佟玉娥

摘 要：為了獲取大強(qiáng)煤礦地表巖層移動和變形的分布規(guī)律及其主要參數(shù)，在大強(qiáng)礦首采工作面S2901工作面上方地表巖層移動范圍內(nèi)布設(shè)地表巖層移動觀測站并定期進(jìn)行觀測，結(jié)合首采S2901工作面上方地表實(shí)際情況，布設(shè)兩條觀測線：一條傾向觀測線和一條走向觀測線。其工作測點(diǎn)布設(shè)于沉陷范圍之內(nèi)，以采動前全面觀測為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行沉降觀測，根據(jù)各個時期的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算并進(jìn)行分析總結(jié)，最后確定大強(qiáng)礦地表巖層移動和變形的分布規(guī)律及其主要參數(shù)。

關(guān)鍵詞：移動；變形；觀測站；規(guī)律

1.引言

大強(qiáng)煤礦井田位于遼寧省康平縣張強(qiáng)鎮(zhèn)及內(nèi)蒙古通遼市科爾沁左翼后旗的交界處，東距康平縣25Km。范圍：東以地卜、華家、孟酒局子連線為界，西以官寶、十二家子連線為界，南以三棵樹、后辛屯、前辛屯連線為界，北以扎蘭營子、地卜連線為界。井田東西寬6.87km，南北長7.92km，面積 54.41 。勘查深度為1780m，標(biāo)高-1650m。大強(qiáng)煤礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)150萬噸。

大強(qiáng)礦S2901工作面工作面寬度240米，平均長度1150米，最大采深1240米，最小采深1040米，平均采高9.5米，走向坡度 10—15°，采煤方法：綜采放頂。

該工作面為首采，地質(zhì)情況復(fù)雜，斷層縱橫交錯，國內(nèi)尚沒有此類條件下采煤的先例。于2014年 2月開始回踩，2015年10月25日回采結(jié)束。

2.建站目的及地質(zhì)構(gòu)造

2.1建觀測站的目的

設(shè)立首采S2901工作面觀測站的目的是為了取得大強(qiáng)煤礦地下煤層開采后，采動地表的移動、變形及破壞規(guī)律，包括各種移動角、邊界角、最大下沉角、移動與變形預(yù)計(jì)等參數(shù)；在礦區(qū)總體規(guī)劃、環(huán)境評價和礦井設(shè)計(jì)時，為建筑物、水體、鐵路及主要井巷的壓煤開采論證提供評價依據(jù)；為安全合理的留設(shè)保安煤柱提供技術(shù)參數(shù)，也為安全合理開采保安煤柱提供理論依據(jù)。

2.2地質(zhì)構(gòu)造

工作面開采1煤層，為單斜構(gòu)造，煤層走向70～80°、傾向160～170°、傾角10～15°，本工作面內(nèi)有7條斷層，分別是HDF88-f3、HDF97、HDF117、HDF120、HDF121、F5、HDF119號斷層。

煤層有4-12個自然分層，夾矸3-11層，煤厚度5.25～8.32m，平均厚度為6.88m；煤層厚度4.81～11.2m，平均厚度9.35m；夾矸厚度0.05～3.99m，平均厚度1.41m，巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂巖。

初期回采1煤層，厚度4.81～7.0m，回順回采400m，運(yùn)順回采300m處時，1煤層1-1層煤合成，厚度9-11.2m，回順回采700m，運(yùn)順回采1200m處時，煤層厚度8-9m，回采至采止線煤層厚度6-7m。

1煤層頂板為泥巖，灰黑色，厚度70.0～75.0m，平均厚度73.0m，上部為粉砂巖、粗砂巖；煤層底板為泥巖，淺灰色，厚度0.45～0.55m，平均厚度0.50m，下面為細(xì)砂巖、中砂巖，灰綠色，厚度2.40～2.60m，平均厚度2.50m；老底為泥巖。

3.建站

3.1觀測線布置

結(jié)合首采S2901工作面上方地表實(shí)際情況，布設(shè)兩條觀測線：一條傾向觀測線和一條走向觀測線。 根據(jù)地表沉陷預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)（采用大平礦參數(shù)預(yù)計(jì)）來確定地表移動盆地的邊界范圍（取下沉2mm為地表移動盆地邊界）。為了減少征地，降低建站成本，兩條觀測線分別沿著大車道布置，傾向觀測線全長2452m，走向觀測線全長1812m。根據(jù)開采深度，布設(shè)工作點(diǎn)間距為50m。為了保證測點(diǎn)有效密度，在變形比較大的觀測線范圍內(nèi)增加了測點(diǎn)的密度。傾向觀測線布置54個測點(diǎn)，走向觀測線布置39個測點(diǎn)?？傆?jì)93個觀測點(diǎn)。

在觀測線長度以外設(shè)置觀測站控制點(diǎn)。傾向線4個，走向線2個，控制點(diǎn)據(jù)最外測點(diǎn)距離為70m，兩條測線共計(jì)布置6個控制點(diǎn)。在觀測站觀測期間，以控制點(diǎn)的空間位置（x，y，z）做為觀測站的起算數(shù)據(jù)。

3.2埋設(shè)測點(diǎn)

在采動過程中，需要定期觀測測點(diǎn)的空間位置，以反映地表點(diǎn)的移動情況。因此，測點(diǎn)的埋設(shè)深度應(yīng)在本地區(qū)凍土深度以下0.5m，本區(qū)歷年平均凍土深度1.3m，最大凍土深度1.5m，從而測點(diǎn)深度為2.0m，并保證它和土層密實(shí)固結(jié)，以使測點(diǎn)和地表一起移動；同時考慮冬季凍土?xí)r間長，解凍之前測點(diǎn)不隨地表下沉現(xiàn)象發(fā)生，測點(diǎn)在距地表1.5米范圍內(nèi)圍一層油氈紙，以確保測點(diǎn)正常下沉。

測點(diǎn)采用現(xiàn)場水泥灌注樁，為了有利于保存，測點(diǎn)盡量設(shè)在路邊，標(biāo)志與地面一平，以防車輛通過時損壞。

4.地表移動觀測站觀測

4.1聯(lián)接測量

在觀測點(diǎn)埋設(shè)好點(diǎn)位固結(jié)之后，為了保證與井下坐標(biāo)、高程系統(tǒng)一致，首先進(jìn)行了觀測站控制點(diǎn)與礦區(qū)控制網(wǎng)之間的聯(lián)測，確定主要控制點(diǎn)的平面位置和高程。然后再根據(jù)它來測定其余的控制點(diǎn)和工作測點(diǎn)的平面位置。

平面連接測量采用GPS快速靜態(tài)單頻觀測方法進(jìn)行，精度為E級。

高程連接測量采用Ni007自動安平水準(zhǔn)儀和線條式銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺以三等水準(zhǔn)測量的精度進(jìn)行觀測。

平面和高程起算控制點(diǎn)為礦區(qū)GPS點(diǎn)，達(dá)子營（T453）和后辛屯（T322）。

4.2首次觀測

全面觀測的平面位置采用GPS-RTK方法測量，直接測定點(diǎn)的平面坐標(biāo)。具體做法如下：

⑴ 在連接測量中構(gòu)成GPS控制網(wǎng)上的觀測站控制點(diǎn)設(shè)置基準(zhǔn)站；

⑵ 在開始測量前，RTK測量手簿中的測量參數(shù)設(shè)置為120個歷元。

⑶ 在測點(diǎn)上架設(shè)儀器對中整平，儀器高要量兩次，讀至mm，取中數(shù)后輸入手簿。

⑷ 每個點(diǎn)獨(dú)立觀測兩次，計(jì)算出點(diǎn)位的平均值作為采前測點(diǎn)的平面位置數(shù)據(jù)。

全面觀測的高程觀測按著三等水準(zhǔn)精度進(jìn)行，每條觀測線進(jìn)行往返觀測，各觀測點(diǎn)往返高程之差不大于±10mm，取平均值作為采前測點(diǎn)的高程值。

4.3日常觀測

日常觀測指的是首次和末次全面觀測之間適當(dāng)增加的高程測量工作，由于下沉速度緩慢，基本上每月觀測一次，共觀測25次，觀測結(jié)果及時的發(fā)送給大強(qiáng)礦地測大隊(duì)，以利于對地面建（構(gòu)）筑物變形的掌控及處理。

4.4最終觀測

由于該工作面地表下沉量偏小，與2016年10月進(jìn)行了最終觀測。

平面位置采用GPS-RTK方法測量，歷元數(shù)設(shè)置120，高程采用四等水準(zhǔn)進(jìn)行。

5觀測過程中發(fā)生的問題

5.1測點(diǎn)被破壞

由于測點(diǎn)設(shè)在道邊，有的測點(diǎn)很快被車壓壞；村里要修“村村通”，對原有道路加寬、加高、整平，一些測點(diǎn)被挖，被埋；最為嚴(yán)重的是村里安裝自來水，鋪設(shè)條管路挖溝，將半條傾斜線上的測點(diǎn)幾乎全部破壞。

5.2控制點(diǎn)受另一工作面下沉影響

在每月進(jìn)行日常高程觀測過程中，發(fā)現(xiàn)傾斜線起始控制點(diǎn)R1、R2及GPS點(diǎn)達(dá)子營下沉，懷疑是受另一開采工作面下沉影響所致。

6.觀測成果簡單分析

（1）通過對高程的日常觀測，初步可以判定當(dāng)工作面回踩到220米時，下沉波及到地表，相當(dāng)于采深的0.18倍；

（2）S2901工作面巖移站最終存在的測點(diǎn)保存的基本都比較完整，觀測成果是可信的；

（3）從最終觀測成果看，地表下沉量和水平移動量不大，簡單方法很難求出各種參數(shù)；

（4）因兩條觀測線的布設(shè)不在主斷面上，測點(diǎn)也不再一條線上，觀測結(jié)果是單點(diǎn)的平面和高程位移，所以應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ笕「鞣N參數(shù)。

（5）地表下沉量小的原因：采深大必然下沉緩慢、時間長；斷層多對下沉和變形會產(chǎn)生影響，不符合正常下沉規(guī)律；工作面偏窄，沒有達(dá)到充分采動，所以如果臨近工作面開采，下沉還將繼續(xù)。

參考文獻(xiàn)：

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