采煤工作面地表岩移观测工作研究

[摘 要]通过开展地表岩移观测工作，掌握地质采矿条件与地表移动变形的关系，获得了炮采条件下地表移动与变形的分布规律，为相同地质条件下的矿井开采工作提供了借鉴依据。

[关键词]地表；岩移；观测。

中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0096-01

新泰市韩庄煤矿认真开展了主暗Ⅰ4工作面地表岩移观测与研究工作。通过对主暗Ⅰ4采煤工作面地表岩移的观测研究，基本掌握了该采空区对地表土地及附属设施造成的影响范围，为矿井今后的安全开采提供了宝贵的科学依据。

一、基本情况

主暗Ⅰ4工作面走向长度445m，倾斜长度平均135m，面积63450m2，可采储量为23.81万吨，平均采深为285m，煤层平均倾角32°，该工作面4煤层平均厚度2.8m。上距二煤层22m左右，下距六煤层42m左右。地面相对位于韩庄村以南，地表为农田，无建筑物、河流、水库等。

二、地表岩移观测站的设计

1.观测站设计原则

（1）观测线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。

2.角量参数的选定

按照《韩庄煤矿生产矿井地质报告》中的相关要求，角量参数的选定情况为：Ψ=45°、β=61°、γ=74°、δ=65°。

3.观测线数目的确定

根据《煤矿测量规程》第257条规定，当工作面走向长度大于0.9H0时（H0为平均开采深度），可以只设半条走向观测线。主暗Ⅰ4工作面走向长度445m，倾斜长度平均135m，平均采深为285m，因走向长度445m>0.9×285m，故在主暗Ⅰ4工作面上方地表布置半条走向观测线；根据《煤矿测量规程》第257条规定，当工作面走向长度大于1.4H0+50m时（H0为平均开采深度），亦可设置两条倾斜观测线，主暗Ⅰ4工作面走向长度445m

4.观测线长度的确定

根据《煤矿测量规程》第260条规定，调整、、取13°，20°，20°。角量参数的选定依据《韩庄煤矿生产矿井地质报告》中的相关要求，角量参数的选定情况为：Ψ=45°、β=61°、γ=74°、δ=65°。H0=285m，H1=320m，H2=250m。工作面走向长度445m，倾向135m。以剖面法求得A号和B号观测线长度分别为583m和991m，因此只设半条走向观测线，则B号观测线长度为495.5m，共计1078.5m。

三、控制点及工作测点的个数

1.控制点及工作测点数

按《煤矿测量规范》规定，测点间距为25m，控制点间距为50m，由观测线长度计算得各测线控制点和工作测点的个数，见表1。

2.控制点和工作测点结构

所有控制点和工作测点全部为混凝土预制桩，钢筋露出水泥桩的高度为5mm，如图1和图2。

四、观测项目、方法、精度和时间

1.连接测量

在观测点埋设好10～15天，点位固结之后，首先进行观测站控制点与矿区控制网之间的观测，确定控制点的平面位置和高程。然后根据它来测定工作测点的平面位置。

连接测量可按几点的测量精度要求进行。观测线工作点的平面位置，从已知坐标的控制点，按5″导线测量的精度要求确定。

高程联测就是在矿区水准点至观测站附近的水准点之间进行水准测量，再由水准点测定观测站控制点的高程。高程联测按四等水准测量的精度要求进行。

2.全面观测

在观测站未受开采影响之前，独立进行全面观测。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50m（即不超过3个中间点）。

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，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，每隔3个月观测一次。在移动的活跃阶段，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，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。

五、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。

（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.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。

参考文献

[1] 《煤矿安全规程》2011版.

[2] 《煤矿测量规程》2011版.

作者简介

徐虎，男，1982年出生，大学本科学历，毕业于山东科技大学，现任职于新泰市韩庄煤矿，助理工程师、注册安全工程师。