矿非采动沉降趋势预测与安全监测研究设计

1、许疃矿非采动沉降趋势预测与安全监测设计前言一、观测目的和意义非采动影响引起的厚冲积层地表沉降，主要是指厚冲积层的含水地层失水引起的地表乃至整个冲积层连续的移动变形和非连续的破坏现象。如果对地面沉降问题没有足够的认识和最佳的预测，那么就无法采取有效的安全措施对构筑物进行保护，设备的正常运营就得不到保证。本项目有助于基地重大构筑物及设备的正常运营，从而取得更大经济效益。目前理论研究远未能满足实践的需要，鉴于深厚含水松散层具有特殊的工程、力学特性，因此十分有必要深入研究非采动沉降规律。研究成果不仅可直接指导相关工程，有助于形成、完善深土变形监测与数据处理学科，还有利于非采动沉降的研究与治理。在收集和

2、分析已有资料的前提下，许疃矿非采动沉降的现状如何？工广邻近采场开采和老空区的二次沉降是否对许疃矿工广地表及构筑物地基产生影响及影响程度如何？矿井工业及生活用水全部取自“二”、“三”含水层,四个水源井距主副井筒较近，“二”、“三”含水层水位下降与地面沉降的相关程度如何？“二”、“三”含水层水位基本稳定的情况下，非采动沉降是否稳定？如果没有稳定的话，非采动沉降动态趋势如何？矿井四含水位呈下降趋势，对地表及构筑物地基产生影响及影响程度如何？如何保证监测成果的精度？通过本项目的研究，建立非采动沉降的安全监测系统和沉降趋势预测的最优模型，确保许疃矿的安全生产。通过对监测资料的总结，可为今后类似条件下构筑

3、物安全使用积累技术资料，提高我国在该领域的技术水平。二、研究的主要内容1、研究基准点的可靠性，并对其进行稳定性评价；2、对工作点进行定期联测，采用不同的平差数学模型对其进行数据处理；3、定期测定沉降值，掌握观测点的沉降规律，预测井架基础和工广地表沉降发展趋势，为下一步的研究打好基础； 4、通过对监测数据的分析，及时发现构筑物安全隐患，为采取有效措施防止构筑物发生安全事故提供科学依据。三、研究的关键技术1、研究基准点的可靠性，并对其进行稳定性评价；2、对工作点进行定期联测，采用不同的平差数学模型对其进行数据处理；3、掌握观测点的非采动沉降规律，预测井架基础和工广地表沉降发展趋势；4、对主副井井架

4、和高层建筑的安全性作出评价。1 井架基础和工广地表非采动沉降安全监测基准点应埋设在不受采动和非采动影响的范围之外，如果基准点距观测点太远，测量不便，精度也要降低。为此，在观测点附近便于观测的地方设置工作点。平时从工作点出发测量观测点相当于工作点的沉降量。定期测量工作点相对于基准点的沉降量，经内差修正后可求得观测点相对于基准点的沉降量。变形监测网由三种点、二种等级的网组成：基准点埋设在沉降影响范围之外，尽量使它们保持长期稳定；工作点是基准点和观测点之间的联系点，它们与基准点联系构成首级控制网，首级控制网复测间隔时间较长，用来测量工作点相对于基准点的沉降量，该沉降量一般情况下较小，淮北矿业集团公司

5、许疃煤矿位于蒙城县境内，2004年11月8日正式建成投产，矿井设计能力年产原煤150万吨，改扩建后年生产能力可达300万吨，是一座巨厚松散层覆盖下的全隐伏式二迭系煤田，工广处新生界厚达330m，松散层中共有四个含水层。矿井工业及生活用水全部取自“二”、“三”含水层，四个水源井距主副井筒较近，深均为200m。地下水开采及地下采掘活动是否会对地面高层建筑物地基产生差异沉降？主井井架高54m，副井井架高38m均为落地式金属框架结构，如果井架基础产生显著差异沉降，将严重影响煤矿企业的安全生产。根据淮北矿区监测资料研究成果表明，非采动影响引起的地表沉降达两位毫米数。工作点与观测点之间要有便利的观测条件，

6、它们组成次级变形网，次级变形网复测时间间隔短，用来监测井架基础上的观测点相对于工作点的沉降量。观测点直接埋在井架基础上和井架基础一起移动，它们的点位变化反映了井架基础空间位置的变化。1）基准点、工作点和观测点的设置（1）基准点的布设在井田边界西侧500m以外，布设4个稳定性良好的永久基准点组成水准网，通过定期观测，对基准点的稳定性作出科学评价。（2）工作点的布设为了监测工广地表非采动沉降，在工广南门和北门附近埋设1个工作点。在主井和副井附近、受压受震范围外、不大于100米的范围内，各埋设1个工作点。各工作点高程由联测方式来精确测定，测定时往返观测，并定期检查工作点有无变动，如有变化，则重新确定

7、工作点的高程，并对观测点高程进行内差修正。（3）观测点的布设观测点的布设形式如下：为了基本掌握工广地表已有非采动沉降规律，应对工广地表和水源井井口观测点进行高程复测。为了监测行政办公楼的地基的差异沉降，在行政办公楼的四周拐角处各布施一个地基观测点，共计4个。为能全面反映工广地表非采动沉降的情况，在工广地表布施9个观测点，构成工广地表监测网。为了掌握地下开采是否对沉陷边缘部位的建筑物产生影响，在首级控制网线路上的小营村、刘庄、矿工医院、赵桥、张庙台等村庄地表布施12个观测点。为了能全面反映井架基础沉降的情况，分别在主、副井井架的每个底座上布置1个观测点，共计8个观测点，布置在底座的角上，如图1所

8、示。78653421主井副井图1 主、副井井架基础沉降监测点布设（4）基准点和工作点的埋设方法所有基准点、工作点和部分观测点为混凝土予制桩，包括工广工作点和观测点10个，基准网4个，其他地表观测点12个，共计26个。如图2所示。图2 基准点和工作点埋设埋点时，在选定位置挖一直径为0.5m左右，基准点坑深为0.9m以上、工作点坑深为0.7m以上的坑，坑底捣实，先铺一层0.1米厚的混凝土后放置予制桩，并用混凝土固定其周围，固定高度分别为0.5m和0.3m；基准点顶低于地面10，并用土覆盖。 在整个观测期间必须采取有效措施对基准点、工作点和观测点加以保护。（5）观测点的埋设方法井架基础观测点应埋设稳

9、固，不易遭破坏，能长期保存。点的高度、朝向等要便于立尺和观测。井架基础的观测点将直径20mm、长度200mm的钢筋头（上部锉成半球状）埋设于混凝土中作为标志，如图3所示。图3 井架基础观测点埋设（6）变形监测网的布设变形监测网由基准控制网、首级控制网和次级变形网组成，详见附图。为了对基准点的稳定性作出正确评价，由4个基准点组成基准控制网，如图4。首级控制网如图5所示，次级变形网如图6所示。 图4 基准控制网 图5 首级控制网图6 次级变形网在图4、5和6中，A、B、C、D为基准点，P1、P2为工作点， 1、2、3、4、5、6、7、8为沉降监测点。工广地表沉降监测网如图7所示。图7 工广地表沉降

10、监测网2）精度与技术要求变形测量按不同的工程要求分为四个等级。主要精度指标见表1。表1 变形测量的等级划分及精度要求变形测量等级垂直位移测量水平位移测量适用范围变形点的高程中误差（）相邻变形点高差中误差（）变形点的点位中误差（）一等±0.3±0.1±1.5变形特别敏感的高层建筑、工业建筑、高耸构筑物、重要古建筑、精密工程设施等二等±0.5±0.3±3.0变形比较敏感的高层建筑、高耸构筑物、古建筑、重要工程设施和重要建筑场地的滑坡监测等三等±1.0±0.5±6.0一般性的高层建筑、工业建筑、高耸构筑物、滑坡

11、监测等四等±2.0±1.0±12.0观测精度要求较低的建筑物、构筑物和滑坡监测等变形观测指标如下：（1）观测的闭合差不应超过±（n为测站数）；（2）前后视距30m；（3）前后视距差1.0m；（4）前后视距累积差3.0m；（5）沉降监测点相对于后视点的高差容差1.0；（6）水准仪的精度不低于S1级别。本次任务采用精密几何水准测量法监测。基准控制网和首级控制网进行二等水准测量，次级变形网进行二等水准测量。为精确地反映出井架基础的沉降情况，要求测量误差应小于变形值的1/101/20，为此选用S1级精密水准仪和受环境及温差变化影响小的高精度因瓦水准标尺。观测应在

12、成像清晰、稳定的时间内进行，具体观测精度指标参见表2和表3。表2 水准测量观测的技术要求等级视线长度（m）前后视距差(m)前后视距累积差(m)视线高度(m)基、辅分划读数差()基、辅分划所测高差之差()二501.03.0视线长度20m视线长度20m0.50.70.50.3三803.06.00.31.01.5表3 水准网的主要技术要求等级观测次数水准路线测段高差闭合差()水准路线测段往返测高差之不符值()观测点相对于后视点的高差容差()二往、返各一次±0.6±41.0三往一次±1.40±121.5注：表中“前、后视距累计差”是指从测段起点开始至该站的前、后

13、视距累积差。为测站数；L为水准路线测段的长度，以为单位。其中，二等水准测量中，检测间歇点的高差之差1.0，上下丝读数平均值与中丝读数之差3.0。3）施测方案首先，仪器、设备的操作方法与观测程序要熟练、正确。在首次观测前要对所用仪器的各项指标进行检测校正，所用仪器、设备连续使用，6个月后应重新进行检校，并定期到计量单位予以鉴定。在观测过程中，操作人员要相互配合，工作协调一致。观测过程中要遵守“五定”原则。所谓“五定”，即通常所说的沉降监测依据的水准基准点、工作点和沉降监测点，点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要稳定；观测时的环境条件要基本一定；观测路线、镜位、程序和方法要固定。以上措施可

14、保证在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测的结果与首次观测的结果具有可比性，使所观测的沉降量更真实。在具体观测中还要注意把一测段水准路线的观测站数安排为偶数。每个测段都要往、返观测，而且往测与返测要在不同的气象条件下（例如上午和下午）进行，为了正确地分析变形原因，观测时还应记录荷载变化和气象情况。4）观测时间与周期定于2010年6月上旬始测。次级变形网一个月复测一次，共计18次，要求反映出1mm的沉降量。当基础附近地面荷重突然增加，周围大量积水及暴雨后，要加密观测。首级控制网每半年进行一次复测，检查有无变动，以确保工作点的稳定。5）具体实施步骤（1）根据设计方案在设计好的位置埋设基准点、工作点和沉降监测点，待稳固后进行首次观测。首次观测的沉降监测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时每个沉降监测点首次高程应同期观测两次，确认无粗差后取其平均值。（2）基于初步设计的首级控制网，在实地选择由测站数最少的观测环路组成的水准网，选择稳定性相对较好的工作点，建立固定的观测路线，进行严