煤礦開采沉降觀測技術及質量控制

秦 萌 趙錦鋒 胡發(fā)侖

內蒙古上海廟礦業(yè)有限責任公司新上海一號煤礦

煤礦開采沉降觀測技術及質量控制

秦 萌 趙錦鋒 胡發(fā)侖

內蒙古上海廟礦業(yè)有限責任公司新上海一號煤礦

隨著社會的不斷進步，物質文明的極大提高及建設設計施工技術水平的日臻成熟完善，同時，也因土地資源日漸減少與人口增長之間日益突出的矛盾，及超建(構)筑物越來越多。為了保證建構筑物的正常使用壽命和建(構)筑物的安全性，并為以后的勘察設計施工提供可靠的資料及相應的沉降參數(shù)，建(構)筑物沉降觀測的必要性和重要性愈加明顯。現(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，建設物、高聳構筑物、重要古建設物及連續(xù)生產設施基礎、動力設備基礎、滑坡監(jiān)測等均要進行沉降觀測。

煤礦工程；沉降觀測；質量

在建設施工中應用沉降觀測技術，有利于工程項目技術管理人員準確掌握科學、可靠的沉降參數(shù)，并且為設計部門提供詳盡的地質資料，有效減少在建設施工中出現(xiàn)主體結構裂縫或破壞等質量問題，促使建設項目的安全性與使用年限達到國家相關檢驗標準。煤礦的開采利用，會造成地表的沉降、塌陷，從而導致建設物、道路等人工設施的嚴重損毀，大面積農田破壞，甚至生命財產的損失。因此，研究煤礦開采沉降觀測技術及質量控制具有重要的理論和實踐意義。

1 煤礦開采的沉降原因及分析

當?shù)V區(qū)開采工作進行到一定的階段，井下巖體的移動和破壞逐步波及到地表，使受采動影響的地表從原有的標高向下沉降，從而在采空區(qū)上方形成一個比采空區(qū)大得多的沉陷區(qū)域。沉陷區(qū)域改變了原有的地表形態(tài)，引起地表標高、水平位置發(fā)生變化，常用的定量表述這種變化的指標有：下沉、水平移動、傾斜、曲率、水平變形。地面的沉陷特征與穩(wěn)定性狀態(tài)都是隨時間和空間而變化的，可將其概化為三個階段：第一階段發(fā)生在回采初期，采空區(qū)長寬尺寸較小，頂板上覆巖層的破壞形式自下而上分為冒落帶、斷裂帶、彎曲帶三個帶；第二個階段，隨著采空區(qū)范圍擴大，冒落帶頂面不斷向上移動，帶寬加大，斷裂帶接近或達到地面，彎曲帶消失；第三階段隨著采空區(qū)范圍進一步擴大，采空區(qū)中心距四周邊界超過某一臨界值時，中心點上方的巖層將全部折斷、垮落，形成冒落帶，冒落帶發(fā)育到地面，地面會出現(xiàn)最為嚴重的塌陷變形。以上三個階段出現(xiàn)的地點、時間是由開采深度、采厚、采空區(qū)擴大的時間過程以及巖層的力學性質等多個方面共同決定的。

2 工程沉降觀測技術

2.1 監(jiān)測點布置原則

(1)監(jiān)測點位置的確定應按規(guī)范、規(guī)定的要求并結合工程性質、地質條件、設計要求、施工特點、監(jiān)測費用等因素綜合考慮；(2)監(jiān)測點應布置在具有代表性、變化可能性大的薄弱的工程結構部位；(3)在實施多個測點的布置，在時間上和空間上應該有機結合，力求使同一監(jiān)測對象能完整、連續(xù)地反映出幾何變化量，以便找出其內在的聯(lián)系和變化規(guī)律，監(jiān)測點應盡量成斷面布置，以利數(shù)據(jù)處理和對比驗證。

2.2 監(jiān)測點位的布設

原有建筑物監(jiān)測點布設原有建筑物一般每隔10m～15m或每隔1根～2根柱子設置一個監(jiān)測點，該類監(jiān)測點約為16個監(jiān)測點。

擴建部分的監(jiān)測點布設擴建部分亦采用框架結構，在以基樁為基礎的框架結構監(jiān)測對象上每隔1根～2根柱子設置監(jiān)測點，該類監(jiān)測點約為24個監(jiān)測點。

2.3 固定沉降觀測的路線

在本工程項目施工階段的沉降觀測中，工程技術人員根據(jù)不同位置的水準點，合理進行沉降觀測路線的固定。沉降觀測路線不但要滿足觀測的設計方案和埋設需求，而且要明確各觀測點的具體方位和觀測內容。在本工程的各工作點和沉降觀測點之間，分別設立了相應的固定沉降觀測網(wǎng)，并且在轉點與鏡點定位處之間進行木樁標記，其目的是確保在每次的沉降觀測時都可以保持統(tǒng)一的路線，提升沉降觀測結果的精度。

2.4 基準點和變形監(jiān)測點設置

基準點、工作基準點設置。監(jiān)測按二級工程監(jiān)測要求進行；作業(yè)時要遵守由高級到低級、逐級加密的控制測量原則，按照基準點、工作基準點設置監(jiān)測按二級工程監(jiān)測要求進行；作業(yè)時要遵守由高級到低級、逐級加密的控制測量原則，基準點一般布設在離施工現(xiàn)場(2倍工程高度以上)安全穩(wěn)定的地方，至少有3個點組成。沉降觀測點的設置。根據(jù)沉降觀測點布置圖的設計點位，由施工單位在施工期間做入墻體內，設置時還需兼顧設在不受外界影響、便于施測、保證觀測點精度、不影響正常使用的地方，故采用鋼質標志埋入砼柱內(原建筑上的標志需打鉆置入)，出露部分為監(jiān)測點。

2.5 沉降觀測精度的要求

根據(jù)建筑物的特性和建設、設計單位的要求選擇沉降觀測精度的等級。再未有特殊要求情況下，一般性的高層建構筑物施工過程中，采用二等水準測量的觀測方法就能滿足沉降觀測的要求。我們在河北省交通培訓中心工程施工過程中就采用二等水測量的觀測方法。

各項觀測指標要求如下：

①往返較差、附和或環(huán)線閉合差：△h=∑a-∑b≤ln，表示測站數(shù)。

(或△h=∑a-∑b≤1.0L，L表示觀測路線距離)

②前后視距：≤30m

③前后視距差：≤1.0m

④前后視距累積差≤3.0m

⑤沉降觀測點相對于后視點的高差容差：≤1.0m

⑥水準儀的精度不低于N2級別。

3 沉降觀測質量控制

3.1 確定建筑物沉降觀測精度的合理性

由于現(xiàn)行規(guī)范對施工單位施工過程的沉降觀測要求不明朗，這對施工單位在建筑物沉降觀測精度選擇隨意性較大，但是精度的高低直接關系到沉降觀測成敗。對沉降觀測精度選擇既不能太高也不能太低，要合理適宜，適合工程特性的需要。既不造成無謂的浪費也要保證觀測結果的準確性。

3.2 沉降觀測中需要注意的事項

1.嚴格按測量規(guī)范的要求施測。2.前后視觀測最好用同一水平尺。3.各次觀測必須按照固定的觀測路線進行。4.觀測時要避免陽光直射，且各觀測環(huán)境基本一致。5.成像清晰、穩(wěn)定時再讀數(shù)。6.隨時觀測，隨時檢核計算，觀測時要一氣呵成。7.在雨季前后要聯(lián)測，檢查水準點的標高是否有變動。

綜上所述，對煤礦開采進行全面的、系統(tǒng)的、長期的沉降觀測，掌握其沉降規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常，及時分析原因，并采取相應補救措施，對于確保建筑物、道路等人工設施以及煤礦生產的安全，具有非常重要的意義。

[1] 康方,鄭元剛,劉康. 煤礦開采沉降觀測技術及質量控制[J]. 工業(yè)設計,2011,07:167.

[2] 司棟棟. 高層建筑物沉降觀測技術的應用[J]. 江西建材,2016, 21:123+125.

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