【文章內(nèi)容簡介】 成。工作面共設(shè)三條地表觀測線，其中包括一條走向線和兩條傾向觀測線（刀把面觀測線和常規(guī)面觀測線）。其中走向觀測線長 1120m，布設(shè)有 47 個觀測點(diǎn)（ 44 個工作點(diǎn)和 3 個控制點(diǎn)），其中工作點(diǎn)編號為 90~137，測點(diǎn)間距 20 m（個別點(diǎn)受到地形或其他原因的影響，間距在 40~100m左右）；控制點(diǎn)編號為 G、 H、 I，測點(diǎn)間距為 45m。刀把面傾向觀測線觀測 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 線長 918m，布設(shè)有 42 個觀測點(diǎn)（ 39 個工作點(diǎn)和 3 個控制點(diǎn)），其中工 作點(diǎn)編號為 1~39，測點(diǎn)間距 20 m；控制點(diǎn)編號為 A、 B、 C，測點(diǎn)間距為 45m。常規(guī)面傾向觀測線觀測線長 965m，布設(shè)有 43 個觀測點(diǎn)（ 40 個工作點(diǎn)和 3 個控制點(diǎn)），其中工作點(diǎn)編號為 42~81，測點(diǎn)間距 20 m；控制點(diǎn)編號為 D、 E、 F，測點(diǎn)間距為 45m。 6206 工作面觀測站測線總長 3003m。 根據(jù)煤礦測量規(guī)程對地表觀測站的觀測要求，王莊礦地質(zhì)科于 2021 年 12 月開始第一次全面觀測。 2021 年 9 月初，工作面推進(jìn)至觀測線以南約 150m處，地表巖移觀測點(diǎn)開始受到開采的影響， 2021 年 9 月 3 日進(jìn)行第一次水準(zhǔn)測量， 2021 年 6 月 13 日完成最后一次全面觀測。在歷時 30 個月的觀測中，共進(jìn)行了 11 次全面觀測和 24 次水準(zhǔn)觀測。 值得說明的是在整個觀測過程中，由于一些人為的原因使得大量點(diǎn)的丟失，從而造成地面觀測非常困難，數(shù)據(jù)精度也有所下降，因此它對于整個巖移規(guī)律的精度分析產(chǎn)生不利的影響。然而總體來講，觀測站的觀測是按照相關(guān)規(guī)定和章程來實(shí)施的，加上煤層開采厚度大，地表的沉陷也變得較為劇烈，觀測誤差相對于觀測結(jié)果而言影響較小，觀測資料和數(shù)據(jù)能夠反映地表移動變形的實(shí)際情況。 6206 工作面地表移動觀測站平面布置圖如圖 22 所示。 圖 22 6206 工作面地表移動觀測站平面布置圖 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 3 數(shù)據(jù)處理模型及巖移角量參數(shù)計(jì)算 數(shù)據(jù)處理模型 下沉 地表點(diǎn)的沉降叫下沉，是地表移動向量的垂直分量，用 w 表示，它反映了一個點(diǎn)不同時間在垂直方向上的變化量，用地表某一點(diǎn) n 的首次與 m 次觀測點(diǎn)的標(biāo)高差表示： 0n n nmw h h?? (31) 式中， nw —— 地表 n 點(diǎn)的下沉， mm； 0nh ， nmh —— 地表 n 點(diǎn)首次和 m次觀測時的高程， mm。 水平移動 地表下沉盆地中某一點(diǎn)沿某一水平方向的位移叫做水平移動，用 u 表示。用地表某一點(diǎn) n 的 m次于首次測得的從該點(diǎn)至控制點(diǎn)的水平距離差表示： 0n nm nu l l?? (32) 式中， nu —— 地表 n 點(diǎn)的水平移動， mm； nml ， 0nl —— m次和首次觀測時地表 n 點(diǎn)到觀測線控制點(diǎn) R 間的水平距離， mm。 傾斜 地表傾斜是指地 表相鄰兩點(diǎn)在豎直方向的下沉差與其水平距離的比值。它反映了地表移動盆地沿某一方向的坡度，通常用 i 表示。計(jì)算式如下： n m m nmnn m m nw w wi ll ???????? (33) 式中， mni? —— 地表 m， n 兩點(diǎn)的傾斜變形， mm/m； mnl? —— 地表 m， n 點(diǎn)間的下沉值， mm； mw ， nw —— 地表 m， n 點(diǎn)的下沉值， mm。 曲率 曲率是兩相鄰線段的傾斜差與兩線段中點(diǎn)間的水平距離的比值。他反應(yīng)在觀測線斷面上的彎曲程度，通常用 k 表示。計(jì)算式如下： 1 ()2n p n mm n pm n n piikll????????? (34) 式中， nmi? ， npi? —— 地表 mn 和 np 點(diǎn)間的平均斜率， mm/m； mnl? ， npl? 地表 mn 和 np 點(diǎn)間的水平距離， m； mnpk?? —— 線段 mn 和線段 np 的平均曲率， mm/m2 。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 水平變形 水平變形是指地表相鄰兩點(diǎn)的水平移動查與兩點(diǎn)間水平距離的比值，通常用 ? 表示。水平變形是表示單位長度線段的拉伸或壓縮，計(jì)算形式為： n m n mmnm n m nu u ull? ?? ?????? (35) 式中， mu ， nu —— 地標(biāo)點(diǎn) m， n 的水平移動， mm； mnl? —— 地表點(diǎn) m， n 的水平距離， m； mn?? —— 地表點(diǎn) m， n 的水平變形， mm/m。 6206 工作面觀測站地表移動角量參數(shù) 王莊礦松散層較厚，約為 ，采煤方法主要為綜采放頂煤一次采全高、全部陷落法管理頂板，推進(jìn)速度較快、開采強(qiáng)度大，地表巖移規(guī)律呈現(xiàn)新的特點(diǎn)。而對于地表移動角量參數(shù)，可根據(jù)實(shí)測資料求取地表移動的角量參數(shù)（由于測量數(shù)據(jù)相對不全，因此對于角度值的求取造成不利的影響，因此只能根據(jù)所有的文獻(xiàn)資料求取大概的角度值，跟實(shí)際的角值有稍微的差異，但不 會影響整個巖移規(guī)律的研究）。 6206 工作面于 2021 年 5 月開始回采， 2021 年 11 月回采結(jié)束。工作面正上方出現(xiàn)了明顯的下沉盆地，地表的沉降變形異常劇烈，尤其在工作面兩側(cè)平行于工作面走向方向拉伸變形明顯；在下沉盆地中，壓縮變形明顯。 6206 工作面在走向方向開采長度達(dá)到了充分采動條件，在傾向方向開采長度尚未達(dá)到充分采動條件，因此地表下沉盆地尚未達(dá)到充分采動。 靜態(tài)移動盆地角量參數(shù)求取 王莊礦松散層較厚，約為 ，參照規(guī)程和類似條件礦區(qū)的實(shí)測參數(shù)取松散層移動角 φ=50o。 邊界角的求取 邊界角是在充分采動或接近充分采動的條件下，地表移動盆地主斷面上盆地邊緣點(diǎn)（下沉值為 10mm）至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角。 在傾向刀把面觀測線上，根據(jù)全面觀測的下沉值記錄可知傾向刀把面觀測線下沉值等于 10mm 的點(diǎn)出現(xiàn)在 67 之間、 3233 之間。因?yàn)楸硗翆雍穸戎杏? 左右，且賦存不穩(wěn)定，而且開采深度為 316m，因此求取邊界角，移動角時不予考慮表土層的影響。考慮到不充分采動、地面窯洞抗變形能力差、觀測誤差等因素，在求取移動角時適當(dāng)減小臨界變形值。在傾 向刀把面觀測線上，上山邊界角 γ 0=63o；下上邊界角 β 0=56176。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 上山邊界角和下山邊界角示意圖如圖 41 所示。 圖 41 6206 工作面 傾向刀把面地表下沉觀測圖、邊界角求取示意圖 在傾向常規(guī)面觀測線上，根據(jù)全面觀測的下沉值記錄可知傾向常規(guī)面觀測線下沉值等于 10mm 的點(diǎn)出現(xiàn)在 4243 之間、 7980 之間。因此容易得到傾向常規(guī)面觀測線上的邊界角，上山邊界角 γ 0=58o；下上邊界角 β 0=50176。上山邊界角和下山邊界角示意圖如圖 42 所示。 圖 42 6206 工作面 傾向常規(guī)面地表下沉觀測圖、邊界 角求取示意圖 在走向主斷面上，由于屬于充分采動，所以根據(jù)觀測資料能求取在充分采動情況下的角量參數(shù)。根據(jù)全面觀測的下沉值記錄可知走向線下沉值等于 10mm的點(diǎn)出現(xiàn)在 9395之間（由于觀測數(shù)據(jù)不全，因此對于下沉值為 10mm的具體位置不是很清晰，因此只能求取大概的角度值），求得的角度值取其平均值得到下沉綜合采動邊界角為 δ 0=66o。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 6206 工作面走 向常規(guī)面地表下沉觀測圖、邊界角求取示意圖如圖 43 所示 。 圖 43 6206 工作面走 向常規(guī)面地表下沉觀測圖、邊界角求取示意圖 移動角的求取 在充分采動或接近充分采動的條件下，地表移動盆地主斷面上三個臨界變形（水平變形、傾斜變形、曲率變形）中最外邊的一個臨界變形值點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為移動角（ Angle of Critical Deformation）。按照我國《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》（以下簡稱為規(guī)程）規(guī)定，臨界變形值為：水平變形ε =2mm/m、傾斜變形 i=3mm/m、曲率變形 k=。 由觀測資料計(jì)算可知在傾向刀把面觀測線上，水平變形和傾斜變形符合《規(guī)程》規(guī)定的臨界變形 值。傾斜 i=3mm/m 的點(diǎn)出現(xiàn)在 152 2930；水平變形ε =2mm/m 的點(diǎn)出現(xiàn)在 141 2930。曲率變形 k=、 272829。取處于點(diǎn)14 和點(diǎn) 30 作為最外的臨界值點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算得為綜合求取的上山移動角γ =75176。，下山移動角β =73176。 圖 44 6206 工作面傾向刀把面地表下沉觀測圖、移動角求取示意圖 在傾向常規(guī)面觀測線上，根據(jù)水平變形和傾斜變形符合《規(guī)程》規(guī)定的臨界變形值 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 可以計(jì)算出：傾斜 i=3mm/m 的點(diǎn)出現(xiàn)在 53545 737475；水平變形ε =2mm/m 的點(diǎn)出現(xiàn)在 51525 7475。曲率變形 k=、 727374。取處于點(diǎn) 51 和點(diǎn) 75 作為最外的臨界值點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算得為綜合求取的上山移動角γ =72176。，下山移動角β =70176。 圖 45 6206 工作面傾向常規(guī)面 地表下沉觀測圖、移動角求取示意圖 在走向主斷面上，傾斜 i=3mm/m 的點(diǎn)出現(xiàn)在 104105,ε =2mm/m 的點(diǎn)出現(xiàn)在109110，曲率變形 k=。因此取點(diǎn) 96 作為最外的邊 界點(diǎn)，從而求得走向綜合移動角 δ =73o。 圖 46 6206 工作面走向常規(guī)面 地表下沉觀測圖、移動角求取示意圖 充分采動角的求取 充分采動角是指在達(dá)到充分采動條件下，根據(jù)地表下沉盆地主斷面實(shí)測下沉曲線，取下沉盆地平地邊緣點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與煤層在采空區(qū)一側(cè)的夾角成為充分采動角。下山充分采動角為 ψ 1， 上山充分采動角 ψ 2， 走向充分采動角 ψ 3。 在傾向工作面，采動屬于非充分采動，只有走向方向上達(dá)到充分采動，因此只需求取走向方向上的采動角 ψ 3（ ψ 3=77176。）。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 最大下沉角的求取 在非充 分采動時，最大下沉角是指在地表下沉盆地傾斜主斷面上，實(shí)測地表最大下沉點(diǎn)（或傾斜為零的點(diǎn)）至采空區(qū)中心連線與水平線在下山一側(cè)的夾角成為最大下沉角。當(dāng)松散層的厚度 h，先將最大下沉點(diǎn)垂直投影到基巖上，然后再與采空區(qū)中點(diǎn)連線，取此線與水平線在下山一側(cè)的夾角。在充分采動時，最大下沉角是指地表下沉盆地的平底中心至采 空區(qū)中 心的連線與水平線在下山方向的夾角為最大下沉角 θ 。由于 傾向方向上屬于非充分采動，因此根據(jù)實(shí)測資料我們可以計(jì)算出最大下沉角 θ 。 在傾向刀把面上，最大下沉點(diǎn)為 22 點(diǎn)，求得最大下沉角 θ =88176。 圖 47 6206 傾向刀把最大下沉角求取示意圖 在傾向常規(guī)面上，最大下沉點(diǎn)為 63 點(diǎn)，求得最大下沉角 θ =86176。 圖 48 6206 傾向常規(guī)面最大下沉角求取示意圖 地表移動動態(tài)參數(shù)求取 超前影響角與超前影響距的求取 將走向工作面前方地表開始移動（下沉 10mm）的點(diǎn)與當(dāng)時工作面的連線和水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為超前影響角 ,用 ω 表示。開始移動的點(diǎn)到工作面的水平距離 l 稱為超前影響距。超前影響角 ω 和超前影響距 l 的關(guān)系如下：