煤礦麵岩移觀測站設計
作者：佚名
2011-06-17 09:06
來源：本站原創
1概述
濟三 煤礦123上04工作麵位於工業廣場的北部，幸福河與濟東公路在工作麵南部穿過，工作麵上方地表還有秦莊、前卓廟、後卓廟、及金橋集團，其餘大部分為農田及其附屬設施，觀測站的布設屆時可根據地麵實際情況作調整[刪除]。
本次觀測站位於123上04工作麵 （十二采區中部）的正上方，地勢平坦，另外該工作麵為十二采區首采工作麵，受外界影響因素相對較少。
本工作麵所采煤層為山西組煤3上，地質構造較簡單，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上底板為泥岩、中砂岩及粉細砂岩互層，煤3上頂板為粉砂岩及細粉砂岩互層、粉砂岩；泥岩硬度係數f=2～4, 粉砂岩、細砂岩及細粉砂岩互層硬度係數f=4～6，中砂岩硬度係數為8～10。
工作麵回采過程中預計出現頂板淋水及采空區湧水，以采空區湧水為主。預計123上04工作麵最大湧水量200m3/h，正常湧水量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律研究的最可靠手段。本工作麵已經進入了秦莊、前卓廟、後卓廟及金橋集團保護煤柱，屬於建築物下采煤範疇，另外工作麵回采引起的地表移動將會對濟東公路、幸福河及河堤造成影響；根據有關 01manbetx 也必須設立地表移動觀測站。因此，在工作麵上方建立地表移動變形觀測站的主要目的有：
（1）由於本礦煤3上采用綜合機械化開采技術，設置觀測站的目的主要是為了取得本地區因地下煤層開采後，采動地表的移動、變形及破壞規律，包括各種移動角、邊界角、移動與變形預計參數，並為進行礦區總體規劃、環境 評價和礦井 設計時，對於建築物、水體、鐵路及主要井巷的壓煤開采論證提供 評價依據；
（2）為 安全合理的留設保安煤柱提供技術參數，也為 安全合理開采保安煤柱提供理論依據；
（3）為開展建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱的開采提供變形預計方法，以便在進行“三下”采煤時，為合理布設工作麵和選定開采順序、製訂建（構）築物及河堤加固保護 措施提供依據；
（4）由於綜合機械化開采地表沉陷變形的特殊規律，為了尋求在觀測站布設方法、觀測手段、研究內容及 03manbetx 方法等方麵的合理性。
3觀測站工作內容
地表移動變形觀測站的基本工作內容可歸納如下：
（1）地表變形觀測站 設計；
（2）地表觀測站實地布設；
（3）地表移動觀測（包括聯測、首次全麵觀測、重複水準測量、最終全麵測量等）；
（4）數據處理與 03manbetx ；
（5）各階段參數求取；
（6）地表移動觀測 總結報告編製。
4地表移動觀測站 設計依據
中華人民共和國煤炭工業局2005年五月頒布的《建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采 01manbetx 》。
5地表移動觀測站 設計方案
5.1觀測站的布設形式
123上04工作麵結構簡單，[改為設計]形狀規整，是十二采區首采工作麵，受外界影響因素相對較少，地表移動觀測站設計相對較易。
結合該工作麵上方地表實際情況，初步設計布設兩條觀測線：一條傾向觀測線和一條走向觀測線。考慮到埋點的難易程度、方便後期觀測等原因，在設計觀測線時，特沿前卓廟西邊的半條東西走向的道路布設半條傾向觀測線，沿前卓廟西邊一條南北走向的水渠布設半條走向觀測線。
根據地表沉陷預計數據來確定地表移動盆地的邊界範圍（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觀測點的數目及密度的確定
在采動過程中，需要定期觀測測點的空間位置，以反映地表點的移動情況。因此，測點的埋設深度應在本地區凍土深度以下0.5m，並保證它和土層密實固結，以使測點和地表一起移動。因本地區開采深度較深，所以在預計下沉盆地的中央區域工作測點的設計采用等間距並使點間距為25m，而在其邊緣區域工作測點的設計采用等間距並使點間距為25m[則各觀測點的間距為25m]。根據觀測線的長度可以在工作區域內傾向觀測線上設置測點24[改為25]個，依次編號為Q1、Q2…Qn。在走向觀測線上設置測點25[改為26]個，依次編號為Z1、Z2、…Zn。
在觀測線長度以外設置觀測站控製點。在觀測站存在期間，以控製點的空間位置（ｘ，ｙ，ｚ）做為觀測站的起算數據，因此必須保證其堅固、穩定。為了保證觀測資料的準確，應對控製點的穩定性定期進行檢測。控製點埋設在觀測線的兩端，每端至少三個[根據現場實際情況，控製點埋設在觀測線的一端，並設置3個控製點
]，工作測點的外端至控製點的距離及控製點間的距離為80[改為50]m左右，其中傾向觀測線的控製點號分別為KQ1、KQ2、KQ3，走向觀測線上為KZ1、KZ2、KZ3。考慮到現場條件，實際布設點位置可做適當調整，但是盡量按設計布設。
5.3測點埋點要求
（1）在觀測期間能可靠保存，並與地表牢固結合，不受凍害影響。
（2）便於觀測高程與丈量距離。若標誌露出地表不會被破壞時，用露頭式測點比較方便，一般高出地麵10～20㎝.如預計到地表下沉後測點可能被水淹沒或者被其他充填物埋沒，應該考慮選用便於日後加高的測點結構。[鑒於本工作麵預計下沉量300mm左右，整個觀測期間不會被水淹沒，故采用露頭式測點，一般高出地麵約250mm]
（3）控製點與工作麵按設計要求用經緯儀標定，並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，全麵觀測，單獨進行的水準測量，地表破壞的測定與編錄。
6.1.1連接測量
在觀測點埋設好10～15天、點位固結之後，首先進行觀測站控製點與礦區控製網之間的聯測，以確定主要[刪除]控製點的平麵位置和高程。然後再根據它來測定其餘的控製點和[刪除]工作測點的平麵位置。
連接測量可按定向基點的測量精度（點位誤差小於7cm）要求進行。觀測線工作測點的平麵位置，從已知坐標的控製點，按5″導線測量的精度要求確定。
高程聯測就是在礦區水準點至觀測站附近的水準點之間進行水準測量，再由水準點測定觀測站控製點的高程。高程聯測以不低於[改為按]三等水準測量的精度要求進行。
6.1.2全麵觀測
為了準確地確定工作測點在地表移動開始前的位置，在連測後、地表開始移動之前，應獨立進行兩次全麵觀測，兩次全麵觀測時間間隔不超過5天。全麵觀測的內容包括測定各測點的平麵位置和高程。各測點間的距離，各測點偏離觀測方向線的距離。記錄地表原有的破壞情況，並作出素描。
在設站地區未受采動影響之前，獨立進行的兩次全麵觀測，兩次全麵觀測的同一點高程相差不大於10mm，支距距離[相差]不大於30mm，同一邊長的長度[相]差不大於4mm時，取平均值作為觀測站的原始觀測數據[刪除]（又稱初次觀測）數據。
為了確定移動穩定後地表各點的空間位置，需在地表穩定後進行最後一次全麵觀測（又稱末次觀測），地表移動穩定的標誌是：連續6個月觀測地表各點的累計下沉值均小於30mm。
采動影響前及移動穩定後的初次全麵觀測和末次全麵觀測，按下列要求進行：
在確認觀測站控製點未遭碰動，其高程值沒有發生變化的前提下，可直接從觀測站控製點開始進行水準測量，如果觀測線兩端都沒有控製點，則水準測量附合到兩端控製點上。若[改為因本觀測站]隻在觀測線的一端有控製點，則需進行往返水準測量。施測按三等水準測量的精度要求進行。
觀測站的全麵觀測內容為平麵坐標、點間距及高程測量，平麵坐標和點間距用全站儀進行觀測，觀測工作按照《 煤礦測量 01manbetx 》中的精度要求進行。坐標和高程可由濟三 煤礦[刪除]礦井控製網導入。高程取前兩次觀測數據的平均值作為首次觀測數據，坐標和點間距主要采用第二次的觀測數據作為首次觀測數據。
另外實施高程測量時，對能實施水準觀測的測點用水準儀按要求觀測，對因積水而不能實施水準觀測的點，可用全站儀進行三角高程測量。
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麵觀測之間適當增加的水準測量工作，在回采工作麵回采80m左右，在預計可能首先移動的地區，選擇幾個工作測點，每隔5～6天進行一次水準測量（又稱巡回測量），如果發現測點有下沉的趨勢，即說明地表已經開始移動。在移動過程中，要進行日常觀測工作，即重複進行水準測量。重複水準測量的時間間隔，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。
采動過程中的水準測量，可用單程的附合水準或水準支線的往返測量，實測按四等水準測量的精度要求進行。
在采動過程中，要及時地記錄和描述地表出現的異常情況和時間，為真實地求得濟寧三號井 煤礦地表移動規律，在每次進行全麵觀測、巡視觀測、地表破壞的測定時，應同時觀測工作麵的位置，並將觀測日期及位置填在采掘工程平麵圖上。
每次觀測之後均應及時地進行移動和變形計算，計算數字取位見表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平麵測量儀器
平麵測量儀器可結合濟三煤[刪除]礦現有儀器，選用測角精度為2″、測距精度為2+2ppmD的全站儀，在測量前嚴格通過精確檢測，保證儀器測量過程中的穩定性，盡量采用同一台儀器完成整個規定測量期限內的全部測量工作，確保觀測數據的可靠性。
6.2.2高程測量儀器
對於高程測量儀器，要求采用S1級水準儀[，三等水準測量精度] 進行高程測量工作。在測量前嚴格進行儀器檢測，保證儀器在測量過程中的穩定性，盡量采用同一台一起完成整個規定測量期限的全部測量工作，確保觀測數據的可靠性。
7成果整理
觀測成果的整理包括計算和繪圖兩部分，最終得出觀測站控製點的平麵坐標和高程。
觀測成果的整理計算主要是計算各測點的高程、相鄰兩側點的水平距離和各測點偏離觀測線方向的支距，然後計算各測點的移動和變形值及下沉速度等。在進行移動和變形計算之前，應對觀測數據加入各種改正，觀測數據經過整理改正後，便可以計算觀測線上各測點和各測點間的移動和變形。然後根據每次觀測的計算結果繪製曲線圖。
觀測站的實測資料經過處理後，應提交以下成果：
1、觀測站各次完整觀測數據彙總表一套；
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 03manbetx 總結報告一本。
5、獲取工作麵開采地表沉陷預計參數以及地表移動規律。
濟三 煤礦123上04工作麵位於工業廣場的北部，幸福河與濟東公路在工作麵南部穿過，工作麵上方地表還有秦莊、前卓廟、後卓廟、及金橋集團，其餘大部分為農田及其附屬設施，觀測站的布設屆時可根據地麵實際情況作調整[刪除]。
本次觀測站位於123上04工作麵 （十二采區中部）的正上方，地勢平坦，另外該工作麵為十二采區首采工作麵，受外界影響因素相對較少。
本工作麵所采煤層為山西組煤3上，地質構造較簡單，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上底板為泥岩、中砂岩及粉細砂岩互層，煤3上頂板為粉砂岩及細粉砂岩互層、粉砂岩；泥岩硬度係數f=2～4, 粉砂岩、細砂岩及細粉砂岩互層硬度係數f=4～6，中砂岩硬度係數為8～10。
工作麵回采過程中預計出現頂板淋水及采空區湧水，以采空區湧水為主。預計123上04工作麵最大湧水量200m3/h，正常湧水量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律研究的最可靠手段。本工作麵已經進入了秦莊、前卓廟、後卓廟及金橋集團保護煤柱，屬於建築物下采煤範疇，另外工作麵回采引起的地表移動將會對濟東公路、幸福河及河堤造成影響；根據有關 01manbetx 也必須設立地表移動觀測站。因此，在工作麵上方建立地表移動變形觀測站的主要目的有：
（1）由於本礦煤3上采用綜合機械化開采技術，設置觀測站的目的主要是為了取得本地區因地下煤層開采後，采動地表的移動、變形及破壞規律，包括各種移動角、邊界角、移動與變形預計參數，並為進行礦區總體規劃、環境 評價和礦井 設計時，對於建築物、水體、鐵路及主要井巷的壓煤開采論證提供 評價依據；
（2）為 安全合理的留設保安煤柱提供技術參數，也為 安全合理開采保安煤柱提供理論依據；
（3）為開展建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱的開采提供變形預計方法，以便在進行“三下”采煤時，為合理布設工作麵和選定開采順序、製訂建（構）築物及河堤加固保護 措施提供依據；
（4）由於綜合機械化開采地表沉陷變形的特殊規律，為了尋求在觀測站布設方法、觀測手段、研究內容及 03manbetx 方法等方麵的合理性。
3觀測站工作內容
地表移動變形觀測站的基本工作內容可歸納如下：
（1）地表變形觀測站 設計；
（2）地表觀測站實地布設；
（3）地表移動觀測（包括聯測、首次全麵觀測、重複水準測量、最終全麵測量等）；
（4）數據處理與 03manbetx ；
（5）各階段參數求取；
（6）地表移動觀測 總結報告編製。
4地表移動觀測站 設計依據
中華人民共和國煤炭工業局2005年五月頒布的《建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采 01manbetx 》。
5地表移動觀測站 設計方案
5.1觀測站的布設形式
123上04工作麵結構簡單，[改為設計]形狀規整，是十二采區首采工作麵，受外界影響因素相對較少，地表移動觀測站設計相對較易。
結合該工作麵上方地表實際情況，初步設計布設兩條觀測線：一條傾向觀測線和一條走向觀測線。考慮到埋點的難易程度、方便後期觀測等原因，在設計觀測線時，特沿前卓廟西邊的半條東西走向的道路布設半條傾向觀測線，沿前卓廟西邊一條南北走向的水渠布設半條走向觀測線。
根據地表沉陷預計數據來確定地表移動盆地的邊界範圍（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觀測點的數目及密度的確定
在采動過程中，需要定期觀測測點的空間位置，以反映地表點的移動情況。因此，測點的埋設深度應在本地區凍土深度以下0.5m，並保證它和土層密實固結，以使測點和地表一起移動。因本地區開采深度較深，所以在預計下沉盆地的中央區域工作測點的設計采用等間距並使點間距為25m，而在其邊緣區域工作測點的設計采用等間距並使點間距為25m[則各觀測點的間距為25m]。根據觀測線的長度可以在工作區域內傾向觀測線上設置測點24[改為25]個，依次編號為Q1、Q2…Qn。在走向觀測線上設置測點25[改為26]個，依次編號為Z1、Z2、…Zn。
在觀測線長度以外設置觀測站控製點。在觀測站存在期間，以控製點的空間位置（ｘ，ｙ，ｚ）做為觀測站的起算數據，因此必須保證其堅固、穩定。為了保證觀測資料的準確，應對控製點的穩定性定期進行檢測。控製點埋設在觀測線的兩端，每端至少三個[根據現場實際情況，控製點埋設在觀測線的一端，並設置3個控製點
]，工作測點的外端至控製點的距離及控製點間的距離為80[改為50]m左右，其中傾向觀測線的控製點號分別為KQ1、KQ2、KQ3，走向觀測線上為KZ1、KZ2、KZ3。考慮到現場條件，實際布設點位置可做適當調整，但是盡量按設計布設。
5.3測點埋點要求
（1）在觀測期間能可靠保存，並與地表牢固結合，不受凍害影響。
（2）便於觀測高程與丈量距離。若標誌露出地表不會被破壞時，用露頭式測點比較方便，一般高出地麵10～20㎝.如預計到地表下沉後測點可能被水淹沒或者被其他充填物埋沒，應該考慮選用便於日後加高的測點結構。[鑒於本工作麵預計下沉量300mm左右，整個觀測期間不會被水淹沒，故采用露頭式測點，一般高出地麵約250mm]
（3）控製點與工作麵按設計要求用經緯儀標定，並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，全麵觀測，單獨進行的水準測量，地表破壞的測定與編錄。
6.1.1連接測量
在觀測點埋設好10～15天、點位固結之後，首先進行觀測站控製點與礦區控製網之間的聯測，以確定主要[刪除]控製點的平麵位置和高程。然後再根據它來測定其餘的控製點和[刪除]工作測點的平麵位置。
連接測量可按定向基點的測量精度（點位誤差小於7cm）要求進行。觀測線工作測點的平麵位置，從已知坐標的控製點，按5″導線測量的精度要求確定。
高程聯測就是在礦區水準點至觀測站附近的水準點之間進行水準測量，再由水準點測定觀測站控製點的高程。高程聯測以不低於[改為按]三等水準測量的精度要求進行。
6.1.2全麵觀測
為了準確地確定工作測點在地表移動開始前的位置，在連測後、地表開始移動之前，應獨立進行兩次全麵觀測，兩次全麵觀測時間間隔不超過5天。全麵觀測的內容包括測定各測點的平麵位置和高程。各測點間的距離，各測點偏離觀測方向線的距離。記錄地表原有的破壞情況，並作出素描。
在設站地區未受采動影響之前，獨立進行的兩次全麵觀測，兩次全麵觀測的同一點高程相差不大於10mm，支距距離[相差]不大於30mm，同一邊長的長度[相]差不大於4mm時，取平均值作為觀測站的原始觀測數據[刪除]（又稱初次觀測）數據。
為了確定移動穩定後地表各點的空間位置，需在地表穩定後進行最後一次全麵觀測（又稱末次觀測），地表移動穩定的標誌是：連續6個月觀測地表各點的累計下沉值均小於30mm。
采動影響前及移動穩定後的初次全麵觀測和末次全麵觀測，按下列要求進行：
在確認觀測站控製點未遭碰動，其高程值沒有發生變化的前提下，可直接從觀測站控製點開始進行水準測量，如果觀測線兩端都沒有控製點，則水準測量附合到兩端控製點上。若[改為因本觀測站]隻在觀測線的一端有控製點，則需進行往返水準測量。施測按三等水準測量的精度要求進行。
觀測站的全麵觀測內容為平麵坐標、點間距及高程測量，平麵坐標和點間距用全站儀進行觀測，觀測工作按照《 煤礦測量 01manbetx 》中的精度要求進行。坐標和高程可由濟三 煤礦[刪除]礦井控製網導入。高程取前兩次觀測數據的平均值作為首次觀測數據，坐標和點間距主要采用第二次的觀測數據作為首次觀測數據。
另外實施高程測量時，對能實施水準觀測的測點用水準儀按要求觀測，對因積水而不能實施水準觀測的點，可用全站儀進行三角高程測量。
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麵觀測之間適當增加的水準測量工作，在回采工作麵回采80m左右，在預計可能首先移動的地區，選擇幾個工作測點，每隔5～6天進行一次水準測量（又稱巡回測量），如果發現測點有下沉的趨勢，即說明地表已經開始移動。在移動過程中，要進行日常觀測工作，即重複進行水準測量。重複水準測量的時間間隔，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。
采動過程中的水準測量，可用單程的附合水準或水準支線的往返測量，實測按四等水準測量的精度要求進行。
在采動過程中，要及時地記錄和描述地表出現的異常情況和時間，為真實地求得濟寧三號井 煤礦地表移動規律，在每次進行全麵觀測、巡視觀測、地表破壞的測定時，應同時觀測工作麵的位置，並將觀測日期及位置填在采掘工程平麵圖上。
每次觀測之後均應及時地進行移動和變形計算，計算數字取位見表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平麵測量儀器
平麵測量儀器可結合濟三煤[刪除]礦現有儀器，選用測角精度為2″、測距精度為2+2ppmD的全站儀，在測量前嚴格通過精確檢測，保證儀器測量過程中的穩定性，盡量采用同一台儀器完成整個規定測量期限內的全部測量工作，確保觀測數據的可靠性。
6.2.2高程測量儀器
對於高程測量儀器，要求采用S1級水準儀[，三等水準測量精度] 進行高程測量工作。在測量前嚴格進行儀器檢測，保證儀器在測量過程中的穩定性，盡量采用同一台一起完成整個規定測量期限的全部測量工作，確保觀測數據的可靠性。
7成果整理
觀測成果的整理包括計算和繪圖兩部分，最終得出觀測站控製點的平麵坐標和高程。
觀測成果的整理計算主要是計算各測點的高程、相鄰兩側點的水平距離和各測點偏離觀測線方向的支距，然後計算各測點的移動和變形值及下沉速度等。在進行移動和變形計算之前，應對觀測數據加入各種改正，觀測數據經過整理改正後，便可以計算觀測線上各測點和各測點間的移動和變形。然後根據每次觀測的計算結果繪製曲線圖。
觀測站的實測資料經過處理後，應提交以下成果：
1、觀測站各次完整觀測數據彙總表一套；
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 03manbetx 總結報告一本。
5、獲取工作麵開采地表沉陷預計參數以及地表移動規律。
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