崔家?guī)X煤礦采空區(qū)巖移變形規(guī)律分析

徐宏杰

1 工程概況

引黃北干線1號隧洞線路始于大梁水庫地下泵站，至馬鞍山七里河一側(cè)出洞，洞長45km，選線時盡可能避開隧洞沿線的煤礦采空區(qū)，但在該隧洞出口段仍不可避免地通過崔家?guī)X采空區(qū)。

由于采空區(qū)中心與邊界的變形程度不均勻，中心邊緣處的變形較嚴重，為使北干線1號隧洞采空區(qū)巖移變形監(jiān)測資料具有可比性，準確分析采空區(qū)塌陷變形的特征，合理評價崔家?guī)X煤礦采空區(qū)場地的穩(wěn)定性，必須對采空區(qū)進行巖移變形監(jiān)測。

2 儀器安裝

2.1 主要儀器安裝

安裝傳遞桿及錨頭時，首先在已鑿好的鉆孔中安裝測點錨頭和不銹鋼應力傳遞桿，錨頭安裝在洞線附近到以下75m，每15m間隔一個測點，傳遞桿與各錨頭連接并延伸至孔口，傳遞桿外部套PVC保護管。其次對鉆孔內(nèi)采用自下而上的方法灌注1∶1水泥漿至孔口，使錨頭與周圍基巖固結(jié)為一體，待水泥漿凝固后安裝傳感器及底座。

安裝多點位移計時，必須待孔內(nèi)水泥漿凝固后以自由狀態(tài)進行安裝。安裝時對不同測頭或錨頭相應的傳遞桿連接不同的傳感器，并做好考證表。同時記錄不同儀器安裝前和安裝后的測值，并在儀器電纜上做好編號，以保證各儀器電纜不混淆。儀器安裝好后，做好混凝土外部保護，進行人工測量。

電纜長度按設計圖牽引路線進行計算，根據(jù)現(xiàn)場施工條件適當加長15%左右松馳系數(shù)。由于儀器電纜埋設后不便檢查、處理，在儀器引線安放和連接后，回填之前立即對觀測儀器及電纜進行測試。電纜兩端做好標記，標明儀器永久編號。電纜通過防水、防潮接線端口進入測控單元，并接入對應的模塊通道。

MCU調(diào)試測量控制單元設置在地面監(jiān)測站內(nèi)，采用壁掛式機箱，用4個M8膨脹螺栓固定在墻上，機箱底部距離地面1.25m，具體的布設位置視現(xiàn)場情況而定，以方便運行管理為宜。

測控單元安裝后及時通電檢查，采用便攜式計算機進行操作：一是對接入測控單元的儀器進行巡檢、單檢、選測、存儲、入庫等操作，檢驗各監(jiān)測功能是否正常。二是對測控單元“查詢當時時鐘”、“設置時鐘”，用鼠標選中要調(diào)試的測控單元箱號，在“請輸入”對話框中輸入開始時間及存儲周期，檢查測控單元是否在所設定的時間間隔內(nèi)自動進行測量。三是啟動定時測量，測量完后查詢相應測控單元的歷時測值，做好記錄，然后切斷測控單元電源，稍后再開機重新查詢測控單元的歷時測值，查詢有無丟失現(xiàn)象。四是對測控單元進行各項檢查并確認其功能正常后，取初始值，同時將初始值及各儀器的技術參數(shù)輸入數(shù)據(jù)庫，投入正常測量。

2.2 儀器安裝位置

CKQ22鉆孔：孔口高程1288.0m，孔深120m，坐標 X：4369558.845，坐標 Y：37615912.000，洞底高程1247.5m，安裝后孔口基點高程1288.849m。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集及整理計算方法

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集

現(xiàn)場施工埋設安裝期間，采用GK-403振弦式頻率計進行觀測GEKON出廠的GK4450-1-300型位移計。

MCU安裝后，通過通訊軟件按照相應的要求對其進行設置，由MCU對所轄傳感器進行定時測量。觀測的數(shù)據(jù)直接用便攜式計算機進行采集，然后導入專用數(shù)據(jù)庫，在專用程序計算后轉(zhuǎn)換成相應的物理量，并剔除觀測數(shù)據(jù)粗差及系統(tǒng)誤差。對懷疑存在系統(tǒng)誤差的測值，利用其他測量手段進行對比測量，并與相鄰的觀測設施的觀測資料進行對比，結(jié)合現(xiàn)場考證，證明確實存在系統(tǒng)誤差后，再進行處理。同時定期將數(shù)據(jù)庫中的原始觀測資料換算為位移值和溫度物理量，檢查計算結(jié)果是否有異常變化。

3.2 LN-MD多點位移計的計算方法

原廠標定中采用GK-403型頻率計進行讀數(shù)，采用LN1018-Ⅱ型MCU進行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)不同傳感器相應的換算公式進行計算。GEOKON儀器技術參數(shù)為：量程300mm，靈敏度0.02%F.S，精度±0.1%。計算時，用于測量和換算振弦式位移計的基本單位是“Digits（字）”，數(shù)字計算以下列公式為基礎：

用下列公式將Digits（字）換算為位移計算：

式中:D未修正——未經(jīng)過溫度修正的測值；

R1——當前讀數(shù)；

R0——初始讀數(shù)，通常在安裝中獲得；

C——儀器的率定系數(shù)，mm/字；

F——任意工程單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

儀器安裝后，對儀器做鋼筋混凝土保護。由于混凝土強度的變化，導致測值不穩(wěn)定，且不具代表性，因此，初試值采用11月18—19日混凝土凝固且具有一定強度后的GK403小儀表測值。

4 監(jiān)測資料的整理與分析

多點位移計是用來觀測采空區(qū)垂直方向不同埋深的沉降變化，測值為正值時，儀器受拉，測點相對孔口表現(xiàn)出一定的沉降變化；測值為負值時，儀器受壓，測點相對孔口表現(xiàn)出一定的抬升變化。從本時段監(jiān)測資料及各監(jiān)測點物理量可以看出，CKQ22所安裝的6支位移計物理量測值變化過程線均表現(xiàn)出相同的態(tài)勢，呈規(guī)律性變化。同時隨著外界溫度的下降，各儀器的物理量測值向受拉方向不斷上升，物理量測值與溫度的變化成反比關系。具體可分為兩個階段：第一階段為安裝后到11月19日，各儀器物理量測值均由負值向正值變化，即由受壓方向受拉方向變化，測值在0.5～0.0mm之間；第二階段為11月19日后，各儀器測值較為穩(wěn)定，物理量過程線基本呈一直線，物理量測值在0線附近波動，波動范圍不超過±0.1mm時，屬正常變化范圍。經(jīng)分析，前者趨勢性變化是因儀器保護墩混凝土強度的變化影響和外界氣溫下降影響所致，不是采空區(qū)的真正位移。故在本時段內(nèi)采空區(qū)是穩(wěn)定的，沒有明顯的沉降變化。

5 結(jié)語

通過監(jiān)測可知，各儀器呈現(xiàn)出良好的靈敏性、可靠性和穩(wěn)定性，說明引黃工程北干線1號洞崔家?guī)X煤礦采空區(qū)巖移變形監(jiān)測CKQ22儀器所安裝的安全監(jiān)測儀器設備完全能夠勝任今后采空區(qū)巖移變形的監(jiān)測工作。

在整個施工期和觀測期，引黃工程北干線1號隧洞崔家?guī)X煤礦采空區(qū)巖移變形監(jiān)測所安裝儀器完好率100%，設備工作正常，穩(wěn)定性良好，沒有出現(xiàn)任何事故。