巖移觀測工作過程簡介

1、第一節(jié) 煤礦地表巖移觀測點及觀測線設計一、參數取值由于煤礦過去未開展過巖移工作，沒有地表移動各項參數，因此采用類比的 方法取用各參數。 該煤系地層上覆巖性可定為中硬， 參照?煤礦測量手冊? 取定各參數如下： 走向移動角：S =55°上山移動角：丫 =55°下山移動角：B =55°最大下沉角：Ba松散層移動角：=45°煤層移動角的修正值：丫 =$ =Ap =20°a為煤層傾角二、平面位置設計1 、走向觀測線的設計根據最大下沉值，在傾向主斷面上確定出地表最大下沉點，通過該點沿礦體 走向做剖面線，即得到走向觀測線平面位置， 并且依據移動角值確定開采影

2、響范圍的邊界點。 工作面地表巖移觀測站沿走向布設一條觀測線。2 、傾向觀測線的設計傾向觀測線位于主斷面內，和走向觀測線垂直，在走向主斷面圖上自開切眼用(S - AS)角和角向工作面推進方向劃線交地表于E點，傾向線必須在工作面推進方向上超過E點的位置。觀測站布設兩條傾向觀測線。3 、觀測線的長度設計觀測線的長度應保證兩端半條觀測線時為一端超出采動影響范圍，以便 建立觀測線控制點和測定采動影響邊界。 設站時移動盆地邊界是根據地質采礦條件類似的其 它礦區(qū)的沉陷參數類比確定的。設置走向觀測線的具體做法：自開切眼向工作面推進方向，以角值 (S-AS )劃線與基 巖和松散層交接面相交，再從交點以角劃線與地

3、表相交于H點。H點便是不受鄰區(qū)開采影響的點。在工作面停采線處，向工作面外側用 ( S - A S )角劃線與基巖和松散層的交接面相 交于一點，再從此交點用角劃線與地表相交于F點。在HF方向上設走向觀測線。要求走向觀測線和傾斜觀測線垂直、相交，并稍微超過交點一段距離得 G點G點不得超過E點， HF便是走向觀測線的工作長度，如圖2。走向觀測線長度HF按下式計算：HF 2ctg2(H° h) ctg( ) l式中： h 表土層厚度H °采深l 工作面走向長度工作面觀測站沿走向布設一條觀測線長約 1000m傾斜觀測的長度是在移動盆地主斷面上確定的。具體方法是：自采區(qū)的上、下邊界分別

4、 以(丫 -厶丫)和(B - AP )劃線與基巖和松散層交接相交，再從交點以角劃線交于地表 A、B 點，AB即為傾斜觀測線和工作長度。如圖3。走向主斷面圖(2)AB段的長度可按下式計算：傾向主斷面圖AB=2hctg +(Hi-h)ctg( B - Ap )+(H2-h)ctg( 丫 - 丫)+Lcos a式中：L 工作面的傾斜長度B,AB 下山移動角及其修正值; y,Ay上山移動角及其修正值；H 1, f分別為采區(qū)下邊界和上邊界的開采深度。觀測站布設一條傾向觀測線長約 600m共布設兩條傾向觀測線。4 、控制點與工作測點設計為了確保觀測成果的可靠性，觀測站的控制點應布設在地表不受米動影響的穩(wěn)定

5、區(qū)域， 由于本次采用GPS-RTK技術觀測，觀測的基準點布置在工廣內的 GPS點上。為了確保觀測成果的可靠性，觀測站的控制點應布設在地表不受米動影響的穩(wěn)定區(qū)域, 控制點與相鄰工作測點之間的距離；可在 50 100m范圍內選定。工作測點之間的距離，可以根據采區(qū)的平均開采深度來定，如表2所示開采深度與工作點間距關系表(2)開采深度(m)點間距離m開采深度(m)點間距離m<505200-3002050-10010>30025100-20015控制點間的距離，在一條傾向觀測線和走向觀測線的兩端設置邊長為 50m的控制點。將 工作測點間距離布置為 25m。工作面測點埋點， 考慮到賠償經費問題

6、以及村民的心理承受能力， 本觀測站的觀測點間 距本著盡量縮短的原那么，將點位選擇在路旁，水溝及田垅上。共布設約 70個測點。工作面地表巖移觀測站的布設如圖 (4) 所示。工作測點的編號， 傾斜觀測線按自下而上的方向順序編號， 走向觀測線按工作面推進方 向順序編號。在測點制作方面，采用 0.5m 高的矩形的水泥樁，并且再開采過程中，通過當地農民來 保護埋設的測樁 。三、觀測站的標定 在觀測設計圖上量取計算各觀測線控制點及交叉點坐標，解算出標定參數即角度，距離。在觀測站測點及測線控制點標設時，采用礦內 GPS空制點“程寺南為 起始點，“程寺南至“李樓南為起始方向，采用尼康 530型全站儀，用極坐標

7、法標設出 各測線控制點及交叉點，然后在測線上依照實地情況選擇設點。第二節(jié) 工作面地表巖移觀測工作地表移動觀測的根本內容是： 在采動過程中， 定期地、重復地測定觀測線上各測點在不 同時期內空間位置變化。地表移動觀測工作可分為：觀測站的連接測量，全面觀測，單獨進 行水準測量，地表破壞的測定和編錄。一、工作面地表巖移觀測方案的選擇由于實時動態(tài)GPS即GPS-RTK技術的出現，使開展該項變形測量工作成為現實。GPS-RTK 技術的根本方法為：將兩臺GPS接收機分別置于兩固定點上，進行一段時間觀測，獲得坐標 轉換參數，然后保持一點的接收機不動， 作為基準點， 另一臺接收機放于行駛在水中的船上， 觀測各監(jiān)

8、測點坐標X,Y,Z，由多期觀測數據分析地表移動規(guī)律。其精度如下：mW 土 15 mm，mW 土 15 mm，nz<± 20 mm。由此可見，其平面觀測精度與全站儀觀測精度相當，而高程觀測精度比水準測量精度要 低，由于礦山開采引起地表移動屬于大變形，GPS-RTI監(jiān)測精度能夠滿足確定地表移動與變 形規(guī)律及求巖移參數的要求。在觀測中使用美國Trimble公司生產的先進的GPS-RTK!收機， 以提高GPS-RTK測精度。二、測量過程由于地表移動觀測水域的特殊性，觀測安排大體如下，采前與采后進行 GPS-RTK測， 在地表移動活潑期進行一周的地表移動 GPS-RTK!續(xù)觀測。并進行屢

9、次GPS-RTK3常觀測， 以保證該項巖移觀測的研究工程完成。1 、連接測量在井下未采動前或觀測點未采動影響前，為了確定觀測站與開采工作面之間的相互位置關系，首先需要測定各控制點的坐標。本次連接采用礦GPS點為起始點與起始方向，尼康 530 型全站儀一次測至工作面觀測線的控制點上。2 、全面觀測 為了準確地確定工作測點在地表開始前的空間位置，在連測后，地表開始移動之前，應進行全面觀測。全面觀測的內容包括：測定各測點的平面位置和高程，各測點的 距離，各測點偏離方向的距離，記錄地表原有的破壞狀況，并作出素描。1、高程測量 在確認觀測站控制點未遭碰動，其高程值沒有變化的前提下，可直接從觀測 站控制點

10、開始進行水準測量。所布設的走向觀測線的兩端和傾向觀測線兩端設有控制點，水 準測量應附合到兩端的控制點上。高程測量S3型水準儀配合紅黑面尺按四等水準的測量標準 要求采用附合水準路線進行觀測的。2、平面位置測量水平角觀測及距離測量按I級導線標準要求,采用日本尼康廠生產的DTM83觀測一個測 回,允許閉合差土 10Vn。傾角觀測一測回。3 、日常觀測工作 所謂日常觀測工作，指的是首次和末次全面觀測之間適當增加的水準測量工作。首先，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后，在預計可能首先移動的地區(qū)內，選擇幾個測點，在短期的時間間隔內進行屢次水準測量，以便及時 發(fā)現測點下沉的趨勢，確定

11、地表開始移動的時間。開采過程中，仍需要進行日常觀測工作， 即重復進行水準測量，重復測量的時間間隔視地表下沉的速度而定，一般是每隔 3個月觀 測一次。地表移動全過程，按下沉速度劃分成三個時期：1初始期：50mm月2活潑期：50mm月3衰退期：50mm月在地表移動活潑期，要進行加密水準測量，以便確定下沉的動態(tài)過程，同時，還經常 地進行巡視觀測，為確定地表動態(tài)移動與變形提供依據。根據煤礦觀測線垂直和平面變形觀測數據得到工作面開采地表移動變形值分布如下：1 、走向線最大下沉值：1744mm在 27 號點上mm/m在 1718 號點上最大曲率值： 最大水平移動：-0.275mm/m/m654在 20 號

12、點附近在 17 號點上mm/m在 45 邊上mm/m在 2022邊上mm/d在18號點2004年 4月 18日2、傾向線 最大下沉值： mm/mmm/mmm/m/mmm/m/m 最大水平移動：1626mm在 57 號點上 在 1112 號點上 在5 號點附近 在 10 號點附近 528mm在 22 號點上在 5 號點附近-429mm 在 10 號點附近mm/m在 922 邊上mm/d在 10 號點 在 2004 年 5 月 2 日mm/m在 24 邊上由走向與傾向下沉曲線圖知各種角值如下：1、走向線走向綜合移動角：S =69°走向綜合邊界角：S o=64 °2、傾向線傾向上

13、山綜合移動角：r=66°傾向上山綜合邊界角：r0=61 °傾向下山綜合移動角： ?=65°傾向下山綜合邊界角：?0=62°3、其他參數最大下沉角：9 =87°走向充分采動角：=550走向拐點偏移距：S 走=100m=0.2H偏向采空區(qū)內傾向上山偏移距：S上=246H偏向采空區(qū)內傾向下山偏移距：S 下=62m=0.14H偏向采空區(qū)外第三節(jié) 地表移動的特征參數一、起動距起動距通常是指地表開始下沉時工作面推進的距離。 地表下沉是以觀測地點的下沉值到 達 10mm 為標準。一般在初次采動時，起動距約為 1/41/2H0H0 為平均可采深度。 起動距的大

14、小主要和開采深度及巖石的物理力學性質有關。 根據煤礦工作面垂直成果表中的 下沉值，并結合工作面地表移動觀測站平面圖， 我們可得到每當工作面推進 90m 左右時，地 表上的測點下沉值到達10m m。由于該工作面的平均采深為 431m，所以該礦的地表移動起動距約為 0.21H。二、超前影響距和超前影響角 在工作面的推進過程中，工作面前方的地表隨采動影響而下沉，這種現象稱為超前影響 距。將工作面前方地表開始移動即下沉 10m m的點與當時的工作面開采位置連線，此連 線與水平線在與水平線在煤柱一側的夾角為超前影響角， 用 w 表示。開始移動的點與工作面 的水平距離稱為超前影響距。假設超前影響距和開采深

15、度，便可計算超前影響角，其公 式為：w arctg (l /H 0)式中： l 超前影響距離Ho平均采深 根據工作面垂直變形成果表中的下沉值表，并結合煤礦地表移動觀測站平面圖，我們可 得到工作面前方85m看作為超前影響距。該工作面的平均采深為 431m，所以超前影響 角 w 可由下式求得： w arctg (l /H 0)因此，該礦的超前影響距為85m，超前影響角為79°。三、最大下沉速度及其滯后距 當地表到達充分采動后，在表下沉速度曲線上，最大下沉速度總是滯后于回采工作面一 個固定距離，此固定距離稱為最大下沉速度滯后距，用 L 表示。這種現象稱為最大下沉速度 滯后現象。把地表最大下

16、沉速度點與相應的回采工作面開采位置連線，此連線和煤層水平 線在采空區(qū)一側之夾角，稱為最大下沉速度滯后角，用 表示，其公式為：arctg(L/H 0)式中：L滯后距Ho平均采深 根據下沉速度表和煤礦工作面地表移動觀測站平面圖，當某點到達最大下沉速度時，工 作面在該點前方50m左右。這里的50m就是最大下沉速度滯后距 L。所以就可以用下式計 算最大下沉速度滯后角 ：arctg (L / H 0) °四、最大下沉速度煤礦工作面下沉速度值如表 4所示。最大下沉速度與地表最大下沉值、開采深度、露巖性質以及工作面推進速度有關，地表點最大下沉速度表示為：Vw maxKW maxV(mm/ d)式中

17、：K下沉速度系數；V 工作面推進速度，m/dH)平均開采深度，mWma本工作面的地表最大下沉值，mm五、下沉速度特征由走向下沉速度開展圖14可見，隨著工作面向前推進，下沉速度最大值位置不斷的 向前，這與地表移動一般規(guī)律是一致的。2004年4月到達該工作面地表移動最劇烈時期， 沉速度最大值位置并不隨工作面推進而變化，而是隨著開采面積擴大，地表下沉速度增大。六、地表移動持續(xù)時間地表移動持續(xù)時間和活潑期主要與開采深度、工作面推進速度、覆巖性質等有關，煤礦 移動時間可按下式計算：HhHT 總=7+ 2T 活 2.0 1.50.09( )2CCC式中：T總一一總移動時間，月；T活一一活潑階段時間，月C工

18、作面推進速度，m/月第四節(jié)一般巖移參數確實定一、下沉系數由最大下沉值的計算公式 Wmax=mqcosa.門小3可得：q= W max/mcosa.小3式中： q下沉系數Wnax 最大下沉值m煤層厚度 a煤層傾角ni傾斜方向采動系數匕走向方向采動系數所謂采動系數，就是采空區(qū)傾斜方向或走向方向的實際長度與地表到達充分采動時，相 應方向上最小長度之比。采動系數的計算公式表式為：ni=Ki(Di / H。)n3=K2D3/ Ho ni傾斜方向的采動系數壓走向方向的采動系數Di 采空區(qū)傾斜方向的實際長度D3 采空區(qū)走向方向的實際長度H o 平均采深Ki、K2 小于1的系數。煤礦的覆巖層為中硬偏軟巖層，Ki、K2可取0.8，采面采空區(qū)傾斜方向的實際長度為120m，走向的實際長度為732m，平均采深為43im，可用上式計算得到的采動系數為：ni=0.22匕=1大于1時取1采動系數n1 =0.25, n3=1大于1時取1，該面煤層厚度為5m,煤層傾角為12，實測最大下沉值為1744mm下沉系數計算公式表式為：q= W max/ mcosa.門小3所以，該礦的下沉系數為：0.76。二、水平移動系數由最大水平移動的計算公式U0=bW可推得：b=U°/W式中：U。一一最大水平移動值W0 最大下沉值b水平移動系數利用水平變形成果表中的水平移動值表和垂直變