10第十講-開采損害監(jiān)測與評價

第八章

開采損害的監(jiān)測與評價第一節(jié)

開采損害的監(jiān)測（地表移動和變形觀測）一、開采損害監(jiān)測的基本概念為使井巷、建筑物、水體及鐵路等免受或少受開采的有害影響，減少地下資源的損失，必須研究地下開采引起的巖層與地表移動規(guī)律以及對被保護(hù)對象的損害。

開采沉陷觀測站的類型有以下三種：

(一)按觀測站設(shè)置的地點不同可分為：地表移動觀測站、巖層內(nèi)部觀測站、專門觀測站（二）按觀測時間長短可分為：長期觀測站、短期觀測站（三）按布站形式的不同分為：網(wǎng)狀觀測站、剖面線狀觀測站(一)按觀測站設(shè)置的地點不同可分為：

1．地表移動觀測站：測點布設(shè)在地表。

2．巖層內(nèi)部觀測站：一般布設(shè)在井下巷道或巖層內(nèi)部的鉆孔中，研究巖層內(nèi)部的移動和變形規(guī)律；

3．專門觀測站：為了某一個特定的目的所設(shè)立的觀測站

(如建筑物觀測站、鐵路觀測站、邊坡移動觀測站等)。

（二）按觀測時間長短可分為：

1．長期觀測站：又稱普通觀測站(一般在一年以上)，。

2．短期觀測站：(幾個月到一年)，如最大下沉速度、走向移動角等參數(shù)誤差較大，目前很少使用。（三）按布站形式的不同分為：

1．網(wǎng)狀觀測站：觀測整個采動范圍，所得資料全面、準(zhǔn)確。用于專門研究。

2．剖面線狀觀測站：常用形式，它是在選擇的特定方向上布點成直線形或折線形。

特定方向指沿移動盆地主斷面的方向（走向觀測線和傾斜觀測線），觀測站通常由兩條互相垂直且相交的觀測線(即一條或半條走向觀測線，一條或半條傾斜觀測線)所組成。

圖8-1觀測站布置形式示意圖

要解決地表沉陷的防護(hù)問題，除必須掌握開采沉陷規(guī)律外，還應(yīng)掌握建筑物、構(gòu)筑物變形、破壞與地表移動、變形的關(guān)系，了解各類保護(hù)物損害的特性及各種防護(hù)措施的效益，所以監(jiān)測工作非常必要，而在監(jiān)測中設(shè)站地點的選擇是十分重要的，它直接影響到觀測成果的使用價值。

巖層內(nèi)部的移動觀測及各種專門觀測站的設(shè)置與觀測，一般要求和地表移動觀測站配合進(jìn)行，才能獲得可靠的、全面的觀測資料。二、地表移動變形觀測

（一）地表移動觀測站設(shè)計

1．觀測站設(shè)計原則為了能夠獲得比較準(zhǔn)確、可靠、有代表性的觀測資料，觀測站設(shè)計中，一般應(yīng)遵循下列原則：（1）觀測線應(yīng)設(shè)在地表移動盆地的主斷面上；（2）設(shè)站區(qū)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）觀測線上的測點應(yīng)有一定的密度，這要根據(jù)開采深度和設(shè)站目的而定；（5）觀測站的控制點要設(shè)在移動盆地范圍以外，埋設(shè)要牢固。在凍土地區(qū)，控制點底面應(yīng)在凍土線0.5m以下。2．觀測站設(shè)計所需資料（1）井上下對照圖和開采計劃圖。圖的比例尺一般為1：2000或1：1000。（2）設(shè)站地區(qū)的地質(zhì)和水文地質(zhì)資料（包括：地形地質(zhì)圖、地質(zhì)柱狀圖、煤層賦存條件、覆巖物理力學(xué)性質(zhì)、水文條件等）。（3）開采工作面設(shè)計資料（包括：巷道布置、采煤方法、頂板管理方法；開采厚度、工作面推進(jìn)速度、回采時間及周圍開采情況等）。（4）觀測地區(qū)井上下測量資料，主要是；控制點、導(dǎo)線點和水準(zhǔn)點的坐標(biāo)。（5）礦區(qū)已有的開采沉陷資料，如：移動角、最大下沉角、充分采動角、松散層移動角及其它有關(guān)參數(shù)。3．觀測站的布設(shè)形式

我國礦區(qū)常用剖面線狀觀測站。觀測站一般由兩條觀測線組成。一條沿煤層走向方向，一條沿傾向方向，它們互相垂直并相交。在地表達(dá)到充分采動的條件下，通過移動盆地的平底部分都可設(shè)置觀測線。在地表未達(dá)到充分采動的條件下，觀測線需設(shè)在移動盆地的主斷面上。圖8-1觀測站布置形式示意圖4．觀測站設(shè)計內(nèi)容—設(shè)計說明書觀測站設(shè)計包括編寫設(shè)計說明書和繪制設(shè)計圖兩部分工作。

設(shè)計說明書應(yīng)包括下列內(nèi)容：（1）建立觀測站的目的和任務(wù)；（2）設(shè)站地區(qū)的地形、地物及地質(zhì)采礦條件；（3）觀測站設(shè)計時所用到開采沉陷系數(shù)；（4）觀測線的位置及長度的確定，測點及控制點的數(shù)目、位置及編號；（5）作測點和控制點的構(gòu)造及埋設(shè)方法；（6）觀測內(nèi)容及所使用的儀器，與控制網(wǎng)的連測方法，精度要求等；（7）經(jīng)費估算：包括觀測站所需材料、購地、人工等費用的預(yù)算；（8）觀測成果的整理方法與分析步驟，所要獲得的成果。

4．觀測站設(shè)計內(nèi)容—設(shè)計圖

設(shè)計圖包括觀測站設(shè)計平面和斷面圖。圖的比例尺一般與井上下對照圖一致。

觀測站設(shè)計圖中應(yīng)具有下列內(nèi)容：（1）設(shè)站地區(qū)的地形、地物、地質(zhì)構(gòu)造、巖層柱狀、煤層產(chǎn)狀等；（2）已有的和新設(shè)計的采區(qū)巷道；（3）現(xiàn)有的和新設(shè)計的保護(hù)煤柱輪廓；（4）觀測線的平面位置，沿觀測線的斷面圖。斷面圖上應(yīng)表示出工作測點、控制點的位置及編號，巖層柱狀，地質(zhì)構(gòu)造，煤層產(chǎn)狀，開采位置等。

5．地表移動觀測站設(shè)計方法

不同類型的觀測站設(shè)計方法不完全相同。一般剖面線狀觀測站的設(shè)計應(yīng)包括：（1）測線位置的確定（確定其方向、長度、觀測線條數(shù)和觀測點點數(shù)等）（2）觀測內(nèi)容（主要是高程、水平位置變化及其化破壞現(xiàn)象的編錄）。（3）觀測程序（連接測量、全面測量和日常測量）（4）成果整理（檢查、計算、繪圖、求參）（二）地表移動觀測站觀測工作地表移動觀測站的觀測工作可分為：觀測站的連接測量、全面觀測、單獨進(jìn)行的水準(zhǔn)測量、地表破壞的測定和編錄等。在觀測點埋好10～15天點位固結(jié)之后，一般即可進(jìn)行觀測。觀測工作包括：

1．連接測量

在觀測站地區(qū)被采動之前，為了確定觀測站與開采工作面之間的相互位置關(guān)系，首先應(yīng)在觀測站的某一個控制點與礦區(qū)控制網(wǎng)之間進(jìn)行測量，以確定這個控制點的平面位置和高程，然后再根據(jù)它來測定其余的控制點和工作測點的平面位置。

2．全面觀測

為了準(zhǔn)確地確定工作測點在地表移動開始前的空間位置，在連測后地表開始移動之前，應(yīng)獨立進(jìn)行兩次全面觀測，其內(nèi)容包括：測定各測點的平面位置和高程，各測點間的距離等。在地表穩(wěn)定后，要進(jìn)行最后一次全面觀測，地表移動穩(wěn)定的標(biāo)志是：連續(xù)6個月觀測地表各點的累計下沉值小于30mm。

3．日常觀測所謂日常觀測工作，指的是首次和末次全面觀測之間適當(dāng)增加的測量工作。為判定地表是否已開始移動，在回采工作面推進(jìn)一定距離后，在預(yù)計可能首先移動的地區(qū),選擇幾個工作測點，每隔幾天進(jìn)行一次水準(zhǔn)測量(又稱預(yù)測或巡視測量)，如果發(fā)現(xiàn)測點的累計下沉量大于10mm時，即認(rèn)為地表已經(jīng)開始移動。在移動過程中，要進(jìn)行日常觀測工作，即重復(fù)進(jìn)行水準(zhǔn)測量。重復(fù)水準(zhǔn)測量的時間間隔，視地表下沉的速度而定，一般是每隔1～3個月觀測一次。在移動的活躍階段，還應(yīng)在下沉較大的區(qū)段，增加水準(zhǔn)觀測次數(shù)。

（三）觀測成果整理1．觀測檢查和計算（1）野外手簿的檢查每次觀測后應(yīng)及時進(jìn)行檢查。如發(fā)現(xiàn)粗差或超限，應(yīng)及時重測，直至全部觀測數(shù)據(jù)符合要求為止。（2）各點高程計算先進(jìn)行平差，然后計算高程，并將所得的各點的高程填入綜合計算表中。（3）計算各點間沿觀測線方向的水平距離由實測數(shù)據(jù)加入各種距離改正后求得。2．觀測成果

觀測站的實測成果：（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、裂縫角、最大下沉角、充分采動角等)。（2）地表移動盆地主斷面上的移動和變形分布及其特征，移動和變形最大值的位置。（3）工作面推進(jìn)過程中移動和變形的發(fā)展過程及其相應(yīng)的主要參數(shù)(起動距、超前距、超前影響角、滯后距、滯后角等)。（4）地表移動過程中，地表移動速度的變化以及與工作面的相應(yīng)關(guān)系。（5）地表移動各個階段(初始階段、活躍階段、衰退階段)的持續(xù)時間以及地表移動持續(xù)的總時間。（6）工作面開始回采到地表開始下沉的時間等。二、圍巖移動破壞監(jiān)測根據(jù)監(jiān)測目的和位置選擇各種觀測方法，基本方法和內(nèi)容同六章第三節(jié)巖層破壞移動研究方法。三、建筑物下采煤時的觀測工作進(jìn)行建筑物下采煤觀測，是為了制定建筑物的保護(hù)措施和檢驗加固效果，以確保建筑物的安全使用。測點的布設(shè)和觀測方法，視建筑物類型而有不同。在進(jìn)行建筑物下采煤觀測的同時，可根據(jù)實際需要設(shè)置地表觀測站。（一）磚石結(jié)構(gòu)建筑物移動變形觀測1．觀測點布置觀測點一般布置在建筑物的角部、縱墻和橫墻連接處、承重柱和窗間墻的勒腳部位。為了觀測變形、補償溝、新與舊房屋連接處受采動影響的變化，在其兩側(cè)需設(shè)置觀測點。建筑物每個方向上的觀測點應(yīng)不少于3個，點間距一般為3～10m。建筑物觀測點與對應(yīng)的封點間的距離一般為1.5m左右。建筑物觀測點的形式，如圖8-2所示，用φ20鋼筋做成，全長約200mm，端面須平整，并刻劃出線寬約0.5mm的十字作為觀測標(biāo)志，用200號混凝土將觀測點埋設(shè)于砌體內(nèi)。封點按地表觀測點的要求埋設(shè)。

圖8－2墻壁點設(shè)置2．觀測內(nèi)容和精度要求

建筑物觀測站的觀測方法和精度要求，基本上與地表觀測站相同。建筑物觀測站的觀測包括距離丈量和水準(zhǔn)測量。要進(jìn)行水準(zhǔn)測量時，水準(zhǔn)線路應(yīng)圍繞建筑物組成一個閉合環(huán)，環(huán)路閉合差應(yīng)小于±2mm（式中n為測站數(shù)）。點間距離應(yīng)往返丈量，互差不得大于2mm。在進(jìn)行觀測時，還應(yīng)進(jìn)行建筑物外部形態(tài)的素描。建筑物上肉眼可見的裂縫和其它異?，F(xiàn)象，如傾斜、鼓凹、門窗變形等的大小、位置和方向，均需繪制描圖和記錄在裂縫觀測記錄表上，有時用明顯的色漆在建筑物上將裂縫標(biāo)出。素描圖一般包括建筑物的平面圖和各個方向的立面圖，比例尺為1:200～1:500。對某些裂縫和異?，F(xiàn)象，除素描和記錄外還可拍照、垂直裂縫方向貼紙、量測其寬度隨時間的變化、甚至定期錄像觀測。3．觀測時間觀測時間根據(jù)建筑物移動變形情況而定。在地表移動的初始和衰退期，每月應(yīng)至少觀測一次，活躍期每月觀測不少于兩次。在墻體出現(xiàn)4或10或20mm裂縫時，還要及時觀測，以便為研究本礦區(qū)建筑物破壞等級和地表變形之間的關(guān)系提供資料。建筑物移動穩(wěn)定后，每隔2～3個月還應(yīng)進(jìn)行一次水準(zhǔn)測量，以了解建筑物殘余變形情況。（二）獨立柱、框架、排架結(jié)構(gòu)建筑物變形觀測方法同磚石結(jié)構(gòu)建筑物，但在各柱下部設(shè)置墻壁點時，注意不要損傷受力鋼筋。另外需進(jìn)行各柱相對兩端柱子的支距測量，除計算柱子的相對下沉、相對位移外，還要計算相對轉(zhuǎn)角，以計算構(gòu)件的附加應(yīng)力。對框架鋼結(jié)點處的變形破壞情況，如裂縫，尤應(yīng)注意觀察。（三）高聳建筑物的移動變形觀測由于高聳建筑物（如煙囪、水塔、高壓電塔、井架等）的高度較大，基礎(chǔ)面積較小，重心較高，對地表傾斜最為敏感，因此對它們主要是進(jìn)行傾斜觀測，一般是在其頂部設(shè)置觀測標(biāo)志（或利用避雷針等），觀測其偏斜程度。1．單點投影法在觀測部位埋置觀測點（其作法同墻壁點），但測點端部為2mm小孔，小孔到墻壁的距離約250mm。從小孔上吊掛垂球，垂球尖在地面標(biāo)志（作法同土壤點或墻壁點）上的位移量即為觀測部位的偏斜值。2．雙點投影法如圖8-3所示，在構(gòu)筑物頂部設(shè)置兩個與頂部中心連線為90°的測點標(biāo)志a、b（或利用避雷針等）；在地面上相應(yīng)布置兩個觀測點（作法同土壤點）Ⅰ、Ⅱ，觀測點到構(gòu)筑物的距離應(yīng)大于構(gòu)筑物高度1.5倍。觀測時在Ⅰ、Ⅱ點處安置經(jīng)緯儀，將a、b點投影于構(gòu)筑物底部同一水平上，并與開采前a、b點的投影點位相比較，若投影偏移值為δa和δb，那么，構(gòu)筑物偏移的合成值δ和偏移方向a為：（8－1）構(gòu)筑物在a方向上的傾斜值

圖8－3高聳構(gòu)筑物變形觀測方法示意圖3．底部傾斜觀測法在構(gòu)筑物底部埋設(shè)A、B、C、D四個點，相對兩觀測點的連接AC與BD互相重直，如圖8-3所示。量取相對兩測點間的距離，若直接量取困難時，可進(jìn)行導(dǎo)線測量后再反算。用水準(zhǔn)測量方法觀測相對兩測點的高差。圖8-3a、c，相對測點的傾斜值為：（8－2）式中SAC，SBD—分別為測點A、C和B、D之間距離；ΔhAC，ΔhBD—分別為測點A、C和B、D采動前后的高差變化值。由此得構(gòu)筑物偏移合成值δ和偏移方向a：（8－3）（8－4）若觀測點設(shè)置在方形構(gòu)筑物四角時（圖8-3b），每個方向的傾斜值可由兩組同方向邊的傾斜平均值確定。（四）地下管道觀測沿管道一側(cè)在地表設(shè)置觀測（其作法和觀測工作同地表觀測站），觀測線與管道的距離大于管道埋深，盡量利用管道檢查井和閥門井作為管道連接處和補償接頭的觀測井。在觀測井內(nèi)，測量連接處和補償接頭兩側(cè)標(biāo)志的距離變化，觀察有否異常現(xiàn)象，如脹鼓、抽脫、介質(zhì)逸漏等，并作記錄。測量相鄰觀測井之間的管道距離和高差變化。及時繪制管道和相應(yīng)地表的變形曲線，并與首次觀測曲線比較。（五）工業(yè)廠房內(nèi)各種設(shè)備基礎(chǔ)的移動變形觀測獨立的設(shè)備基礎(chǔ)底面積小、剛度較大，地表水平變形和曲率變形對其影響不大，但傾斜變形則能使其歪斜，因此，在地表移動過程中應(yīng)對設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行水準(zhǔn)測量。觀測點埋設(shè)在基礎(chǔ)的四周，或在基礎(chǔ)四角的平面上鉆出直徑為30～50mm、深度為100～150mm的孔洞，用混凝土或水泥砂漿將刻有十字標(biāo)記的φ14鋼筋埋于孔內(nèi)作為觀測點。十字標(biāo)記露出基礎(chǔ)平面不應(yīng)超過10mm。如需要檢查機械的主要連接部位的幾何關(guān)系時，還應(yīng)進(jìn)行邊長丈量，以保證機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。（六）吊車軌道觀測在吊車軌面最高處和內(nèi)側(cè)軌緣上，各沖一直徑小于2mm的孔，并刻劃十字絲，涂上色漆作為觀測點。觀測點的位置和間距與支承軌道梁的柱子基本一致。用鋼尺在軌面測點上丈量兩吊車軌之間的距離，并應(yīng)滿足下式關(guān)系，否則需撥軌校正。ΔL≤B—b(8-5)式中ΔL—采動前、后，吊車軌距的變化值；

B—吊車走動輪緣的內(nèi)距，即輪寬；

b—吊車軌道的軌頭寬度。

用連通管在軌緣測點上測量軌道的縱向傾斜和兩根軌道的橫向傾斜，并用楔形鋼板尺測量軌縫變化。(七)建筑物加固構(gòu)件的應(yīng)力量測對加固的建筑物，有條件時應(yīng)測定加固構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)，研究地表變形與建筑物應(yīng)力的關(guān)系。加固構(gòu)件應(yīng)力量測，常用差動電阻或鋼筋計、鋼弦式鋼筋計、鋼弦式壓力盒和電阻應(yīng)變片來進(jìn)行。當(dāng)用差動電阻式鋼盤計量測時，把鋼筋計埋設(shè)在鋼筋混凝土里，兩端連接桿與受力鋼筋或鋼桁架的桿件焊接。當(dāng)桿件受到軸向拉力和壓力時，鋼筋計的鋼套將受到拉伸和壓縮變形，與鋼套緊固在一起的感應(yīng)組件跟著變形，使得兩組電阻絲在電阻比和電阻值上發(fā)生變化。引出電纜用比例電橋測出其變化值，并計算鋼筋軸向應(yīng)力的變化。四、鐵路下采煤時的觀測工作（一）觀測站的設(shè)置在鐵路下采煤時，為了研究地下開采后路基和上部建筑的移動和變形規(guī)律，隨時掌握其變化動態(tài)，為鐵路維修提供可靠的依據(jù)，要設(shè)置鐵路觀測站。鐵路觀測站一般應(yīng)由兩條觀測線組成。一條與鋼軌平行設(shè)置在路肩上，稱路基觀測線；另一條在鋼軌上標(biāo)記測點，稱軌道觀測線。兩條觀測線應(yīng)位于線路同一側(cè)。1．軌道觀測線。設(shè)置在鋼軌上，測點間距根據(jù)開采深度和我國有縫線路的標(biāo)準(zhǔn)長度，在直線段為12.5m或25m；在曲線段為10m或20m，與測量正矢的點（簡稱正矢點）相對應(yīng)。測點的位置可選在軌節(jié)編號處。由于軌節(jié)編號在內(nèi)側(cè)軌腰上，因而測點編號可標(biāo)記在外側(cè)軌腰上，二者分別如圖8-4反數(shù)字14和21所示。軌面最高點a為21測點的高程觀測位置，在軌頭外側(cè)點b處沖一個小圓坑，涂上色漆，作為21測點的高程觀測位置。

圖8－4軌道觀測點布置示意圖2．路基觀測線。設(shè)置在路肩上，與軌道觀測線位于線路的同側(cè)。測點位置與軌道觀測點相對應(yīng)，測點至鋼軌的距離一般為1.5～2.0m。路基觀測點的埋設(shè)深度應(yīng)不小于0.6m，其出露地表的高度，考慮不致因墊高路基和撥正線路而被埋沒。但當(dāng)其高度高于軌面時，必須設(shè)在鐵路建筑接近限界以外。如圖8-5所示。

圖8－5路基觀測點布置示意圖

觀測線的長度應(yīng)比預(yù)計移動范圍超長約100m。路基觀測線的直線部分應(yīng)盡量設(shè)置成直線，曲線部分，要與線路方向一致。對于橋隧、房屋等建筑物受到采動時，亦需設(shè)置一些觀測點，這些觀測點視建筑物的形狀，與回采工作面的相對位置等情況設(shè)置。此外，在回采工作面上方，有時還需設(shè)置一些地表移動觀測線，如沿煤層走向傾斜主斷面的觀測線，這些觀測線按地表移動觀測站的要求設(shè)置。（二）觀測工作鐵路觀測點的觀測工作有高程觀測和平面觀測。1．高程觀測(1)高程連接測量高程連接測量是根據(jù)礦區(qū)水準(zhǔn)基點將高程導(dǎo)至觀測線的控制點上，在連接時應(yīng)將鐵路原有的水準(zhǔn)點也連測上。高程連接測量按國家三等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行。水準(zhǔn)導(dǎo)線必須閉合或往返，其閉合差不應(yīng)大于12mm（L—水準(zhǔn)導(dǎo)線長，km）。路基觀測線和軌道觀測線的高程要分別測出。(2)首次觀測首次觀測的目的，是為了取得采動前各觀測點的原始高程。它是用來計算線路移動與變形的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此，需獨立進(jìn)行兩次觀測，取其算術(shù)平均值作為各測點的原始值。其觀測方法和精度按國家三等水準(zhǔn)測量進(jìn)行。(3)巡視測量巡視測量是為了及時發(fā)現(xiàn)鐵路開始移動的時間。在井下煤層開采后，在預(yù)計開始移動前，應(yīng)每隔3～4天對全部或部分路基進(jìn)行一次水準(zhǔn)測量。(4)定期觀測發(fā)現(xiàn)鐵路開始移動后，觀測便轉(zhuǎn)入定期進(jìn)行。從首次觀測到末次觀測，其間要進(jìn)行多次測量。為了減小系統(tǒng)誤差的影響以及使各次觀測精度一致，可從首次觀測開始，按前、后視距離相等的原則，固定轉(zhuǎn)點和水準(zhǔn)儀放置位置，并將這些點標(biāo)志在鋼軌相應(yīng)位置處。這樣不但能提高精度，而且能加快觀測速度，避免司尺和記錄發(fā)生誤差。測完之后應(yīng)立即在野外手簿上計算各測點的高程。2．平面觀測（1）平面連接測量觀測站設(shè)好以后應(yīng)將觀測站與礦區(qū)控制網(wǎng)進(jìn)行連接，可按近井點測量的要求測出某一控制點的坐標(biāo)。在條件許可的情況下，將路基觀測線兩端控制點都用三角測量測出其坐標(biāo)。測量方法可用四等三角測量的要求進(jìn)行。（2）路基觀測線的平面觀測①外業(yè)觀測，一條觀測線一般有幾十個觀測點，如果每點都經(jīng)導(dǎo)線測量測出其坐標(biāo)，則測量的內(nèi)外業(yè)工作量均較大。此外，由于每條邊很短，其測角誤差積累亦較大。因此可用下列步驟測出各點的坐標(biāo)，如圖8-6所示。

圖8－6路基觀測線布置示意圖選擇幾個特征點為導(dǎo)線點，如圖中I、11、21、29、39和Ⅱ號點等。點間距離，在直線段根據(jù)所用經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡的辨別能力來確定，一般以200～400m為宜。如距離太長，則支距過大不易觀測。②角度觀測，以所選導(dǎo)線點為頂點，進(jìn)行角度觀測。如圖8－6中β1、βⅡ…………等。其中β1與βⅡ為控制點與三角網(wǎng)已知方向的連測。觀測方法，在用J2級經(jīng)緯儀時用三個測回。③邊長測量，測量每相鄰兩路基點的距離。兩導(dǎo)線邊（如Ⅰ～11、11～21等）邊長不必直接測量，可由路基點的距離計算得到。測量方法：用檢驗過的鋼尺和檢驗時的拉力進(jìn)行往返測量，每次讀數(shù)三次，三次讀數(shù)之差不得超過2mm，往返之差不得超過2～3mm，最后取其平均值，并記錄鋼尺溫度。然后進(jìn)行鋼尺的比長、垂曲及傾斜改正，計算出路基點之間的水平距離。④支距測量，按導(dǎo)線邊將整個觀測線分成幾段，每段測量各路基點偏離導(dǎo)線邊的支距。測量方法：在導(dǎo)線點上架經(jīng)緯儀，瞄準(zhǔn)前方導(dǎo)線點作為固定方向，依在各點的支距尺上讀數(shù)。每點上的支距需獨立觀測兩次，兩次之差不得超過5mm。（3）軌道觀測線的平面測量由于已測出路基點的平面位置，因此就以路基點為基礎(chǔ)測出軌道點的平面位置。在圖8-7及圖8－8中，A為路基點，A′為軌道點。沿線路方面A與A′的距離a稱為點縱距，垂直線路方向A與A′的距離b稱為點橫距。點縱距用以計算鋼軌的縱向移動，即鋼軌爬行；點橫距用以計算鋼軌的橫向移動，即線路的方向變化。a和b的觀測可用木質(zhì)丁字尺如圖8-8所示方法進(jìn)行測量，對該尺的要求是縱、橫兩個尺互相垂直。在讀b值時，可借助于水準(zhǔn)器將尺置平，使垂球?qū)?zhǔn)路基點A，用垂球線在尺上讀數(shù)。也可測斜距，再用兩點的已知高差，進(jìn)行傾斜改正，求得水平距離b值。圖8—7軌道觀測線布置示意圖

在采動后路基點和軌道點都將產(chǎn)生移動。在圖8-9中A和A′分別為路基點和軌道點移動前的位置，Ai和分別為移動后第i次觀測時路基點與軌道點的位置。從圖中的關(guān)系可推算出軌道點的縱向和橫向移動量為：

u′=a+u-ai（8－6）v′=b+v-bi

（8－7）式中u′、v′—軌道點的縱向和橫向移動；u、v—路基點的縱向和橫向移動；a、b—首次觀測時的點縱距和點橫距；ai、bi—第i次觀測時的點縱距和點橫距。圖8－8軌道觀測點的移動觀測圖8－9軌道點移動量的計算A—路基點；—軌道點（4）其它觀測①軌縫觀測，軌縫采用圖8-10所示楔形鋼板尺測量，同時測軌溫。測量軌溫一般用一段0.2m長與鋪設(shè)軌同類型的鋼軌，在其一端鉆一深約100mm的小孔，將水銀球外露溫度計插入孔內(nèi)進(jìn)行測量。或?qū)⑺y球外露溫度計與鋼軌緊密接觸，撒上干沙，經(jīng)十分鐘后記錄其溫度。也可用點溫計等方法測量。實測軌縫后用實際軌縫累計與計劃軌縫累計相比較，做出調(diào)整軌縫計算，確定每節(jié)鋼軌的串軌量。在鐵路下采煤時，由于拉伸區(qū)的軌縫增大，壓縮區(qū)的軌縫減小，因此在調(diào)整軌縫時，可將拉伸區(qū)的軌縫適當(dāng)減小，將壓縮區(qū)的軌縫適當(dāng)增大，以便軌縫更能適應(yīng)地表移動的影響。②曲線正矢測量，曲線上任一弦線的中點至曲線鋼軌內(nèi)側(cè)邊的垂直距離叫正矢。由于曲線軌距加寬是把曲線內(nèi)軌向內(nèi)側(cè)移動，曲線外軌的平面保持不變，因此曲線的正矢點都是設(shè)置在外軌上的。測量時，在外軌內(nèi)側(cè)軌面下16mm處，用繩正法往返測量弦線中點至鋼軌內(nèi)側(cè)軌面下16mm處的垂直距離f，即為正矢，如圖8-10，取平均值后按要求檢查曲線是否符合要求。圖8－10曲線正矢測量點布置示意圖1—軌頭；2—軌底；3—軌縫

五、井筒煤柱開采時的觀測工作井筒煤柱開采時，為了及時掌握地表和巖體內(nèi)部移動與變形規(guī)律，了解井筒和井上下建筑物、構(gòu)筑物變形和破壞特征，檢驗各種加固措施的實際效果以及確定合理的開采強度，必須建立地表、井筒、井底車場主要巷道及地面主要建筑物的觀測系統(tǒng)，以確保井筒煤柱的安全開采。（一）井筒垂直變形觀測在井筒內(nèi)，由井口沿其軸向設(shè)置兩條（或一條）垂直觀測線，觀測線測點的結(jié)構(gòu)有兩種，一是在罐道梁端的邊緣鋸一三角形豁口，作為測量標(biāo)志；二是在井壁上用沖擊電鉆打孔后埋設(shè)φ12mm的膨脹螺栓，作為測量標(biāo)志。螺栓端部須鉆一個2mm的小孔。測點布置在斷層、軟弱層和不同巖層接觸面的上、下，其間距5～15m。測各點高程及間距。（二）井筒偏斜觀測觀測井筒偏斜程度，須由井口測點下放鋼絲，下掛重錘，在測量井筒垂直變形的同時，測量各測點至鋼絲的水平距離。每點量測兩次，其互差應(yīng)不大于2mm。觀測時間每月一次，當(dāng)井筒偏斜較大時，可適當(dāng)縮短觀測間隔。用激光束代替鋼絲進(jìn)行立井偏斜觀測是一種改進(jìn)。但是，激光的穿透能力畢竟有限，而且由于激光的散射，在一定深度上光斑直徑變得較大，影響觀測精度。羅馬尼亞學(xué)者專門研制了一種測定立井垂直度的激光設(shè)備。該設(shè)備激光束的垂直是靠反射光束與發(fā)射光束的重合實現(xiàn)的。將裝有水銀的杯子放在觀測水平下方20～50m處，以便反射光束。在不同的水平上量得光束至測點的距離，即可求出立井的偏斜量。（三）井徑變形測量在井壁井徑變化較大截面處，布置兩組對徑測點，測點結(jié)構(gòu)同上。對徑測點的位置宜分別平行和垂直煤層走向，用測桿量測對徑方向兩測點的距離。精度要求及觀測時間與井筒偏斜相同。（四）罐道水平間距的觀測罐道間距的大小，是保證安全提升的重要因素。間距過大，可能引起提升容器脫軌，間距過小，則會增大提升阻力，甚至有可能卡住提升容器。產(chǎn)生罐道水平間距變化的原因，一是井筒受采動影響后，罐道本身沿垂直方向壓縮而引起罐道間距變化；二是罐道梁受水平方向擠壓產(chǎn)生彎曲，引起罐道間距變化。該項觀測工作是用測尺丈量兩罐道之間的距離。測尺可采用可調(diào)式罐道尺，如圖8-11，或自記式罐道尺，如圖8-12所示。觀測時間：初期每兩天觀測一次，當(dāng)罐道間距變化較大時，可每天觀測一次。圖8－11可調(diào)式罐道尺1—卡輪；2—活動桿；3—讀數(shù)窗；4—外桿圖8－12自記式罐道尺1—滾輪；2—傳動軟軸；3—活動尺；4—記錄紙卷筒；5—記錄筆

（五）罐道偏斜觀測當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部罐道間距不符合規(guī)定時，可采用短距離放線法觀測，即在局部變化范圍的上、下2～3道罐道梁處拉一根與罐道平行的鋼絲，測量罐道面至鋼絲的距離。罐道在較長范圍內(nèi)發(fā)生偏斜時，在罐道一側(cè)拉一根長鋼絲，然后進(jìn)行丈量。對于全罐道偏斜觀測，應(yīng)從地面下放一根鋼絲至井底，掛上重錘，待鋼絲穩(wěn)定后，測量罐道面至鋼絲的距離。（六）罐道接頭間隙的觀測在上、下兩根罐道接頭處，用鐵釘各沖直徑3mm、深3mm的孔，作為測點，并用油漆作標(biāo)記，眼間距離200mm左右，用游標(biāo)尺量測兩測點間的距離。（七）罐道梁變形觀測測量罐道梁受壓應(yīng)力影響產(chǎn)生的彎曲變形，由梁端（井壁）拉一平行于梁的直線，用鋼板尺分別量出直線至中梁和邊梁的距離，然后求出罐道梁的彎曲度。圖8－13井壁變形觀測位置1—切向；2—徑向；3—軸向（八）井壁變形觀測立井受采動影響除了要發(fā)生偏斜以外，在井壁上還會因應(yīng)力變化而變形。觀測井壁應(yīng)力，目前常采用小應(yīng)變計、壓磁應(yīng)力計、油壓枕應(yīng)力計等傳感元件進(jìn)行測定。測定前，應(yīng)將傳感元件設(shè)置在井壁上，設(shè)置時，一般沿煤層走向和傾斜方向，其位置如圖8-13，埋設(shè)數(shù)量依具體情況而定。DI-100型小應(yīng)變計是差動電阻式觀測元件，用來測定附加應(yīng)變。當(dāng)元件受外部變形作用時，電阻比也發(fā)生變化。它們之間的關(guān)系式為：εm=fΔz+bΔt（8-8）式中εm—測點應(yīng)變量；f—元件的靈敏度系數(shù)；b—元件的溫度補償系數(shù)；Δz—電阻比變化量，拉伸為正，壓縮為負(fù)；Δt—溫度變化量，升高為正，降低為負(fù)；元件埋設(shè)24小時為基準(zhǔn)時間，認(rèn)為元件應(yīng)變?yōu)榱?，測得的電阻比和溫度作為基準(zhǔn)值。依適當(dāng)?shù)臅r間間隔測得電阻比和溫度，并與基準(zhǔn)值比較，用其差可以計算出應(yīng)變εm。埋設(shè)觀測元件時，應(yīng)跨砌體灰縫，在施工過程中盡量不要擾動井壁砌體。埋設(shè)方法是在砌體井壁上用風(fēng)鉆跨灰縫挖一立方體槽，將槽內(nèi)巖粉清洗干凈，灌上較稠的水泥砂漿（以膨脹水泥較）并搗實，待水泥砂漿初凝后，將觀測元件安裝在槽內(nèi)，最后用較粘的黃泥封口。觀測元件的引線需與元件垂直，出槽處用釘子固定在井壁上。為使水泥砂漿凝固后隨井壁變形，在應(yīng)變計中部放一塊橡皮或硬紙片，將水泥砂漿隔開。另一種觀測儀器是YG-73型壓磁應(yīng)力計。它是根據(jù)軟磁材料的磁彈性效應(yīng)而制成的。可用來測定附加應(yīng)力。磁彈性效應(yīng)是在外力作用下，軟磁材料發(fā)生機械變形，其晶體排列發(fā)生了變化。因而引起磁性變化。壓磁應(yīng)力計在埋設(shè)前應(yīng)進(jìn)行率定，并做出應(yīng)力計的率定曲線。埋設(shè)后用接收儀器測量出電感量的變化，再從率定曲線上反查出附加應(yīng)力值。壓磁應(yīng)力計的埋設(shè)方法，是用風(fēng)鉆打一直徑36mm、深為50～100mm的圓孔，孔壁要光滑，將應(yīng)力計埋設(shè)其中。埋設(shè)時要根據(jù)預(yù)先做出的測值范圍的估計，對應(yīng)力計施以足夠的預(yù)應(yīng)力，否則測不出完整的附加應(yīng)力值。還有一種油壓應(yīng)力計。它是鉆孔包裹式應(yīng)力計的一種。埋設(shè)后可從壓力表上讀出初始壓力值。實測時，根據(jù)壓力表上讀取的壓力值與初始壓力值之差，再根據(jù)油壓枕率定曲線換算出附加壓力值。第二節(jié)開采損害的立法

一、立法背景開采損害最普遍、最嚴(yán)重的是土地的損害，使農(nóng)田荒蕪、農(nóng)民少地或無地耕種，而且使煤礦征地越來越困難，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)和、采礦業(yè)和其他相關(guān)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，受開采破壞的土地的整治和恢復(fù)，是一項極其重要的、刻不容緩的立法工作。國內(nèi)外都很重視對開采損害的治理的工作，尤其是塌陷區(qū)土地復(fù)墾工作。美、英、前蘇聯(lián)、波蘭等國家還制定了采礦復(fù)墾的條例或法規(guī)，如英國法律規(guī)定：采礦者損害的土地必須復(fù)墾以交還給土地?fù)碛姓?。我國的《環(huán)境保護(hù)法》、《煤炭法》、《礦產(chǎn)資源法》、《礦山安全法》、《土地法》等都對開采損壞的問題作過有關(guān)的規(guī)定。

《環(huán)境保護(hù)法》（1979年），開始了開采損害對環(huán)境的影響評價和整治工作。，《土地復(fù)墾規(guī)定》

（1988年11月8日）明確規(guī)定：由于開發(fā)生產(chǎn)資源引起的地表塌陷破壞的土地，必須進(jìn)行土地復(fù)墾，即采取整治措施，使其恢復(fù)到可供利用的狀態(tài)。并規(guī)定實行“誰破壞、誰復(fù)墾”的原則，使塌陷區(qū)土地復(fù)墾工作成為常態(tài)。

《環(huán)境保護(hù)法》規(guī)定：“在制定發(fā)展國民經(jīng)濟計劃時，必須對環(huán)境的保護(hù)和改善統(tǒng)籌安排，并認(rèn)真組織實施?！彼?，在開發(fā)有用礦物時，必須對開采對環(huán)境的影響及其整治、改善措施統(tǒng)籌考慮，以保證開采工作的順利進(jìn)行，保證礦區(qū)人民生活在一個美好的環(huán)境中。

《“三下”采煤規(guī)程》已對建筑物的損害補償辦法做了原則性的規(guī)定（各地也有地方條例，），要合理的解決開采造成的建構(gòu)筑物的損害賠償問題。為了充分開發(fā)利用資源和保護(hù)環(huán)境，特別在特殊條件下開采，一般都要增加采礦企業(yè)的成本，為此國家和地方也應(yīng)立法，給予政策上的支持和經(jīng)濟上的補貼。第三節(jié)開采損害的評價一、概述我國環(huán)保法規(guī)定：“一切企業(yè)、事業(yè)單位的選址、設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)，都必須充分注意防止對環(huán)境的污染和破壞。在進(jìn)行新建、改建和擴建工程時，必須提出對環(huán)境影響的報告書，經(jīng)環(huán)境保護(hù)部門和其它有關(guān)部門審查批準(zhǔn)后才能進(jìn)行設(shè)計?！?/p>

環(huán)境影響報告書是環(huán)境影響評價工作的基本成果。

環(huán)境影響評價的任務(wù)是：從發(fā)展經(jīng)濟和保護(hù)環(huán)境的目的出發(fā)，對開發(fā)建設(shè)的環(huán)境影響進(jìn)行分析和預(yù)測，比較并評價不同開發(fā)建設(shè)方案的環(huán)境經(jīng)濟效益，為開發(fā)建設(shè)項目的合理布局和環(huán)境保護(hù)措施的選擇與實施提供依據(jù)。

環(huán)境影響評價類型：三種：1．單個建設(shè)項目的環(huán)境影響評價：單個煤礦建設(shè)或改擴建的環(huán)境影響評價屬于這一類評價。2．區(qū)域開發(fā)的環(huán)境影響評價：新建和改擴建的礦務(wù)局的環(huán)境影響評價，可以歸納為這一類。在礦區(qū)中進(jìn)行一系列的開發(fā)建設(shè)活動，區(qū)域內(nèi)建設(shè)項目的布局、性質(zhì)、規(guī)模和結(jié)構(gòu)以及發(fā)展的時序，就成為區(qū)域開發(fā)決策的重要內(nèi)容。3．發(fā)展政策和規(guī)劃的環(huán)境影響評價：對國家發(fā)展政策和國家以及地區(qū)、各行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行的環(huán)境影響評價。開采損害引起的環(huán)境影響評價，可以形成獨立的環(huán)境影響評價報告書，應(yīng)包括開采損害對環(huán)境影響的部分。二、開采損害對環(huán)境影響評價開采損害環(huán)境影響評價報告書內(nèi)容應(yīng)包括9部分內(nèi)容：

1．前言：說明評價的目的和依據(jù)，評價區(qū)的范圍，評價的深度及內(nèi)容、評價程序等；

2．項目和一般情況：項目名稱，建設(shè)性質(zhì)，建設(shè)項目地點，建設(shè)規(guī)模，礦山資源賦存情況，井田（或礦區(qū)）開拓或擴建方法，分區(qū)（或盤區(qū)）的開采順序、采礦方法等；

3．建設(shè)項目周圍地區(qū)的環(huán)境現(xiàn)狀：地理位置（附交通位置圖），地形地貌和氣候概況，地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，自然資源情況，土壤、植被和農(nóng)業(yè)情況，應(yīng)附有評價區(qū)社會調(diào)查表；

4．評價區(qū)地表塌陷環(huán)境影響現(xiàn)狀及其處理（未發(fā)生塌陷的地區(qū)可不寫）：礦山開采損害及地表塌陷情況，對土地、建筑物、水體及其他環(huán)境因子的破壞和整治、賠償情況，環(huán)保工程量及經(jīng)費使用情況；5．開采沉陷預(yù)計：觀測結(jié)果的數(shù)據(jù)處理，沉陷模型和參數(shù)的選擇，地表塌陷的特點分析，建設(shè)項目開采沉陷的范圍，移動變形值，發(fā)展過程等的預(yù)測（附移動變形等值線圖），地表塌陷的最大值和時間過程預(yù)計等；

6．地表沉陷對各環(huán)境因子的影響及防護(hù)對策：開采沉陷對建筑物、水體、土地、地形、自然資源等的損害及防護(hù)對策研究，在研究主要環(huán)境因子的防護(hù)對策時，應(yīng)進(jìn)行必要的方案比較；

7．開采沉陷對環(huán)境影響的綜合評價：繪出建設(shè)項目的環(huán)境影響網(wǎng)絡(luò)圖，列出環(huán)境影響綜合評價清單；

8．與項目開采損害有關(guān)的環(huán)境保護(hù)可行性技術(shù)論證：列出環(huán)境保護(hù)措施及技術(shù)經(jīng)濟情況一覽表，并得出有關(guān)結(jié)論；

9．結(jié)論：項目中開采損害對環(huán)境影響的嚴(yán)重程度，最優(yōu)的防治對策，環(huán)境保護(hù)措施的技術(shù)、經(jīng)濟可行性，對決策的建議等。三、開采沉陷對環(huán)境的影響開采沉陷的環(huán)境影響分別有：（一）建筑物：工業(yè)建筑和民用建筑

工業(yè)建筑包括：工業(yè)場地、風(fēng)井及附屬建筑、工廠、電廠、變電所等；

民用建筑包括：附近的城鎮(zhèn)民房、工人住宅及大量的農(nóng)舍等。開采沉陷對地面建筑物的影響評價常常是針對建筑群（如整個村莊）和學(xué)校、幼兒園、醫(yī)院、劇院、政府辦公大樓等應(yīng)重點保護(hù)的建筑物。

三、開采沉陷對環(huán)境的影響在評價時應(yīng)說明以下內(nèi)容：

1．評價區(qū)內(nèi)各主要建筑群（主要是村莊）及應(yīng)受保護(hù)的重點建筑物；受開采影響產(chǎn)生的地表移動和變形的性質(zhì)：是動態(tài)的還是永久性的？

2．各主要建筑群所在地表發(fā)生開采沉陷的大體時間和特殊問題（如積水等）；

3．根據(jù)移動變形性質(zhì)，確定各主要建筑群在采用各種防治方案時的最大移動變形值；

4．確定各建筑群的最優(yōu)防治對策；

5．確定整個評價區(qū)建筑物保護(hù)的最優(yōu)方案（必要時需要經(jīng)過經(jīng)濟、技術(shù)比較），列出全區(qū)保護(hù)費用的估計數(shù)。（二）水體（河流、水庫、湖泊、合水層等）在評價時應(yīng)說明以下內(nèi)容：1．開采沉陷影響評價區(qū)內(nèi)主要水體的時間、影響程度，最優(yōu)的防治對策；2．垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶直接出露地表的可能性和范圍；3．對生產(chǎn)、生活用水的影響及防治措施；4．地表積水的可能性、范圍、影響及防治方法；5．礦井水患的可能性及對策；6．防治水體受開采沉陷影響的經(jīng)費估算。（三）鐵路、公路及管線

1.開采損害對鐵路的影響：設(shè)計時盡可能使鐵路專用線避開壓煤區(qū)。在礦井開發(fā)初期一般都是先留設(shè)保護(hù)煤柱，后期再考慮壓煤開采問題。開采時，對鐵路車站、道岔、信號、高路堤、橋梁等應(yīng)予以充分注意。在山區(qū)，要注意開采引起的滑坡對鐵路的影響。開采國家鐵路干線下壓煤，需要事先作認(rèn)真的技術(shù)經(jīng)濟可行性論證。

2.開采對公路的損害：表現(xiàn)路面受到破壞（開裂、起伏、傾側(cè)、脫落等），也使公路縱向坡度發(fā)生變化、公路橋涵受到破壞。路面可以采用局部維修的方法加以消除；橋涵可在必要時進(jìn)行加固、更換；大的公路橋下壓煤的開采，應(yīng)列為專門問題進(jìn)行研究。公路下方一般不留設(shè)煤拄。

3.輸電和通訊線路受開采沉陷影響表現(xiàn)：電桿歪斜，線路對地高度不足，供電、通風(fēng)不能正常進(jìn)行等。此類影響一般均可采用維修的方法消除。（四）土地開采沉陷對地表土地（特別是耕地）的影響常常是嚴(yán)重的。對干旱山區(qū)和低洼平地的破壞表現(xiàn)形式是不同的。一般說來，開采沉陷對其他環(huán)境因子的影響不如以上幾個因子嚴(yán)重，但在進(jìn)行環(huán)境影響評價時仍需根據(jù)具體情況，逐個進(jìn)行研究。環(huán)境影響評價有兩個特點：特點一：它是在工程項目正式建設(shè)以前的決策階段進(jìn)行的，與“三下”采煤不同，它著重于從整體上分析、預(yù)測項目對環(huán)境的影響，以提出環(huán)境保護(hù)的對策；特點二：是