申建良

摘 要：合理地設(shè)計(jì)地表移動(dòng)觀測(cè)站，是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)礦山開(kāi)采沉陷引起地表移動(dòng)、變形的基礎(chǔ)。文章通過(guò)對(duì)葛泉礦11912工作面地表移動(dòng)觀測(cè)站分析，初步揭示了地表移動(dòng)變形觀測(cè)，地表移動(dòng)參數(shù)，為進(jìn)行同類(lèi)條件下的工作提供地表移動(dòng)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：葛泉礦；地表移動(dòng)；觀測(cè)站分析

葛泉礦東井自2004年開(kāi)始建井，至2007年投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力為30萬(wàn)t/a。為了取得葛泉礦綜放開(kāi)采條件下地表移動(dòng)和變形規(guī)律，于2011年，在葛泉礦東井一采區(qū)11912工作面上方地表，建立了地表移動(dòng)觀測(cè)站，以便為今后進(jìn)行“三下”采煤提供技術(shù)依據(jù)。

一、目的

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和資料分析，結(jié)合數(shù)值計(jì)算、理論分析，求取了厚煤層綜放開(kāi)采條件下的巖移參數(shù)和巖移角值，揭示了葛泉礦地表沉陷變形規(guī)律及特點(diǎn)，為葛泉礦開(kāi)展村莊下、水體下、鐵路下采煤以及合理留設(shè)保護(hù)煤柱提供了科學(xué)技術(shù)依據(jù)，對(duì)于挖掘礦井生產(chǎn)潛力，保證礦井的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

二、觀測(cè)站設(shè)置

11912工作面地表移動(dòng)觀測(cè)站，位于葛泉礦東井一采區(qū)11912工作面上方地表，該觀測(cè)站根據(jù)地形條件和盡量不占用或少占用農(nóng)田的原則，設(shè)置為不規(guī)則觀測(cè)站。

由于煤層傾角小，觀測(cè)站設(shè)置兩條任意方向的觀測(cè)線，根據(jù)地面條件，觀測(cè)線沿工作面上方兩條農(nóng)村道路布置。

觀測(cè)站共設(shè)置4個(gè)控制點(diǎn)，56個(gè)工作測(cè)點(diǎn)。工作測(cè)點(diǎn)均位于移動(dòng)盆地以?xún)?nèi)，按等間距布設(shè)，因該地區(qū)最大采深為170m，依據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》要求，測(cè)點(diǎn)間距取15m。

三、地表移動(dòng)變形觀測(cè)

2011年7月開(kāi)始回采，至2013年8月20日回采結(jié)束，從東向西推進(jìn)。11912觀測(cè)站于2011年4月28日進(jìn)行了第一次全面觀測(cè)，取得了原始數(shù)據(jù)，至2014年1月19日進(jìn)行最后一次觀測(cè)為止，共進(jìn)行了6次全面觀測(cè)和20次日常水準(zhǔn)觀測(cè)，取得了大量寶貴的觀測(cè)資料，為地表沉陷規(guī)律的研究打下了良好的基礎(chǔ)。

日常觀測(cè)采用水準(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)站設(shè)置和各觀測(cè)工作均按《煤礦測(cè)量規(guī)程》及觀測(cè)站設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行，各項(xiàng)觀測(cè)成果的精度基本符合規(guī)程要求，觀測(cè)資料是準(zhǔn)確可靠的。

在觀測(cè)過(guò)程中，由于地表下沉，地面形成塌陷坑積水，導(dǎo)致部分測(cè)點(diǎn)無(wú)法觀測(cè)，尤其是CD段測(cè)量數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重，給地表巖移參數(shù)的求取和巖移規(guī)律的研究帶來(lái)了一定困難。總的來(lái)看，觀測(cè)站是按照規(guī)程規(guī)定和有關(guān)精度要求施測(cè)的，由于煤層開(kāi)采厚度大，地表沉陷變形劇烈，觀測(cè)誤差對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響相對(duì)較小。觀測(cè)資料能夠反映地表移動(dòng)變形的實(shí)際情況，觀測(cè)成果是可靠的。

四、地表移動(dòng)參數(shù)

（一）地表移動(dòng)預(yù)計(jì)參數(shù)的求取方法

預(yù)計(jì)參數(shù)的求取方法已有許多種，最理想的方法應(yīng)該是能夠利用最少的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)求得較好的預(yù)計(jì)參數(shù)。為此一方面要能夠充分利用已有的實(shí)測(cè)成果資源，求得高精度的預(yù)計(jì)參數(shù)，用此參數(shù)對(duì)本礦區(qū)的開(kāi)采沉陷作出準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)；另一方面在保證參數(shù)具有較好精度的情況下，可放寬對(duì)觀測(cè)站的設(shè)站形式的要求，如適當(dāng)減少一些測(cè)點(diǎn)，以降低設(shè)站成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。常用求參方法：（1）利用特征點(diǎn)求參，（2）曲線擬合法求參，（3）空間問(wèn)題求參。

實(shí)踐表明，作為空間問(wèn)題求參是比較常用和有效的方法。本次求參，首先根據(jù)實(shí)測(cè)資料按經(jīng)驗(yàn)確定概率積分法的初始參數(shù)值，然后按初始參數(shù)值根據(jù)觀測(cè)站與開(kāi)采工作面的相對(duì)位置關(guān)系，分別預(yù)計(jì)傾斜觀測(cè)線、走向觀測(cè)線及其它測(cè)點(diǎn)的移動(dòng)變形值。然后將預(yù)計(jì)值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，比較后再調(diào)整預(yù)計(jì)參數(shù)，并以逐漸趨近的方法，最后求取概率積分法的移動(dòng)變形預(yù)計(jì)參數(shù)。

由于觀測(cè)站觀測(cè)資料的不完整性，除下沉觀測(cè)值外，其它的移動(dòng)與變形值跳動(dòng)較大，容易影響求參的準(zhǔn)確性；又考慮到水平移動(dòng)系數(shù)b，變化較小，大部分在0.3左右，所以在按逐漸趨近法求取巖移參數(shù)的過(guò)程中，主要以地表下沉曲線為主。

（二）地表移動(dòng)預(yù)計(jì)方法

在地表移動(dòng)觀測(cè)站的觀測(cè)工作結(jié)束并完成了觀測(cè)成果的整理后，應(yīng)進(jìn)一步求取該觀測(cè)站的預(yù)計(jì)參數(shù)。求取預(yù)計(jì)參數(shù)，均是相對(duì)于某一種預(yù)計(jì)方法而言。根據(jù)“三下”采煤規(guī)程推薦，預(yù)計(jì)地表移動(dòng)與變形時(shí)，我國(guó)煤礦常用的方法為概率積分法。

從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，可以把整個(gè)開(kāi)采區(qū)域分解為無(wú)限個(gè)微小單元的開(kāi)采，整個(gè)開(kāi)采對(duì)巖層及地表的影響等于各單元開(kāi)采對(duì)巖層及地表影響之和。按隨機(jī)介質(zhì)理論，單元開(kāi)采引起的地表單元下沉盆地呈正態(tài)分布，且與概率密度的分布一致。因此，整個(gè)開(kāi)采引起的下沉剖面方程可以表示為概率密度函數(shù)的積分公式。

基本數(shù)學(xué)模型是建立在一種理想化的基礎(chǔ)上的，把巖層看作無(wú)窮多個(gè)孤立的較小單元，下方部分單元取走后，上方單元落下來(lái)填充，依據(jù)它們與該空位的相對(duì)位置關(guān)系，都具有一定填充概率，在空位上方的水平方向上，會(huì)出現(xiàn)趨近正態(tài)分布概率密度曲線。根據(jù)該理論模型的假設(shè)和采礦實(shí)際，可列出如下表示地表單元下沉盆地的表達(dá)式：

通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得出任意形狀工作面開(kāi)采時(shí)地表任意點(diǎn)的移動(dòng)與變形計(jì)算公式。

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