巖移觀測的數據處理方法

佟延山

摘要：經濟在快速的發展，社會在不斷的進步，我國綜合國力在不斷的加強，礦區因煤炭資源開采造成地面變形，從而引發的地質災害現象一直不同程度存在。如何防治開采沉陷引起的環境破壞和地質災害，已經成為礦區各個煤礦刻不容緩的任務。下面以開灤錢家營礦2874西工作面地表移動測量為例，探討煤礦開采區工作面地表移動觀測站的建立與測量方法，并通過數據采集、處理和分析，獲得該工作面地質采礦條件下準確可靠的地表移動變形參數，分析了地表移動變形規律。該方法可為煤礦其他工作面的開采，提供經驗數據，為礦區地質災害防治提供前瞻性對策和指導，降低礦山開采的生態和環境成本。

關鍵詞：淺埋深;厚煤層;巖移;觀測分析

煤礦開采后會引起上覆巖層直至地表黃土的移動和變形，其變形規律及影響范圍對煤礦開采有著很大的影響，也直接關系到煤礦工作面的開采范圍、開采參數、采煤方法及煤柱的留設等，對煤炭資源的回采具有重要意義。一個新的采區的開采，由于缺乏相應的基礎地質資料，需要對煤炭開采引起的地表巖移規律進行測試，并為以后的開采提供參考。

1、 地面變形觀測線設計

2874西工作面地面標高+12.1——+16.5米，平均+13.5米，工作面標高為-752.4—— -810.2米，該工作面沿走向設計長度為1567米，沿傾向長度為200.3米。煤層傾角6°～24°，平均16°，煤層厚度在3.0m～5.5m之間變化，平均4.1m。

根據“三下采煤規程”，最終確定本礦上山移動角γ、下山移動角β和走向移動角δ分別為70°。

為較好的確定開采影響的邊界，觀測線應有足夠的長度。因此，各種移動角調整值：走向△δ=20°，上山△γ=20°，下山△β=20°。

根據錢家營礦以往的觀測資料及開灤礦區觀測站實測資料，松散層移動角φ為35°。本區沖積層厚度h=85m。

結合《煤礦測量規程》及《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》有關規定，具體取值如下：基巖移動角β=γ=δ=70°;沖積層移動角φ=35°;煤層傾角α=16°;最大下沉角θ=90°-0.6α=80.4°;移動角修正值（走向Δδ，傾向上山Δγ，傾向下山Δβ）Δδ=Δγ=Δβ=20°。

地面變形觀測線本應設置成直線，并與煤層走向垂直或平行。一般可設走向觀測線和傾斜觀測線各一條，設在移動盆地的主斷面位置。也可以在地裂縫、地面塌陷的重點觀測區域，增加觀測線，設置成網狀觀測線。通常地面變形觀測中利用剖面線狀觀測線的設計方法。走向觀測線應設在移動盆地的走向主斷面上，具體的確定方法為：在傾斜主斷面上，從采空區中心用最大下沉角θ劃線與地表相交于O點，通過O點作平行煤層走向的垂直斷面，此斷面所在的位置就是走向觀測線的位置。具體的操作為，從采區中心O的正上方，向下山方向移動d=H0ctgθ的距離，標出向下山方向移動距離的一點后，再通過該點沿礦體走向做剖面線，即得到走向觀測線平面位置。

由于2874W工作面觀測點在布設過程中受地物地貌等各種因素的限制，我們采用不規則設站，在村莊的街道上臨時布點，其中沿工作面走向布設一條觀測線，沿傾向布設一條觀測線，共計67個觀測點。

2、巖移觀測的數據處理方法

2.1觀測要求

觀測區域位于平原區，起伏較小，故地面變形觀測線的平面觀測使用CORS系統GPS進行平面測量的方法，高程采用CORS系統GPS進行高程測量。埋石工作結束，經過10 ～15 d 標石沉降穩定之后，方能進行觀測。為了減小誤差，提高觀測精度，采用固定的觀測方式和觀測流程，對每個觀測點，平面觀測、高程觀測均使用CORS系統觀測，每次都用相同的方式進行測量。

2.2全面觀測

為了確定觀測站點位及其與開采工作面之間的相互位置關系，首先利用CORS系統對觀測點進行全面測量，測得觀測點的平面位置與高程。

最初的全面觀測后，在采動影響前進行日常巡視觀測，初始全面觀測在測點受采動影響之前進行，在測點埋設好以后半個月左右進行。如果發現測點的累計下沉量達到10mm時，即認為地表已經開始變形，進入地表移動初始期。進入地表移動初始期后，進行日常巡視觀測，巡視測量的目的是確定采動地表移動的開始、發展、停止等狀況，巡視觀測只進行水準測量，主要測定采空區正上方走向測線上的測點，每隔7天進行一次高程測量，直至某一測點的累計下沉達10mm時為止。當地表累計下沉達到50～100mm時，進行采動后的第一次全面觀測。隨后，當日常巡視觀測發現每月下沉值大于50mm時，進入地表移動活躍期，每15天測定一次。

每次塌陷觀測過程中，及時檢查地表及建筑物變形情況，出現問題及時填圖注記，并密切注意井下回采進度和地表下沉的關系。

在全面觀測和巡視觀測時，若發現每月下沉值小于50mm時，進入地表移動的衰退期。衰退期的巡視觀測直到6個月內的下沉值不超過30mm時為止，此時地表移動穩定，進行最后一次全面觀測，獲得地表變形穩定后觀測點的平面和高程最終數據。

在地表移動的發生階段，一般可根據開采深度、回采工作面推進速度和頂板巖性等具體條件，確定全面觀測周期。

2.3觀測結果分析

通過對觀測結果和下沉預測值進行計算和分析比較，進一步證明所用參數的正確性，為今后保安煤柱和三下采煤的設計提供了可靠的技術支持。

2.4工作面沉降分析方法

根據工作面所有觀測數據和已有的地形、地質、開采工藝等數據，對工作面的沉降情況做以下分析。

地表移動盆地的位置、大小、范圍：根據觀測點的沉降數據，對盆地的位置、大小、范圍等進行計算，得到地表移動盆地的大體情況。

最大下沉值的分布位置及大小：根據觀測點的數據，計算主斷面上最大下沉值的點位及工作面的開采沉陷最大下沉值。

地表移動盆地在主斷面上的移動和變形的分布與特征：通過觀測數據，可以得到地表移動盆地在主斷面上的下沉、水平移動等情況，得到地表移動盆地在主斷面上的變形規律。

工作面開采沉陷移動盆地的發展過程及相應的主要參數：根據歷次觀測數據和工作面的開采進度，總結地表移動各個階段（初始階段、活躍階段、衰退階段）的持續時間以及地表移動持續的總時間，計算工作面開采沉陷發生的起動距、超前距、滯后距等。

3、結語

通過對觀測資料的分析與研究，探討了煤礦新采區工作面巖層移動規律，并驗證了已有移動角、地表變形參數的可靠性，為今后保安煤柱和三下采煤的設計提供了有力的技術保障。

參考文獻：

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[2]陳二龍.基于動態測量的煤礦地表開采沉降觀測研究[J].煤礦現代化，2019，28（4）：140-142.

[3]李天文.GPS原理及應用[M].北京：科學出版社，2003.

（作者單位：開灤錢家營礦業公司地測科）