18101开采沉陷观测站设计说明书

目 录1

设立地表移动观测站的意义和任务

.........................

1

................................................

................................................ 2

进行地表移动变形观测所依据的规程规定

............

33

设站地区的地形地质条件.......................................

3

4

观测站设计时所用到开采沉陷角量参数

................

55

观测线的位置及长度、观测点及控制点数目的确定66

工作测点和控制点的构造及埋设方法

....................

9

.......................................................

............................................................ 107

观测内容及所使用的仪器，与控制网的连测方法，精度要求10

..................................... 10

.................... 11

........

118

观测成果的整理方法与分析步骤，所要获得的成果14

.................................................... 14

................................................................. 14

.................................................................... 189

研究成果

...............................................................

1810

项目总体研究进度

...............................................

1911

经费估算

.............................................................

19

《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第与现场勘测，综合分析，求取参数，总结规律，用于解决本矿区的开采沉陷问题。）生产矿井必须解决好建筑物下、铁路下和水体下（简称“三下”）形观测站进行现场观测，是进行此项工作有效的方法。另外，由于山区地表沉陷影响因素较多、沉陷规律非常复杂，其与平地开采沉陷规律差别较大。为此，西山煤电集团有限责任公司拟在马兰矿

工作面上方设立地表移动变形观测站，研究开采引起的地表移动变化和破坏规律，以及地表移动与变形对地面建筑物的影响。项目研究的目的及意义：影响和破坏的研究还不很充分，所以本项目通过地表移动的观测研究，探寻重复采动情况下，地表移动变形及其采动滑移的规律，以求意义。、综合分析观测资料，求取综采放顶煤采煤方法、重复采动时地表变形的角量参数及概率积分法预计参数。设计，有效地减少铁路、建筑物、水体下压煤量，并可以合理确定综采工作面的尺寸，提高煤炭采出率。、减少和避免由采矿引起的农工纠纷。

煤矿开采引起岩层和地表移动的过程非常复杂，是地质、水文、行观测可以获取并确定以下数据，并获取相关关系：表移动和变形的关系；、地表在移动过程中的移动和变形特点及分布规律；、地表移动和变形中的动态移动变化规律；、移动稳定后地表移动和变形的分布及其主要参数，即移动角、裂缝角、边界角、最大下沉角、下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切、超前影响角、超前影响距，滞后角及滞后距和地表最大下沉速度、拐点偏移距等。、在开采过程中，引起采动滑移的初步原因，总结相近地质条件下采动滑移的形成条件。

煤炭工业管理局制定，

年。

年。

年。《 （、

工程测量规范》

《 （

年。《、

《

年。

年。

年。

工作面走向长

，工作面倾向宽，

号煤层厚度

～，平均厚度道底板标高

，平均开采深度

。工作面四周均为

号煤层

、

采空区，

号煤层结构为（（）次采全高。

马兰井田位于吕梁山东翼，属中低山区，地形复杂，切割强烈，则岩，标高

1521.2m

；

最低处在马兰村东北屯兰河河谷中，

标高1065.5m，相对高差一般

200-300m。18101

工作面地面位于从峁山北西部，轨道巷Ⅱ段

310

米北部68

米为

548

煤田孔，切眼北东部间隔

282

米为南一补回风斜井，化坡沟从工作面中部穿过。主要出露P

X

S

S

地层，盖山厚 度

176～414

米，平均厚度

278

米。植被发育，灌木丛生，地面标高1159～1329m。

向，煤层平均倾角≤5°。工作面共有

20

18

2条断层位于工作面内，断层落差H=0.9～5.5

米，其中

F18101—6

断

4

）深灰色，富含根化石，缓波状层理发育，夹薄层黄铁矿；）深灰色，富含根化石，缓波状层理发育，夹薄层黄铁矿；

煤据邻近工作面揭露情况分析，本面陷落柱不太发育。煤层直接顶为

L泥灰岩（～石，致密坚硬，裂隙发育，裂隙内充填方解石脉。老顶为粉砂岩及中砂岩（～层理发育；上部为浅灰色中砂岩，成分以石英、长石为主，含条带状

～（）煤线；泥岩

浅灰色，松散状，含少量根化石；老底为中细砂岩（～）。

ψ、倾向上山充分采动角ψψ

δ向下山移动角

β、倾向上山移动角

γ，移动角修正值δeq

\o\ac(△,、)

βeq

\o\ac(△,、)

γ

及最大下沉角

θ

等。地表移动观测站设计时所用参数依据《西山矿区保护煤柱设计规①

当表土层与基岩厚度难以分别确定，移动角α

m时②

移动角修正值（走向

δ，倾向上山

γ，倾向

下山

β）：δ=γeq

\o\ac(△,=)

β=º③

充分采动角（走向ψ、倾向上山

ψ、倾向下山

ψ）重复采动时，覆岩性质较软，取ψ=

ºψ=ψ

α

ºψ=ψ

α

º④

最大下沉角：θ=α=

º

A

线），工作面倾向布第二条（B

间距和点数见表各观测线边界长度均按下式计算：L

/

式中

为工作面边界开采深度（m）。按上式计算，考虑本工作面呈刀把形，观测B

线距小开切眼的平面位置为

，宽切眼，观测A

线位于宽工作面中心的方向。测点间距

。观测线位置详见观测线布置图。表

实际图上设计地表移动观测线长度控制点、监测点及方位观测线

总长度

控制点数

监测点数

测点间距

测线方位走向

A

°倾向

B

°合计 根据实际计算得出地表移动观测站，A

和

B

观测线的具体坐标、编号详见设计图所示（各控制点与测点的平面坐标可在图中直接量区外，其点位可根据地形来选择，尽可能视野开阔。

工作面测点布置如图：表

控制点标定坐标：

测点标定坐标见表

、表

。表

A

线点标定坐标值

表4 B

线点标定坐标值

观测站的控制点布设为四

个

点：、、、，现场踏勘选择视野开阔，交通方便、便于保存之处。控制点标石应采用钢筋混凝土预置标桩或现场混凝土浇注标桩，差。标桩的规格应参照《煤矿测量规程》四等水准点标石要求按规格。测点标志可在现场埋设，埋点时，在标定的位置上挖一个直径～

～20mm心。在冻土地区，标志浇灌深度应在冻土线以下

左右，周围填紧土石，以防测点受冻土影响。在岩石裸露地区，测点可直接在岩石上钻孔，埋设测点，其规格与上述相同。并保证它和土层密实固结，以使测点和地表一起移动。

律，一般工作测点采用等间距。的规定，本次地表移动观测点间距采用。点。在观测站存在期间，以控制点的空间位置（

、、）作为观测站的起算数据，因此必须保证其坚固、稳定。为了保证观测资料的准点的距离及控制点间的距离大于。按设计要求，本地表移动变形观测站变形监测点数目为：

个，控制点数目为：

个。观测站测点总数为

个。

地表移动观测站建立后即要进行观测，在开采过程中不同的时间内进行不同的观测内容，主要观测时间及观测列表如表

5。表

5

地表移动观测站观测时间及观测内容

地表移动观测站建立后，要分别进行与观测矿区

GPS

控制网连

GPS

表

6。表6 地表移动观测站所使用的仪器及测量内容

在观测点埋好

天，点位固结之后，进行观测。观测工作包括下列内容：7.3.1

连接测量在采动之前，为了确定观测站与开采工作面之间的相互位置关拟合高程。于观测区域内稳定地点布设四个控制点即

G4。测量方法为ＧPS

观测方法，ＧPS

观测采用静态定位模式，基准点选用D

0704）及风机房D0711。按规程规定的

C

据不少于

60

分钟。控制点高程采用ＧPS

拟合高程。7.3.2

全面观测

5

内容，包括测定各测点的平面位置和高程等。全面测量采用ＧPS

观测方法，每次观测基准站布设于控制点上。ＧPS

观测采用静态定位模式，按规程规定的

D

级网精度标准进行施测，在每一测点上，每一时段视接收卫星信号，一般采集数据

20

分钟。高程采用ＧPS

拟合高程。独立进行的两次全面观测，两次测得的同一点高程差不大于4mm

设计平面图上。是：连续

6

个月观测地表各点的累计下沉值均小于7.3.3

日常观测工作日常观测工作，指的是在移动过程中测定监测点位置的测量工作。为判定地表是否已开始移动，在回采工作面推进一定距离(相当于

0.2～0.5

平均开采深度

)后，在预计可能首先移动的地区，选择几个工作测点，每隔几天用DS

型进行一次水准测量，按等外水准测量要求进行，如果发现测点的累计下沉量大于

10mm

时，即认为地表已经开始移动。在移动过程中，日常观测工作全部采用

GPS

观测，直接测定观测点的空间三维坐标，通过数据处理的方法，求其移动变形值。每次观测基准站布设于控制点上。ＧPS

观测采用静态定位模式，在每一

D

星信号，一般采集数据

20

分钟。高程采用ＧPS

拟合高程。重复测量的时间间隔，视地表下沉的速度而定，一般是每隔

10天至15还应在下沉较大的区段，增加观测次数，5

到

10

天观测一次。在采动过程中，不仅要及时地记录和描述地表出现的裂缝位置、宽度的变化，塌陷的形态和时间，并及时上图，还要记载每次观测时工作面开采的相应位置、实际采出厚度、工作面推进速度、顶板陷落情况、煤层产状、地质构造、水文条件等有关情况。短的时间内完成，特别是在移动活跃阶段，观测应在一天内完成。制点发生位移，应把控制点作为观测点与其他观测点一起进行监测。而另行布置控制点。

直到全部观测数据符合要求为止。的高程填入综合计算表中。⑶计算各点间沿观测线方向的水平距离。

移动和变形。移动和变形主要包括：各点的下沉和水平移动，相邻两测点间的倾斜和水平变形，相邻两段（或相邻三点）的曲率变形等。各移动和变形值按下式计算：⑴m次观测时点的下沉W

n

n

nm

mm式中 W

n

地表

n

点的下沉值；

n

、

nm

分别表示地表

n

点在首次和

m

次观测时的高程⑵相邻两点的倾斜i

n~n

=W

W

,mm/ml~式中

W

、Wn

n

分别为地表点和

号点的下沉值；l

n~n

分地表至

号点间的水平距离。⑶号附近的曲率，即

号点至

号点之间的曲率 1~

n1~n~n

=

i1~

i~l

ll~

，mm/m式中

in1~n、in~n分别表示

号点至号点和号点至

号点的倾斜；l

n1~n

、

ln~n分别表示

号点至号点和号点至

号点的水平距离。⑷号点的水平移动

Lm

nm

L

，mmn式中

地表点的水平移动；mLnm、Ln分别表示首次观测和

m

次观测时地表点至观测线控制点间的水平距离，用点间距累加求得。号点至

号点间的水平变形1~

，mm/m或

l

1~

ll

l

l1~

1~

l式中

l

、ln1~n

n

分别表示

号点至号点在首次观测时和mn1~n

次观测时的水平距离。⑹号点的下沉速度

W

nm

W

nm

，mm/d式中Wnm

、Wnm分别表示

m

次和

m

次观测时

点的下沉值；两次观测的间隔天数。号点的横向水平移动

n

mm

，mmno式中

mm、

no分别表示第m次观测和首次观测时号点的支线值。号。可参考下表

7，地表移动、变形综合成果整理表如下表8：表7 地表移动和变形计算计算数字的取位

横向水平移

表8 地表移动、变形综合成果整理

下沉

下沉

倾斜

倾斜

第一