采动地表裂缝三维形态探测方法及精度评价研究

张健^1,2，毕银丽^1,2，彭苏萍¹

1. 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点试验室2. 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院

摘 要：煤炭开采诱发地表裂缝发育,量化描述地表裂缝三维形态是研究地表裂缝对环境影响的基础。为获取采煤塌陷地表裂缝三维形态信息,结合地表裂缝形态特点,研究应用3种新的地表裂缝形态测定方法,通过实例应用比较其探测精度,并与传统钢尺量距法作比较,评价其适用性。研究表明,传统钢尺量距法仅可获取地表裂缝宽度、长度和深度等信息,无法构建地表裂缝三维模型获取体积、面积等其他信息。3种新的地表裂缝形态测定方法均可获取地表裂缝三维模型,技术特点为:①三维激光扫描法可全面获取地表裂缝三维形态信息,对地表裂缝宽度和台阶信息测量具有较高精度,但对地表裂缝深部探测效果较差,在10 cm台阶高度地表裂缝探测试验中,三维激光扫描法所得地表裂缝深度、面积、体积相比石膏注浆法分别偏小47%、59%、77%;②三维激光扫描辅以石膏注浆法可获取地表裂缝宽度、深度、体积和面积等信息,其中裂缝宽度及深度测量结果与钢尺量距法相比偏差分别低于13%和25%,精度较高,适于对地表裂缝三维形态精度要求较高的研究工程,但成本高、具有破坏性,不适于长期动态观测型试验;③探地雷达侧面扫描法操作复杂,且精度受人工主观判断影响较大,但可无损获取地表裂缝信息,特别是对于室内模拟地表裂缝试验,该方法能方便获取地表裂缝形态,满足无损持续观测需求。

关键词：地表裂缝形态;三维激光扫描;探地雷达;石膏注浆;采煤塌陷;