煤礦開采引發地表變形的動態測量方法探析

許陽

摘要：在地下的煤炭層在被采掘出去以后，其煤層采空區域的頂板構架在地心引力的作用環境中必然和頂板上部的覆蓋巖層及土體部分朝層理面的法線方向逐步產生移動狀態，在地下作業面備連續性的予以推進過程以后，其煤層采空區域的頂板式巖層尾部可逐步產生斷裂的狀態，在這種巖層段中部區域開裂范圍較窄的情況之下，會發生頂板部位巖層結構整個垮塌的狀況，本文立足于實際狀況，針對煤礦井下采掘導致的地表結構變形動態式檢測的手段進行深入研究.以實現和廣大同仁進行密切交流.進而共同提升的目標。

關鍵詞：煤炭采掘；現場測量、地表形態改變；坐標確定

由地層結構本身產生的水平面上的變形而引發的損壞于地表現狀的收縮趨勢及拉伸趨勢即是我們通常所言的地表水平面變形過程。因為促使地層結構產生拉伸趨勢的驅動力過強，而且超出了建筑體本身抵抗拉伸力的容許區間，那么此時拉伸過程對地層結構所產生的損害性最為嚴重，即便在較窄范圍的地表區域產生的輕微一動的拉伸過程均可能引發地表構筑體結構發生開裂的情況。通常最易導致在門窗部位或是洞口區域出現痕及縫隙情況，因為那些區域是建筑體結構強度最脆弱的區域。用磚石料砌筑的地面構筑體其本身最易發生水平方向的裂縫情況，其豎向狀態的圍墻及橫向狀態的圍墻可把門洞結構擠壓成菱形狀態，或是引發屋頂凸出。地面構筑體受到破壞的后果一般是和其自身的建造構架、施工材料、結構形態及堅固品質存在著極為密切的關聯性。在這里最為關鍵性的原因是緣自于構筑體結構本身的平面性尺寸及剛度性能大小。其地表結構所產生的變形必將對地表構主體的基礎結構造成水平方向的附加作用力。

一、煤礦井下采掘導致地表結構產生變形結果的根本性致因和運作機理

（1）當煤礦地表結構開始產生縱向變形的情況下，其便對地面構筑體的基礎結構造成不均衡的反向支撐力，且由此導致附加型剪應力及附加型彎矩，其所導致的附加型作用力可對地表構筑體造成很大程度的影響。一般條件下，在地表結構受到移動過程之后并且由此導致處在穩步下陷狀態中的構筑體，在實施采掘的操作環節中，其必然持續受到地表層本身持續動態化變形的負面干擾作用，由于其本身會產生拉伸應力的原因，在作業面脫離地面構筑體的時間間隔超出允許數值的時候，其建筑結構體又能復原到始態。

（2）遷移的方向和區間。在針對地表結構產生變形的理論學說中，其移動型角度是最為關鍵的角度數值。其移動轉角在巖土結構層的工程建造環節中是說針對處在移動著的重點性盆地斷裂層面上的臨界變化數值的煤層采空區及各點之間的連接線及水平方向線之間的相夾角度。依托數據仿真的運算結果而得出，因為采掘煤層的層次數目及采掘過程中的中段區域存在著很大的不同性，其巖層結構的強度性質亦完全不會一樣，自然其移動轉角也是會不同了。倘若在礦區地面上部存在著松散型的巖層結構時，亦會出現松散型層移的動態夾角。在對相關的數值進行模擬過程以前，須優先選取精準的計算公式去進行數據驗算及比照，達到巖層滑移夾角的具體數值。

二、煤礦井下采掘造成的地表結構變形的數據分析

現在國際上最為高科技的數值型仿真運算法是當屬于目前比較流行且實用的FLAC運算原理，其基本運算原理是和離散元運算結構相類似，然而FLAC運算原理所運用的節點區域發生滑移達到連續化的條件是：其可以對連續型的工藝介質變化實施大區域變形化分析，是極為匹配仿真型地應力的構建與分布、巖層邊坡和錨索結構設置等等。如果選取動態型的測試手段：在礦山井下采煤工程建設環節中，煤炭采掘的生產過程本身即為一項極為繁雜的力學動態變化過程。其涵蓋著諸多的機動性變化因素，此類因素均可對其造成嚴重影響。因為數值仿真運算的結果一般均只是作為效果評判的時候對其進行運用。因此在模擬運算的環節中，誤認為的去構建力學結構模型和原始結構的關聯關系及精密性水平，其所構建的動力學數據動態化模型不可過于繁雜，只要可以具體的展示巖石結構體的最原始力學特點及采掘的作業歷程即足夠了。

（1）對礦巖層結構性質的預設：設定礦巖結構為多項均質及同性的庫倫型彈塑仿真模型。

（2）對于運算模型實施預設：對井下礦產采掘是屬于一項空間結構型的問題，應該運用三維空間的計算模式。但通常情況，在同樣的情況下，二維數值的模擬結果與三維模擬的結果很相近，因此，計算簡化模型時常采用二維平面模型。

（3）簡化煤層的結構：為了模擬起來更方便，對巷道工程的每一煤層的開挖步數等部會考慮。

三、煤礦開采后所引發的地表變形動態測量方法

為了滿足《煤礦測量規程》里的相關規定，在每次對煤礦的觀察測量結束后，應對其觀測結果進行反復的檢查，然后進行計算，以保證觀測結果的正確性。做完上述工作就可以開始計算各線與點之間移

動的變形量，主要包括：各測量點的水平移動與下沉位置，相鄰兩側點之間的傾斜的水平變形和相鄰兩線的曲率變形，以及觀測點的下沉速度等等。要觀測點某一時刻的下沉，應該該時刻所觀測到的測高點與首次所觀測到的測高點相算得出高程之差。

四、結語

地表變形的原因主要來自于井下的開采情況，覆蓋巖的特征對其也有一定的影響，在選擇流變參數的時候應該具體的體現地下的開采狀況以及巖層的構成特點等，促使進一步增強流變參數的可靠性。因此，動態測量方法在研究開采力學結構上具備極大的優勢。endprint