【導(dǎo)讀】呂溝煤礦高水充填開(kāi)采地表移動(dòng)和變形監(jiān)測(cè)研究。觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

　　

【正文】 ， 20xx 年； （ 3）本觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 。 測(cè)量控制系統(tǒng) 平面控制系統(tǒng)為國(guó)家統(tǒng)一分帶的 3176。帶第 38 帶，中央子午線為東經(jīng) 114176。， 1954 年北京坐標(biāo)系；高程系統(tǒng)為 1956 年國(guó)家高程基準(zhǔn)。 觀測(cè)內(nèi)容及要求 從觀測(cè)內(nèi)容上可以分為：（ 1）觀測(cè)站連測(cè)；（ 2）全面觀測(cè)（水準(zhǔn)測(cè)量和坐標(biāo)測(cè)量）；（ 3）日常觀測(cè)。 連接測(cè)量 在觀測(cè)點(diǎn)埋好 10~15 天、點(diǎn)位固定后，在觀測(cè)站地區(qū)被采動(dòng)之前，為了確定觀測(cè)站與開(kāi)采工作面之間的相互位置關(guān)系，首先應(yīng)在觀測(cè)站的某一個(gè)控制點(diǎn)與礦區(qū)控制網(wǎng)之間進(jìn)行連接測(cè)量，以確定這個(gè)控制點(diǎn)的平面位置和高程，然后再利用它來(lái)確定觀測(cè)線上個(gè)工作測(cè)點(diǎn)的平面位置和高程。連接的目的是把觀測(cè)站和礦區(qū)控制網(wǎng)聯(lián)系到一 起，以確移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 定井上下的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 連接測(cè)量應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行兩次觀測(cè)。平面位置測(cè)量按 5″導(dǎo)線測(cè)量的精度進(jìn)行其具體指標(biāo)見(jiàn)表 6表 6表 63。儀器選用拓?fù)淇礕TS332 全站儀。高程測(cè)量按三等水準(zhǔn)測(cè)量的精度觀測(cè)其具體指標(biāo)見(jiàn)表 6表 65。儀器選用 DS3 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀。 表 61 導(dǎo)線測(cè)量的主要技術(shù)要求 等級(jí) 導(dǎo)線長(zhǎng)度（ KM） 平均邊長(zhǎng)（ KM） 測(cè)角中誤差（″） 測(cè)距中誤差（ MM） 測(cè)距相對(duì)中誤差 2DJ測(cè)回?cái)?shù) 方位角閉合差（″） 導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差 一級(jí) 4 5 15 1/30000 2 n10 15000/1? 表 62 水平角方向觀測(cè)法的技術(shù)要求 等級(jí) 儀器精度等 級(jí) 半測(cè)回歸零差 （″） 一測(cè)回內(nèi) c2 互差（″） 同一方向值各測(cè)回較差（″） 5″ 3DS 75 3 6 表 63 測(cè)距的主要技術(shù)要求 平面控制網(wǎng)等級(jí) 儀器精度等級(jí) 每邊測(cè)回?cái)?shù) 一測(cè)回讀數(shù)較 差 (MM) 單程各測(cè)回較差 (MM) 一級(jí) 10mm 級(jí)儀器 2 10? 15? 表 64 水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)要求 等級(jí) 每千米高差全中誤差（ MM） 路線長(zhǎng)度（ KM） 水準(zhǔn)儀 型號(hào) 水準(zhǔn)尺 觀測(cè)次 數(shù) 往返測(cè)較差、附合或環(huán)線閉合差（ MM） 三等 6 50? 3DS 雙面 往返各 一次 L12 四等 10 16? 3DS 雙面 往返各 一次 L20 移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 表 65 水準(zhǔn)觀測(cè)的主要技術(shù)要求 等級(jí) 水準(zhǔn)儀型號(hào) 視線長(zhǎng)度（ M） 前后視距離較差（ M） 前后視距離較差累積（ M） 視線離地面最低高度（ M） 黑、紅面讀數(shù)較差（ MM） 黑、紅面所測(cè)高差較差（ MM） 三等 3DS 75 3 6 四等 3DS 100 5 10 全面觀測(cè) 全面觀測(cè)包括各工作測(cè)點(diǎn)平面位置和高程測(cè)量 。 （ 1）為了準(zhǔn)確的確定工作測(cè)點(diǎn)在地表移動(dòng)開(kāi)采前的空間位置，在連接測(cè)量之后、地表移動(dòng)之前，應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行兩次全面觀測(cè)，兩次全面觀測(cè)的時(shí)間間隔不得超過(guò) 5d，全面觀測(cè)的內(nèi)容包括：測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的平面位置和高程，各測(cè)點(diǎn)間的距離，各測(cè)點(diǎn)偏離觀測(cè)線方向的距離。記錄地表的破壞狀況 ， 并作出素描。 獨(dú)立進(jìn)行的兩次全面觀測(cè)，兩次測(cè)得的同一點(diǎn)高程差不得大于10mm，測(cè)點(diǎn)偏離觀測(cè)方向的距離差不得大于 30mm，同一條邊的長(zhǎng)度差不得大于 4mm，取其平均值作為觀測(cè)站的原始觀測(cè) 數(shù)據(jù)。 同時(shí)按實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)將各測(cè)點(diǎn)展繪到觀測(cè)站設(shè)計(jì)平面 圖 上 。平面位置觀測(cè)可用2DJ 全站儀按 5″導(dǎo)線測(cè)量的精度確定，水準(zhǔn)測(cè)量按四等水準(zhǔn)的要求進(jìn)行。其具體指標(biāo)見(jiàn)表 61~表 65。 （ 2）當(dāng)?shù)乇硐鲁吝_(dá)到 50 mm~100 mm 時(shí)，應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行采動(dòng)后的第一次全面觀測(cè)。為了獲得地表移動(dòng)過(guò)程的全部資料，在一般情況下除應(yīng)進(jìn)行采動(dòng)后第一次和地表移動(dòng)穩(wěn)定后的最后一次全面觀測(cè)外，還須在活躍期（即緩傾斜和傾斜煤層地表每月下沉值大于 50 mm）地行移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 不少于四次全面觀測(cè)，并適當(dāng)加密水準(zhǔn)測(cè)量。 （ 3）在 地表移動(dòng)的初始期和衰退期，可根據(jù)開(kāi)采深度、回采工作面推進(jìn)速度和頂板巖性等具體條件，每隔 3 個(gè)月測(cè)量一次各觀測(cè)點(diǎn)的高程。當(dāng)?shù)乇硐鲁林颠_(dá)到 10mm 時(shí)，即進(jìn)入地表移動(dòng)的初始期后，應(yīng)按時(shí)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。衰退期的水準(zhǔn)測(cè)量直到六個(gè)月內(nèi)的下沉值不超過(guò) 30 mm 時(shí)為止。 （ 4）每次觀測(cè)時(shí)，還必須實(shí)測(cè)回采工作面位置、煤層厚度、采高，并記錄采礦、地質(zhì)和水文地質(zhì)情況。 日常觀測(cè)工作 日常觀測(cè)工作是指首次和末次全面觀測(cè)之間適當(dāng)增加水準(zhǔn)測(cè)量工作，為判定地表是否開(kāi)始移動(dòng)，在回采工作面推進(jìn)一定距離（相當(dāng)于 ~）后， 在預(yù)計(jì)可能首先移動(dòng)的地區(qū)，選擇幾個(gè)工作測(cè)點(diǎn)，每隔幾天進(jìn)行一次水準(zhǔn)測(cè)量，如果發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)有下沉的趨勢(shì)，即說(shuō)明地表已經(jīng)開(kāi)始移動(dòng)。在移動(dòng)過(guò)程中，要進(jìn)行日常觀測(cè)工作，即重復(fù)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量的時(shí)間間隔，視地表下沉的速度而定，一般是每隔 1~3 個(gè)月觀測(cè)一次。在移動(dòng)的活躍階段，還應(yīng)在下沉較大的區(qū)段，視具體情況，增加水準(zhǔn)觀測(cè)次數(shù)，甚至 10~20 天觀測(cè)一次。 采動(dòng)過(guò)程中的水準(zhǔn)測(cè)量，可用單程的附合水準(zhǔn)或水準(zhǔn)支線的往返測(cè)量，施測(cè)按四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求進(jìn)行。 觀測(cè)站的各項(xiàng)觀測(cè)，一般情況下可參照表 66 的程序進(jìn)行。 在采動(dòng)過(guò)程 中，不僅要及時(shí)地記錄和描述地表出現(xiàn)的裂縫，塌陷的形態(tài)和時(shí)間，還要記載每次觀測(cè)時(shí)的相應(yīng)工作面位置、實(shí)際采出厚移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 31 度、工作面推進(jìn)速度、頂板陷落情況、煤層產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件等有關(guān)情況 。 表 66觀測(cè)站觀測(cè)程序 觀測(cè)時(shí)間 觀測(cè)內(nèi)容 觀測(cè)時(shí)間 觀測(cè)內(nèi)容 設(shè)站 后 10～ 15d 與礦區(qū)控制網(wǎng) 連接測(cè)量 地表移動(dòng)活躍期 全面觀測(cè)、加密 水準(zhǔn)測(cè)量 采動(dòng)影響前 全面觀測(cè)、預(yù)測(cè) 地表移動(dòng)衰減期 水準(zhǔn)測(cè)量 地表移動(dòng)初始 階段 水準(zhǔn)測(cè)量 地表移動(dòng)基 本穩(wěn)定后 全面觀測(cè) 移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 32 觀測(cè)資料的整理與分析 實(shí)測(cè)資 料處理和分析的內(nèi)容 （ 1）觀測(cè)成果的處理 在觀測(cè)工作結(jié)束后，根據(jù)各個(gè)觀測(cè)站野外記錄手薄，繪制計(jì)算表格，求取各條觀測(cè)線上各點(diǎn)的實(shí)測(cè)下沉、傾斜、曲率、水平移動(dòng)和水平變形等。據(jù)此繪制實(shí)測(cè)移動(dòng)、變形分布曲線圖，求取一些通用的角量參數(shù)，如邊界角、移動(dòng)角、裂縫角、最大下沉角和充分采動(dòng)角等。 （ 2）實(shí)測(cè)參數(shù)的求取 根據(jù)觀測(cè)站的實(shí)測(cè)資料，求取各種參數(shù)值。這些參數(shù)中，少數(shù)參數(shù)可以是各種預(yù)計(jì)方法通用的，如下沉系數(shù) q 等。 （ 3）實(shí)測(cè)移動(dòng)變形值分布規(guī)律的研究 用選定的預(yù)計(jì)方法和求得的實(shí)測(cè)參數(shù)，預(yù)計(jì)該觀測(cè)站上各觀測(cè)線方向的移動(dòng)變形值 ，將這些值與實(shí)測(cè)值相比較，可以看出實(shí)測(cè)值與哪種方法預(yù)計(jì)的結(jié)果較為接近。以便從理論上研究觀測(cè)站所揭示的地表移動(dòng)規(guī)律。 （ 4）編寫(xiě)觀測(cè)站總結(jié) 根據(jù)觀測(cè)站的情況和上面三項(xiàng)工作求得的資料，編寫(xiě)觀測(cè)站總結(jié)報(bào)告，為 建筑物下充填開(kāi)采的安全生產(chǎn) 提供理論數(shù)據(jù)。 觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理 觀測(cè)數(shù)據(jù)的整理 在進(jìn)行移動(dòng)和變形計(jì)算之前，觀測(cè)數(shù)據(jù)的整理包括： （ 1）為了確保實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的正確性，應(yīng)對(duì)每一次觀測(cè)的記錄本進(jìn)移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 33 行全面的檢查； （ 2）計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的高程、相鄰兩測(cè)點(diǎn)間的水平距離和各測(cè)點(diǎn)偏離觀測(cè)線方向的支距； （ 3）對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)加 入各種改正。比如，對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的高程；對(duì)鋼尺丈量的邊長(zhǎng)加入比長(zhǎng)、溫度、傾斜、支距、垂曲等改正，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)在觀測(cè)線方向上的水平距離。 移動(dòng)和變形的計(jì)算 觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理改正后，便可計(jì)算觀測(cè)線上各測(cè)點(diǎn)和各測(cè)點(diǎn)間的移動(dòng)和變形。移動(dòng)和變形計(jì)算主要包括： （ 1）下 沉 w、傾斜 i、水平移動(dòng) u 和水平變形 ε的計(jì)算，參考公式如下： nmnn hhw ?? 0 式中， wn—地表點(diǎn)的下沉， mm； hn0、 hnm—地表 n 點(diǎn)首次和 m 次觀測(cè)時(shí)的高程， mm。 nmnmmnmnnm lwl wwi???????? 式中， imn—m、 n 兩點(diǎn)的傾 斜變形， mm/m； lmn—地表 m、 n 點(diǎn)間的水平距離， m； wm、 wn—分別為地表 m、 n 點(diǎn)的下沉值， mm。 傾斜的正負(fù)號(hào)規(guī)定：在傾斜斷面上，指向上山方向的為正，指向下山方向的為負(fù)。在走向斷面上，指向走向方向的為正，逆向走向方向的為負(fù)。 移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 nmmnnmmnnm lul uu????????? 式中， un、 um—分別為 m、 n 點(diǎn)的水平移動(dòng)， mm； lmn—點(diǎn) m、 n 的水平距離， m； εmn—點(diǎn) m、 n 的水平變形， mm/m。 水平變形的正負(fù)號(hào)規(guī)定：拉伸變形為正，壓縮變形為 負(fù)。 （ 2） 下沉速度 v 的計(jì)算，參考公式如下： t HHt wwv nmnmmmn ???? ?? 11 式中， wm+1—第 m+1 次測(cè)得的 n 號(hào)點(diǎn)的下沉量， mm； wm—第 m 次測(cè)得的 n 號(hào)點(diǎn)的下沉量， mm； t—兩次觀測(cè)的時(shí)間間隔天數(shù)。 Hnm+ Hnm—分別為第 m+1 次和第 m 次測(cè)得的 n 號(hào)點(diǎn)的高程， mm。 （ 3）橫向水平移動(dòng)的計(jì)算，即 0nnmn yyu ??? 式中， ynm、 yn0—表示第 m 次觀測(cè)和首次觀測(cè)時(shí) n 號(hào)點(diǎn)的支距值。橫向水平移動(dòng)是垂直于觀測(cè)線方向的水平移動(dòng)，計(jì)算時(shí)需注意正、負(fù)號(hào)。 移動(dòng)和變形計(jì)算結(jié)果的取位可參考 表 71。 表 71 移動(dòng)和變形計(jì)算的取位 名稱 下沉 w （ mm） 傾斜 i （ mm/m） 曲率 k （ mm/m2） 水平移動(dòng)u（ mm） 水平變形 ε （ mm/m） 橫向水平移動(dòng) u′（ mm） 下沉速度 v（ mm/d） 取位 1 1 1 移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 35 移動(dòng)和變形曲線圖的繪制 移動(dòng)和變形曲線圖能夠清楚地看出沿觀測(cè)線（主斷面）的地表移動(dòng)和變形的分布特征及其發(fā)展過(guò)程，所以，在每一次觀測(cè)和計(jì)算完后，要及時(shí)地繪制出觀測(cè)線的地表移動(dòng)和變形曲線圖。 繪制移動(dòng)和變形曲線圖時(shí)，豎直比例尺要使繪制 的曲線能清楚地反映出移動(dòng)和變形的分布規(guī)律，并便于分析比較；水平比例尺應(yīng)為 1∶1000 或 1∶ 20xx，并與觀測(cè)站平面圖一致。曲線圖和觀測(cè)線斷面圖應(yīng)繪在一起，以表明各種地質(zhì)采礦條件對(duì)移動(dòng)和變形分布形態(tài)的影響。斷面圖的豎直和水平比例尺與井上下對(duì)照?qǐng)D的相同。在斷面圖上應(yīng)標(biāo)出地面，測(cè)點(diǎn)及其編號(hào)，松散層厚度，巖層柱狀，采區(qū)位置，開(kāi)采厚度，各次觀測(cè)時(shí)的工作面位置及采區(qū)周圍的開(kāi)采情況等。 在觀測(cè)站平面圖上應(yīng)表示出：測(cè)點(diǎn)的實(shí)際位置，地形，地物，鉆孔，保護(hù)礦柱邊界線，每次觀測(cè)時(shí)的工作面位置， 煤層厚度（采高） ，地表裂縫，塌陷坑的 形態(tài)及出現(xiàn)日期。 觀測(cè)成果 觀測(cè)站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，一般可求得下列成果： （ 1）地表移動(dòng)盆地的范圍、形狀、大小，以及各種角值參數(shù)（邊界角、移動(dòng)角、裂縫角、最大下沉角等）； （ 2）地表移動(dòng)盆地主斷面上的移動(dòng)和變形分布及其特征，移動(dòng)和變形最大值的位置； （ 3）地表移動(dòng)過(guò)程中，地表移動(dòng)速度的變化以及與工作面的相應(yīng)關(guān)系； （ 4）概率積分法參數(shù)。 移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 36 附 圖 附圖一 觀測(cè)站布置平面圖（ 1:5000） 移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 37 主要參考文獻(xiàn) 中華人民共和國(guó)能源部編制 .《 煤礦測(cè)量規(guī)程》， 1989 國(guó)家煤炭工業(yè)局編制 .《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》， 20xx 3 、 中 華 人 民 共和 國(guó) 建 設(shè)部 編制 . 《 工 程測(cè) 量 規(guī)范 》（ GB5002620xx）， 20xx 何國(guó)清，楊倫，凌賡娣等 . 礦山開(kāi)采沉陷學(xué) [M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社， 1994 郭文兵，柴華彬 . 煤礦開(kāi)采損害與保護(hù) [M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社， 20xx 郭文兵，楊治國(guó)，詹鳴 . “三軟”煤層開(kāi)采沉陷規(guī)律及其應(yīng)用 [M]. 北京：科學(xué)出版社， 20xx