铜川矿区地表移动与变形规律分析

1、论文题目：铜川矿区地表移动与变形规律分析专 业：测绘工程本 科 生：王 飞 （签名） 指导教师：汤伏全 （签名） Subject ：Tongchuan surface movement and deformation analysisSpecialty ：Geodetic engineeringName ：Wang Fei （Signature） Instructor：Tang Fuquan （Signatrue） ABSTRACT Through comparative analysis, Similar results can be used as a reference geologic

2、al mining conditions of the mining area.Key words: Tongchuan mine, Mobile surface observation stations, Data processing, Movement and deformation curve, 目 录1 绪 论12 地表移动观测及其数据处理方法22.1 地表移动观测方法22.1.1 地表移动观测概述22.1.2 连接测量22.1.3 全面观测22.1.4 日常观测工作42.2 观测成果整理52.2.1 观测成果计算52.2.2 观测成果绘图72.3 地表移动规律分析73 矿区地表移动

3、相似材料模拟实验103.1 实验目的与任务103.2 模拟实验对象（508观测站）概况103.3 模拟地层厚度及配比113.4 试验模型采用的相似条件113.5 实验步骤123.5.1 建模前的准备123.5.2 模型的制作133.5.3 测点安置143.6 数据获取及成果测定163.6.1 数据获取163.6.2 位移测定163.7 实验结论194 508观测站地表移动观测成果分析214.1 508观测站概况214.1.1 观测站的位置及地形区域上覆岩层厚度及比例214.1.2 508工作面采矿技术条件214.1.3 地表观测站设置连测方案214.2.观测站地表下沉及水平移动分析224.2.

4、1 倾向线下沉及水平移动分析224.2.2 走向线下沉水平移动研究284.3 倾向线和走向线一般参数及角量的确定324.3.1 地表移动变形最大值324.3.2 地表移动稳定后角量参数334.3.3 508地表移动变形的特征365 结 论38致 谢39参考文献401 绪 论进入21世纪，能源与环保已成为人类要解决的重大问题。采矿业引起的开采损害问题，包括开采对地下、地表建筑物的损害；对矿产资源、水资源、土地资源的损害；开采引起山体滑坡、地质灾害、大气污染及其对矿区生态环境的损害等问题。这些都是采矿工业发展中必须解决的问题，解决的原则是：在最大限度开发利用矿产资源，提高矿井综合效益的同时，采用合

5、理的开采技术控制开采引起的损害程度，并进行矿区环境的综合治理与生态重建，实现矿业来发的可持续发展。“3S”（GPS,RS,GIS）技术在开采沉陷中已广泛应用。GPS技术提供了用一种仪器在同一时刻直接测出点的空间移动轨迹的可能性。在具体定位是一般通过建立模拟地表移动观测站来实现定位。RS技术尤其是D-INSAR可以得到采矿活动所引起的地表沉降范围、沉降量以及对建筑物和生态环境的损害信息，目前许多学者已报道使用D-InSAR技术测量因地下开采而引起的地表沉降的精度可达厘米级或更高。GIS技术在研究开采沉陷一般规律、数据处理方法、预计和模拟方法、沉陷的防治及开采沉陷对环境的影响及治理等中作用巨大、方

6、法简单。铜川矿区是陕西重要的煤炭生产基地，也是资源枯竭性老工业基地，建筑物下压煤开采量很大，开采沉陷及其衍生灾害非常严重。为了研究矿区开采沉陷基本规律，多年来布设了大量的地表移动观测站，其中东坡矿508观测站就是为了掌握较大采厚、较大推进度条件下的地表移动变形规律而设置的。本次毕业设计通过对508观测站地表沉陷观测资料进行总结，并制作相似材料模型进行模拟研究，经过对比分析，将较为全面地了解该地质采矿条件下，地表沉陷变形的基本规律及其特殊性，其成果可作为类似地质采矿条件矿区参考。2 地表移动观测及其数据处理方法2.1 地表移动观测方法2.1.1 地表移动观测概述 地表移动观测的主要内容是：在采动

7、过程中，定期地、重复地测定观测线上各测点在不同时期的空间位置变化。观测工作分为：观测站的连接测量，全面测量，单独进行的水准测量，地表破坏的测定和编录。 连接测量在观测点埋设好10d15d点位固结后，且测站地区未被采动之前，应完接测量工作。连接测量是通过矿区控制网来确定测站控制点的平面位置和高程，然后根据它确定其余控制点和测点的平面位置及开采工作面与测站之间的相互关系。连接测量的目的就是把矿区控制网与测站联系起来，以确定井上下的对应关系。连接测量需独立进行两次。连接测量按定向基点的测定精度（点位误差小于7cm）要求进行。观测站工作测点的平面位置，从已知坐标的控制点（或观测线交点）按5导线测量精度

8、要求确定。所谓高程连测就是在矿区水准基点至观测站附近的水准点之间进行水准侧量，再有水准点测定观测站控制点（或观测站交点）的高程。如矿区水准基点距观测站较近时，也可由水准基点直接和观测点连侧，高程连测以不低于三等水准测量的精度要求进行。 全面观测为了准确的确定工作测点在地表移动开始前的的空间位置，在连侧后、地表移动开始之前，应独立进行两次全面观测，两次观测的时间间隔不超过5d。全面观测的内容包括测定各测点的平面位置和高程，各测点间的距离，各测点偏离观测线方向的距离（称支距）等工作。在测站地区未受采动之前，独立进行两次全面观测，两次观测同一高程差不大于10mm、支距差不大于30mm，同一边的长度差

9、不大于4mm时，取平均值作为观测站的原始（初始）观测数据。同时，按实测数据将各测点展绘到观测站设计平面图上，此图对以后的分析有实际意义。为了确定移动稳定后地表各点的空间位置，需到地表稳定后进行最后一次全面测量（称末次观测），地表移动稳定的标志是：连续6个月观测地表各点的累积下沉值均小于30mm。采动影响前及移动稳定后的初次全面观测和末次全面观测，按要求进行。(1)高程测量：确定观测站控制点未遭碰动，其高程值没有变化的情况下，可直接从观测站控制点开始进行水准测量。如果观测站两端都没有设控制点，则附和到两端控制点上。若只在观测线一端有控制点，则需进行往返水准测量。施测按三等水准测量的精度要求进行。

10、经平差后求得各测点的高程 。 当观测站地区地形起伏较大（两点之间的倾角大于20）时，可用三角高程测量。应不低于级经纬仪以两个测回测竖直角。往返测量高差的允许互差h计算式为 h=8+0.1lmm （2.1）式中两点间的水平距离单位为m。三角高程测量沿观测线分段进行，观测线长度用钢卷尺丈量。每段长（相当于转点间的长度）不超过钢卷尺长度，每段的高差往返测两次，中间点的高差由前后转点各测一次。(2)距离测量：测点间的距离须用经过比长 的钢卷尺丈量。在地面平坦时，沿地面丈量，否则悬空丈量。两点间的距离应往返丈量两次，每次丈量以迟端不同你的起点读数三次，三次计算的长度互差应小于2 mm，然后取平均值为其边

11、长。相邻两点间加入各项改正后水平边长的往返限差:边长小于15时为2mm；边长大于15时，为3 mm，一般掌握在不超过中边长的1：10 000.量距时须施以钢尺时的拉力，并测记钢尺温度至±1.有条件时，测温度最好用半导体触点温度计，直接测量钢尺的表面温度。(3)支距测量：各测点偏离观测线方向的距离称为支距。支距测量可用经纬仪配合支距尺来进行。支距尺是由一根带有“mm”刻划的直尺、长水准管和照准设备组成。在直尺上有一滑标，可沿直尺滑动。观测时，支距尺可直接放在测点上，以尺子的零刻划对准测点中心标志;支距尺也可放在三脚架上，三脚架基座下挂垂球，用垂球对中测点的中心标志。要求支距尺水平并和观

12、测线垂直，将滑标移动到观测方向上，在直尺上读数如图2.1所示。 图2.1支距测量方法支距测量时，经纬仪到测点的距离一般不应超过150，否则须在观测方向上用两个测回标定临时测站，再由临时测站进行支距测量。首次全面观测和末次全面观测时，对于同一点的支距值都应独立进行两个测量，两次测量结果之差不大于30mm时，便可取其平均值作为该点的原始支距值和最终支距值。2.1.4 日常观测工作 所谓日常观测工作，指的是首次和末次全面观测之间适当增加的水准测量工作，当开采工作面推进宽度达到采深的0.2倍0.5倍后，在预计可能首先发生移动的地区选择几个工作测点，每隔几天进行一次水准测量，监控地表是否开始移动。在地表

13、移动过程中，要进行日常观测工作，即重复进行水准测量。重复水准测量的时间间隔视地表的下沉速度而定，一般是每隔1个月至3个月观测一次。在移动活跃阶段还应在下沉较大的区段，增加水准观测次数。采动过程中的水准测量应按4等水准测量的精度要求进行。 在采动过程中，不仅要及时地记录和描述地表出现的裂缝、塌陷的形态和时间，还要记载是在每次观测时的相应工作面的位置、实际采出厚度、工作面推进速度、顶板陷落情况、矿层产状、地质构造、水文条件等有关情况。 观测站的各项观测可参考表2.1的程序进行。每次观测应尽量在较短的时间内完成，特别是在移动活跃阶段，水准测量必须在一天内完成，并力争做到高程测量和平面测量同时进行。

14、自20世纪90年代初以来，现代化开采沉陷观测新理论、技术、设备的迅速发展，为快速、全面、精确监测、监控开采沉陷损害情况提供了条件，如“3S”系统的引入、“全站仪”的应用等。表2.1 观测站观测程序观测时间观测内容观测时间观测内容设站后10d15d采动影响前地表移动初始阶段与矿区控制网连测全面观测、预测水准测量地表移动活跃期地表移动衰退期地表移动基本稳定后全面观测、加密水准测量水准测量全面观测2.2 观测成果整理 观测成果计算为了确保观测成果的正确性，在进行内业整理之前，应对野外观测成果再次检查，然后进行各种改正数的计算和平差计算。观测数据的内业整理计算：内业成果的整理计算主要是计算个测点的高程

15、、相邻两侧点的水平距离和各测点偏离观测线方向的支距，然后计算各测点的移动变形值及下沉速度等。在进行移动和变形计算之前，应对观测数据加入各种改正。例如，对水准测量数据进行平差，计算各测点高程；对钢尺丈量的边长加入比长、温度、倾斜、支距、垂曲等项改正，计算各测点在观测线方向上的水平距离；计算各测点到观测线控制点的水平距离。关于支距改正，其目的是将相邻测点间的距离改化成观测线方向上的距离。图2.1中1、2、3为观测线上相邻的三个点，点间的距离分别为，三点支距为。设点间在观测线方向上的距离为，支距改正按下式计算 （2.2）式中 r-相邻两点的支距差，mm。支距差为，。其中支距应考虑正负号。移动和变形计

16、算：移动和变形计算主要包括：各测点的下沉和水平移动;相邻两测点的下沉和水平移动;相邻两测点的曲率变形；观测点的下沉速度等。移动变形计算主要包括以下内容： m次观测时n点的下沉为，mm （2.3）式中为n点的下沉值；分别为首次和m次观测时n点的高程，mm。 相邻两点间的倾斜为 （mm/m） （2.4）式中为n号点至n+1号点间的水平距离,m;、分别表示n+1号点和n号点的下沉量，mm。n号点附近的曲率为（2.5）n+1号点至n号点和n号点至n-1号点的倾斜，mm/m;n+1号点至n号点和n号点至n-1号点的水平距离，m。n号点的水平移动为式中m次观测和首次观测n号点至观测线控制点间的水平距离，m

17、m。n号点至n+1号点间的水平变形为 （2.6）在首次和m次观测时n+1号点至n号点的水平距离，m。各观测数据小数点后取位如表2.2表2.2 地表观测数据取位名称/mmu/mmI/(mm·)/ (mm·)K/(·)v/mmV/(mm·)取位110.10.10.0110.1 观测成果绘图根据每次观测的计算结果绘制曲线图，这种曲线图能够清楚地描述观测线（主段面）的移动和变形的分布特征及其发展过程。绘制移动和变形曲线时，以水平轴代表沿观测线方向，垂直轴代表各移动和变形指标，这种剖面曲线图的绘制可借助计算机绘图软件完成，如GRAPHER V4.4 FOR WIN

18、DOWS软件，该软件能够以多种插入方法将连接个点的折线光滑为曲线。在剖面曲线图中还应表达出矿层产状的有关参数及地表地形等情况。观测站的实测资料经处理后，可求的下列结果：（1）地表移动盘低的范围、形状、大小以及各种角值参数（便捷角、移动角、裂缝角、最大下沉角、充分采动角）；（2）地表移动盆地主断面上的移动和变形分布及其特征，移动和变形极值位置;（3）工作面推进过程中移动和变形的发展过程极其相应的主要参数。（4）地表移动过程中，地表移动速度的变化以及与工作面的相应关系；（5）地表移动各阶段（初始阶段、活跃阶段、衰退阶段）的持续时间以及地表移动持续的总时间；（6）工作面开始回采到地表开始下沉的时间等

19、。地表移动和变形的主要参数是根据最后一次全面观测结果确定的。但是，要取得一个矿区有代表性的地表移动规律，得出移动变形参数及合适的预计方法，一般应建立在多个观测站观测资料的基础上，并经详细的分析，得出结果才是比较可靠的。2.3 地表移动规律分析水平矿层充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律下沉曲线表示移动盆地内地表下沉分布规律，它的形状与采空区对称，设沿主断面方向为x轴，则下沉曲线可以表示，具有以下特征：（1）最大下沉值位于采空区中央之上方，自盆地中心至盆地边缘下沉值逐渐减小，在盆地边界处下沉值趋于零；（2）拐点（指下沉值为最大下沉值1/2的点）一般位于采空区边界之上并略偏向采空区一侧。倾斜曲

20、线表示地表移动盆地内情斜的变化规律，移动盆地拐点位置的倾斜值最大，并以改点向两侧对称分布。倾斜为下沉的一阶导数 I（x）= （2.7）水平矿层地表移动和变形分布规律分非充分采动、充分采动和超充分采动。水平矿层非充分开采表示水平矿层非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律。与充分采动移动盆地相比较，有下列不同：(1)最大下沉值。(2)在盆地中心出现三个曲率极值（两正一负）及三个水平变形极值（两个水平拉伸值，一个水平压缩值），且在盆地中心最大下沉点位置两者都不为零。水平矿层超充分采动时的地表移动和变形分布规律：半无限开采为半无限开采时地表移动和变形分布规律，是超充分才采动的典型情况。在这种条件下

21、，地表移动盆地为超充分采动时的半盆地形态。在盆地的平底部分各点的下沉量均达到了最大下沉值，而水平变形值、曲率值、水平移动值。倾斜值均为零。盆地边缘的移动和变形分布与充分采动盆地相似。3 矿区地表移动相似材料模拟实验3.1 实验目的与任务目的与任务：通过铜川东坡煤矿508观测站的相似材料模拟试验，确定在厚松散煤层层浅埋开采条件下，基岩与地表移动变形的规律：（1）小采深条件下煤层开采引起上覆岩层移动破坏的形式、范围、规律（冒落带、裂隙带两带的高度、范围）；（2）研究基岩和表土层移动破坏形式，确定控制地表移动破坏的工作面临界长度及其计算参数；（3）确定在小采深条件下充分采动的地表移动变形角值（边界角

22、、移动角、裂缝角）及其有关参数。通过上述研究为大采深条件下的建筑物安全开采提供依据，为研究厚松散层矿区开采引起地表移动变形破坏规律提供依据。3.2 模拟实验对象（508观测站）概况 508观测站位于东坡矿东南约2km，在桥梁村附近，有可行车的便道通达。该处地貌梁峁高耸，沟谷深切，地表平均坡度15°，最大坡度30°以上，比高达90m，有树林及农作物，观测条件较困难，站内无建筑物之类的无障碍。508工作面在东三下山采区内，区内地质年代属渭北石炭二迭纪，共含煤四层，其中可采煤层为5-2煤，厚度2.32.5m，平均厚度为2.4 m，煤层平均倾角8°，煤层赋存稳定，结构简单

23、，含夹矸12层，煤层顶板有0.30.5厚的炭质页岩伪顶，其上为泥岩、砂质泥岩夹两层煤线，以及5-1#煤，老顶为中粗粒砂岩k4。煤层上覆岩层平均厚度76.7m，上部为弱含水层，冲击岩平均厚度103m，。本区域内构造较为复杂，层间滑动发育，对煤层及层板有一定破坏作用，区内区内水文条件简单。508工作面采空区，已破坏了地层固有结构，但考虑回采结束已5年以上，地表沉陷已停止，对508观测站无较大影响。3.3 模拟地层厚度及配比表3.1 工作面上覆岩层厚度及比例岩层名称地质年代厚度硬度系数厚度比例黄土夹碎石块第四系103.01.056.59砂岩及页岩、砂岩互层二迭系下统下石盒子组18.56.010.16

24、页岩砂岩粉砂岩细砂岩石英砂岩二迭系下统山西组53.28.029.23泥岩与煤互层石炭系上统太原组2.573.01.415-1#煤1.81.51.44砂质泥岩1.553.00.855-2#煤2.41.51.32合计179.7加权平均值3.633.4 试验模型采用的相似条件模拟试验对相似材料的基本要求是：材料的某些力学性质与岩石相似，即模拟破坏过程时，应使相似材料的单向抗压强度与抗拉强度相似于原型材料； 试验过程中材料的力学性能稳定，不易受外界条件的影响； 改变材料配比，可调整材料的某些性质以适应相似件的需要； 制作方便，凝聚时间短； 成本低，来源丰富。本次试验所采用的主要材料如下：主料： 砂，黄

25、土；辅料： 大白粉、熟石膏、云母、水，其中煤层的配比时要加入粉煤灰。由于模型材料的主料是砂，辅料占比重较少，不影响模型材料的比重，所以，除煤层外，其它各层的比重均按1600kg/m3计算。模拟材料要按照一定的含量比例进行混合，具体的混合含量比例如表3.2所示：表3.2 相似材料配比岩层名称配比总重/kg黄土煤粉/kg河沙/kg大白粉/kg石膏/kg水/升模拟厚度/cm黄土8：02350.2140.1210.18.649.3砂质 页岩，石英砂岩互层7374236.73.681.573.66.0粉砂岩83766.659.295.172.225.99.8粉砂岩83754.448.44.21.814.

26、88.0泥岩82812.711.261.10.2811.11.92-2煤26：15：5：19.065.012.90.970.20.91.2细砂岩74629.92.521.682.95.03.5 实验步骤 建模前的准备（1）所需配料的准备：建模所需的配料为：煤粉（干燥、粉末状）、河砂（干燥、细沙）、石膏（干燥GB9776-88）、大白粉（干燥、细度为5000目）。如图3.1所示： 图3.1(a)黄土 图3.1（b）煤粉 图3.1(c)大白粉 图3.1（d） 石膏 图3.1（e） 沙 图3.1（f） 云母片图3.1建模所需配料（2）模具的准备：首先把原来的模型拆除，在拆除的时候要注意一层一层的慢慢

27、的往下拆。接着把模具用钢铁刷子清洁干净，然后用湿抹布擦洗一遍，等模具晾干了以后再抹上润滑油（防止材料粘到模具上造成实验的失败）最后把模具固定到模架上面。 模型的制作（1）按照材料配比单进行干料配比。（2）干料配好后，先将干料搅拌均匀，然后按比例加水.如果干料需水量大于或小于比例水量，则加水到干湿度合适为宜。（3）原料搅拌好以后就开始进行模型的制作，首先将材料放入模子（每2CM厚为一小层），然后将其整平，最后派专人用重锤轻压（要保持用力的均匀，使得材料的厚度一致），压实后撒上云母粉。在不同的岩层之间云母粉量要多一点。（4）从第三层开始，岩层压实后用钢锯片每隔10厘米划一下（划痕约为2CM），让划

28、痕充当岩层的断层。（5）按照上面的工序逐层往上加料，直到模型建造结束为止。 测点安置（1）拆除挡板在模型的最后一层压实后，等待两天时间，拆除模型两边的“槽型”挡板，增加模型通风，使其尽快干燥。拆除时，应两个人操作，先松开两边的螺丝，再把挡板轻轻从一边推向另一边，以避免损坏尚未干燥的模型。（2）对上层进行加工处理，形状如图3.2上层处理后的模型（3）设置玻璃横梁为了能更加清晰的观察实验过程，该实验采用玻璃横梁。该横梁的尺寸为：2.4m×120mm×10mm，既能保证良好的透光效果，又不会弯曲、变形，从而保证了实验效果的真实、可靠。在模型的上中下各设置三块玻璃横梁。安装时，使横

29、梁距离模型表面2mm以上，以免影响实验效果。（4）控制点及测点设置相似材料模型剖面长度一般在3000 mm以上，若采用大致3 k×3 k阵列的数码相机进行全剖面摄影时，因像点量测引起的模型点位误差可达0.5mm左右，加上其他因素影响误差将更大。另一方面，由于数码相机的光学畸变差与像点相对于影像中心的径向距离有关，影像边缘的畸变差和纠正后的残余畸变差都远大于影像中心附近，而实验模型边界附近的绝对位移量一般较小，量测相对精度要求更高。因此，在目前常规数码相机分辨率（不超过1000万像素）条件下，采用模型全剖面一次摄影的量测精度难以达到模型实验要求，在模型实验中曾采用普通数码相机进行全剖面

30、摄影测量试验，其结果不理想。为了获得高精度的位移量测值，本实验在每个测点周围设置独立的控制格网，对各测点标志采用近距离的单点数码照相，获得测点在独立控制格网中的实际坐标值。测点独立控制网图3.3测点独立控制网图3.4测点设置图（5）煤层开采在模型完全干燥以后，开始采煤。从模型左端50cm处开始，向右开采，第一次开采20cm，以后每半小时开采一次，每次5cm，采至煤层160cm处结束。3.6 数据获取及成果测定 数据获取采用普通数码相机，在微距拍摄模式下，针对单个测点进行拍照。在保证图像清晰的条件下，尽可能靠近被拍摄测点，拍摄距离一般在200300mm，保证格网布满整个影像。拍照时将镜头取景框中

31、心对准测点标志，以减小影像畸变改正后的残余误差。第一次拍照是在设置好测点后进行的，第二次是每层第一次开采后进行的，以后煤开采一次，进行一次。 位移测定采用奥林巴斯FE-280型数码相机对各测点进行两次独立拍照，通过其较差值检测数码照相方法的可靠性。在开采前和各次开采稳定后均对所有测点进行照相。将数码照片调入AutoCAD成图系统中，利用该软件量取测点在独立坐标系中的坐标，根据测点的各次测定坐标之差计算下沉和水平移动量。表3.3 开采进程中水平移动量点号开采60cm水平移动量/mm开采120cm水平移动量/mm开采156cm水平移动量/mm10.1-0.120.2-0.130.15-0.1540

32、.1-0.150.70.560.3-0.6700.3-0.680.10.6-0.390.10.5-0.5100.1-0.1-0.2110.10.1-0.212-0.050.35-0.75130.10.80.1140.150.55-0.45150.20.7-0.116-0.30.2-0.5170.1-0.4-1.31800-0.6190.050.05-0.4520-0.05-0.05-0.4521-0.1-222-0.1-1.923-0.1-1.8240-1.825-0.2-1.626-0.1-1.6270.1-1.828-0.6-3.329-0.5-2.630-0.55-2.5531-0.7-

33、2.932-0.75-3.0533-0.6-2.934-0.2-2.6350.3-1.936-0.93.23704.1380-0.8390.3-0.4400.750.05图3.5开采进程中水平移动量表3.4 开采进程中垂直下沉量开采60cm沉降量/mm开采120cm沉降量/mm开采156cm沉降量/mm00.20.200-0.100.1-0.200-0.700.1-1.100.1-30.05-0.15-5.350.1-0.7-6.80.1-1.6-80.15-6.25-10.550-7.5-10.3-0.2-8.7-11.6-0.15-8.55-11.45-0.3-9.5-0.04-0.8-1

34、1.8-13.7-2-12.3-14.3-1.8-12.8-14.9-0.9-11.4-13.8-0.5-10.6-13.2-0.2-10.1-12.6000.10-0.05-0.350-0.1-0.60-0.2-10-0.05-1.350-0.3-2.10-0.35-3.450-0.8-6.50-1.55-7.950-2.4-9.10-2.95-9.950-3.25-10.450-4-10.80-4.4-12.10-4.75-12.850-11.2-13.20-11.05-13.450-10.95-13.550-10.45-12.950-0.41.83.7 实验结论本次试验是模拟508观测站

35、厚松散煤层浅埋开采条件下，基岩与地表移动变形规律的研究，研究成果如表3.3、表3.4，图3.4、图3.5所示，由图和表可看出：（1）测点120处于煤矿开采三带中的裂隙带，测点2140处于弯曲下沉带，由曲线可看出测点120水平移动、垂直下降值均比测点2140小符合开采损害学规律。（2）由图3.4、图3.5曲线可看出开采结束后（开采156cm），最大水平移动量出现在37号测点值为为13.45mm，最大垂直下沉量出现在37号测点值为4.1cm。（3）图3.4、3.5显示地表水平移动、垂直下降曲线不光滑，连续性较差。（4）由曲线的急剧变化可看出在开采影响在厚松散层中动态传播速度较快4 508观测站地表

36、移动观测成果分析4.1 508观测站概况 观测站的位置及地形区域上覆岩层厚度及比例观测站的位置及地形见章节2.3，区域上覆岩层厚度及比例见章节2.4. 508工作面采矿技术条件工作面煤层倾角212°，平均7°，黄土厚度103米，上覆岩层厚77米，工作面走向长645米，倾向长136米，采厚2.4米.采煤方法为由东向西的走向长臂后褪式开采，采煤机组落煤，循环进度0.6米，月平均循环71次，平均月进度42.6米，采用全部陷落法管理顶板，最大控顶距3.85米，最小控顶距3.25米，工作面回采率95.表4.1 508工作满面采煤方法站名煤层倾角开采厚度开采深度工作面参数推进速度采煤方

37、法回采率顶板管理方法平均厚度黄土厚度基岩厚度深厚比走向长倾斜长5082.418018010377756451361.4走向长壁95全陷2912.0455455603952286801500.8959052.018218211072943001020795 地表观测站设置连测方案观测站的设置：观测线，鉴于设站区域地形较复杂，倾向观测线点间距一般为20米，走向观测线点间距一般为20-60米之间。走向线长度340m，测点11个，控制点2个，倾向观测线长438m，测点22个，控制点3个。B转点贺家源油库井家堡GFGED转点图4.1控制连测方案如图，以矿区四等控制网点贺家源井家堡为起算方位，用边角网方式

38、求得油库点坐标，用边角网方式求的油库点坐标，用一级光电测距导线依次求得B、C、E、D、F、G各点，控制点形成闭合导线，高程采用光电测距三角高程测取。闭合导线的角度闭合差为25，坐标闭合差f=45mm，相对闭合差1/8000，高程闭合差25mm，达到规范精度要求。取平差值作为观测站的起算数据。4.2.观测站地表下沉及水平移动分析 倾向线下沉及水平移动分析根据508观测站已知数据表3.3中总下沉W，水平移动U和表3.2中地面观测点间距离。用公式： ，mm/m （4.1）式中 为n 号点至n+1号点间的水平距离，m；、分别表示n+1号点和n号点的下沉量，mm。 （4.2）n+1号点至n号点和n号点至

39、n-1号点的倾斜，mm/m;n+1号点至n号点和n号点至n-1号点的水平距离，m。 ，mm/m （4.3）在首次和m次观测时n+1号点至n号点的水平距离，m。计算出倾斜I，曲率K，水平变形，计算结果如表4.3所示表4.2 观测站点之间距离观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)151320141320131220121120观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)1110201092098208720观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(

40、m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)7620652054204320观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)3220212010200-120观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)-1-220-2-320-3-420-4-520观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)-5-640-6F40表4.3 倾向线下沉水平移动成果点号进程/m总下沉/mm下沉差/mm

41、倾斜mm/m倾斜变化曲率10-3/m水平移动mm水平变形mm/m1500100.500142010-0.4-0.01818020.11.51340120.350.0166673090.451.75126021-0.15-0.00756560.30.51180270.350.017575130.651.2510100400.750.0375100281.41.59120680.70.035130422.11.25814011030.41.5215565032.519.757160760-12.5-0.625550400204.256180116014.50.72563569034.5-6.755

42、2001850-15-0.7550039019.5-442202240-21.2-1.06420-34-1.7-532402206-9-0.45-320-214-10.7422601992-4.4-0.22-400-302-15.16.512801690-28.9-1.445-530-880-441.5030081041.652.45-560-47-2.350-1320763-6.8-0.34-560-183-9.15-2-23405800.20.009091-520-179-8.95-4-33604014.950.275-440-80-4-13-4374321-0.95-0.05278-18

43、0-99-4.956-53862220.90.03-300-81-4.05-4.5-64261411.30.044828-120-55-2.75-7.5-7442862.750.125-6300f46823以下各曲线图依次根据以上表格中倾向线沉降、倾斜、曲率、水平移动、水平变形数据根据EXCEL散点图生成的平滑曲线图。由沉降曲线可看出下沉曲线连续性较差各部分过度不自然（特别是拐点处附近）。最大下沉量在进度220米附近约为2200mm。0150米几乎无沉降量，150220米急剧下沉。220400米下沉量急剧变化,而且下沉最大点偏向下山方向。图4.3倾斜曲线图由倾斜曲线可看出0100米倾斜较小，3

44、50450米倾斜也较小100米350米倾斜较大，且在180米和270米附近倾斜达到最大倾斜范围36-37mm/m。图4.4曲率曲线图由曲率曲线可看出0100米曲率接近于0，在100380米处波动较大且正负交替出现最大值正值在300米为2.5，最大负值在270米为-1.5。图4.5水平移动曲线图 由水平移动曲线图可看出地表水平移动值在0220米为正且呈上升趋势220米300米为负且呈负值上升趋势，300470米地表水平移动值呈下降趋势，最大正值620米，最大负值580米。图4.6水平变形曲线图由水平变形曲线图可看出水平变形整体波动较大，在80米出现峰值20mm/m，水平变形基本上在8-9之成正负

45、对称分布。 走向线下沉水平移动研究根据对倾向线下沉、水平移动已有的曲线图的量测通过公式计算得出下方表格中的数据根据508观测站已知数据表4.3中总下沉，水平移动和表4.4中地面观测点间距离。用公式：（4.1，4.2，4.3）计算出倾斜I，曲率K，水平变形，计算结果如表4.5所示表4.4 观测站点之间距离观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)2141442220222320232420观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)24256025263026

46、2730272830观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)观测点点号观测点点间距(m)28296029302030C30表4.5 走向线沉降与水平移动成果表点号进程/m总下沉/mm下沉差/mm倾斜mm/m倾斜变化曲率10-3/m水平移动/mm水平变形mm/m2102490-790-210-15-2.857144142280-9.16667-0.48246-830-580-24.1667-7.083332240170034.166671.55303-1000200105.2523601900-12.75-0.60714-895-55-2.75-0.7

47、524801845-11.5625-0.23125-910-1145-14.31251025160700-0.98162-0.01753-110-520-15.29417.8571432619018013.294120.492375110-40-24.25272201400.60.017143195-70-1.4-3.0208328260700.40.00701850-50-1-0.7529320200.50.0131588-10-0.5-0.430340100.1666670.0066670-10-0.333330C37000以下各曲线图依次根据以上表格中走向线沉降、倾斜、曲率、水平移动、水

48、平变形数据根据EXCEL散点图生成的平滑曲线图。图4.7沉降量曲线图从沉降曲线图可看出最大下降量为2500mm，总体曲线较平滑，在个别处出现拐点，例如在进度30米附近下沉量出现减小趋势，地表下沉在0180米急剧下降，在180380米较平缓。图4.8倾斜曲线图由倾斜曲线图可看出2050迷倾斜变化较大，且在50米达到正的最大值10mm/m，在20米达到负的最大值-26，在80160米倾斜几乎无变化160180米变化也较大，180340米倾斜非常小且变化较小。图4.9曲率曲线图由曲率曲线图可看出总体上曲率呈上升趋势但是不平滑在80米、200米出现拐点，曲率最大值出现在进度340米处值为14(/m)。由水平移动曲线图可看出除了在080米不平缓外，其余均较平缓，水平移动负值最大为1000mm，正值最大为200mm，从170米水平移动值从正变为负，