采區(qū)保護(hù)煤柱的調(diào)整對(duì)村莊的影響分析

孫宏志　張海濤

摘要：為了準(zhǔn)確地確定工作測(cè)點(diǎn)在地表移動(dòng)開始前的空間位置，在聯(lián)測(cè)之后，地表開始移動(dòng)之前，進(jìn)行全面觀測(cè)。內(nèi)容包括：測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的平面位置和工程，各測(cè)點(diǎn)間的距離，各測(cè)點(diǎn)偏離觀測(cè)方向的距離，記錄地表原有的破壞狀況，并作出素描。文章對(duì)采區(qū)保護(hù)煤柱的調(diào)整對(duì)村莊的影響進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：全面觀測(cè)；GPS控制網(wǎng)；高程聯(lián)測(cè)；采區(qū)保護(hù)煤柱；地表移動(dòng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD322 文章編號(hào)：1009-2374（2015）30-0145-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.075

1 平面坐標(biāo)的聯(lián)測(cè)

在井下未采動(dòng)（或觀測(cè)點(diǎn)未受采動(dòng)影響前），為了確定觀測(cè)站與開采工作面之間的相互位置關(guān)系，首選需要測(cè)定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)。本次控制測(cè)量采用衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）進(jìn)行觀測(cè)，本次測(cè)量E級(jí)GPS控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)了I37和I40兩個(gè)高級(jí)控制點(diǎn)。

1.1 選點(diǎn)及埋石

GPS點(diǎn)位均按下列要求進(jìn)行選擇及埋設(shè)：（1）點(diǎn)位的基礎(chǔ)應(yīng)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定，易于長(zhǎng)期保存，并應(yīng)利于安全作業(yè)；（2）點(diǎn)位應(yīng)便于安置設(shè)備和操作，視野開闊，便于發(fā)展下一級(jí)控制網(wǎng)；（3）點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線發(fā)射電源（電視臺(tái)、微波站等），其距離不得小于200m，并應(yīng)遠(yuǎn)離高壓輸電線路，其距離不得小于50m；（4）位于軟質(zhì)地面上的點(diǎn)位，埋設(shè)15cm（頂面變長(zhǎng)）×20cm（底面邊長(zhǎng)）×50cm（高）的預(yù)制水泥樁，水泥樁的頂面中心設(shè)有直徑為1cm的鋼筋，鋼筋的中心鉗鑲有1mm銅芯（或刻上十字花）作為對(duì)點(diǎn)標(biāo)志，埋設(shè)時(shí)水泥樁周圍的填充層必須夯實(shí)，并使其頂面與地面基本平齊。

1.2 野外觀測(cè)

實(shí)測(cè)時(shí)采用美國天寶廠生產(chǎn)的trimber4700雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量，其限差要求見表1：

為了采集到高質(zhì)量的GPS數(shù)據(jù)，在GPS網(wǎng)測(cè)量過程中，嚴(yán)格按照以下八點(diǎn)實(shí)施：（1）采用靜態(tài)相對(duì)定位模式；（2）作業(yè)組嚴(yán)格按照編制好的觀測(cè)計(jì)劃表進(jìn)行作業(yè)調(diào)度，使用四臺(tái)trimble1700雙頻接收機(jī)，儀器標(biāo)稱精度為±（5mm+1ppm×D），在作業(yè)過程中，對(duì)不合理的計(jì)劃進(jìn)行了調(diào)整；（3）基線每個(gè)時(shí)段觀測(cè)時(shí)間≥60分鐘，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)≥4，平均重復(fù)設(shè)計(jì)站數(shù)≥1.6，衛(wèi)星幾何強(qiáng)度<6，衛(wèi)星高度角≥15°；（4）天線架設(shè)高度距地面不小于1m，嚴(yán)格整平對(duì)中天線，天線高的測(cè)量在觀測(cè)前后各進(jìn)行一次，測(cè)量值互差不大于3mm，取平均值作為最后天線高；（5）觀測(cè)進(jìn)行時(shí)，不能有強(qiáng)電磁波或強(qiáng)震動(dòng)的影響（手機(jī)、對(duì)講機(jī)或強(qiáng)噪音），作業(yè)所用汽車應(yīng)停放在離天線50m以外的地方或停放在低于天線的地方，避免多路徑效應(yīng)或汽車內(nèi)收音機(jī)等的電磁波對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響；（6）觀測(cè)過程中，在遇到異常情況導(dǎo)致接收機(jī)關(guān)閉時(shí)，及時(shí)通知相應(yīng)各站，并重新觀測(cè)該時(shí)段；（7）在每個(gè)測(cè)站上都記錄測(cè)站名、天線高、觀測(cè)月日、觀察者姓名、接收機(jī)和天線序號(hào)、開始觀測(cè)以及接受測(cè)量的時(shí)間等內(nèi)容，測(cè)量手薄在現(xiàn)場(chǎng)暗作業(yè)完成記錄；（8）每天觀測(cè)接受后，及時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)硬、軟盤上，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行初步評(píng)定，以此對(duì)第二天的工作計(jì)劃進(jìn)行合理的安排和調(diào)整，并確保觀測(cè)數(shù)據(jù)不丟失。

GPS數(shù)據(jù)處理之前，仔細(xì)整理外業(yè)記錄手薄，按照觀察者初始信息如點(diǎn)名、時(shí)段號(hào)、觀測(cè)時(shí)間、布網(wǎng)情況定，分別對(duì)測(cè)區(qū)的觀測(cè)記錄連續(xù)編印頁碼并裝訂成冊(cè)；其他記錄亦分別裝訂成冊(cè)，以備數(shù)據(jù)處理之用。

1.3 數(shù)據(jù)處理

第一，E級(jí)GPS控制網(wǎng)的驗(yàn)算和平差計(jì)算均使用利普GPS定位軟件；Lip3.3在微機(jī)上進(jìn)行。外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)按《GPS規(guī)程》要求的項(xiàng)目進(jìn)行全面檢查，各項(xiàng)檢核的限差如下：（1）同步環(huán)全長(zhǎng)相對(duì)閉合差的限差≤10ppm；（2）異步環(huán)全長(zhǎng)相對(duì)閉合差的限差ω≤2×δ（mm）；（3）復(fù)測(cè)基線長(zhǎng)度較差的限差ωds≤2δ（mm），式中δ=（d為平均邊長(zhǎng)，單位：km，n為獨(dú)立環(huán)中的邊數(shù)）。

第二，平差計(jì)算首選在“WGS-84坐標(biāo)系”內(nèi)進(jìn)行無約束平差，然后在“1954年北京坐標(biāo)系”內(nèi)進(jìn)行二維的約束平差，控制網(wǎng)采用選定的兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行平面約束，其精度符號(hào)規(guī)范要求。

第三，控制精度。（1）基線項(xiàng)目：9，平均邊長(zhǎng)：760.152m；（2）最長(zhǎng)基線邊長(zhǎng)：1095.41m；（3）最短基線邊長(zhǎng)：88.322m；（4）最弱點(diǎn)位中誤差：0.004m；（5）最弱邊相對(duì)中誤差：1/588950。

2 高程聯(lián)測(cè)

由礦區(qū)已知點(diǎn)到觀測(cè)站高程控制點(diǎn)之間的水準(zhǔn)測(cè)量，水準(zhǔn)測(cè)量的精度不低于三等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。

2.1 三等水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)

起始點(diǎn)為I37點(diǎn)，網(wǎng)中聯(lián)測(cè)了所有的GPS控制點(diǎn)，組成了1個(gè)附合水準(zhǔn)線路。

2.2 三等水準(zhǔn)網(wǎng)的觀測(cè)

使用日本Topcon廠生產(chǎn)DL-101C電子水準(zhǔn)儀及條碼水準(zhǔn)尺雙程觀測(cè)。觀測(cè)順序?yàn)楹蠛笄扒?，視距長(zhǎng)度和施測(cè)精度均符合規(guī)范要求，見表2：

3 全面觀測(cè)

為了準(zhǔn)確地確定工作測(cè)點(diǎn)在地表移動(dòng)開始前的空間位置，在聯(lián)測(cè)之后，地表開始移動(dòng)之前，進(jìn)行全面觀測(cè)。內(nèi)容包括：測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的平面位置和工程，各測(cè)點(diǎn)間的距離，各測(cè)點(diǎn)偏離觀測(cè)方向的距離，記錄地表原有的破壞狀況，并作出素描。采動(dòng)前的全面觀測(cè)，是為了測(cè)定各觀測(cè)點(diǎn)的原始位置，作為今后點(diǎn)位移動(dòng)的參照。由于各條觀測(cè)線的控制點(diǎn)分別獨(dú)立進(jìn)行兩次全面觀測(cè)，其時(shí)間間隔不超過為3天，兩次觀測(cè)的結(jié)果進(jìn)行比較，取其平均值作為觀測(cè)站的原始數(shù)據(jù)。在地表移動(dòng)變形期間進(jìn)行了5次全面觀測(cè)。

工程測(cè)量：首選確認(rèn)觀測(cè)站控制點(diǎn)沒有碰動(dòng)，在其觀測(cè)值沒有變化的前提下，直接從觀測(cè)站開始進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。高程測(cè)量使用日本Topcon廠生產(chǎn)DL-101C電子水準(zhǔn)儀及條碼水準(zhǔn)尺雙程觀測(cè)。水準(zhǔn)測(cè)量均符合到各端的控制點(diǎn)上構(gòu)成水準(zhǔn)網(wǎng)，利用程序進(jìn)行水準(zhǔn)網(wǎng)平差。

平面位置的測(cè)量：水平角觀測(cè)及距離測(cè)量按I級(jí)導(dǎo)線規(guī)范要求，采用日本Nikon生產(chǎn)的DTM830觀測(cè)兩個(gè)測(cè)回，允許閉合差±10。邊長(zhǎng)觀測(cè)均觀測(cè)三次，其先為：每次測(cè)量結(jié)果較差不大于3mm。往返觀測(cè)同一邊長(zhǎng)，其水平距離互差，不得大于1/10000。測(cè)距的同時(shí)測(cè)定氣壓及溫度。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在開采沉陷過程中，沙土層因地下水位下降會(huì)產(chǎn)生附加的地表沉降變形。在地下水位降深較大及存在建筑物荷載作用的區(qū)域，這種附加變形將進(jìn)一步加劇采動(dòng)建筑物的破壞程度。并且松散層厚度占采深比例愈大，基巖所承受荷載越重，進(jìn)而縮小了巖層的離層及膨脹系數(shù)，加大了地表的下沉。而厚松散層的下沉機(jī)理不同于基巖的下沉，主要是飽和沙土體在開采沉陷的固結(jié)變形作用引起的。

通過分析可知，松散層除隨著基巖的移動(dòng)而移動(dòng)，另外，由于松散層的流變和蠕變特性，本身也以流動(dòng)的形式充填基巖下沉空間，因此傾角及松散厚度的對(duì)水平移動(dòng)系數(shù)均較有較大影響。在煤層傾角不大的情況下，應(yīng)著重考慮松散層厚度的影響。

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作者簡(jiǎn)介：孫宏志（1977-），男，濟(jì)寧市金橋煤礦工程師，碩士，研究方向：生產(chǎn)調(diào)度。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint