巖移觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理方法

佟延山

摘要：經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，我國(guó)綜合國(guó)力在不斷的加強(qiáng)，礦區(qū)因煤炭資源開采造成地面變形，從而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象一直不同程度存在。如何防治開采沉陷引起的環(huán)境破壞和地質(zhì)災(zāi)害，已經(jīng)成為礦區(qū)各個(gè)煤礦刻不容緩的任務(wù)。下面以開灤錢家營(yíng)礦2874西工作面地表移動(dòng)測(cè)量為例，探討煤礦開采區(qū)工作面地表移動(dòng)觀測(cè)站的建立與測(cè)量方法，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集、處理和分析，獲得該工作面地質(zhì)采礦條件下準(zhǔn)確可靠的地表移動(dòng)變形參數(shù)，分析了地表移動(dòng)變形規(guī)律。該方法可為煤礦其他工作面的開采，提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治提供前瞻性對(duì)策和指導(dǎo)，降低礦山開采的生態(tài)和環(huán)境成本。

關(guān)鍵詞：淺埋深;厚煤層;巖移;觀測(cè)分析

煤礦開采后會(huì)引起上覆巖層直至地表黃土的移動(dòng)和變形，其變形規(guī)律及影響范圍對(duì)煤礦開采有著很大的影響，也直接關(guān)系到煤礦工作面的開采范圍、開采參數(shù)、采煤方法及煤柱的留設(shè)等，對(duì)煤炭資源的回采具有重要意義。一個(gè)新的采區(qū)的開采，由于缺乏相應(yīng)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料，需要對(duì)煤炭開采引起的地表巖移規(guī)律進(jìn)行測(cè)試，并為以后的開采提供參考。

1、 地面變形觀測(cè)線設(shè)計(jì)

2874西工作面地面標(biāo)高+12.1——+16.5米，平均+13.5米，工作面標(biāo)高為-752.4—— -810.2米，該工作面沿走向設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1567米，沿傾向長(zhǎng)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(jù)“三下采煤規(guī)程”，最終確定本礦上山移動(dòng)角γ、下山移動(dòng)角β和走向移動(dòng)角δ分別為70°。

為較好的確定開采影響的邊界，觀測(cè)線應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度。因此，各種移動(dòng)角調(diào)整值：走向△δ=20°，上山△γ=20°，下山△β=20°。

根據(jù)錢家營(yíng)礦以往的觀測(cè)資料及開灤礦區(qū)觀測(cè)站實(shí)測(cè)資料，松散層移動(dòng)角φ為35°。本區(qū)沖積層厚度h=85m。

結(jié)合《煤礦測(cè)量規(guī)程》及《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》有關(guān)規(guī)定，具體取值如下：基巖移動(dòng)角β=γ=δ=70°;沖積層移動(dòng)角φ=35°;煤層傾角α=16°;最大下沉角θ=90°-0.6α=80.4°;移動(dòng)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(cè)線本應(yīng)設(shè)置成直線，并與煤層走向垂直或平行。一般可設(shè)走向觀測(cè)線和傾斜觀測(cè)線各一條，設(shè)在移動(dòng)盆地的主斷面位置。也可以在地裂縫、地面塌陷的重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域，增加觀測(cè)線，設(shè)置成網(wǎng)狀觀測(cè)線。通常地面變形觀測(cè)中利用剖面線狀觀測(cè)線的設(shè)計(jì)方法。走向觀測(cè)線應(yīng)設(shè)在移動(dòng)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(qū)中心用最大下沉角θ劃線與地表相交于O點(diǎn)，通過(guò)O點(diǎn)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(cè)線的位置。具體的操作為，從采區(qū)中心O的正上方，向下山方向移動(dòng)d=H0ctgθ的距離，標(biāo)出向下山方向移動(dòng)距離的一點(diǎn)后，再通過(guò)該點(diǎn)沿礦體走向做剖面線，即得到走向觀測(cè)線平面位置。

由于2874W工作面觀測(cè)點(diǎn)在布設(shè)過(guò)程中受地物地貌等各種因素的限制，我們采用不規(guī)則設(shè)站，在村莊的街道上臨時(shí)布點(diǎn)，其中沿工作面走向布設(shè)一條觀測(cè)線，沿傾向布設(shè)一條觀測(cè)線，共計(jì)67個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

2、巖移觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理方法

2.1觀測(cè)要求

觀測(cè)區(qū)域位于平原區(qū)，起伏較小，故地面變形觀測(cè)線的平面觀測(cè)使用CORS系統(tǒng)GPS進(jìn)行平面測(cè)量的方法，高程采用CORS系統(tǒng)GPS進(jìn)行高程測(cè)量。埋石工作結(jié)束，經(jīng)過(guò)10 ～15 d 標(biāo)石沉降穩(wěn)定之后，方能進(jìn)行觀測(cè)。為了減小誤差，提高觀測(cè)精度，采用固定的觀測(cè)方式和觀測(cè)流程，對(duì)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，平面觀測(cè)、高程觀測(cè)均使用CORS系統(tǒng)觀測(cè)，每次都用相同的方式進(jìn)行測(cè)量。

2.2全面觀測(cè)

為了確定觀測(cè)站點(diǎn)位及其與開采工作面之間的相互位置關(guān)系，首先利用CORS系統(tǒng)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全面測(cè)量，測(cè)得觀測(cè)點(diǎn)的平面位置與高程。

最初的全面觀測(cè)后，在采動(dòng)影響前進(jìn)行日常巡視觀測(cè)，初始全面觀測(cè)在測(cè)點(diǎn)受采動(dòng)影響之前進(jìn)行，在測(cè)點(diǎn)埋設(shè)好以后半個(gè)月左右進(jìn)行。如果發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)下沉量達(dá)到10mm時(shí)，即認(rèn)為地表已經(jīng)開始變形，進(jìn)入地表移動(dòng)初始期。進(jìn)入地表移動(dòng)初始期后，進(jìn)行日常巡視觀測(cè)，巡視測(cè)量的目的是確定采動(dòng)地表移動(dòng)的開始、發(fā)展、停止等狀況，巡視觀測(cè)只進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，主要測(cè)定采空區(qū)正上方走向測(cè)線上的測(cè)點(diǎn)，每隔7天進(jìn)行一次高程測(cè)量，直至某一測(cè)點(diǎn)的累計(jì)下沉達(dá)10mm時(shí)為止。當(dāng)?shù)乇砝塾?jì)下沉達(dá)到50～100mm時(shí)，進(jìn)行采動(dòng)后的第一次全面觀測(cè)。隨后，當(dāng)日常巡視觀測(cè)發(fā)現(xiàn)每月下沉值大于50mm時(shí)，進(jìn)入地表移動(dòng)活躍期，每15天測(cè)定一次。

每次塌陷觀測(cè)過(guò)程中，及時(shí)檢查地表及建筑物變形情況，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)填圖注記，并密切注意井下回采進(jìn)度和地表下沉的關(guān)系。

在全面觀測(cè)和巡視觀測(cè)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)每月下沉值小于50mm時(shí)，進(jìn)入地表移動(dòng)的衰退期。衰退期的巡視觀測(cè)直到6個(gè)月內(nèi)的下沉值不超過(guò)30mm時(shí)為止，此時(shí)地表移動(dòng)穩(wěn)定，進(jìn)行最后一次全面觀測(cè)，獲得地表變形穩(wěn)定后觀測(cè)點(diǎn)的平面和高程最終數(shù)據(jù)。

在地表移動(dòng)的發(fā)生階段，一般可根據(jù)開采深度、回采工作面推進(jìn)速度和頂板巖性等具體條件，確定全面觀測(cè)周期。

2.3觀測(cè)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)觀測(cè)結(jié)果和下沉預(yù)測(cè)值進(jìn)行計(jì)算和分析比較，進(jìn)一步證明所用參數(shù)的正確性，為今后保安煤柱和三下采煤的設(shè)計(jì)提供了可靠的技術(shù)支持。

2.4工作面沉降分析方法

根據(jù)工作面所有觀測(cè)數(shù)據(jù)和已有的地形、地質(zhì)、開采工藝等數(shù)據(jù)，對(duì)工作面的沉降情況做以下分析。

地表移動(dòng)盆地的位置、大小、范圍：根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)，對(duì)盆地的位置、大小、范圍等進(jìn)行計(jì)算，得到地表移動(dòng)盆地的大體情況。

最大下沉值的分布位置及大?。焊鶕?jù)觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，計(jì)算主斷面上最大下沉值的點(diǎn)位及工作面的開采沉陷最大下沉值。

地表移動(dòng)盆地在主斷面上的移動(dòng)和變形的分布與特征：通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以得到地表移動(dòng)盆地在主斷面上的下沉、水平移動(dòng)等情況，得到地表移動(dòng)盆地在主斷面上的變形規(guī)律。

工作面開采沉陷移動(dòng)盆地的發(fā)展過(guò)程及相應(yīng)的主要參數(shù)：根據(jù)歷次觀測(cè)數(shù)據(jù)和工作面的開采進(jìn)度，總結(jié)地表移動(dòng)各個(gè)階段（初始階段、活躍階段、衰退階段）的持續(xù)時(shí)間以及地表移動(dòng)持續(xù)的總時(shí)間，計(jì)算工作面開采沉陷發(fā)生的起動(dòng)距、超前距、滯后距等。

3、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)觀測(cè)資料的分析與研究，探討了煤礦新采區(qū)工作面巖層移動(dòng)規(guī)律，并驗(yàn)證了已有移動(dòng)角、地表變形參數(shù)的可靠性，為今后保安煤柱和三下采煤的設(shè)計(jì)提供了有力的技術(shù)保障。

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（作者單位：開灤錢家營(yíng)礦業(yè)公司地測(cè)科）