采空區(qū)沉降觀測及點(diǎn)位布設(shè)

陳成龍

（1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000；2.新巴爾虎右旗榮達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000）

關(guān)鍵字：采空區(qū)；基準(zhǔn)點(diǎn)；變形監(jiān)測點(diǎn)；水準(zhǔn)線路

1 測區(qū)概況

新巴爾虎右旗怡盛元礦業(yè)有限責(zé)任公司，礦區(qū)面積約為4平方公里，共分為3個采區(qū)，三個采區(qū)彼此之間不連續(xù)，主要采礦井口全部位于第二采區(qū)內(nèi)，現(xiàn)有采礦井6條，全部采用豎井開拓的方式，無斜井及平硐等開采方式。礦區(qū)內(nèi)部地勢比較平坦，地形多為傾角小于3°的平地，部分地區(qū)為大于3°的丘陵地帶，礦區(qū)內(nèi)部交通多為鄉(xiāng)村土路等非硬化路面。硬化路面多為砂石路，礦區(qū)內(nèi)部只有一條從綜合廠通往公司辦公大樓的水泥路。礦區(qū)范圍內(nèi)植被主要以草原為主，礦區(qū)范圍內(nèi)地表巖石比較裸露。礦區(qū)氣候夏季升溫快，降水量比較豐富，雨季主要集中在7～9月份。冬季寒冷干燥，凍土深度大，最大凍土深度可達(dá)3m，屬于典型的溫帶大陸性氣候。

2 主要采空區(qū)范圍

采空區(qū)范圍主要集中于728m標(biāo)高至278m標(biāo)高范圍內(nèi)，由于礦體連續(xù)性較差，礦體平均厚度在2m～6m范圍內(nèi)。因此采空區(qū)范圍雖然較大，但采空區(qū)寬度比較狹窄，采礦區(qū)在走向范圍內(nèi)連續(xù)性不強(qiáng)，但在垂直范圍內(nèi)較為連續(xù)，形成了在728m至278m范圍內(nèi)的垂直方向上較為連續(xù)的采空區(qū)。采空區(qū)在平面范圍內(nèi)主要集中在28號勘探線至138號勘探線之間。采空區(qū)地表無明顯塌陷。采空區(qū)地表建筑物及構(gòu)筑物主要以井口工人住宅區(qū)及選礦廠等人員較為集中的區(qū)域。因此，通過布設(shè)必要的沉降觀測點(diǎn)對采空區(qū)地表及其周圍的建筑物及構(gòu)筑物周圍的進(jìn)行時時沉降觀測，不僅僅是為了響應(yīng)國家政策，更是為了礦區(qū)人員的安全及礦山今后的發(fā)展。

3 變形點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)選擇及布設(shè)

首先為了能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)的變形區(qū)域的變形情況，在進(jìn)行點(diǎn)位布設(shè)時。布設(shè)的點(diǎn)位必須能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)變形區(qū)域的變形情況且必須利于今后測量工作的開展。如圖所示，通過礦區(qū)內(nèi)分布的W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7共計(jì)7個沉降觀測點(diǎn)，對礦區(qū)內(nèi)的乙方項(xiàng)目部、甲方選礦廠及各井口住宅區(qū)等人員密集的地區(qū)進(jìn)行沉降觀測，用以時時檢測采空區(qū)及其范圍內(nèi)的變形情況。對于變形監(jiān)測時采用的基準(zhǔn)點(diǎn)，由于其為做為基準(zhǔn)對其他的變形點(diǎn)進(jìn)行觀測，必須選在遠(yuǎn)離采空區(qū)范圍，切地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定的地區(qū)，避免由于沉降觀測基點(diǎn)的沉降而引起的觀測誤差。由于礦區(qū)范圍內(nèi)多以草地為主，且由于地下采空區(qū)的影響，不太利于基準(zhǔn)點(diǎn)位的布設(shè)。因?yàn)樵谶M(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)時，選擇了礦區(qū)周圍國家二等三角點(diǎn)附近山上，具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的巖石塊體上，以確保沉降觀測基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，從而保證今后觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于本礦區(qū)處于北方寒冷地區(qū)，凍土深度最深可達(dá)3m以上，要進(jìn)行沉降觀測，必須選擇合適的點(diǎn)位布設(shè)方法及適合本區(qū)域內(nèi)的水準(zhǔn)標(biāo)志，用以確保沉降觀測數(shù)據(jù)的可靠性。由于凍土深度大于0.8m，為了切合實(shí)際觀測的方便及降低水準(zhǔn)點(diǎn)位的制作難度，本次觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)及變形觀測點(diǎn)采用混凝土柱水準(zhǔn)基本水準(zhǔn)標(biāo)識。

由于凍土深度超過了0.8m。在完成水準(zhǔn)標(biāo)識埋設(shè)后，需經(jīng)過一個解凍期，待沉降觀測基準(zhǔn)點(diǎn)及變形觀測點(diǎn)穩(wěn)定后，方能進(jìn)行必要的沉降觀測，避免由于地表上凍及解凍過程中引起的沉降觀測點(diǎn)位置的移動而造成的沉降觀測點(diǎn)發(fā)生形變，進(jìn)而確保沉降觀測數(shù)據(jù)的可靠性。

4 沉降觀測人員及路線規(guī)劃

為了避免出現(xiàn)由于測量路線不固定而造成的數(shù)據(jù)處理不方便，需要對沉降觀測的水準(zhǔn)路線進(jìn)行合理的規(guī)劃。規(guī)劃完成后，每次進(jìn)行沉降觀測時，都應(yīng)根據(jù)規(guī)劃好的路線進(jìn)行測量，同時在進(jìn)行測量時，要盡量采用同一組觀測人員，采用與上次觀測時相同的路線進(jìn)行觀測，且在一次觀測時，中途不得更換觀測人員，避免由于在觀測線路中更換觀測人員而進(jìn)行的重復(fù)調(diào)焦而引起的十字絲晃動誤差。其次，在進(jìn)行水準(zhǔn)觀測時，由于礦區(qū)范圍內(nèi)巖石比較裸露，地表土質(zhì)雖然不像沙地或耕地一樣松軟，但是地表植被多已草地為主，在做為水準(zhǔn)觀測的轉(zhuǎn)點(diǎn)時，由于地表巖石覆蓋及山坡的角度，容易引起轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承的移動，進(jìn)而容易引起整條水準(zhǔn)路線觀測限差的超限。

為了避免在草地布設(shè)轉(zhuǎn)點(diǎn)而引起的水準(zhǔn)尺尺墊的移動，在進(jìn)行水準(zhǔn)測量時，應(yīng)盡量沿著礦區(qū)道路進(jìn)行水準(zhǔn)測量，沿道路進(jìn)行水準(zhǔn)測量，不但可以避免進(jìn)行水準(zhǔn)測量時由于尺墊沉降引起的誤差，而且有利于人員快速到達(dá)。

5 觀測時間

由于本礦區(qū)屬于嚴(yán)寒地區(qū)，冬季寒冷干燥，且經(jīng)常伴有大風(fēng)天氣，夏季雖然比較炎熱，但雨季比較集中。春秋時間，大風(fēng)天氣較多。

因此，在進(jìn)行沉降觀測時，為了避免大風(fēng)天氣進(jìn)行觀測對觀測精度的影響。在進(jìn)行水準(zhǔn)觀測時，應(yīng)盡量選擇天氣晴朗，風(fēng)和日麗的天氣進(jìn)行水準(zhǔn)觀測，確保水準(zhǔn)觀測的精度。其次，為了避免溫度對水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)線造成影響，在進(jìn)行觀測前，首先應(yīng)該將水準(zhǔn)儀放置在陰涼處，使水準(zhǔn)儀的溫度盡量接近外界地表的溫度。避免水準(zhǔn)儀因?yàn)闇囟炔疃鸬乃疁?zhǔn)儀視準(zhǔn)線的變化，進(jìn)而導(dǎo)致測量誤差。由于采用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測量，在進(jìn)行水準(zhǔn)測量開測前，應(yīng)對水準(zhǔn)儀進(jìn)行必要的預(yù)熱，使一起始終處于良好的工作狀態(tài)，保證觀測數(shù)據(jù)的精確性及可靠性。

6 沉降觀測圖表制作

完成每月的觀測任務(wù)后，根據(jù)沉降點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)，需要對沉降觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表的制作，以便于觀測數(shù)據(jù)的分析，沉降觀測數(shù)據(jù)的圖表制作主要采用比對分析，建模分析、統(tǒng)計(jì)分析及制圖分析等方法進(jìn)行。經(jīng)過對幾種方法的選擇及對比，最終決定采用制圖分析的方法對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用制圖分析不僅能夠非常直觀的顯示出各點(diǎn)的總沉降量，而且通俗易懂，及時不是專業(yè)人員，也能夠通過沉降曲線圖，輕而易舉的分辨出每個沉降點(diǎn)的總沉降值及各沉降點(diǎn)的沉降速率。

在進(jìn)行沉降觀測圖紙繪制時，一般以時間作為觀測曲線圖紙的橫軸，采用總沉降值做為觀測曲線的縱軸。同時在沉降量縱軸上標(biāo)出允許沉降值，用以時時觀察每個沉降點(diǎn)與允許變形量之間的差值。以便對達(dá)到允許變形值或接近允許變形值的沉降點(diǎn)及時作出預(yù)警，并采取相應(yīng)的方法及時對采空區(qū)周圍的建筑物及構(gòu)筑物作出處理。

圖2 W1點(diǎn)沉降觀測圖

如圖所示：通過制作圖紙，能夠快速的顯示中位移觀測點(diǎn)的總沉降量，同時也能體現(xiàn)出沉降觀測總量與允許變形量之間的差值。為了制圖的方便，可以將所有變形觀測點(diǎn)的變形圖紙都做在同一張圖紙之上，各觀測點(diǎn)之間通過圖層進(jìn)行控制。不僅簡單易制，而且方便觀對各觀測點(diǎn)之間的變形速率進(jìn)行對比。

7 沉降觀測結(jié)果分析

通過W1點(diǎn)近幾個月的分析可發(fā)現(xiàn)，在開始進(jìn)行觀測時，沉降觀測變形點(diǎn)的變形速率較高，隨著時間的推移，雖然沉降觀測點(diǎn)的下沉總數(shù)在增加，但是沉降速率確隨著時間的推移在慢慢減緩，在2020年8月至2020年10月期間W1點(diǎn)已基本穩(wěn)定，不在出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。其余各點(diǎn)亦是如此，在起初的觀測階段，雖然沉降速率較大，但隨著時間的推移，沉降量漸漸趨于平緩或者不在沉降。且各點(diǎn)的總沉降量與允許變形量相差較大。通過礦區(qū)的沉降觀測發(fā)現(xiàn)，井下雖有采空區(qū)，但由于及時對采空區(qū)進(jìn)行了充填處理，井下的采空區(qū)對地表建筑物的影響不大，不會對地表的建筑物及構(gòu)筑物造成影響。