煤礦面巖移觀測站設(shè)計

1概述
濟(jì)三煤礦123上04工作面位于工業(yè)廣場的北部，幸福河與濟(jì)東公路在工作面南部穿過，工作面上方地表還有秦莊、前卓廟、后卓廟、及金橋集團(tuán)，其余大部分為農(nóng)田及其附屬設(shè)施，觀測站的布設(shè)屆時可根據(jù)地面實際情況作調(diào)整[刪除]。
本次觀測站位于123上04工作面 （十二采區(qū)中部）的正上方，地勢平坦，另外該工作面為十二采區(qū)首采工作面，受外界影響因素相對較少。
本工作面所采煤層為山西組煤3上，地質(zhì)構(gòu)造較簡單，大部分煤厚在1.4m以上，最大厚度2.2m，平均厚1.72m，傾角0°～12°，平均為3°。
煤3上底板為泥巖、中砂巖及粉細(xì)砂巖互層，煤3上頂板為粉砂巖及細(xì)粉砂巖互層、粉砂巖；泥巖硬度系數(shù)f=2～4, 粉砂巖、細(xì)砂巖及細(xì)粉砂巖互層硬度系數(shù)f=4～6，中砂巖硬度系數(shù)為8～10。
工作面回采過程中預(yù)計出現(xiàn)頂板淋水及采空區(qū)涌水，以采空區(qū)涌水為主。預(yù)計123上04工作面最大涌水量200m3/h，正常涌水量60～100m3/h。
2建立觀測站的目的和意義
建立地表移動觀測站實測研究是開采沉陷規(guī)律研究的最可靠手段。本工作面已經(jīng)進(jìn)入了秦莊、前卓廟、后卓廟及金橋集團(tuán)保護(hù)煤柱，屬于建筑物下采煤范疇，另外工作面回采引起的地表移動將會對濟(jì)東公路、幸福河及河堤造成影響；根據(jù)有關(guān)規(guī)程也必須設(shè)立地表移動觀測站。因此，在工作面上方建立地表移動變形觀測站的主要目的有：
（1）由于本礦煤3上采用綜合機(jī)械化開采技術(shù)，設(shè)置觀測站的目的主要是為了取得本地區(qū)因地下煤層開采后，采動地表的移動、變形及破壞規(guī)律，包括各種移動角、邊界角、移動與變形預(yù)計參數(shù)，并為進(jìn)行礦區(qū)總體規(guī)劃、環(huán)境評價和礦井設(shè)計時，對于建筑物、水體、鐵路及主要井巷的壓煤開采論證提供評價依據(jù)；
（2）為安全合理的留設(shè)保安煤柱提供技術(shù)參數(shù)，也為安全合理開采保安煤柱提供理論依據(jù)；
（3）為開展建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱的開采提供變形預(yù)計方法，以便在進(jìn)行“三下”采煤時，為合理布設(shè)工作面和選定開采順序、制訂建（構(gòu)）筑物及河堤加固保護(hù)措施提供依據(jù)；
（4）由于綜合機(jī)械化開采地表沉陷變形的特殊規(guī)律，為了尋求在觀測站布設(shè)方法、觀測手段、研究內(nèi)容及分析方法等方面的合理性。
3觀測站工作內(nèi)容
地表移動變形觀測站的基本工作內(nèi)容可歸納如下：
（1）地表變形觀測站設(shè)計；
（2）地表觀測站實地布設(shè)；
（3）地表移動觀測（包括聯(lián)測、首次全面觀測、重復(fù)水準(zhǔn)測量、最終全面測量等）；
（4）數(shù)據(jù)處理與分析；
（5）各階段參數(shù)求取；
（6）地表移動觀測總結(jié)報告編制。
4地表移動觀測站設(shè)計依據(jù)
中華人民共和國煤炭工業(yè)局2005年五月頒布的《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》。
5地表移動觀測站設(shè)計方案
5.1觀測站的布設(shè)形式
123上04工作面結(jié)構(gòu)簡單，[改為設(shè)計]形狀規(guī)整，是十二采區(qū)首采工作面，受外界影響因素相對較少，地表移動觀測站設(shè)計相對較易。
結(jié)合該工作面上方地表實際情況，初步設(shè)計布設(shè)兩條觀測線：一條傾向觀測線和一條走向觀測線?？紤]到埋點(diǎn)的難易程度、方便后期觀測等原因，在設(shè)計觀測線時，特沿前卓廟西邊的半條東西走向的道路布設(shè)半條傾向觀測線，沿前卓廟西邊一條南北走向的水渠布設(shè)半條走向觀測線。
根據(jù)地表沉陷預(yù)計數(shù)據(jù)來確定地表移動盆地的邊界范圍（取下沉10mm為地表移動盆地邊界），計算出傾向觀測線全長598m，走向觀測線、全長620m。
5.2觀測點(diǎn)的數(shù)目及密度的確定
在采動過程中，需要定期觀測測點(diǎn)的空間位置，以反映地表點(diǎn)的移動情況。因此，測點(diǎn)的埋設(shè)深度應(yīng)在本地區(qū)凍土深度以下0.5m，并保證它和土層密實固結(jié)，以使測點(diǎn)和地表一起移動。因本地區(qū)開采深度較深，所以在預(yù)計下沉盆地的中央?yún)^(qū)域工作測點(diǎn)的設(shè)計采用等間距并使點(diǎn)間距為25m，而在其邊緣區(qū)域工作測點(diǎn)的設(shè)計采用等間距并使點(diǎn)間距為25m[則各觀測點(diǎn)的間距為25m]。根據(jù)觀測線的長度可以在工作區(qū)域內(nèi)傾向觀測線上設(shè)置測點(diǎn)24[改為25]個，依次編號為Q1、Q2…Qn。在走向觀測線上設(shè)置測點(diǎn)25[改為26]個，依次編號為Z1、Z2、…Zn。
在觀測線長度以外設(shè)置觀測站控制點(diǎn)。在觀測站存在期間，以控制點(diǎn)的空間位置（ｘ，ｙ，ｚ）做為觀測站的起算數(shù)據(jù)，因此必須保證其堅固、穩(wěn)定。為了保證觀測資料的準(zhǔn)確，應(yīng)對控制點(diǎn)的穩(wěn)定性定期進(jìn)行檢測。控制點(diǎn)埋設(shè)在觀測線的兩端，每端至少三個[根據(jù)現(xiàn)場實際情況，控制點(diǎn)埋設(shè)在觀測線的一端，并設(shè)置3個控制點(diǎn)
]，工作測點(diǎn)的外端至控制點(diǎn)的距離及控制點(diǎn)間的距離為80[改為50]m左右，其中傾向觀測線的控制點(diǎn)號分別為KQ1、KQ2、KQ3，走向觀測線上為KZ1、KZ2、KZ3。考慮到現(xiàn)場條件，實際布設(shè)點(diǎn)位置可做適當(dāng)調(diào)整，但是盡量按設(shè)計布設(shè)。
5.3測點(diǎn)埋點(diǎn)要求
（1）在觀測期間能可靠保存，并與地表牢固結(jié)合，不受凍害影響。
（2）便于觀測高程與丈量距離。若標(biāo)志露出地表不會被破壞時，用露頭式測點(diǎn)比較方便，一般高出地面10～20㎝.如預(yù)計到地表下沉后測點(diǎn)可能被水淹沒或者被其他充填物埋沒，應(yīng)該考慮選用便于日后加高的測點(diǎn)結(jié)構(gòu)。[鑒于本工作面預(yù)計下沉量300mm左右，整個觀測期間不會被水淹沒，故采用露頭式測點(diǎn)，一般高出地面約250mm]
（3）控制點(diǎn)與工作面按設(shè)計要求用經(jīng)緯儀標(biāo)定，并盡量埋在同一方向線上，以便簡化觀測與計算。
6地表移動觀測站的觀測工作
6.1觀測內(nèi)容
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(dú)進(jìn)行的水準(zhǔn)測量，地表破壞的測定與編錄。
6.1.1連接測量
在觀測點(diǎn)埋設(shè)好10～15天、點(diǎn)位固結(jié)之后，首先進(jìn)行觀測站控制點(diǎn)與礦區(qū)控制網(wǎng)之間的聯(lián)測，以確定主要[刪除]控制點(diǎn)的平面位置和高程。然后再根據(jù)它來測定其余的控制點(diǎn)和[刪除]工作測點(diǎn)的平面位置。
連接測量可按定向基點(diǎn)的測量精度（點(diǎn)位誤差小于7cm）要求進(jìn)行。觀測線工作測點(diǎn)的平面位置，從已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)，按5″導(dǎo)線測量的精度要求確定。
高程聯(lián)測就是在礦區(qū)水準(zhǔn)點(diǎn)至觀測站附近的水準(zhǔn)點(diǎn)之間進(jìn)行水準(zhǔn)測量，再由水準(zhǔn)點(diǎn)測定觀測站控制點(diǎn)的高程。高程聯(lián)測以不低于[改為按]三等水準(zhǔn)測量的精度要求進(jìn)行。
6.1.2全面觀測
為了準(zhǔn)確地確定工作測點(diǎn)在地表移動開始前的位置，在連測后、地表開始移動之前，應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行兩次全面觀測，兩次全面觀測時間間隔不超過5天。全面觀測的內(nèi)容包括測定各測點(diǎn)的平面位置和高程。各測點(diǎn)間的距離，各測點(diǎn)偏離觀測方向線的距離。記錄地表原有的破壞情況，并作出素描。
在設(shè)站地區(qū)未受采動影響之前，獨(dú)立進(jìn)行的兩次全面觀測，兩次全面觀測的同一點(diǎn)高程相差不大于10mm，支距距離[相差]不大于30mm，同一邊長的長度[相]差不大于4mm時，取平均值作為觀測站的原始觀測數(shù)據(jù)[刪除]（又稱初次觀測）數(shù)據(jù)。
為了確定移動穩(wěn)定后地表各點(diǎn)的空間位置，需在地表穩(wěn)定后進(jìn)行最后一次全面觀測（又稱末次觀測），地表移動穩(wěn)定的標(biāo)志是：連續(xù)6個月觀測地表各點(diǎn)的累計下沉值均小于30mm。
采動影響前及移動穩(wěn)定后的初次全面觀測和末次全面觀測，按下列要求進(jìn)行：
在確認(rèn)觀測站控制點(diǎn)未遭碰動，其高程值沒有發(fā)生變化的前提下，可直接從觀測站控制點(diǎn)開始進(jìn)行水準(zhǔn)測量，如果觀測線兩端都沒有控制點(diǎn)，則水準(zhǔn)測量附合到兩端控制點(diǎn)上。若[改為因本觀測站]只在觀測線的一端有控制點(diǎn)，則需進(jìn)行往返水準(zhǔn)測量。施測按三等水準(zhǔn)測量的精度要求進(jìn)行。
觀測站的全面觀測內(nèi)容為平面坐標(biāo)、點(diǎn)間距及高程測量，平面坐標(biāo)和點(diǎn)間距用全站儀進(jìn)行觀測，觀測工作按照《煤礦測量規(guī)程》中的精度要求進(jìn)行。坐標(biāo)和高程可由濟(jì)三煤礦[刪除]礦井控制網(wǎng)導(dǎo)入。高程取前兩次觀測數(shù)據(jù)的平均值作為首次觀測數(shù)據(jù)，坐標(biāo)和點(diǎn)間距主要采用第二次的觀測數(shù)據(jù)作為首次觀測數(shù)據(jù)。
另外實施高程測量時，對能實施水準(zhǔn)觀測的測點(diǎn)用水準(zhǔn)儀按要求觀測，對因積水而不能實施水準(zhǔn)觀測的點(diǎn)，可用全站儀進(jìn)行三角高程測量。
6.1.3[添加日常觀測工作 ]
所謂日常觀測工作，指的是首次和末次全面觀測之間適當(dāng)增加的水準(zhǔn)測量工作，在回采工作面回采80m左右，在預(yù)計可能首先移動的地區(qū)，選擇幾個工作測點(diǎn)，每隔5～6天進(jìn)行一次水準(zhǔn)測量（又稱巡回測量），如果發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)有下沉的趨勢，即說明地表已經(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，活躍期確定為15天左右觀測一次，以求得最大下沉速度。衰退期巡回測量可30 天進(jìn)行一次，其目的是確定地表移動是否已停止。
采動過程中的水準(zhǔn)測量，可用單程的附合水準(zhǔn)或水準(zhǔn)支線的往返測量，實測按四等水準(zhǔn)測量的精度要求進(jìn)行。
在采動過程中，要及時地記錄和描述地表出現(xiàn)的異常情況和時間，為真實地求得濟(jì)寧三號井煤礦地表移動規(guī)律，在每次進(jìn)行全面觀測、巡視觀測、地表破壞的測定時，應(yīng)同時觀測工作面的位置，并將觀測日期及位置填在采掘工程平面圖上。
每次觀測之后均應(yīng)及時地進(jìn)行移動和變形計算，計算數(shù)字取位見表6-1。
表6-1 地表移動、變形計算時的取位參考
名稱 下沉 W mm 水平移動 u mm 傾斜 i mm/m 曲率 K mm/㎡ 水平變形ε mm/m 橫向水平移動 ul mm 下沉速度 V mm/d


取位 1 1 0.1 0.01 0.1 1 0.1

6.2測量儀器的選擇
6.2.1平面測量儀器
平面測量儀器可結(jié)合濟(jì)三煤[刪除]礦現(xiàn)有儀器，選用測角精度為2″、測距精度為2+2ppmD的全站儀，在測量前嚴(yán)格通過精確檢測，保證儀器測量過程中的穩(wěn)定性，盡量采用同一臺儀器完成整個規(guī)定測量期限內(nèi)的全部測量工作，確保觀測數(shù)據(jù)的可靠性。
6.2.2高程測量儀器
對于高程測量儀器，要求采用S1級水準(zhǔn)儀[，三等水準(zhǔn)測量精度] 進(jìn)行高程測量工作。在測量前嚴(yán)格進(jìn)行儀器檢測，保證儀器在測量過程中的穩(wěn)定性，盡量采用同一臺一起完成整個規(guī)定測量期限的全部測量工作，確保觀測數(shù)據(jù)的可靠性。
7成果整理
觀測成果的整理包括計算和繪圖兩部分，最終得出觀測站控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。
觀測成果的整理計算主要是計算各測點(diǎn)的高程、相鄰兩側(cè)點(diǎn)的水平距離和各測點(diǎn)偏離觀測線方向的支距，然后計算各測點(diǎn)的移動和變形值及下沉速度等。在進(jìn)行移動和變形計算之前，應(yīng)對觀測數(shù)據(jù)加入各種改正，觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過整理改正后，便可以計算觀測線上各測點(diǎn)和各測點(diǎn)間的移動和變形。然后根據(jù)每次觀測的計算結(jié)果繪制曲線圖。
觀測站的實測資料經(jīng)過處理后，應(yīng)提交以下成果：
1、觀測站各次完整觀測數(shù)據(jù)匯總表一套；
2、觀測站完整的地表移動變形綜合成果整理表一套；
3、觀測站移動、變形曲線圖一套；
4、觀測站移動變形觀測成果分析總結(jié)報告一本。
5、獲取工作面開采地表沉陷預(yù)計參數(shù)以及地表移動規(guī)律。