煤礦工作面地表移動觀測站設計

1、山西金暉萬峰煤礦1207工作面地表移動觀測站設計生產技術部1 1207工作面地形地質條件1207工作面走向長1480m，傾向寬156m，面積約23.09萬m2，平均采深為600m，平均傾角4o，該工作面煤層厚度平均1.4m。采用走向長壁后退式綜合機械化采煤法，全部跨落法管理采空區(qū)。該塊段水文地質條件簡單,主要充水水源為1號煤頂板k8砂巖裂隙水，對采掘影響不大。該工作面老頂、直接頂分別是粉砂巖、細砂巖、砂質泥巖，易破碎，不穩(wěn)定。地表為莊稼地，黃土溝谷，無大型建筑。 2 地表移動觀測站的設計1） 觀測站設計原則為了能夠獲得準確、可靠、有代表性的觀測資料，在觀測站設計中，應遵循以下原則：（1）觀測線

2、應設在地表移動盆地的主斷面上；（2）觀測線在觀測期間不受鄰近開采的影響；（3）觀測線的長度要大于地表移動盆地的范圍；（4）根據(jù)開采深度和設站目的，觀測線上的測點應有一定的密度；（5）觀測站的控制點要設在移動盆地范圍以外，埋設要牢固。在凍土地區(qū)，控制點底面應在凍土線0.5m以下。2） 角量參數(shù)的選定根據(jù)建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程之規(guī)定，工業(yè)場地等建筑、構筑物按要求進行圍護后，按：基巖移動角(走向，傾向上山，傾向下山) ：=72，=720.7=70；表土移動角：=45；移動角修正值（走向，傾向上山，傾向下山）：=20；充分采動角（走向3，傾向上山2，傾向下山1）：3=65，

3、2=68，1=65；最大下沉角：=900.7=88。3）觀測線位置和長度的確定a線b線圖1觀測線共設2條，其中走向一條（a線），傾向一條（b線）見圖1。按煤礦測量試行規(guī)范規(guī)定，控制點間距為50m，測點間距為25m，各觀測線的長度、控制點數(shù)、觀測點數(shù)見表1。a線長度：l1=l走+2hcot（ ）=2418m；b線長度：l2=l傾+hcot()+ hcot()=1128m。觀測線長度/m控制點數(shù)/個觀測點數(shù)/個測點總數(shù)/個走向a2418496100傾向b112844549合計35468141149表13） 控制點及觀測點埋設方法（1）埋設控制點應用全站儀根據(jù)施工測量要求按設計坐標在實地標定其位置，

4、工作測點用全站儀標定，盡量使其中心位于同一方向線上，用木樁做標志；（2）挖坑前先把點位引到1米外的四個臨時十字樁上，在所標定位置挖一直徑為0.5m左右，控制點坑深為0.7m以上、工作測點坑深為0.5m以上的坑，坑底搗實，先鋪一層0.1米厚的混凝土后放置予制樁，并用混凝土固定工作測點及控制點周圍，固定高度分別為0.3m和0.5m；由十字樁拉線指示測點位置，控制點的偏心不要大于1cm，工作測點偏心不要大于5cm。觀測線上為三個控制點時，先埋設兩端點，然后用全站儀標埋中間控制點；（3）在整個觀測期間必須采取有效措施對控制點和工作測點嚴加保護，如有破壞應及時補埋；3 觀測項目、方法、精度和時間1） 連

5、接測量平面連接控制點的平面位置采用d級gps或全站儀導線控制，點位誤差不得大于7mm。高程連接由水準點分別向觀測線控制點引測三等水準，形成附合水準網。觀測站連接測量成果的內業(yè)數(shù)據(jù)處理方法和常規(guī)方法一樣，最終求出觀測站各控制點的平面坐標和高程。野外數(shù)據(jù)采集工作包括全面觀測和加密水準測量兩大部分，內業(yè)均采用嚴密平差進行數(shù)據(jù)處理。2) 全面觀測在觀測站未受開采影響之前，獨立進行兩次全面觀測。兩次測得同一點的高程差值小于10mm，同一邊長的長度差小于4mm，取兩者平均值作為原始數(shù)據(jù)。高程測量直接從觀測站控制點開始，按三等水準測量的精度要求進行，觀測工作測點時，可使一些測點作為中間點，但視線不宜超過50

6、m（即不超過3個中間點）。若觀測站兩端有控制點，可進行附合水準測量；若只在一端有控制點，則需進行往返水準測量（或閉合水準測量）。平面測量采用全站儀導線，正倒鏡往返觀測，直接測定出各測點的平面位置和高程，通過平面坐標反演，確定出各測點的支距和相鄰測點之間在觀測線方向的水平距離。3) 日常觀測在首次和末次全面觀測之間適當加密水準測量次數(shù)，為判定地表是否開始移動，在回采工作面推進一定距離(相當于0.10.5平均開采深度，即工作面回采60m),在預計可能首先移動的地表，選擇若干個工作測點，每星期進行一次水準測量。重復水準測量的時間間隔，視地表下沉的速度而定，一般是每隔13個月觀測一次。在移動的活躍階段

7、，還應在下沉較大的區(qū)段，增加水準觀測次數(shù)。觀測站的各項觀測，一般情況下可參照表2的程序進行。為了保證所獲得觀測資料的準確性，每次觀測應在盡量短的時間內完成，特別是在移動活躍階段，水準測量必須在一天內完成，并力爭做到高程測量和平面測量同時進行。觀測時間觀測內容觀測時間觀測內容設站后1015天與礦區(qū)控制網連測地表移動活躍期全面觀測加密水準測量采動影響前全面觀測、預測地表移動衰退期水準測量地表移動初始期水準測量地表移動穩(wěn)定后全面觀測表2注：地表移動穩(wěn)定后指6個月內地表各點的下沉值均小于30mm4) 地表裂隙調查及井下工作面測量調查記錄產生裂縫的日期、位置、長、寬、深及其變化過程，并拍攝圖片。在每次地

8、表移動觀測的同時，應在井下測定工作面的推進位置、采厚和采高等采煤狀況，并每周測定一次實際回采上限的位置。4 觀測成果的整理地表移動觀測站的觀測成果預處理，必須在外業(yè)成果無誤的基礎上進行。觀測數(shù)據(jù)的處理工作包括計算和繪圖兩部分。1） 觀測成果的計算為了確保觀測成果的正確性，在進行內業(yè)數(shù)據(jù)處理之前，應對野外觀測成果再次檢查，然后進行各種改正數(shù)的計算和嚴密平差計算。(1) 觀測數(shù)據(jù)的預處理觀測數(shù)據(jù)預處理主要是計算各測點的高程、相鄰兩測點在觀測線方向的水平距離，然后計算各測點的移動和變形值及下沉速度等。對于全站儀而言，觀測數(shù)據(jù)的處理除須加入氣象改正和斜距改正之外，其余的計算和常規(guī)方法相同。有關氣象改正

9、和斜距改正的具體計算方法參看全站儀使用說明書。(2) 移動和變形計算觀測數(shù)據(jù)經過預處理之后，便可計算觀測線上各測點和各測點間的移動和變形值。移動和變形計算主要包括：各測點的下沉和水平移動，相鄰兩測點間的傾斜和水平變形，相鄰兩線段（或相鄰三點）的曲率變形，觀測點的下沉速度等。各移動和變形計算公式如下： 次觀測時點的下沉,mm式中 號點的下沉值；、分別為首次和次觀測時號點的高程。 相鄰兩點間的傾斜，mm/m式中 號點至號點的水平距離； 、分別表示號點和號點的下沉量。 號點附近的曲率，即-1號點至+1號之間的曲率 =， mm/m或/m式中 、表示+1號點至號點和號點至-1號點的傾斜；、表示+1號點至

10、號點和號點至-1號點的水平距離。 號點的水平移動=-，mm式中 號點的水平移動； 、分別表示次觀測時和首次觀測時號點至觀測線控制點間的水平距離，用點間距累加求得。 號點至+1號點間的水平變形=， mm/m式中 、分別表示+1號點至號點在首次觀測時和次觀測時的水平距離。 號點的下沉速度，mm/d式中 、分別表示-1次和次觀測時點的下沉值； 兩次觀測的間隔天數(shù)。 號點的橫向水平移動=-，mm 式中 、分別表示第次觀測和首次觀測時號點的支距值。橫向水平移動是垂直于觀測線方向的水平移動，計算時需注意正、負號。每次觀測結束之后應及時進行移動和變形計算，計算數(shù)字的取位見表3。名稱下沉/mm水平移動/mm傾

11、斜/mm/m曲率/mm/m水平變形/mm/m橫向水平移動/ mm下沉速度/mm/d取位110.10.010.110.1表3（3）地表移動變形參數(shù)確定地表移動變形計算之后，繪制移動變形曲線圖和下沉速度曲線圖。在圖上可確定出移動變形的角量參數(shù)有：移動角、邊界角、裂縫角、最大下沉速度角、超前影響角等，通過專業(yè)程序計算求得的地表移動預計參數(shù)有：下沉系數(shù)、水平移動系數(shù)、主要影響角正切、拐點偏移距等。2） 繪圖工作根據(jù)每次觀測的計算結果繪制cad曲線圖，由這種曲線圖能夠清楚地看出沿觀測線(主斷面)的地表移動與變形的分布特征及其發(fā)展過程。繪制移動和變形曲線圖時，選擇豎直比例尺的原則是：使繪制的曲線能清楚的反

12、映出移動和變形的分布規(guī)律，并便于分析比較。水平比例尺與觀測站平面圖一致。曲線圖和觀測線斷面圖應繪在一起，以表明各種地質采礦條件對移動和變形分布形態(tài)的影響。斷面圖的豎直和水平比例尺與井上下對照圖的相同。在斷面圖上應標出地面，測點及其編號，松散層厚度，巖層柱狀，采區(qū)位置，開采厚度，各次觀測時的工作面位置及采區(qū)周圍的開采情況等。在觀測站平面圖上應表示出：測點的實際位置，地形，地物，鉆孔，保護煤柱邊界線，每次觀測時的工作面位置，回采邊界，地表裂縫，塌陷坑的形態(tài)及出現(xiàn)日期，并根據(jù)實測的移動和變形值勾繪等值線圖。每一次觀測后，要及時進行計算和繪制移動、變形曲線圖。觀測站觀測工作全部結束后，為了求出最終結果

13、，應對每次觀測結果進行綜合分析，以便獲得觀測站受開采影響產生的移動、變形的發(fā)展過程，以及移動和變形的最終值。繪制移動、變形曲線時，具有正號的移動、變形值繪在水平線的上方，負號值繪在水平線的下方，但下沉值除外。圖2根據(jù)觀測成果繪制的移動、變形曲線示意圖。繪圖展點時需注意：下沉是展在測點的正下方；水平移動是依據(jù)其正、負號分別展在測點的正上方或正下方；傾斜和水平變形是依據(jù)其正負號展在兩測點間中點的正上方或正下方，曲率是依據(jù)其正負號兩相鄰線段的不同情況展點；當相鄰兩線段的長度相等時，曲率點展在中間點的正上方或正下方。繪制下沉速度曲線時，按下沉速度值，在兩次觀測時間間隔的正中間展點。圖23）提交成果觀測站的實測資料經過數(shù)據(jù)處理后，可求得下列成果：（1）地表移動盆地的范圍、形狀、大小，以及各種角值參數(shù)（邊界角、移動角、