地表移动观测站设计.docx

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地表移动观测站设计

11060工作面地表移动观测站

二0一四年六月二十八日

前言

为了获得11060工作面最可靠的地表移动参数，掌握该工作面地质采矿条件下的地表移动规律，我矿决定建立11060工作面地表移动观测站，进行该工作面地表移动的观测和研究工作。

11060工作面地表移动观测与研究的主要内容：

1、掌握地质采矿条件与地表移动的变形关系；

2、获得综采条件下地表移动与变形的分布规律；

通过对11060工作面地表移动观测站的研究，为我矿保护煤柱的留设和实现煤矿安全生产等提供科学依据，并进一步探求地表移动规律，丰富和发展我矿采煤技术。

11060工作面地表移动观测站

一、11060工作面地质采矿条件

11060工作面走向长度为320米，倾向宽70米，面积约22400㎡，平均采深为2.9米，工作面平均倾角12°，采用走向长壁垮落采煤法。

本工作面掘进水文地质条件简单，顶底板均为泥岩、粉砂岩，隔水性能好；该工作面老顶为粉砂岩或砾岩，厚度为5.75-75米，直接顶为泥岩、砂质泥岩厚度为1.46-6.67米，直接底为细砂岩、砂质泥岩，岩性变化不大，厚度约2.47米。

二、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）观测线应设在地表移动盆地的主剖面上；

（2）观测线在观测期间不受临近开采的影响；

（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

由于该观测站为我矿第一个观测站，角度参数的选定只能参照我矿采矿条件，地质地层结构实际揭露，矿区地表移动观测成果等资料。

矿区的角度参数为：

α=10°，β=78°

γ=72°，δ=85°~88°

由矿区地表移动经验公式得：

δ掘=γ掘=88°-78*m/H0–20*h/H0±4.5°=74.3°±4.5°

β掘=85°-72*m/H0–20*h/H0±1.9°=71.4°±1.9°

其中：

α----松散层移动角

γ、β----倾向移动角

δ----走向移动角

m----煤层平均厚度2.7

h----松散层厚度

H0----回采工作面平均开采深度127

3、观测线位置的确定

根据观测站设计原则，在11060工作面上方地表布置两条观测线，A号观测线为工作面走向方向并超出工作面长度两侧各50米的位置，B号观测线为工作面中部沿倾向布置的采空区上方，超出工作面宽度两侧各50米的位置。

附：

1、图1：

A号观测线剖面图

2、图2：

B号观测线剖面图

3、观测站平面位置设计见附图。

4、观测线长度的确定

根据《煤矿测量规程》有关规定，调整△β、△γ、△δ取20°，以剖面法求得A号和B号观测线长度分别为1200米和250米，共计1450米，如图1所示。

A号观测线长度按下式计算：

A1A20=2（H0-h）cot（δ-△δ）+L

式中：

L---工作面走向长度

△δ---为走向移动角的修正值

同理可得B号观测线的长度：

B1B15=H1cot（β-△β）+cotH2cot（γ-△γ）+Lcosa

式中：

△γ、△β分别为倾向移动角的修正值

L---工作面倾斜长度；

H1、H2----分别为工作面下边界和上边界的开采深度

三、控制点及工作测点的个数和埋设方法

1、控制点及工作测点数

按《煤矿测量规程》规定，工作测点间距为50m，控制点间距为20m，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。

表1控制点和工作测点个数

观测线编号

控制点（个）

工作测点（个）

合计（个）

A

4

25

29

B

4

5

9

合计

8

30

38

2、控制点和工作测点结构

所有控制点为混凝土制桩，钢筋露出水泥桩的高度为5mm，工作测点为木桩上部配钢钉制作，如图2和图3所示。

3、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，工作测点用全站仪标定，尽量使其中心位于同一方向线上，用木桩配钢钉制作。

（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0.5米左右，控制点坑深为0.7m以上，坑底捣实，先铺一层0.1米厚的混凝土后放置预制桩，并用混凝土固定控制点周围，固定高度分别为0.3米，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，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；

（4）部分控制点和工作测点标定坐标见表2；

（5）观测站各控制点和工作测点的埋设工作应与2014年5月25日前完成。

四、观测项目、方法、精度和时间

1、连接测量

①控制点的平面位置采用全站仪导线控制，点位误差不得大于10mm，全站仪导线布置如图4所示。

②高程连接

由T21、D6点分别向观测线控制点引测三角高程，形成附和高程网，如图5所示。

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站仪测角和测边，内业计算进行严密的数据处理。

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，按三角高程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，但实现不宜超过100m（即不超过2个中间点）。

若观测站两端有控制点，可进行附和高程测量，若只在一端有控制点，则需进行往返高程测量（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，通过平面坐标反算，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（回采长度30-40米），在预计可能首先移动的地表，选择若干个工作测点，每星期进行一次测量，重复测量的时间间隔，视地表下沉的速度而定，一般是每隔1-3个月观测一次，在移动的活跃阶段，还应在下沉加大的区段，增加测量次数。

观测站的各项观测，一般情况下可参照表3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，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。

表2观测站观测程序

观测时间

观测内容

观测时间段

观测要求

设站后10-15天

与矿区控制网连接

地表移动活跃期

全面观测

加密高程测量

采动影响前

全面观测、预测

地表移动衰退期

高程测量

地表移动初始期

三角高程测量

地表移动稳定后

全面观测

注：

地表移动稳定后指：

6个月内地表各点的下沉值均小于30mm；

4、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。

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，然后进行各种严密的计算。

（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，然后计算各测点的位移变化值及下沉速度等。

（2）位移变化值的计算

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之间的位移变化值。

其计算内容主要包括：

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：

①m次观测时n点的下沉

Wn=Hn0-Hnm，mm

式中：

Wn---n号点下沉值；

Hn0、Hnm---分别为首次和m次观测时n号点的高程。

②相邻两点间的倾斜

in~n+1=（Wn+1-Wn）/（Ln~n+1），mm

式中：

in~n+1---表示n号点至n+1号点的倾斜距离；

Ln~n+1---n号点至n+1号点的水平距离；

Wn+1、Wn---表示n+1号点和n号点间的高差及n号点的下沉量；

③n号点的水平移动

Un=Lnm-Ln0，mm

式中：

Un---n号点的水平移动；

Lnm、Ln0---分别表示m次观测时和首次观测时n号点至观测线控制点间的水平距离；

④n号点至n+1号点的水平变形

εn+1~n=［（Ln+1~n）m-（Ln+1~n）0］/（Ln+1~n）0，mm

式中：

（Ln+1~n）m、（Ln+1~n）0---分别表示n+1号点至n号点在首次观测时和m次观测时的水平距离。

⑤n号点的下沉速度

Vn=（Wnm-Wnm-1）/t，mm/d

式中：

Wnm-1、Wnm---分别表示m-1次至m次观测时n点的下沉值。

t---两次观测时的间隔天数

⑥n号点的横向水平移动

Un=ynm-yn0

式中：

ynm、yn0---分别表示第m次观测和首次观测时n号点的支距值；

横向水平移动是垂直观测线方向的水平移动，计算时需注意正负号。

（3）地表移动变化参数确定

地表移动变化计算之后，绘制移动变化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、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。

曲线图和观测线剖面图应绘在一起，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，每册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。

第一次观测后，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，应对每次观测结果尽行综合分析，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，符号值绘在水平线的下方，但下沉值才除外，图6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：

下沉时展在测点的正下方，水平移动时依据其正、负号分别展在测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。

3、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（移动角、裂缝角、最大下沉角、充分采动角）

②地表移动盆地主剖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工作面开始回采的地表开始下沉的时间等。

⑦观测站各项工作的分工情况及进度表

项目

负责人

参加人员

完成日期

预制测点

李跃伟

董俊省、杨利君

2014年4月

测点标埋

李跃伟

董俊省、杨利君

2014年4月

连接测量、采前全面观测

李跃伟

董俊省、杨利君

2014年6月

工作面位置及地表裂缝测定

李跃伟

董俊省、杨利君

2014年4月-2014年5月

活跃期全面观测

李跃伟

董俊省、杨利君

2014年6月

稳定后全面观测

报告总结