基于動態(tài)測量的煤礦地表開采沉降觀測分析

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（陽泉煤業(yè)（集團）股份有限公司二礦 山西 045008）

受到多個因素的限制，充填開采沒有在我國完全實施，伴隨煤炭采掘活動的深入發(fā)展，煤炭資源的開采強度增加，由此引發(fā)的地表沉降問題日益嚴(yán)重，對周圍建筑物、公路和鐵路造成了威脅。為了能夠減少這種威脅需要相關(guān)人員對地表開采沉降工作予以足夠的重視，將先進的技術(shù)手段應(yīng)用到煤礦地表開采沉降觀測工作中。

在以往，研究地表沉降規(guī)律和基本變化參數(shù)的方式是打造地表移動觀測站，在打造完地表移動觀測站的基礎(chǔ)上來開展現(xiàn)場測量工作，通過現(xiàn)場觀測測量來獲取大量的數(shù)據(jù)資料信息，之后對這些數(shù)據(jù)信息進行處理分析，由此獲得地表移動和變形規(guī)律的數(shù)據(jù)信息，借助這些信息來解決煤礦地表開采沉降問題。

1.煤礦地下開采引起的地表變形概述

煤礦地下開采引起的地表移動和變形深受外界多個因素的影響，比如地層的巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件；煤層的數(shù)量、厚度、埋藏條件；煤炭資源的開采計劃、開采方法、頂板管理方式、開采工作面的判定等。地下開采所引起的地表水平變形體現(xiàn)在拉伸和壓縮變形，地表變形出現(xiàn)之后會對房屋建筑的基礎(chǔ)產(chǎn)生額外的水平附加力。在地下礦層開采之后采空區(qū)域周圍的巖層平衡會被破壞，無形中加劇了上覆巖層的移動、變形和破壞，引發(fā)巖層移動。伴隨礦層的深入開采，上覆巖層會從下到上的出現(xiàn)移動、變形和破壞，地表相應(yīng)的出現(xiàn)移動和變形。在達到新應(yīng)力平衡狀態(tài)的時候巖層和地表會停止移動，這種穩(wěn)定之后出現(xiàn)的移動變形被稱作是最終移動和變形。在煤炭開采深度和厚度數(shù)值比較大的情況下地表不會出現(xiàn)集中變形，而如果出現(xiàn)了集中變形就可以被稱作是非連續(xù)變形。巖層移動終止之后在同一個巖層表面上各個部分的移動并不會呈現(xiàn)出一致的狀態(tài)，按照巖層移動的基本形式和變形特點，在受到采動影響之后可以將巖層劃分為兩個不同的采動影響區(qū)域。在上覆巖層的里面可以劃分為采動區(qū)和非充分采動區(qū)；在下伏巖層的內(nèi)部則是可以劃分膨脹區(qū)域和壓縮區(qū)域。

2.動態(tài)測量理論

（1）內(nèi)涵。關(guān)于動態(tài)測量的理論現(xiàn)階段沒有形成一個統(tǒng)一的論斷，為了能夠更好的實現(xiàn)動態(tài)化測量需要相關(guān)人員著重做好以下幾個方面的工作：第一，所研究對象的范圍在時間上是變化的。第二，研究對象的值域在時間上也是一定的，但是在空間上卻會呈現(xiàn)出復(fù)雜度變化，需要應(yīng)用不同的測量設(shè)備來測量這些對象的數(shù)值。第三，研究對象測量的值域在時間和空間上會呈現(xiàn)出一種恒定的狀態(tài)，總體上不會發(fā)生變化，但是會根據(jù)研究對象的測量信號發(fā)生變化。

（2）特點。動態(tài)測量系統(tǒng)在使用的時候要確保所有的數(shù)據(jù)信息都始終處于一種運動的狀態(tài)，動態(tài)測量操作在實施的時候滿足以下幾個方面的特點：第一，空間性。多數(shù)情況下幾何量測量使用空間參數(shù)更方便收集整理數(shù)據(jù)信息，且收集上來的數(shù)據(jù)信息體現(xiàn)出時空性的特點。第二，隨機性。動態(tài)測量操作深受外界環(huán)境的影響，被測試目標(biāo)表現(xiàn)為隨機的函數(shù)。第三，相關(guān)性。測量操作始終處于動態(tài)的變化，測量數(shù)據(jù)不僅和當(dāng)下的測量狀態(tài)存在關(guān)聯(lián)，而且也和之前的時間發(fā)展存在關(guān)聯(lián)。第四，動態(tài)性。動態(tài)測量長時間處于一種變化的狀態(tài)，在變化的過程中為了能夠更好的分析各個變量的關(guān)系需要打造出關(guān)系到各方參數(shù)的方程，依托各方參數(shù)方程來將內(nèi)部的關(guān)系以動態(tài)化的方式展現(xiàn)出來。

3.動態(tài)測量方法的選擇

動態(tài)測量技術(shù)以其獨有的優(yōu)勢作用被人們廣泛的應(yīng)用到工程實踐中。伴隨礦井測量工作的深入發(fā)展，動態(tài)測量技術(shù)也開始呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展特點，具體表現(xiàn)為測量方法和測量技術(shù)應(yīng)用的多元化。現(xiàn)階段，研究地表沉降基本規(guī)律和參數(shù)變化的方式打造地表移動觀測站，借助觀測站模擬的數(shù)據(jù)信息來獲得更多的數(shù)據(jù)資料，之后通過對這些數(shù)據(jù)資料的分析處理了解地表移動變化的規(guī)律信息，借助地表移動變化的信息解決地表開采沉降問題。

4.工程的基本情況分析

文章所研究的山西某煤礦工作面為長壁法采煤，采煤現(xiàn)場采用了垮落管理辦法，工作面的長度為700m，寬度為160m，平均煤炭層的厚度為2.4m。煤炭區(qū)域上 為農(nóng)田、荒蕪地區(qū)和鄉(xiāng)村小路。煤礦區(qū)域往南是零散的居民居住區(qū)。勘探勘測工作地面標(biāo)高為1795.7m到1953.7m，工作面的標(biāo)高在1555m到1647m之間。

5.基于動態(tài)測量的煤礦地表開采沉降觀測

（1）基于動態(tài)測量的煤礦地表開采沉降觀測測量點的布置。基于動態(tài)測量的煤礦地表開采沉降觀測點采用國家三級等高控制點的導(dǎo)入近井點，將測量點埋入凍土0.5m以下，目的是能夠更好的保障測量精準(zhǔn)度。在確保基礎(chǔ)測量點穩(wěn)定之后將測量點的布置和地表安排布置情況同步處理。考慮到勘探地區(qū)深度比較大，由此設(shè)計操作選擇49m的等間距布置測量點，沿著基本測量走向布置一條觀測點和十二個觀測點；沿著傾斜的方向布置五條觀測線，每條觀測線設(shè)置六個測量點。

（2）基于動態(tài)測量的煤礦地表開采沉降觀測數(shù)據(jù)信息的處理。經(jīng)過一年時間的回采分析和后續(xù)的觀測得到了大量的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過觀測數(shù)據(jù)信息發(fā)現(xiàn)，工作面在開始推進之后的12天初次來壓。在經(jīng)過十一個月之后工作面收尾，在這個期間一共推進了700m，累積最大下沉量為562mm，各個測量點的測量數(shù)值如表1所示。

表1 各個測量點累積下沉測量統(tǒng)計表

數(shù)據(jù)信息采用專業(yè)的繪圖分析軟件制作加工形成，依托軟件強大的繪圖功能和數(shù)據(jù)信息分析功能能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的有效處理。在處理數(shù)據(jù)信息的過程中為了能夠簡化計算操作可以按照+20m的高程來進行計算，在經(jīng)過一系列的計算和處理之后來得到對應(yīng)的坐標(biāo)圖紙。數(shù)據(jù)信息最大沉降點出現(xiàn)在V11的位置上，經(jīng)過一系列的分析發(fā)現(xiàn)這個位置對應(yīng)的煤層位置存在一個高度差為6m，傾斜角為53°的DF111正斷層，由此使得總體沉降量比較大。

6.結(jié)束語

綜上所述，地表沉降現(xiàn)場觀測工作的有效開展能夠減少因為地表沉降變化對周圍水資源應(yīng)用管理、公路工程管理、鐵路工程管理的干擾，并幫助相關(guān)人員更好的了解礦區(qū)資源開采規(guī)律，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化整個工作區(qū)域的工作面和巷道設(shè)計，為煤炭資源的開采管理提供重要參考支持。第一，在地表沉降量達到562mm數(shù)值大小的時候地表會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的變動，隨著地表變動的加劇建筑物會出現(xiàn)崩塌的現(xiàn)象。第二，各個測試點沉降量會隨著開采的深入而不斷加大，最開始的沉降量比較大，后來伴隨沉降量的縮小，沉降變形變得越來越穩(wěn)定。第三，斷層會對沉降總量產(chǎn)生深刻的影響。為了能夠更好的完成煤礦區(qū)域的開采管理，在煤礦資源應(yīng)用的過程中需要相關(guān)人員著重考慮斷層的問題。第四，動態(tài)測量技術(shù)十分適合被用來研究地表沉降問題，特別是激光跟蹤動態(tài)測量技術(shù)的使用能夠減少人為操作的負擔(dān)，提高數(shù)據(jù)信息計算的精準(zhǔn)度，并為后續(xù)研究提供重要的工具支持。