地表移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)

地表移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)作業(yè)設(shè)站的：設(shè)站的：某礦6200工作面西部、西南部有后鮑店村、中鮑店村。為研究地下開(kāi)采對(duì)村莊的影響及地表移動(dòng)變形規(guī)律和參數(shù)，擬在該礦6200工作面設(shè)置地表移動(dòng)觀測(cè)站，進(jìn)行地表移動(dòng)觀測(cè)，通過(guò)觀測(cè)獲得地表移動(dòng)動(dòng)態(tài)參數(shù)和角值參數(shù)，同時(shí)，監(jiān)測(cè)地下開(kāi)采對(duì)建筑物的影響。二、設(shè)站地區(qū)地質(zhì)采礦概況：6200工作面位于六采區(qū)東北部，是該采區(qū)設(shè)計(jì)開(kāi)采2層煤的第一個(gè)工作面，北部、東部分別為3煤的一采區(qū)1308、1310、1312采空區(qū)和二采區(qū)2310、2311、2312采空區(qū)及未開(kāi)采區(qū)域，南部、西部尚未開(kāi)采。6200工作面基本沿走向布置，為刀把型，傾向長(zhǎng)為623~820m，走向?qū)挒?6~129m，煤層厚度0.70~1.33m，平均1.10m，煤層傾角4~19/6°,第四系平均厚度196.16m。工作面標(biāo)高為-233~-303m。2煤與下伏3煤的層間距一般為21m。6200工作面上方地表地勢(shì)平坦，標(biāo)高為43m左右，凍土深度0.4m。三、地表移動(dòng)參數(shù)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，求得本區(qū)域?qū)崪y(cè)地表移動(dòng)參數(shù)為：走向移動(dòng)角5=750，上山移動(dòng)角y=750，下山移動(dòng)角B=750-0.6a,表土移動(dòng)角5=450，充分采動(dòng)角a=32二心=550，最下沉角6=90o-0.5a平均采深h=0.5(-233-303)=-268m，煤層平均傾角a0、地表移動(dòng)觀測(cè)線位置、長(zhǎng)度確定：采空區(qū)走向長(zhǎng)度超過(guò)1.2~1.4H(H為平均采深)，地表走向方00向達(dá)到充分采動(dòng)；傾向方向小于1.2~1.4H，地表傾向方向?yàn)榉浅浞?采動(dòng)。1、走向觀測(cè)線位置確定：由于傾向充分采動(dòng)，走向觀測(cè)線由最大下沉角e=9Oo-O.5a或充分采動(dòng)角W1=W2=55o確定2、全走向觀測(cè)線長(zhǎng)度確定：AB=2hcot中+2(H—h)cot(8-AS)+1=439m01為走向工作面長(zhǎng)度，m3、傾向觀測(cè)線位置確定：由于走向非充分采動(dòng)，傾斜主斷面位于采空區(qū)中央4、半傾向觀測(cè)線長(zhǎng)度確定：CD=hcot9+(H-h)cot(P-AP)+Lcosa=384iT五、確定觀測(cè)點(diǎn)間距、測(cè)點(diǎn)編號(hào)：根據(jù)國(guó)內(nèi)對(duì)開(kāi)采沉陷的大量研究，一般根據(jù)開(kāi)采深度確定觀測(cè)點(diǎn)密度，該礦區(qū)平均采深在200~300m，所以觀測(cè)點(diǎn)間距為20m。在傾斜觀測(cè)線上自下山向上山方向順序增加，分別為B0-B19，在走向觀測(cè)線上按工作面推進(jìn)方向順序增加，分別為A0-A11。六、控制點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)的構(gòu)造及埋設(shè)方法設(shè)計(jì)圖2控制點(diǎn)圖圖3工作測(cè)點(diǎn)圖(1)埋設(shè)控制點(diǎn)應(yīng)用全站儀根據(jù)施工測(cè)量要求按設(shè)計(jì)坐標(biāo)在實(shí)地標(biāo)定其位置，工作測(cè)點(diǎn)用全站儀標(biāo)定，盡量使其中心位于同一方向線上，用木樁做標(biāo)志；(2)挖坑前先把點(diǎn)位引到1米外的四個(gè)臨時(shí)十字樁上，在所標(biāo)定位置挖一直徑為0.5m左右，控制點(diǎn)坑深為0.7m以上、工作測(cè)點(diǎn)坑深為0.5m以上的坑，坑底搗實(shí)，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(cè)點(diǎn)及控制點(diǎn)周圍，固定高度分別為0.3m和0.5m；由十字樁拉線指示測(cè)點(diǎn)位置，控制點(diǎn)的偏心不要大于1cm，工作測(cè)點(diǎn)偏心不要大于5cm。觀測(cè)線上為三個(gè)控制點(diǎn)時(shí)，先埋設(shè)兩端點(diǎn)，然后用全站儀標(biāo)埋中間控制點(diǎn)；（3）在整個(gè)觀測(cè)期間必須采取有效措施對(duì)控制點(diǎn)和工作測(cè)點(diǎn)嚴(yán)加保護(hù)，如有破壞應(yīng)及時(shí)補(bǔ)埋；（4）在觀測(cè)期間能可靠保存，并和地表牢固結(jié)合，不受凍害影響。（5）在凍土地區(qū)，標(biāo)志澆灌深度應(yīng)在凍土線以下0.3-0.5m,使標(biāo)志周圍與凍土隔離，周圍填禁土石。七、觀測(cè)站與礦區(qū)控制網(wǎng)連接設(shè)計(jì)(1)平面連接控制點(diǎn)的平面位置采用D級(jí)GPS或全站儀導(dǎo)線控制，點(diǎn)位誤差不得大于7mm，全站儀導(dǎo)線布置如圖。平面測(cè)量采用全站儀導(dǎo)線，正倒鏡往返觀測(cè)，測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的平面位置和高程，通過(guò)平面坐標(biāo)反演，確定各測(cè)點(diǎn)的支距和相鄰測(cè)點(diǎn)之間在觀測(cè)線方向的水平距離。(2)高程連接由2個(gè)已知的礦井鉆孔分別向觀測(cè)線控制點(diǎn)引測(cè)三等水準(zhǔn)，形成附和水準(zhǔn)網(wǎng)。高程測(cè)量直接從觀測(cè)站控制點(diǎn)開(kāi)始，觀測(cè)工作點(diǎn)事，可使一些測(cè)點(diǎn)作為中間點(diǎn)，但是視線不宜超過(guò)50m。若觀測(cè)站兩端有控制點(diǎn)，可進(jìn)行附和水準(zhǔn)測(cè)量；若只在一端有控制點(diǎn)，則需要進(jìn)行往返水準(zhǔn)測(cè)量或閉合水準(zhǔn)測(cè)量。八、觀測(cè)站日常觀測(cè)方案：（1）觀測(cè)時(shí)間間隔確定，每次觀測(cè)的內(nèi)容：觀測(cè)站觀測(cè)程序觀測(cè)時(shí)間觀測(cè)內(nèi)容設(shè)站10-15天與礦區(qū)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)采動(dòng)前全面觀測(cè)兩次、預(yù)測(cè)地表移動(dòng)初始期水準(zhǔn)測(cè)量地表移動(dòng)活躍期全面觀測(cè)，加密水準(zhǔn)測(cè)量地表移動(dòng)衰退期水準(zhǔn)測(cè)量地表下沉小于30mm/6個(gè)月全面觀測(cè)兩次注：地表移動(dòng)穩(wěn)定后指6個(gè)月內(nèi)地表各點(diǎn)的下沉值均小于30mm（2）點(diǎn)位、水準(zhǔn)測(cè)量方法、儀器、精度要求：連接測(cè)量：在觀測(cè)站地區(qū)被采動(dòng)之前，為了確定觀測(cè)站與開(kāi)采工作面之間的相對(duì)位置關(guān)系，選取觀測(cè)站的某幾個(gè)控制點(diǎn)與礦區(qū)控制網(wǎng)之間進(jìn)行的聯(lián)系測(cè)量。設(shè)站后10~15天進(jìn)行二次測(cè)量，兩次間隔小于5天，點(diǎn)間誤差W7cm,按5"導(dǎo)線進(jìn)行。高程測(cè)量按三等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行全面測(cè)量：地表開(kāi)始移動(dòng)之前，獨(dú)立進(jìn)行兩次全面觀測(cè)，兩次觀測(cè)時(shí)間間隔不超過(guò)5天。測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的平面位置和高程，各測(cè)點(diǎn)間的距離，記錄地表原有的破壞狀況，并做素描。獨(dú)立進(jìn)行的兩次全面觀測(cè)，兩次測(cè)得的同一點(diǎn)高程差小于10mm，同一邊的長(zhǎng)度差小于4mm，取平均值作為觀測(cè)站的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，按實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將各點(diǎn)展繪在觀測(cè)站設(shè)計(jì)平面圖上。日常觀測(cè)：在首次和末次全面觀測(cè)之間適當(dāng)加密水準(zhǔn)測(cè)量次數(shù)，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0.1~0.5平均開(kāi)采深度h，即工作面回采38m）,在預(yù)計(jì)可能首先移動(dòng)的地表，選擇若干0個(gè)工作測(cè)點(diǎn)，每星期進(jìn)行一次水準(zhǔn)測(cè)量。重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量的時(shí)間間隔，視地表下沉的速度而定，一般是每隔1~3個(gè)月觀測(cè)一次。在移動(dòng)的活躍階段，還應(yīng)在下沉較大的區(qū)段，增加水準(zhǔn)觀測(cè)次數(shù)。為了保證所獲得觀測(cè)資料的準(zhǔn)確性，每次觀測(cè)應(yīng)在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成，特別是在移動(dòng)活躍階段，水準(zhǔn)測(cè)量必須在一天內(nèi)完成，并力爭(zhēng)做到高程測(cè)量和平面測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。（3）地表裂隙調(diào)查及井下工作面測(cè)量調(diào)查記錄產(chǎn)生裂縫的日期、位置、長(zhǎng)、寬、深及其變化過(guò)程，并拍攝圖片。在每次地表移動(dòng)觀測(cè)的同時(shí)，應(yīng)在井下測(cè)定工作面的推進(jìn)位置、采厚和采高等采煤狀況，并每周測(cè)定一次實(shí)際回采上限的位置。九、觀測(cè)站成果整理方法：地表移動(dòng)觀測(cè)站的觀測(cè)成果預(yù)處理，必須在外業(yè)成果無(wú)誤的基礎(chǔ)上進(jìn)行。觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理工作包括計(jì)算和繪圖兩部分。1）觀測(cè)成果的計(jì)算為了確保觀測(cè)成果的正確性，在進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理之前，應(yīng)對(duì)野外觀測(cè)成果再次檢查，然后進(jìn)行各種改正數(shù)的計(jì)算和嚴(yán)密平差計(jì)算。觀測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的高程、相鄰兩測(cè)點(diǎn)在觀測(cè)線方向的水平距離，然后計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的移動(dòng)和變形值及下沉速度等。對(duì)于全站儀而言，觀測(cè)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(jì)算和常規(guī)方法相同。有關(guān)氣象改正和斜距改正的具體計(jì)算方法參看全站儀使用說(shuō)明書(shū)。移動(dòng)和變形計(jì)算觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后，便可計(jì)算觀測(cè)線上各測(cè)點(diǎn)和各測(cè)點(diǎn)間的移動(dòng)和變形值。移動(dòng)和變形計(jì)算主要包括：各測(cè)點(diǎn)的下沉和水平移動(dòng)，相鄰兩測(cè)點(diǎn)間的傾斜和水平變形，相鄰兩線段(或相鄰三點(diǎn))的曲率變形，觀測(cè)點(diǎn)的下沉速度等。各移動(dòng)和變形計(jì)算公式如下：①m次觀測(cè)時(shí)n點(diǎn)的下沉W=H—H，mmnnn0m式中W—n號(hào)點(diǎn)的下沉值；nH、H一分別為首次和m次觀測(cè)時(shí)n號(hào)點(diǎn)的高程。nn0m②相鄰兩點(diǎn)間的傾斜i=匕+「%，mm/mn~n+1ln~n+1

式中l(wèi)—n號(hào)點(diǎn)至n+1號(hào)點(diǎn)的水平距離；n~n+1W、W—分別表示n+1號(hào)點(diǎn)和n號(hào)點(diǎn)的下沉量。n+1n③n號(hào)點(diǎn)附近的曲率，即n-1號(hào)點(diǎn)至n+1號(hào)之間的曲率K=L,…-i=2(L…-LJ，mm/m2或103/mKn+1~nf~n-1n+1~nn~n-1210-3，n+1~n~n-1l+ll+ln+1-n_n_n-1n+1~nn~n-12式中i、i—表示n+1號(hào)點(diǎn)至n號(hào)點(diǎn)和n號(hào)點(diǎn)至n-1號(hào)點(diǎn)的傾n+1~nn~n-1斜；l、l—表示n+1號(hào)點(diǎn)至n號(hào)點(diǎn)和n號(hào)點(diǎn)至n-1號(hào)點(diǎn)的水平距離。④n+1~nn~n-距離。④n號(hào)點(diǎn)的水平移動(dòng)式中L、nmU=L-L，mm

式中L、nmU—n號(hào)點(diǎn)的水平移動(dòng)；nL一分別表示m次觀測(cè)時(shí)和首次觀測(cè)時(shí)n號(hào)點(diǎn)至觀測(cè)線控制n0點(diǎn)間的水平距離，用點(diǎn)間距累加求得。⑤n號(hào)點(diǎn)至n+1號(hào)點(diǎn)間的水平變形8n+1~n式中(l)、(l)n+1~n0n8n+1~n式中(l)、(l)n+1~n0n+1~nm(l)n+1~n0一分別表示n+1號(hào)點(diǎn)至n號(hào)點(diǎn)在首次觀測(cè)時(shí)和m次觀測(cè)時(shí)的水平距離。⑥n號(hào)點(diǎn)的下沉速度

，mm/dw-，mm/dV=nmnm-1nt式中w、w—分別表示m-1次和m次觀測(cè)時(shí)n點(diǎn)的下沉值;nm-1nmt—兩次觀測(cè)的間隔天數(shù)。⑦n號(hào)點(diǎn)的橫向水平移動(dòng)U'=y-y，mm

nnmn0式中y、y—分別表示第m次觀測(cè)和首次觀測(cè)時(shí)n號(hào)點(diǎn)的支距nmn0值。橫向水平移動(dòng)是垂直于觀測(cè)線方向的水平移動(dòng)，計(jì)算時(shí)需注意正、負(fù)號(hào)。每次觀測(cè)結(jié)束之后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行移動(dòng)和變形計(jì)算，計(jì)算數(shù)字的取位見(jiàn)表4。表4移動(dòng)、變形計(jì)算時(shí)的取位參考名稱下沉w/mm水平移動(dòng)U/mm傾斜,/mm/m曲率k/mm/m2水平變形￡/mm/m橫向水平移動(dòng)U/mm下沉速度/Vmm/d取位110.10.010.110.1（3）地表移動(dòng)變形參數(shù)確定地表移動(dòng)變形計(jì)算之后，繪制移動(dòng)變形曲線圖和下沉速度曲線圖。在圖上可確定出移動(dòng)變形的角量參數(shù)有：移動(dòng)角、邊界角、裂縫角、最大下沉速度角、超前影響角等，通過(guò)專業(yè)程序計(jì)算求得的地表移動(dòng)預(yù)計(jì)參數(shù)有：下沉系數(shù)、水平移動(dòng)系數(shù)、主要影響角正切、拐點(diǎn)偏移距等。2）繪圖工作根據(jù)每次觀測(cè)的計(jì)算結(jié)果繪制CAD曲線圖，由這種曲線圖能夠清楚地看出沿觀測(cè)線（主斷面）的地表移動(dòng)與變形的分布特征及其發(fā)展過(guò)程。繪制移動(dòng)和變形曲線圖時(shí)，選擇豎直比例尺的原則是：使繪制的曲線能清楚的反映出移動(dòng)和變形的分布規(guī)律，并便于分析比較。水平比例尺與觀測(cè)站平面圖一致。曲線圖和觀測(cè)線斷面圖應(yīng)繪在一起，以表明各種地質(zhì)采礦條件對(duì)移動(dòng)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(duì)照?qǐng)D的相同。在斷面圖上應(yīng)標(biāo)出地面，測(cè)點(diǎn)及其編號(hào)，松散層厚度，巖層柱狀，采區(qū)位置，開(kāi)采厚度，各次觀測(cè)時(shí)的工作面位置及采區(qū)周圍的開(kāi)采情況等。在觀測(cè)站平面圖上應(yīng)表示出：測(cè)點(diǎn)的實(shí)際位置，地形，地物，鉆孔，保護(hù)煤柱邊界線，每次觀測(cè)時(shí)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(shí)測(cè)的移動(dòng)和變形值勾繪等值線圖。每一次觀測(cè)后，要及時(shí)進(jìn)行計(jì)算和繪制移動(dòng)、變形曲線圖。觀測(cè)站觀測(cè)工作全部結(jié)束后，為了求出最終結(jié)果，應(yīng)對(duì)每次觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，以便獲得觀測(cè)站受開(kāi)采影響產(chǎn)生的移動(dòng)、變形的發(fā)展過(guò)程，以及移動(dòng)和變形的最終值。繪制移動(dòng)、變形曲線時(shí)，具有正號(hào)的移動(dòng)、變形值繪在水平線的上方，負(fù)號(hào)值繪在水平線的下方，但下沉值除外。圖6根據(jù)觀測(cè)成果繪制的移動(dòng)、變形曲線示意圖。繪圖展點(diǎn)時(shí)需注意：下沉是展在測(cè)點(diǎn)的正下方；水平移動(dòng)是依據(jù)其正、負(fù)號(hào)分別展在測(cè)點(diǎn)的正上方或正下方；傾斜和水平變形是依據(jù)其正負(fù)號(hào)展在兩測(cè)點(diǎn)間中點(diǎn)的正上方或正下方，曲率是依據(jù)其正負(fù)號(hào)兩相鄰線段的不同情況展點(diǎn)；當(dāng)相鄰兩線段的長(zhǎng)度相等時(shí)，曲率點(diǎn)展在中間點(diǎn)的正上方或正下方。繪制下沉速度曲線時(shí)，按下沉速度值，在兩次觀測(cè)時(shí)間間隔的正中間展點(diǎn)。圖6移動(dòng)和變形曲線繪制方法示意圖3）提交成果觀測(cè)站的實(shí)測(cè)資料經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，可求得下列成果：（1）地表移動(dòng)盆地的范圍、形狀、大小，以及各種角值參數(shù)（邊界角、移動(dòng)角、裂縫