巖移觀測(cè)工作過(guò)程簡(jiǎn)介

1、第一節(jié) 煤礦地表巖移觀測(cè)點(diǎn)及觀測(cè)線設(shè)計(jì)一、參數(shù)取值由于煤礦過(guò)去未開(kāi)展過(guò)巖移工作，沒(méi)有地表移動(dòng)各項(xiàng)參數(shù)，因此采用類比的 方法取用各參數(shù)。 該煤系地層上覆巖性可定為中硬， 參照?煤礦測(cè)量手冊(cè)? 取定各參數(shù)如下： 走向移動(dòng)角：S =55°上山移動(dòng)角：丫 =55°下山移動(dòng)角：B =55°最大下沉角：Ba松散層移動(dòng)角：=45°煤層移動(dòng)角的修正值：丫 =$ =Ap =20°a為煤層傾角二、平面位置設(shè)計(jì)1 、走向觀測(cè)線的設(shè)計(jì)根據(jù)最大下沉值，在傾向主斷面上確定出地表最大下沉點(diǎn)，通過(guò)該點(diǎn)沿礦體 走向做剖面線，即得到走向觀測(cè)線平面位置， 并且依據(jù)移動(dòng)角值確定開(kāi)采影

2、響范圍的邊界點(diǎn)。 工作面地表巖移觀測(cè)站沿走向布設(shè)一條觀測(cè)線。2 、傾向觀測(cè)線的設(shè)計(jì)傾向觀測(cè)線位于主斷面內(nèi)，和走向觀測(cè)線垂直，在走向主斷面圖上自開(kāi)切眼用(S - AS)角和角向工作面推進(jìn)方向劃線交地表于E點(diǎn)，傾向線必須在工作面推進(jìn)方向上超過(guò)E點(diǎn)的位置。觀測(cè)站布設(shè)兩條傾向觀測(cè)線。3 、觀測(cè)線的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)觀測(cè)線的長(zhǎng)度應(yīng)保證兩端半條觀測(cè)線時(shí)為一端超出采動(dòng)影響范圍，以便 建立觀測(cè)線控制點(diǎn)和測(cè)定采動(dòng)影響邊界。 設(shè)站時(shí)移動(dòng)盆地邊界是根據(jù)地質(zhì)采礦條件類似的其 它礦區(qū)的沉陷參數(shù)類比確定的。設(shè)置走向觀測(cè)線的具體做法：自開(kāi)切眼向工作面推進(jìn)方向，以角值 (S-AS )劃線與基 巖和松散層交接面相交，再?gòu)慕稽c(diǎn)以角劃線與地

3、表相交于H點(diǎn)。H點(diǎn)便是不受鄰區(qū)開(kāi)采影響的點(diǎn)。在工作面停采線處，向工作面外側(cè)用 ( S - A S )角劃線與基巖和松散層的交接面相 交于一點(diǎn)，再?gòu)拇私稽c(diǎn)用角劃線與地表相交于F點(diǎn)。在HF方向上設(shè)走向觀測(cè)線。要求走向觀測(cè)線和傾斜觀測(cè)線垂直、相交，并稍微超過(guò)交點(diǎn)一段距離得 G點(diǎn)G點(diǎn)不得超過(guò)E點(diǎn)， HF便是走向觀測(cè)線的工作長(zhǎng)度，如圖2。走向觀測(cè)線長(zhǎng)度HF按下式計(jì)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(zhǎng)度工作面觀測(cè)站沿走向布設(shè)一條觀測(cè)線長(zhǎng)約 1000m傾斜觀測(cè)的長(zhǎng)度是在移動(dòng)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?gòu)慕稽c(diǎn)以角劃線交于地表 A、B 點(diǎn)，AB即為傾斜觀測(cè)線和工作長(zhǎng)度。如圖3。走向主斷面圖(2)AB段的長(zhǎng)度可按下式計(jì)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(zhǎng)度B,AB 下山移動(dòng)角及其修正值; y,Ay上山移動(dòng)角及其修正值；H 1, f分別為采區(qū)下邊界和上邊界的開(kāi)采深度。觀測(cè)站布設(shè)一條傾向觀測(cè)線長(zhǎng)約 600m共布設(shè)兩條傾向觀測(cè)線。4 、控制點(diǎn)與工作測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)為了確保觀測(cè)成果的可靠性，觀測(cè)站的控制點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在地表不受米動(dòng)影響的穩(wěn)定

5、區(qū)域， 由于本次采用GPS-RTK技術(shù)觀測(cè)，觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)布置在工廣內(nèi)的 GPS點(diǎn)上。為了確保觀測(cè)成果的可靠性，觀測(cè)站的控制點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在地表不受米動(dòng)影響的穩(wěn)定區(qū)域, 控制點(diǎn)與相鄰工作測(cè)點(diǎn)之間的距離；可在 50 100m范圍內(nèi)選定。工作測(cè)點(diǎn)之間的距離，可以根據(jù)采區(qū)的平均開(kāi)采深度來(lái)定，如表2所示開(kāi)采深度與工作點(diǎn)間距關(guān)系表(2)開(kāi)采深度(m)點(diǎn)間距離m開(kāi)采深度(m)點(diǎn)間距離m<505200-3002050-10010>30025100-20015控制點(diǎn)間的距離，在一條傾向觀測(cè)線和走向觀測(cè)線的兩端設(shè)置邊長(zhǎng)為 50m的控制點(diǎn)。將 工作測(cè)點(diǎn)間距離布置為 25m。工作面測(cè)點(diǎn)埋點(diǎn)， 考慮到賠償經(jīng)費(fèi)問(wèn)題

6、以及村民的心理承受能力， 本觀測(cè)站的觀測(cè)點(diǎn)間 距本著盡量縮短的原那么，將點(diǎn)位選擇在路旁，水溝及田垅上。共布設(shè)約 70個(gè)測(cè)點(diǎn)。工作面地表巖移觀測(cè)站的布設(shè)如圖 (4) 所示。工作測(cè)點(diǎn)的編號(hào)， 傾斜觀測(cè)線按自下而上的方向順序編號(hào)， 走向觀測(cè)線按工作面推進(jìn)方 向順序編號(hào)。在測(cè)點(diǎn)制作方面，采用 0.5m 高的矩形的水泥樁，并且再開(kāi)采過(guò)程中，通過(guò)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民來(lái) 保護(hù)埋設(shè)的測(cè)樁 。三、觀測(cè)站的標(biāo)定 在觀測(cè)設(shè)計(jì)圖上量取計(jì)算各觀測(cè)線控制點(diǎn)及交叉點(diǎn)坐標(biāo)，解算出標(biāo)定參數(shù)即角度，距離。在觀測(cè)站測(cè)點(diǎn)及測(cè)線控制點(diǎn)標(biāo)設(shè)時(shí)，采用礦內(nèi) GPS空制點(diǎn)“程寺南為 起始點(diǎn)，“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(biāo)

7、法標(biāo)設(shè)出 各測(cè)線控制點(diǎn)及交叉點(diǎn)，然后在測(cè)線上依照實(shí)地情況選擇設(shè)點(diǎn)。第二節(jié) 工作面地表巖移觀測(cè)工作地表移動(dòng)觀測(cè)的根本內(nèi)容是： 在采動(dòng)過(guò)程中， 定期地、重復(fù)地測(cè)定觀測(cè)線上各測(cè)點(diǎn)在不 同時(shí)期內(nèi)空間位置變化。地表移動(dòng)觀測(cè)工作可分為：觀測(cè)站的連接測(cè)量，全面觀測(cè)，單獨(dú)進(jìn) 行水準(zhǔn)測(cè)量，地表破壞的測(cè)定和編錄。一、工作面地表巖移觀測(cè)方案的選擇由于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS即GPS-RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使開(kāi)展該項(xiàng)變形測(cè)量工作成為現(xiàn)實(shí)。GPS-RTK 技術(shù)的根本方法為：將兩臺(tái)GPS接收機(jī)分別置于兩固定點(diǎn)上，進(jìn)行一段時(shí)間觀測(cè)，獲得坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后保持一點(diǎn)的接收機(jī)不動(dòng)， 作為基準(zhǔn)點(diǎn)， 另一臺(tái)接收機(jī)放于行駛在水中的船上， 觀測(cè)各監(jiān)

8、測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)X,Y,Z，由多期觀測(cè)數(shù)據(jù)分析地表移動(dòng)規(guī)律。其精度如下：mW 土 15 mm，mW 土 15 mm，nz<± 20 mm。由此可見(jiàn)，其平面觀測(cè)精度與全站儀觀測(cè)精度相當(dāng)，而高程觀測(cè)精度比水準(zhǔn)測(cè)量精度要 低，由于礦山開(kāi)采引起地表移動(dòng)屬于大變形，GPS-RTI監(jiān)測(cè)精度能夠滿足確定地表移動(dòng)與變 形規(guī)律及求巖移參數(shù)的要求。在觀測(cè)中使用美國(guó)Trimble公司生產(chǎn)的先進(jìn)的GPS-RTK!收機(jī)， 以提高GPS-RTK測(cè)精度。二、測(cè)量過(guò)程由于地表移動(dòng)觀測(cè)水域的特殊性，觀測(cè)安排大體如下，采前與采后進(jìn)行 GPS-RTK測(cè)， 在地表移動(dòng)活潑期進(jìn)行一周的地表移動(dòng) GPS-RTK!續(xù)觀測(cè)。并進(jìn)行屢

9、次GPS-RTK3常觀測(cè)， 以保證該項(xiàng)巖移觀測(cè)的研究工程完成。1 、連接測(cè)量在井下未采動(dòng)前或觀測(cè)點(diǎn)未采動(dòng)影響前，為了確定觀測(cè)站與開(kāi)采工作面之間的相互位置關(guān)系，首先需要測(cè)定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)。本次連接采用礦GPS點(diǎn)為起始點(diǎn)與起始方向，尼康 530 型全站儀一次測(cè)至工作面觀測(cè)線的控制點(diǎn)上。2 、全面觀測(cè) 為了準(zhǔn)確地確定工作測(cè)點(diǎn)在地表開(kāi)始前的空間位置，在連測(cè)后，地表開(kāi)始移動(dòng)之前，應(yīng)進(jìn)行全面觀測(cè)。全面觀測(cè)的內(nèi)容包括：測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的平面位置和高程，各測(cè)點(diǎn)的 距離，各測(cè)點(diǎn)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(cè)量 在確認(rèn)觀測(cè)站控制點(diǎn)未遭碰動(dòng)，其高程值沒(méi)有變化的前提下，可直接從觀測(cè) 站控制點(diǎn)

10、開(kāi)始進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。所布設(shè)的走向觀測(cè)線的兩端和傾向觀測(cè)線兩端設(shè)有控制點(diǎn)，水 準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)附合到兩端的控制點(diǎn)上。高程測(cè)量S3型水準(zhǔn)儀配合紅黑面尺按四等水準(zhǔn)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) 要求采用附合水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè)的。2、平面位置測(cè)量水平角觀測(cè)及距離測(cè)量按I級(jí)導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)要求,采用日本尼康廠生產(chǎn)的DTM83觀測(cè)一個(gè)測(cè) 回,允許閉合差土 10Vn。傾角觀測(cè)一測(cè)回。3 、日常觀測(cè)工作 所謂日常觀測(cè)工作，指的是首次和末次全面觀測(cè)之間適當(dāng)增加的水準(zhǔn)測(cè)量工作。首先，為判定地表是否開(kāi)始移動(dòng)，在回采工作面推進(jìn)一定距離相當(dāng)于0后，在預(yù)計(jì)可能首先移動(dòng)的地區(qū)內(nèi)，選擇幾個(gè)測(cè)點(diǎn)，在短期的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行屢次水準(zhǔn)測(cè)量，以便及時(shí) 發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)下沉的趨勢(shì)，確定

11、地表開(kāi)始移動(dòng)的時(shí)間。開(kāi)采過(guò)程中，仍需要進(jìn)行日常觀測(cè)工作， 即重復(fù)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，重復(fù)測(cè)量的時(shí)間間隔視地表下沉的速度而定，一般是每隔 3個(gè)月觀 測(cè)一次。地表移動(dòng)全過(guò)程，按下沉速度劃分成三個(gè)時(shí)期：1初始期：50mm月2活潑期：50mm月3衰退期：50mm月在地表移動(dòng)活潑期，要進(jìn)行加密水準(zhǔn)測(cè)量，以便確定下沉的動(dòng)態(tài)過(guò)程，同時(shí)，還經(jīng)常 地進(jìn)行巡視觀測(cè)，為確定地表動(dòng)態(tài)移動(dòng)與變形提供依據(jù)。根據(jù)煤礦觀測(cè)線垂直和平面變形觀測(cè)數(shù)據(jù)得到工作面開(kāi)采地表移動(dòng)變形值分布如下：1 、走向線最大下沉值：1744mm在 27 號(hào)點(diǎn)上mm/m在 1718 號(hào)點(diǎn)上最大曲率值： 最大水平移動(dòng)：-0.275mm/m/m654在 20 號(hào)

12、點(diǎn)附近在 17 號(hào)點(diǎn)上mm/m在 45 邊上mm/m在 2022邊上mm/d在18號(hào)點(diǎn)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(dòng)：1626mm在 57 號(hào)點(diǎn)上 在 1112 號(hào)點(diǎn)上 在5 號(hào)點(diǎn)附近 在 10 號(hào)點(diǎn)附近 528mm在 22 號(hào)點(diǎn)上在 5 號(hào)點(diǎn)附近-429mm 在 10 號(hào)點(diǎn)附近mm/m在 922 邊上mm/d在 10 號(hào)點(diǎn) 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(dòng)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(dòng)角：r=66°傾向上山綜合邊界角：r0=61 °傾向下山綜合移動(dòng)角： ?=65°傾向下山綜合邊界角：?0=62°3、其他參數(shù)最大下沉角：9 =87°走向充分采動(dòng)角：=550走向拐點(diǎn)偏移距：S 走=100m=0.2H偏向采空區(qū)內(nèi)傾向上山偏移距：S上=246H偏向采空區(qū)內(nèi)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(dòng)的特征參數(shù)一、起動(dòng)距起動(dòng)距通常是指地表開(kāi)始下沉?xí)r工作面推進(jìn)的距離。 地表下沉是以觀測(cè)地點(diǎn)的下沉值到 達(dá) 10mm 為標(biāo)準(zhǔn)。一般在初次采動(dòng)時(shí)，起動(dòng)距約為 1/41/2H0H0 為平均可采深度。 起動(dòng)距的大

14、小主要和開(kāi)采深度及巖石的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。 根據(jù)煤礦工作面垂直成果表中的 下沉值，并結(jié)合工作面地表移動(dòng)觀測(cè)站平面圖， 我們可得到每當(dāng)工作面推進(jìn) 90m 左右時(shí)，地 表上的測(cè)點(diǎn)下沉值到達(dá)10m m。由于該工作面的平均采深為 431m，所以該礦的地表移動(dòng)起動(dòng)距約為 0.21H。二、超前影響距和超前影響角 在工作面的推進(jìn)過(guò)程中，工作面前方的地表隨采動(dòng)影響而下沉，這種現(xiàn)象稱為超前影響 距。將工作面前方地表開(kāi)始移動(dòng)即下沉 10m m的點(diǎn)與當(dāng)時(shí)的工作面開(kāi)采位置連線，此連 線與水平線在與水平線在煤柱一側(cè)的夾角為超前影響角， 用 w 表示。開(kāi)始移動(dòng)的點(diǎn)與工作面 的水平距離稱為超前影響距。假設(shè)超前影響距和開(kāi)采深

15、度，便可計(jì)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(jù)工作面垂直變形成果表中的下沉值表，并結(jié)合煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)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(dāng)?shù)乇淼竭_(dá)充分采動(dòng)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(gè)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(xiàn)象稱為最大下沉速度 滯后現(xiàn)象。把地表最大下

16、沉速度點(diǎn)與相應(yīng)的回采工作面開(kāi)采位置連線，此連線和煤層水平 線在采空區(qū)一側(cè)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(jù)下沉速度表和煤礦工作面地表移動(dòng)觀測(cè)站平面圖，當(dāng)某點(diǎn)到達(dá)最大下沉速度時(shí)，工 作面在該點(diǎn)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(jì) 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(kāi)采深度、露巖性質(zhì)以及工作面推進(jìn)速度有關(guān)，地表點(diǎn)最大下沉速度表示為：Vw maxKW maxV(mm/ d)式中

17、：K下沉速度系數(shù)；V 工作面推進(jìn)速度，m/dH)平均開(kāi)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(kāi)展圖14可見(jiàn)，隨著工作面向前推進(jìn)，下沉速度最大值位置不斷的 向前，這與地表移動(dòng)一般規(guī)律是一致的。2004年4月到達(dá)該工作面地表移動(dòng)最劇烈時(shí)期， 沉速度最大值位置并不隨工作面推進(jìn)而變化，而是隨著開(kāi)采面積擴(kuò)大，地表下沉速度增大。六、地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間和活潑期主要與開(kāi)采深度、工作面推進(jìn)速度、覆巖性質(zhì)等有關(guān)，煤礦 移動(dòng)時(shí)間可按下式計(jì)算：HhHT 總=7+ 2T 活 2.0 1.50.09( )2CCC式中：T總一一總移動(dòng)時(shí)間，月；T活一一活潑階段時(shí)間，月C工

18、作面推進(jìn)速度，m/月第四節(jié)一般巖移參數(shù)確實(shí)定一、下沉系數(shù)由最大下沉值的計(jì)算公式 Wmax=mqcosa.門小3可得：q= W max/mcosa.小3式中： q下沉系數(shù)Wnax 最大下沉值m煤層厚度 a煤層傾角ni傾斜方向采動(dòng)系數(shù)匕走向方向采動(dòng)系數(shù)所謂采動(dòng)系數(shù)，就是采空區(qū)傾斜方向或走向方向的實(shí)際長(zhǎng)度與地表到達(dá)充分采動(dòng)時(shí)，相 應(yīng)方向上最小長(zhǎng)度之比。采動(dòng)系數(shù)的計(jì)算公式表式為：ni=Ki(Di / H。)n3=K2D3/ Ho ni傾斜方向的采動(dòng)系數(shù)壓走向方向的采動(dòng)系數(shù)Di 采空區(qū)傾斜方向的實(shí)際長(zhǎng)度D3 采空區(qū)走向方向的實(shí)際長(zhǎng)度H o 平均采深Ki、K2 小于1的系數(shù)。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(shí)際長(zhǎng)度為120m，走向的實(shí)際長(zhǎng)度為732m，平均采深為43im，可用上式計(jì)算得到的采動(dòng)系數(shù)為：ni=0.22匕=1大于1時(shí)取1采動(dòng)系數(shù)n1 =0.25, n3=1大于1時(shí)取1，該面煤層厚度為5m,煤層傾角為12，實(shí)測(cè)最大下沉值為1744mm下沉系數(shù)計(jì)算公式表式為：q= W max/ mcosa.門小3所以，該礦的下沉系數(shù)為：0.76。二、水平移動(dòng)系數(shù)由最大水平移動(dòng)的計(jì)算公式U0=bW可推得：b=U°/W式中：U。一一最大水平移動(dòng)值W0 最大下沉值b水平移動(dòng)系數(shù)利用水平變形成果表中的水平移動(dòng)值表和垂直變