18101開采沉陷觀測站設(shè)計(jì)說明書

目 錄1

設(shè)立地表移動(dòng)觀測站的意義和任務(wù)

.........................

1

................................................

................................................ 2

進(jìn)行地表移動(dòng)變形觀測所依據(jù)的規(guī)程規(guī)定

............

33

設(shè)站地區(qū)的地形地質(zhì)條件.......................................

3

4

觀測站設(shè)計(jì)時(shí)所用到開采沉陷角量參數(shù)

................

55

觀測線的位置及長度、觀測點(diǎn)及控制點(diǎn)數(shù)目的確定66

工作測點(diǎn)和控制點(diǎn)的構(gòu)造及埋設(shè)方法

....................

9

.......................................................

............................................................ 107

觀測內(nèi)容及所使用的儀器，與控制網(wǎng)的連測方法，精度要求10

..................................... 10

.................... 11

........

118

觀測成果的整理方法與分析步驟，所要獲得的成果14

.................................................... 14

................................................................. 14

.................................................................... 189

研究成果

...............................................................

1810

項(xiàng)目總體研究進(jìn)度

...............................................

1911

經(jīng)費(fèi)估算

.............................................................

19

《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》第與現(xiàn)場勘測，綜合分析，求取參數(shù)，總結(jié)規(guī)律，用于解決本礦區(qū)的開采沉陷問題。）生產(chǎn)礦井必須解決好建筑物下、鐵路下和水體下（簡稱“三下”）形觀測站進(jìn)行現(xiàn)場觀測，是進(jìn)行此項(xiàng)工作有效的方法。另外，由于山區(qū)地表沉陷影響因素較多、沉陷規(guī)律非常復(fù)雜，其與平地開采沉陷規(guī)律差別較大。為此，西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司擬在馬蘭礦

工作面上方設(shè)立地表移動(dòng)變形觀測站，研究開采引起的地表移動(dòng)變化和破壞規(guī)律，以及地表移動(dòng)與變形對地面建筑物的影響。項(xiàng)目研究的目的及意義：影響和破壞的研究還不很充分，所以本項(xiàng)目通過地表移動(dòng)的觀測研究，探尋重復(fù)采動(dòng)情況下，地表移動(dòng)變形及其采動(dòng)滑移的規(guī)律，以求意義。、綜合分析觀測資料，求取綜采放頂煤采煤方法、重復(fù)采動(dòng)時(shí)地表變形的角量參數(shù)及概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)。設(shè)計(jì)，有效地減少鐵路、建筑物、水體下壓煤量，并可以合理確定綜采工作面的尺寸，提高煤炭采出率。、減少和避免由采礦引起的農(nóng)工糾紛。

煤礦開采引起巖層和地表移動(dòng)的過程非常復(fù)雜，是地質(zhì)、水文、行觀測可以獲取并確定以下數(shù)據(jù)，并獲取相關(guān)關(guān)系：表移動(dòng)和變形的關(guān)系；、地表在移動(dòng)過程中的移動(dòng)和變形特點(diǎn)及分布規(guī)律；、地表移動(dòng)和變形中的動(dòng)態(tài)移動(dòng)變化規(guī)律；、移動(dòng)穩(wěn)定后地表移動(dòng)和變形的分布及其主要參數(shù)，即移動(dòng)角、裂縫角、邊界角、最大下沉角、下沉系數(shù)、水平移動(dòng)系數(shù)、主要影響角正切、超前影響角、超前影響距，滯后角及滯后距和地表最大下沉速度、拐點(diǎn)偏移距等。、在開采過程中，引起采動(dòng)滑移的初步原因，總結(jié)相近地質(zhì)條件下采動(dòng)滑移的形成條件。

煤炭工業(yè)管理局制定，

年。

年。

年?！?（、

工程測量規(guī)范》

《 （

年。《、

《

年。

年。

年。

工作面走向長

，工作面傾向?qū)挘?/p>

號煤層厚度

～，平均厚度道底板標(biāo)高

，平均開采深度

。工作面四周均為

號煤層

、

采空區(qū)，

號煤層結(jié)構(gòu)為（（）次采全高。

馬蘭井田位于呂梁山東翼，屬中低山區(qū)，地形復(fù)雜，切割強(qiáng)烈，則巖，標(biāo)高

1521.2m

；

最低處在馬蘭村東北屯蘭河河谷中，

標(biāo)高1065.5m，相對高差一般

200-300m。18101

工作面地面位于從峁山北西部，軌道巷Ⅱ段

310

米北部68

米為

548

煤田孔，切眼北東部間隔

282

米為南一補(bǔ)回風(fēng)斜井，化坡溝從工作面中部穿過。主要出露P

X

S

S

地層，蓋山厚 度

176～414

米，平均厚度

278

米。植被發(fā)育，灌木叢生，地面標(biāo)高1159～1329m。

向，煤層平均傾角≤5°。工作面共有

20

18

2條斷層位于工作面內(nèi)，斷層落差H=0.9～5.5

米，其中

F18101—6

斷

4

）深灰色，富含根化石，緩波狀層理發(fā)育，夾薄層黃鐵礦；）深灰色，富含根化石，緩波狀層理發(fā)育，夾薄層黃鐵礦；

煤據(jù)鄰近工作面揭露情況分析，本面陷落柱不太發(fā)育。煤層直接頂為

L泥灰?guī)r（～石，致密堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育，裂隙內(nèi)充填方解石脈。老頂為粉砂巖及中砂巖（～層理發(fā)育；上部為淺灰色中砂巖，成分以石英、長石為主，含條帶狀

～（）煤線；泥巖

淺灰色，松散狀，含少量根化石；老底為中細(xì)砂巖（～）。

ψ、傾向上山充分采動(dòng)角ψψ

δ向下山移動(dòng)角

β、傾向上山移動(dòng)角

γ，移動(dòng)角修正值δeq

\o\ac(△,、)

βeq

\o\ac(△,、)

γ

及最大下沉角

θ

等。地表移動(dòng)觀測站設(shè)計(jì)時(shí)所用參數(shù)依據(jù)《西山礦區(qū)保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)規(guī)①

當(dāng)表土層與基巖厚度難以分別確定，移動(dòng)角α

m時(shí)②

移動(dòng)角修正值（走向

δ，傾向上山

γ，傾向

下山

β）：δ=γeq

\o\ac(△,=)

β=o③

充分采動(dòng)角（走向ψ、傾向上山

ψ、傾向下山

ψ）重復(fù)采動(dòng)時(shí)，覆巖性質(zhì)較軟，取ψ=

oψ=ψ

α

oψ=ψ

α

o④

最大下沉角：θ=α=

o

A

線），工作面傾向布第二條（B

間距和點(diǎn)數(shù)見表各觀測線邊界長度均按下式計(jì)算：L

/

式中

為工作面邊界開采深度（m）。按上式計(jì)算，考慮本工作面呈刀把形，觀測B

線距小開切眼的平面位置為

，寬切眼，觀測A

線位于寬工作面中心的方向。測點(diǎn)間距

。觀測線位置詳見觀測線布置圖。表

實(shí)際圖上設(shè)計(jì)地表移動(dòng)觀測線長度控制點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)及方位觀測線

總長度

控制點(diǎn)數(shù)

監(jiān)測點(diǎn)數(shù)

測點(diǎn)間距

測線方位走向

A

°傾向

B

°合計(jì) 根據(jù)實(shí)際計(jì)算得出地表移動(dòng)觀測站，A

和

B

觀測線的具體坐標(biāo)、編號詳見設(shè)計(jì)圖所示（各控制點(diǎn)與測點(diǎn)的平面坐標(biāo)可在圖中直接量區(qū)外，其點(diǎn)位可根據(jù)地形來選擇，盡可能視野開闊。

工作面測點(diǎn)布置如圖：表

控制點(diǎn)標(biāo)定坐標(biāo)：

測點(diǎn)標(biāo)定坐標(biāo)見表

、表

。表

A

線點(diǎn)標(biāo)定坐標(biāo)值

表4 B

線點(diǎn)標(biāo)定坐標(biāo)值

觀測站的控制點(diǎn)布設(shè)為四

個(gè)

點(diǎn)：、、、，現(xiàn)場踏勘選擇視野開闊，交通方便、便于保存之處?？刂泣c(diǎn)標(biāo)石應(yīng)采用鋼筋混凝土預(yù)置標(biāo)樁或現(xiàn)場混凝土澆注標(biāo)樁，差。標(biāo)樁的規(guī)格應(yīng)參照《煤礦測量規(guī)程》四等水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石要求按規(guī)格。測點(diǎn)標(biāo)志可在現(xiàn)場埋設(shè)，埋點(diǎn)時(shí)，在標(biāo)定的位置上挖一個(gè)直徑～

～20mm心。在凍土地區(qū)，標(biāo)志澆灌深度應(yīng)在凍土線以下

左右，周圍填緊土石，以防測點(diǎn)受凍土影響。在巖石裸露地區(qū)，測點(diǎn)可直接在巖石上鉆孔，埋設(shè)測點(diǎn)，其規(guī)格與上述相同。并保證它和土層密實(shí)固結(jié)，以使測點(diǎn)和地表一起移動(dòng)。

律，一般工作測點(diǎn)采用等間距。的規(guī)定，本次地表移動(dòng)觀測點(diǎn)間距采用。點(diǎn)。在觀測站存在期間，以控制點(diǎn)的空間位置（

、、）作為觀測站的起算數(shù)據(jù)，因此必須保證其堅(jiān)固、穩(wěn)定。為了保證觀測資料的準(zhǔn)點(diǎn)的距離及控制點(diǎn)間的距離大于。按設(shè)計(jì)要求，本地表移動(dòng)變形觀測站變形監(jiān)測點(diǎn)數(shù)目為：

個(gè)，控制點(diǎn)數(shù)目為：

個(gè)。觀測站測點(diǎn)總數(shù)為

個(gè)。

地表移動(dòng)觀測站建立后即要進(jìn)行觀測，在開采過程中不同的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行不同的觀測內(nèi)容，主要觀測時(shí)間及觀測列表如表

5。表

5

地表移動(dòng)觀測站觀測時(shí)間及觀測內(nèi)容

地表移動(dòng)觀測站建立后，要分別進(jìn)行與觀測礦區(qū)

GPS

控制網(wǎng)連

GPS

表

6。表6 地表移動(dòng)觀測站所使用的儀器及測量內(nèi)容

在觀測點(diǎn)埋好

天，點(diǎn)位固結(jié)之后，進(jìn)行觀測。觀測工作包括下列內(nèi)容：7.3.1

連接測量在采動(dòng)之前，為了確定觀測站與開采工作面之間的相互位置關(guān)擬合高程。于觀測區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定地點(diǎn)布設(shè)四個(gè)控制點(diǎn)即

G4。測量方法為ＧPS

觀測方法，ＧPS

觀測采用靜態(tài)定位模式，基準(zhǔn)點(diǎn)選用D

0704）及風(fēng)機(jī)房D0711。按規(guī)程規(guī)定的

C

據(jù)不少于

60

分鐘?？刂泣c(diǎn)高程采用ＧPS

擬合高程。7.3.2

全面觀測

5

內(nèi)容，包括測定各測點(diǎn)的平面位置和高程等。全面測量采用ＧPS

觀測方法，每次觀測基準(zhǔn)站布設(shè)于控制點(diǎn)上。ＧPS

觀測采用靜態(tài)定位模式，按規(guī)程規(guī)定的

D

級網(wǎng)精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施測，在每一測點(diǎn)上，每一時(shí)段視接收衛(wèi)星信號，一般采集數(shù)據(jù)

20

分鐘。高程采用ＧPS

擬合高程。獨(dú)立進(jìn)行的兩次全面觀測，兩次測得的同一點(diǎn)高程差不大于4mm

設(shè)計(jì)平面圖上。是：連續(xù)

6

個(gè)月觀測地表各點(diǎn)的累計(jì)下沉值均小于7.3.3

日常觀測工作日常觀測工作，指的是在移動(dòng)過程中測定監(jiān)測點(diǎn)位置的測量工作。為判定地表是否已開始移動(dòng)，在回采工作面推進(jìn)一定距離(相當(dāng)于

0.2～0.5

平均開采深度

)后，在預(yù)計(jì)可能首先移動(dòng)的地區(qū)，選擇幾個(gè)工作測點(diǎn)，每隔幾天用DS

型進(jìn)行一次水準(zhǔn)測量，按等外水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行，如果發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)的累計(jì)下沉量大于

10mm

時(shí)，即認(rèn)為地表已經(jīng)開始移動(dòng)。在移動(dòng)過程中，日常觀測工作全部采用

GPS

觀測，直接測定觀測點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，通過數(shù)據(jù)處理的方法，求其移動(dòng)變形值。每次觀測基準(zhǔn)站布設(shè)于控制點(diǎn)上。ＧPS

觀測采用靜態(tài)定位模式，在每一

D

星信號，一般采集數(shù)據(jù)

20

分鐘。高程采用ＧPS

擬合高程。重復(fù)測量的時(shí)間間隔，視地表下沉的速度而定，一般是每隔

10天至15還應(yīng)在下沉較大的區(qū)段，增加觀測次數(shù)，5

到

10

天觀測一次。在采動(dòng)過程中，不僅要及時(shí)地記錄和描述地表出現(xiàn)的裂縫位置、寬度的變化，塌陷的形態(tài)和時(shí)間，并及時(shí)上圖，還要記載每次觀測時(shí)工作面開采的相應(yīng)位置、實(shí)際采出厚度、工作面推進(jìn)速度、頂板陷落情況、煤層產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件等有關(guān)情況。短的時(shí)間內(nèi)完成，特別是在移動(dòng)活躍階段，觀測應(yīng)在一天內(nèi)完成。制點(diǎn)發(fā)生位移，應(yīng)把控制點(diǎn)作為觀測點(diǎn)與其他觀測點(diǎn)一起進(jìn)行監(jiān)測。而另行布置控制點(diǎn)。

直到全部觀測數(shù)據(jù)符合要求為止。的高程填入綜合計(jì)算表中。⑶計(jì)算各點(diǎn)間沿觀測線方向的水平距離。

移動(dòng)和變形。移動(dòng)和變形主要包括：各點(diǎn)的下沉和水平移動(dòng)，相鄰兩測點(diǎn)間的傾斜和水平變形，相鄰兩段（或相鄰三點(diǎn)）的曲率變形等。各移動(dòng)和變形值按下式計(jì)算：⑴m次觀測時(shí)點(diǎn)的下沉W

n

n

nm

mm式中 W

n

地表

n

點(diǎn)的下沉值；

n

、

nm

分別表示地表

n

點(diǎn)在首次和

m

次觀測時(shí)的高程⑵相鄰兩點(diǎn)的傾斜i

n~n

=W

W

,mm/ml~式中

W

、Wn

n

分別為地表點(diǎn)和

號點(diǎn)的下沉值；l

n~n

分地表至

號點(diǎn)間的水平距離。⑶號附近的曲率，即

號點(diǎn)至

號點(diǎn)之間的曲率 1~

n1~n~n

=

i1~

i~l

ll~

，mm/m式中

in1~n、in~n分別表示

號點(diǎn)至號點(diǎn)和號點(diǎn)至

號點(diǎn)的傾斜；l

n1~n

、

ln~n分別表示

號點(diǎn)至號點(diǎn)和號點(diǎn)至

號點(diǎn)的水平距離。⑷號點(diǎn)的水平移動(dòng)

Lm

nm

L

，mmn式中

地表點(diǎn)的水平移動(dòng)；mLnm、Ln分別表示首次觀測和

m

次觀測時(shí)地表點(diǎn)至觀測線控制點(diǎn)間的水平距離，用點(diǎn)間距累加求得。號點(diǎn)至

號點(diǎn)間的水平變形1~

，mm/m或

l

1~

ll

l

l1~

1~

l式中

l

、ln1~n

n

分別表示

號點(diǎn)至號點(diǎn)在首次觀測時(shí)和mn1~n

次觀測時(shí)的水平距離。⑹號點(diǎn)的下沉速度

W

nm

W

nm

，mm/d式中Wnm

、Wnm分別表示

m

次和

m

次觀測時(shí)

點(diǎn)的下沉值；兩次觀測的間隔天數(shù)。號點(diǎn)的橫向水平移動(dòng)

n

mm

，mmno式中

mm、

no分別表示第m次觀測和首次觀測時(shí)號點(diǎn)的支線值。號?？蓞⒖枷卤?/p>

7，地表移動(dòng)、變形綜合成果整理表如下表8：表7 地表移動(dòng)和變形計(jì)算計(jì)算數(shù)字的取位

橫向水平移

表8 地表移動(dòng)、變形綜合成果整理

下沉

下沉

傾斜

傾斜

第一