煤矿工作面地表移动观测站设计

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1、山西金晖万峰煤矿1207工作面地表移动观测站设计生产技术部1 1207工作面地形地质条件1207工作面走向长1480m，倾向宽156m，面积约23.09万m2，平均采深为600m，平均倾角4o，该工作面煤层厚度平均1.4m。采用走向长壁后退式综合机械化采煤法，全部跨落法管理采空区。该块段水文地质条件简单,主要充水水源为1号煤顶板K8砂岩裂隙水，对采掘影响不大。该工作面老顶、直接顶分别是粉砂岩、细砂岩、砂质泥岩，易破碎，不稳定。地表为庄稼地，黄土沟谷，无大型建筑。 2 地表移动观测站的设计1） 观测站设计原则为了能够获得准确、可靠、有代表性的观测资料，在观测站设计中，应遵循以下原则：（1）观测线

2、应设在地表移动盆地的主断面上；（2）观测线在观测期间不受邻近开采的影响；（3）观测线的长度要大于地表移动盆地的范围；（4）根据开采深度和设站目的，观测线上的测点应有一定的密度；（5）观测站的控制点要设在移动盆地范围以外，埋设要牢固。在冻土地区，控制点底面应在冻土线0.5m以下。2） 角量参数的选定根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程之规定，工业场地等建筑、构筑物按要求进行围护后，按：基岩移动角(走向，倾向上山，倾向下山) ：=72，=720.7=70；表土移动角：=45；移动角修正值（走向，倾向上山，倾向下山）：=20；充分采动角（走向3，倾向上山2，倾向下山1）：3=65，

3、2=68，1=65；最大下沉角：=900.7=88。3）观测线位置和长度的确定A线B线图1观测线共设2条，其中走向一条（A线），倾向一条（B线）见图1。按煤矿测量试行规范规定，控制点间距为50m，测点间距为25m，各观测线的长度、控制点数、观测点数见表1。A线长度：L1=L走+2Hcot（ ）=2418m；B线长度：L2=L倾+Hcot()+ Hcot()=1128m。观测线长度/m控制点数/个观测点数/个测点总数/个走向A2418496100倾向B112844549合计35468141149表13） 控制点及观测点埋设方法（1）埋设控制点应用全站仪根据施工测量要求按设计坐标在实地标定其位置，

4、工作测点用全站仪标定，尽量使其中心位于同一方向线上，用木桩做标志；（2）挖坑前先把点位引到1米外的四个临时十字桩上，在所标定位置挖一直径为0.5m左右，控制点坑深为0.7m以上、工作测点坑深为0.5m以上的坑，坑底捣实，先铺一层0.1米厚的混凝土后放置予制桩，并用混凝土固定工作测点及控制点周围，固定高度分别为0.3m和0.5m；由十字桩拉线指示测点位置，控制点的偏心不要大于1cm，工作测点偏心不要大于5cm。观测线上为三个控制点时，先埋设两端点，然后用全站仪标埋中间控制点；（3）在整个观测期间必须采取有效措施对控制点和工作测点严加保护，如有破坏应及时补埋；3 观测项目、方法、精度和时间1） 连

5、接测量平面连接控制点的平面位置采用D级GPS或全站仪导线控制，点位误差不得大于7mm。高程连接由水准点分别向观测线控制点引测三等水准，形成附合水准网。观测站连接测量成果的内业数据处理方法和常规方法一样，最终求出观测站各控制点的平面坐标和高程。野外数据采集工作包括全面观测和加密水准测量两大部分，内业均采用严密平差进行数据处理。2) 全面观测在观测站未受开采影响之前，独立进行两次全面观测。两次测得同一点的高程差值小于10mm，同一边长的长度差小于4mm，取两者平均值作为原始数据。高程测量直接从观测站控制点开始，按三等水准测量的精度要求进行，观测工作测点时，可使一些测点作为中间点，但视线不宜超过50

6、m（即不超过3个中间点）。若观测站两端有控制点，可进行附合水准测量；若只在一端有控制点，则需进行往返水准测量（或闭合水准测量）。平面测量采用全站仪导线，正倒镜往返观测，直接测定出各测点的平面位置和高程，通过平面坐标反演，确定出各测点的支距和相邻测点之间在观测线方向的水平距离。3) 日常观测在首次和末次全面观测之间适当加密水准测量次数，为判定地表是否开始移动，在回采工作面推进一定距离(相当于0.10.5平均开采深度，即工作面回采60m),在预计可能首先移动的地表，选择若干个工作测点，每星期进行一次水准测量。重复水准测量的时间间隔，视地表下沉的速度而定，一般是每隔13个月观测一次。在移动的活跃阶段

7、，还应在下沉较大的区段，增加水准观测次数。观测站的各项观测，一般情况下可参照表2的程序进行。为了保证所获得观测资料的准确性，每次观测应在尽量短的时间内完成，特别是在移动活跃阶段，水准测量必须在一天内完成，并力争做到高程测量和平面测量同时进行。观测时间观测内容观测时间观测内容设站后1015天与矿区控制网连测地表移动活跃期全面观测加密水准测量采动影响前全面观测、预测地表移动衰退期水准测量地表移动初始期水准测量地表移动稳定后全面观测表2注：地表移动稳定后指6个月内地表各点的下沉值均小于30mm4) 地表裂隙调查及井下工作面测量调查记录产生裂缝的日期、位置、长、宽、深及其变化过程，并拍摄图片。在每次地

8、表移动观测的同时，应在井下测定工作面的推进位置、采厚和采高等采煤状况，并每周测定一次实际回采上限的位置。4 观测成果的整理地表移动观测站的观测成果预处理，必须在外业成果无误的基础上进行。观测数据的处理工作包括计算和绘图两部分。1） 观测成果的计算为了确保观测成果的正确性，在进行内业数据处理之前，应对野外观测成果再次检查，然后进行各种改正数的计算和严密平差计算。(1) 观测数据的预处理观测数据预处理主要是计算各测点的高程、相邻两测点在观测线方向的水平距离，然后计算各测点的移动和变形值及下沉速度等。对于全站仪而言，观测数据的处理除须加入气象改正和斜距改正之外，其余的计算和常规方法相同。有关气象改正

9、和斜距改正的具体计算方法参看全站仪使用说明书。(2) 移动和变形计算观测数据经过预处理之后，便可计算观测线上各测点和各测点间的移动和变形值。移动和变形计算主要包括：各测点的下沉和水平移动，相邻两测点间的倾斜和水平变形，相邻两线段（或相邻三点）的曲率变形，观测点的下沉速度等。各移动和变形计算公式如下： 次观测时点的下沉,mm式中 号点的下沉值；、分别为首次和次观测时号点的高程。 相邻两点间的倾斜，mm/m式中 号点至号点的水平距离； 、分别表示号点和号点的下沉量。 号点附近的曲率，即-1号点至+1号之间的曲率 =， mm/m或/m式中 、表示+1号点至号点和号点至-1号点的倾斜；、表示+1号点至

10、号点和号点至-1号点的水平距离。 号点的水平移动=-，mm式中 号点的水平移动； 、分别表示次观测时和首次观测时号点至观测线控制点间的水平距离，用点间距累加求得。 号点至+1号点间的水平变形=， mm/m式中 、分别表示+1号点至号点在首次观测时和次观测时的水平距离。 号点的下沉速度，mm/d式中 、分别表示-1次和次观测时点的下沉值； 两次观测的间隔天数。 号点的横向水平移动=-，mm 式中 、分别表示第次观测和首次观测时号点的支距值。横向水平移动是垂直于观测线方向的水平移动，计算时需注意正、负号。每次观测结束之后应及时进行移动和变形计算，计算数字的取位见表3。名称下沉/mm水平移动/mm倾

11、斜/mm/m曲率/mm/m水平变形/mm/m横向水平移动/ mm下沉速度/mm/d取位110.10.010.110.1表3（3）地表移动变形参数确定地表移动变形计算之后，绘制移动变形曲线图和下沉速度曲线图。在图上可确定出移动变形的角量参数有：移动角、边界角、裂缝角、最大下沉速度角、超前影响角等，通过专业程序计算求得的地表移动预计参数有：下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切、拐点偏移距等。2） 绘图工作根据每次观测的计算结果绘制CAD曲线图，由这种曲线图能够清楚地看出沿观测线(主断面)的地表移动与变形的分布特征及其发展过程。绘制移动和变形曲线图时，选择竖直比例尺的原则是：使绘制的曲线能清楚的反

12、映出移动和变形的分布规律，并便于分析比较。水平比例尺与观测站平面图一致。曲线图和观测线断面图应绘在一起，以表明各种地质采矿条件对移动和变形分布形态的影响。断面图的竖直和水平比例尺与井上下对照图的相同。在断面图上应标出地面，测点及其编号，松散层厚度，岩层柱状，采区位置，开采厚度，各次观测时的工作面位置及采区周围的开采情况等。在观测站平面图上应表示出：测点的实际位置，地形，地物，钻孔，保护煤柱边界线，每次观测时的工作面位置，回采边界，地表裂缝，塌陷坑的形态及出现日期，并根据实测的移动和变形值勾绘等值线图。每一次观测后，要及时进行计算和绘制移动、变形曲线图。观测站观测工作全部结束后，为了求出最终结果

13、，应对每次观测结果进行综合分析，以便获得观测站受开采影响产生的移动、变形的发展过程，以及移动和变形的最终值。绘制移动、变形曲线时，具有正号的移动、变形值绘在水平线的上方，负号值绘在水平线的下方，但下沉值除外。图2根据观测成果绘制的移动、变形曲线示意图。绘图展点时需注意：下沉是展在测点的正下方；水平移动是依据其正、负号分别展在测点的正上方或正下方；倾斜和水平变形是依据其正负号展在两测点间中点的正上方或正下方，曲率是依据其正负号两相邻线段的不同情况展点；当相邻两线段的长度相等时，曲率点展在中间点的正上方或正下方。绘制下沉速度曲线时，按下沉速度值，在两次观测时间间隔的正中间展点。图23）提交成果观测站的实测资料经过数据处理后，可求得下列成果：（1）地表移动盆地的范围、形状、大小，以及各种角值参数（边界角、移动角、裂缝角、最大下沉角、充分采动角等）；（2）地表移动盆地主断面上的移动和变形分布及其特征，移动和变形值的位置；（3）工作面推进过程中移动和变形的发展过程及其相应的主要动态参数（起动距、超前距、超前影响角、滞后角等）；（4）地表移动过程中，地表移动速度的变化以及与工作面的相应关系；（5）地表移动各个阶段（初始阶段、活跃阶段、衰退阶段）的持续时间以及地表移动持续的总时间；（6）工作面开始回采到地表开始下沉的时间等。11