监测精度优于3mm。

【Methodology】
创新性地提出"三级验证"流程：原始极坐标数据→AGM平滑处理→PL实地校验。2025年3月数据显示，14天平滑模式能有效滤除设备振动等短期干扰，更适合评估长期沉降趋势。

【Results】
数据表明所有控制点的AGM-PL高程差均小于4mm，其中P02点在矿井水回灌期检测到0.7mm/月的反弹性抬升，验证了AGM捕捉微小位移的能力。

【Discussion】
研究突破了"监测基站必须绝对稳定"的传统认知，证明在补偿算法支持下，AGM系统可适应采矿影响区的复杂环境。14天平滑模式的优选为沉降动力学研究提供了最佳时间分辨率。

结论部分强调，这是首个针对矿井水回灌期地表位移的自动化监测验证研究。AGM系统不仅解决了大范围矿区的监测效率问题，其毫米级精度更能满足工程安全评估需求。特别在CSM矿区这类生态重建区域，该技术可为土地开发利用提供关键数据支撑，有效规避"运动反转"导致的工程风险。研究成果为全球采矿影响区的智能化监测树立了新标准。