摘要：通過對(duì)地表的巖層移動(dòng)觀測(cè)，經(jīng)計(jì)算后確定各種參數(shù)，為以后河流水體下安全開采提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：布設(shè) 走向 傾向 觀測(cè)站 巖移參數(shù)

山東豐源遠(yuǎn)航煤業(yè)趙坡煤礦采區(qū)上方有小黑河穿流經(jīng)過，針對(duì)小黑河下開采的特殊性，在小黑河開采影響區(qū)域建立了地表移動(dòng)變形觀測(cè)站，通過采用先進(jìn)的野外觀測(cè)技術(shù)，取得了高精度的地表移動(dòng)變形資料。主要過程及計(jì)算結(jié)果如下：

1 地表移動(dòng)觀測(cè)站的布設(shè)

地表移動(dòng)觀測(cè)站地處12312、12313工作面正上方。該區(qū)域地表上有小黑河，地面標(biāo)高在43.5m左右。沿小黑河南北河堤各布設(shè)一條觀測(cè)線，在工作面中間沿煤層傾向方向布設(shè)一條觀測(cè)線。

1.1 走向觀測(cè)線：此次沿小黑河南北河堤各布設(shè)一條觀測(cè)線，每條走向觀測(cè)線全長(zhǎng)1400m。

1.2 傾向觀測(cè)線：在工作面中部，基本垂直于小黑河南北河堤的位置上布設(shè)一條觀測(cè)線，傾向觀測(cè)線全長(zhǎng)1100m。

1.3 觀測(cè)線長(zhǎng)度的計(jì)算。算走向觀測(cè)線長(zhǎng)度：由開切眼向工作面推進(jìn)方向，以角值（？啄-？駐？啄）劃線與基巖和松散層交接面相交，再?gòu)慕稽c(diǎn)以？椎角劃線與地表相交于E點(diǎn)。E點(diǎn)便是不受鄰區(qū)開采影響的點(diǎn)。在工作面停采線處，向工作面外側(cè)用（？啄-？駐？啄）角劃線與基巖和松散層的交接面相交于一點(diǎn)，再?gòu)拇私稽c(diǎn)用？椎角劃線與地表相交于F點(diǎn)。沿EF走向設(shè)定垂直于傾斜觀測(cè)線的觀測(cè)線。稍稍超過交點(diǎn)一段距離得點(diǎn)G，進(jìn)而將FG確定為走向觀測(cè)線的工作長(zhǎng)度（參見圖1）。

計(jì)算傾斜觀測(cè)線長(zhǎng)度：在移動(dòng)盆地傾斜主斷面上設(shè)定傾斜觀測(cè)線長(zhǎng)度。先從采區(qū)上、下邊界分別以（？酌-？駐？酌）和（？茁-？駐？茁）劃線與基巖和松散層交接面相交，再?gòu)慕稽c(diǎn)以？椎角劃線交于地表A、B點(diǎn)，AB就是傾斜觀測(cè)線的工作長(zhǎng)度（參見圖2）。

本觀測(cè)站共設(shè)置了135個(gè)工作測(cè)點(diǎn)，8個(gè)控制點(diǎn)。測(cè)區(qū)首級(jí)平面控制網(wǎng)布設(shè)E級(jí)GPS網(wǎng)。在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)8個(gè)GPS點(diǎn)（不包括兩個(gè)高級(jí)控制點(diǎn)），網(wǎng)中聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)兩個(gè)。

2 觀測(cè)站的處理

為保證地表移動(dòng)變形觀測(cè)站測(cè)點(diǎn)能夠與地表土層的移動(dòng)同步，12312、12313工作面地表移動(dòng)變形觀測(cè)站測(cè)點(diǎn)均采用混凝土預(yù)澆灌。

3 觀測(cè)、計(jì)算及處理結(jié)果

第一，在回采工作面推進(jìn)一定距離（相當(dāng)于0.2～0.5H0）

后，在時(shí)間間隔較短的情況下進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量?jī)纱?，以快速鎖定測(cè)點(diǎn)沉陷趨勢(shì)，進(jìn)而知曉地表移動(dòng)的時(shí)間。第二，開采時(shí)，根據(jù)地表下沉的速度進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，采用每隔0.5～3個(gè)月觀測(cè)一次。

12312、12313工作面觀測(cè)站布設(shè)完成后于2010年6月8日至11月5日進(jìn)行了首期觀測(cè)，期間共進(jìn)行了25次水準(zhǔn)測(cè)量和兩次全面觀測(cè)。

采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算可分析研究12312、12313工作面開采后遺留在地表的移動(dòng)盆地的情況（如盆地的規(guī)模、形狀或各類角值參數(shù)）；地表移動(dòng)盆地某斷面上的移動(dòng)和變形分布規(guī)律，移動(dòng)、變形最大值的位置；開采時(shí)工作面移動(dòng)、變形趨勢(shì)和相應(yīng)的參數(shù)變化情況；地表移動(dòng)過程中，地表移動(dòng)速度變化趨勢(shì)及其與相應(yīng)開采面之間的關(guān)系；地表移動(dòng)各階段的持續(xù)時(shí)間和總的時(shí)間跨度；回采開始到地表發(fā)生沉陷時(shí)的時(shí)間等。

首次觀測(cè)于2010年7月10日觀測(cè)到地表有沉陷情況。地表沉陷失去隨回采面的持續(xù)推進(jìn)而逐漸顯現(xiàn)，最終形成下沉盆地。據(jù)去年10月20日的沉陷觀測(cè)得知，地表最大下沉值為0.847m。

2010年7月初南北走向線上的Z30點(diǎn)開始出現(xiàn)下沉，根據(jù)2010年12月6日及2011年4月3日的觀測(cè)結(jié)果分析，近4個(gè)月時(shí)間地表點(diǎn)Z30的下沉量不足1mm，說明各點(diǎn)均趨于穩(wěn)定，由此可以斷定，該地質(zhì)條件下，由于地下煤層開采造成的地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間（及由地表點(diǎn)開始下沉到停止）約10個(gè)月，下沉量為11mm。

綜觀整個(gè)沉降過程，未有突變現(xiàn)象。地表產(chǎn)生塌陷坑，塌陷區(qū)內(nèi)的地面出現(xiàn)積水。整個(gè)下沉盆地形似鍋形。因回采范圍受限，地表沒有出現(xiàn)平底現(xiàn)象。這說明煤體開采的采動(dòng)作用不充分。

為準(zhǔn)確獲得概率積分模型的各項(xiàng)參數(shù)，采用了位移反演理論，通過對(duì)實(shí)測(cè)曲線的擬合，獲得了該地質(zhì)采礦技術(shù)條件下適用于概率積分法進(jìn)行開采引起的地面沉降變形計(jì)算的參數(shù)為：

開采影響傳播系數(shù)K=0.6，采動(dòng)下沉系數(shù)q=0.66，水平移動(dòng)系數(shù)b=0.23，下山方向主要影響角正切值tan？茁上=2.1，上山方向主要影響角正切值tan？茁下=2.1。

結(jié)合上述參數(shù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)12312、12313采掘面地表觀測(cè)站每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的移動(dòng)變形情況，將預(yù)測(cè)結(jié)果比照則實(shí)地觀測(cè)信息進(jìn)行深入分析。2012年11月的地表觀測(cè)點(diǎn)沉陷觀測(cè)數(shù)據(jù)與其預(yù)計(jì)結(jié)果相同，曲線擬合精度較高，這表明計(jì)算的參數(shù)與實(shí)際情況相一致。

該地質(zhì)采礦技術(shù)條件下充分采動(dòng)時(shí)的走向邊界角為58°57′，傾向上山邊界角為60°26′，傾向下山邊界角為56°39′。走向綜合移動(dòng)角為83°43′，傾向上山綜合移動(dòng)角為86°45′，傾向下山綜合移動(dòng)角為80°39′。對(duì)其它如裂縫角、最大下沉角、充分采動(dòng)角等角值參數(shù)，因受未達(dá)到充分采動(dòng)這一條件限制，無(wú)法從本次觀測(cè)資料的整理分析中獲得。

①啟動(dòng)距的計(jì)算。根據(jù)2010年7月初的觀測(cè)結(jié)果可知，Z30點(diǎn)呈現(xiàn)11mm的下沉。由此得出起動(dòng)距為40m左右，為采深的0.15倍。啟動(dòng)距以距離與采深比表示為0.15H。

②超前影響距和超前影響角的計(jì)算。通過分析12312采掘面向前推進(jìn)時(shí)地表移動(dòng)變形觀測(cè)信息，在2010年8月初Z26下沉為3mm，Z27點(diǎn)下沉18mm。由此計(jì)算超前影響距為130m左右。

根據(jù)超前影響距和超前影響角的關(guān)系，可得超前影響角ω：

式中l(wèi)——超前影響距；

H0——平均開采深度。

③最大下沉速度滯后距及最大下沉速度滯后角的計(jì)算。由于12312、12313工作面受開采范圍的限制，沒有達(dá)到充分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)，故最大下沉速度滯后角無(wú)法從觀測(cè)數(shù)據(jù)中求取。但是可以用非充分采動(dòng)時(shí)，最大沉陷速度滯后距和最大下沉速度滯后角用具有最大下沉速度的點(diǎn)與回采工作面的距離和角度來(lái)替代。分析計(jì)算監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得知，12312、12313工作面開采后，于2010年12月28日的觀測(cè)值與上期的觀測(cè)值計(jì)算發(fā)現(xiàn)，Z27號(hào)測(cè)點(diǎn)具有最大下沉速度，最大下沉速度為15mm/d，此時(shí)，12312、12313作業(yè)面的推進(jìn)位置比觀測(cè)點(diǎn)的水平距離超前35米，也就是說最大沉陷速度滯后距是35m，這個(gè)距離是平均開采深度的0.14倍，最大下沉速度滯后角為81°59′。

4 結(jié)論

①獲得地下開采引起的地表移動(dòng)變形靜態(tài)盆地的巖移參數(shù)，適用于該地質(zhì)采礦技術(shù)環(huán)境下充分采動(dòng)時(shí)的概率積分法的參數(shù)計(jì)算情況是：開采影響傳播系數(shù)K=0.6，采動(dòng)下沉系數(shù)q=0.66，水平移動(dòng)系數(shù)b=0.23，下山方向主要影響角正切值tan？茁上=2.1，上山方向主要影響角正切值tan？茁下=2.1。

該地質(zhì)采礦技術(shù)環(huán)境下充分采動(dòng)時(shí)的走向邊界角達(dá)到58°57′，傾向上、下山的邊界角分別是60°26′、56°39′。走向綜合移動(dòng)角為83°43′，傾向上山綜合移動(dòng)角為86°45′，傾向下山綜合移動(dòng)角為80°39′。

②通過對(duì)開采沉陷觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析與處理，可以獲得起動(dòng)距為40m左右，為采深的0.15倍。啟動(dòng)距以距離與采深比表示為0.15H。超前影響距為130m左右?；夭晒ぷ髅嬉鸬牡乇頊y(cè)點(diǎn)的最大下沉速度為15mm/d，最大下沉速度滯后距是35m，是平均開采深度的0.14倍，最大下沉速度滯后角是81°59′。

③12312、12313工作面開采影響，地表移動(dòng)變形歷時(shí)10個(gè)月，未有突變現(xiàn)象，地表未產(chǎn)生塌陷坑，也未觀測(cè)到裂縫。

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