采空區(qū)沉陷分層沉降觀測方法探析

薛偉

摘 要：采空區(qū)剩余沉降對于上覆建筑來說具有一定程度的危害，從而在采空區(qū)域進(jìn)行上覆建筑時(shí)要使用分層沉降觀測方法，能直接對采空區(qū)的狀況進(jìn)行觀察。但是在實(shí)際應(yīng)用中一定要注意基巖，由于基巖的性質(zhì)在內(nèi)測試環(huán)固定上較為困難，并且大深度采空區(qū)上覆巖層中進(jìn)行分層沉降觀測是國內(nèi)聞所未聞的方式。進(jìn)而筆者針對這一問題，對采空區(qū)沉陷分層沉降觀測方法進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；沉陷分層沉降；觀測方法；探析

引言

當(dāng)前進(jìn)行采空區(qū)治理的行為中，要實(shí)現(xiàn)對采空區(qū)沉陷機(jī)理以及變形規(guī)律的研究的基礎(chǔ)是，進(jìn)行采空區(qū)上覆巖層內(nèi)的沉降觀測。但是在實(shí)現(xiàn)的過程中要考慮到當(dāng)前我國所進(jìn)行的分層沉降觀測方法僅僅適用于淺土層，對深部基巖進(jìn)行觀測的方式從未嘗試過。在發(fā)展中一些人員嘗試將相適宜的觀測法應(yīng)用在其中，但是都由于各種各樣的原因而受到限制。當(dāng)前國外所應(yīng)用的基巖分層沉降觀測設(shè)備運(yùn)用較為成熟，但是其價(jià)格上的限制，導(dǎo)致其設(shè)備無法在國內(nèi)進(jìn)行廣泛的推廣。根據(jù)這一狀況，筆者對采空區(qū)基巖沉降觀測技術(shù)方法進(jìn)行詳細(xì)的研究，并希望為這一問題帶去實(shí)用的解決方法。

1 土體分層沉降觀測系統(tǒng)

土體分層沉降觀測系統(tǒng)在應(yīng)用中主要是由沉降管、感應(yīng)環(huán)、測尺以及電感探頭及部分組合而成。分層沉降管其外表是由波紋狀柔性的塑料管制成，管外會在一定距離之外設(shè)置一個(gè)測試環(huán)，地層沉降過程中還會引發(fā)測試環(huán)的共同下沉，電感探頭在應(yīng)用中是通過沉降管對測試環(huán)的準(zhǔn)確位置進(jìn)行感應(yīng)，此外在應(yīng)用中還能依據(jù)測試環(huán)位置的深淺的變化，從而在此基礎(chǔ)上對不同標(biāo)高巖層的沉降變化狀況進(jìn)行分信息。分層沉降觀測的過程中需要對各測試環(huán)的深度上微量的變化進(jìn)行檢測，進(jìn)而依據(jù)此對觀測的數(shù)據(jù)精度以及測試環(huán)與巖層固定的程度相關(guān)聯(lián)，基于此，在測試環(huán)是否進(jìn)行了正確的安置是進(jìn)行分層沉降的關(guān)鍵步驟。在測試環(huán)安置過程中，安置人員需要在工作中牢牢記住以下幾點(diǎn)：第一，測試環(huán)安置必須要確保穩(wěn)定性，進(jìn)而當(dāng)發(fā)生巖層移位時(shí)，測試環(huán)能在自然作用力下進(jìn)行自然沉降[1]。第二，確認(rèn)測試環(huán)所安置的位置在預(yù)定位置之上，分層沉降觀測時(shí)利用的是沉降管，同時(shí)將測試環(huán)定位之后帶入孔中，并采用灌入細(xì)沙的方式將其穩(wěn)定的固定在預(yù)設(shè)土層之中。并且在采空區(qū)進(jìn)行分層沉降觀測，其中的直接目標(biāo)是：對觀測采空區(qū)上覆巖層不同深度處的沉降特征進(jìn)行分析，在分析的過程中尤其注意的應(yīng)該是沉降區(qū)的機(jī)理，同時(shí)對采空區(qū)上覆建筑物危害程度進(jìn)行評定，測試環(huán)必須設(shè)置在采空區(qū)上覆巖層中，如若在這個(gè)過程中仍然采用土層固定的方式，顯然很難實(shí)現(xiàn)上述的安置成效。

2 “變徑成孔、錨固器固環(huán)”的安裝過程

在實(shí)際工程進(jìn)行之前需要對煤礦開采沉陷規(guī)律進(jìn)行有效地分析，國內(nèi)的研究學(xué)者曾在分層沉降觀測方法中采用軟木塞法，這個(gè)方法中是將膨脹木下到孔內(nèi)的預(yù)定位置，依靠膨脹木遇水膨脹的原理來將其固定在土層中，將膨脹木連接到鋼絲上引到井口，在之后的實(shí)踐段中通過對井口鋼絲長度變化的觀察，從而達(dá)到分層沉降觀測的目標(biāo)。但是在這個(gè)過程中測試環(huán)位置的固定容易受到地下水位等因素的影響，同時(shí)軟木塞應(yīng)用的范圍也會受到極大程度的影響，且觀測精度逐漸降低，而在對采空區(qū)剩余沉降量的分析中，這樣的精準(zhǔn)度很難滿足實(shí)際的情況。為解決這一問題在使用中筆者借鑒了土層中的觀測方法，并在此基礎(chǔ)上對觀測方法、鉆探工藝等進(jìn)行深入的研究分析，從而在此基礎(chǔ)上研發(fā)出了“陽螺旋錐形測試環(huán)錨固器”[2]。在這之中利用的是內(nèi)部鑲嵌的形式，將錨固器固定在測試環(huán)之中，再由鉆將其送到固定的位置，同時(shí)在錨固器錐形陽螺旋的固定作用下，將測試環(huán)與巖層進(jìn)行穩(wěn)固。筆者通過多次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，更改形勢下的錨固器具有極大的穩(wěn)定性以及抗壓性，采用這種形式極大程度的解決了測試環(huán)固定設(shè)計(jì)的巖層中，相關(guān)的技術(shù)難題。

變徑成孔、錨固器固環(huán)施工工藝的具體操作過程如下：第一，將變徑成孔工藝應(yīng)用中變徑的具體位置設(shè)置在測試環(huán)的位置，變徑成熟設(shè)置測試環(huán)的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行定奪。成孔后，需要在環(huán)境允許的條件下應(yīng)用鉆具將不同直徑大小的陽螺旋轉(zhuǎn)錐測試環(huán)錨固器由下至上的形式對變徑位置進(jìn)行確認(rèn)，在此過程中需要確認(rèn)的是固定穩(wěn)定之后需要將測試環(huán)與巖層進(jìn)行位移。同時(shí)當(dāng)測試環(huán)固定在巖層之后，再將帶有導(dǎo)向性的重錘的沉降管穿過各測試環(huán)下至孔底，在這個(gè)過程中所應(yīng)用的沉降管要用PE直管，這是為了防止在下降管下沉的過程中有泥沙進(jìn)入其中，因此在下沉的過程中需要施工人員將沉降管的底部與接頭進(jìn)行密封，同時(shí)還需要把沉降管調(diào)離孔底，促使沉降管在外部重力的作用下，在施工的過程中始終保持順直，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上還能確保觀測孔的安全性，預(yù)防人為的破壞，造成的觀測控報(bào)廢的現(xiàn)象，此外在井口處還需再對可建造孔口平臺進(jìn)行有效地安裝[3]。

3 結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)前我國采空區(qū)分層沉降觀測方法探析的過程中，不能一成不變的借鑒國外的技術(shù)，進(jìn)而造成技術(shù)上的缺陷，應(yīng)該在國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程中利用研究學(xué)家的智慧，將“變徑成孔、錨固器固環(huán)”施工工藝進(jìn)行研究探索，在具有理應(yīng)優(yōu)勢與技術(shù)的基礎(chǔ)上，對其中所應(yīng)用的工具以及工藝進(jìn)行分析。同時(shí)在此工藝的試用期間取得了相當(dāng)客觀的成就，解決了基巖深孔分層沉降觀測固環(huán)困難的缺陷，并在應(yīng)用的基礎(chǔ)上，制定出了經(jīng)濟(jì)且有效的方法。此外筆者通過對分層沉降觀測資料的分析，發(fā)現(xiàn)其在實(shí)際應(yīng)用中對于每個(gè)觀測孔不同層位沉降規(guī)律的體現(xiàn)有了明顯的比較與認(rèn)識，這為采空區(qū)剩余沉降規(guī)律的研究，提供了相關(guān)的且具有科學(xué)依據(jù)的數(shù)據(jù)信息。

參考文獻(xiàn)

[1] 王萬順，耿玉嶺，袁巧紅，等.采空區(qū)沉陷分層沉降觀測方法研究[J].中國煤田地質(zhì)，2005，（3）：37-39.

[2] 鞠江慶. 分層沉降觀測在采空區(qū)治理中的應(yīng)用與研究[J]. 西部探礦工程，2004，16（12）：144-145.

[3] 李洪勝，曹增增，張智強(qiáng). 建井過程中采空區(qū)地表沉降監(jiān)測技術(shù)探討[J]. 水力采煤與管道運(yùn)輸，2016（4）：86-91.