邱俊秀 王同華 任士佩

（山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)，山東 濟(jì)寧 272000）

1 研究區(qū)概況

葛 亭 煤 礦 地 理 坐 標(biāo) 為 東 經(jīng)116°28′30″～116°32′30″，北緯35°29′30″～35°32′30″，井田面積20.886 2 km2。2018 年已關(guān)井閉坑。

研究區(qū)地層由老到新發(fā)育有奧陶系馬家溝群、石炭系本溪組、石炭-二疊紀(jì)月門溝群本溪組、石炭-二疊系月門溝群太原組、二疊系山西組、二疊系石盒子群、侏羅系淄博群三臺(tái)組及第四系等。據(jù)勘探、補(bǔ)勘及生產(chǎn)揭露，井田東北部有燕山晚期形成的較大規(guī)模巖漿巖侵入體，巖性為閃長(zhǎng)玢巖，侵入太原組下部至山西組頂部。葛亭井田主要含煤地層為石炭-二疊系月門溝群太原組和二疊系山西組。

礦區(qū)所處地理位置屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，季風(fēng)性特征顯著。

2 采煤塌陷地測(cè)量

2.1 測(cè)量背景

由于煤炭開采過程中，大量的煤炭被采出，形成采空區(qū)。采煤后無(wú)人為干擾的自然情況下，由于地層壓力的作用會(huì)造成采空區(qū)垮塌，采煤區(qū)域必然會(huì)發(fā)生地表下沉，造成一定程度的沉陷。為了貫徹落實(shí)采煤塌陷地生態(tài)治理，推動(dòng)礦區(qū)生態(tài)文明建設(shè)的理念，為采煤塌陷地的復(fù)墾治理提供現(xiàn)實(shí)條件，掌握采煤塌陷地的沉陷狀態(tài)就顯得尤為重要。要想掌握采煤沉陷區(qū)的沉陷情況，就需要借助相關(guān)的測(cè)量技術(shù)，通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)獲取結(jié)果。

2.2 測(cè)量技術(shù)

采煤塌陷地沉陷主要是為了掌握地面垂直位移的變化情況，這主要運(yùn)用了水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)。

水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)是根據(jù)一個(gè)或幾個(gè)已知高程點(diǎn)運(yùn)用水準(zhǔn)儀能夠測(cè)量?jī)牲c(diǎn)高差的原理得出未知點(diǎn)高程的測(cè)量過程。這一個(gè)或幾個(gè)已知高程點(diǎn)是國(guó)家測(cè)繪部門已經(jīng)埋設(shè)和測(cè)定的并掌握了高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，通過引測(cè)，測(cè)出覆蓋研究區(qū)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程。水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)能夠很好地完成采煤塌陷地沉陷測(cè)量工作。

2.3 水準(zhǔn)測(cè)量

本文的沉降觀測(cè)運(yùn)用了水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)，用到的儀器是天寶trimble 水準(zhǔn)儀。根據(jù)已知基準(zhǔn)點(diǎn)高程情況，引測(cè)到研究區(qū)用鋼筋混凝土澆制的已選定好位置的觀測(cè)標(biāo)樁上，再通過內(nèi)業(yè)平差處理，得到整個(gè)研究區(qū)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程值。

3 采煤塌陷地沉降分析

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)線路

以礦區(qū)已有的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)為主要依據(jù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)原則，結(jié)合監(jiān)測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，布設(shè)了合理的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，覆蓋于礦區(qū)的采區(qū)。根據(jù)該礦區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際布設(shè)情況，將其共劃分為14條監(jiān)測(cè)線路，以供后文的分析。具體的礦區(qū)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)線路如圖1 所示。

3.2 沉降量分析

沉降量是通過求取同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)期高程差所得到的沉陷數(shù)據(jù)，累積沉降量是每期測(cè)量高程與第一期高程比較所得的沉降量值。本文選取了2019年1 月份至7 月份連續(xù)半年的測(cè)量數(shù)據(jù)，所選數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)間隔為一個(gè)月，以所測(cè)的一月份監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)作為第一期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將以后每月所測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程值與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得到沉降值。雖然每期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲得需要連續(xù)多天，但為了表達(dá)方便、清晰，將每月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)整理結(jié)果統(tǒng)一于每個(gè)月的月中，即15 日。選取典型線路L7 線和L9 線進(jìn)行沉降量的分析，將L7 線和L9 線上布設(shè)的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為分析對(duì)象做統(tǒng)一分析。具體分析結(jié)果見表1 和表2。

圖1 礦區(qū)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)線路

表1 L7 線監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間變化累積沉降量（單位：mm）

表2 L9 線監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間變化累積沉降量（單位：mm）

從表1 和表2 可以看出，沉降量是隨著時(shí)間的推移普遍增大的，但沉降量增加幅度又存在著差異。其主要原因在于不同的采區(qū)開采時(shí)間不同，同一采區(qū)不同工作面的開采時(shí)間也存在著差異，從而沉降量在不同位置存在差異。

為了更直觀表示沉降量，可將上表數(shù)據(jù)用折線圖的形式展示，得到相應(yīng)的沉降曲線圖，如圖2、圖3 所示。

圖2 L7 線監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量曲線

圖3 L9 線監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量曲線

3.3 沉降速率分析

沉降速率是用來(lái)衡量隨著時(shí)間的推移沉降快慢的值，由于研究礦區(qū)已經(jīng)關(guān)井閉坑，所以沉降速率可以用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的沉降趨勢(shì)。

選取L7 監(jiān)測(cè)線上的GC-72 監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降速率分析。具體的沉降數(shù)值見表3，曲線如圖4 所示。

表3 GC-72 監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積沉降量（單位：mm）

由上表可以得到圖4。

由圖4 可以看出，隨著時(shí)間推移，沉降速率大體上呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，直至沉降量達(dá)到一定的穩(wěn)態(tài)。

根據(jù)同樣的方法可以得到整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降情況。

圖4 GC-72 監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積沉降量曲線

4 結(jié)論與展望

整個(gè)研究區(qū)在本文選取的研究時(shí)間段內(nèi)最大沉降量為26.9 mm，平均最大沉降速率約為0.148 mm/d。六個(gè)月內(nèi)的下沉值不超過30 mm 即可認(rèn)定為采煤塌陷區(qū)進(jìn)入衰退穩(wěn)定期。據(jù)此，整個(gè)研究區(qū)的沉降量在半年內(nèi)均小于30 mm，研究區(qū)進(jìn)入了穩(wěn)沉階段。同時(shí)，該研究區(qū)的沉降觀測(cè)還在繼續(xù)，通過接下來(lái)的工作也可以進(jìn)一步來(lái)說(shuō)明未來(lái)研究區(qū)的沉降情況，同時(shí)也能進(jìn)一步驗(yàn)證本文研究的準(zhǔn)確性。

本文通過對(duì)基于測(cè)量技術(shù)獲取的采煤塌陷地沉降數(shù)據(jù)的整理，進(jìn)行了采煤塌陷地沉降量及沉降速率的分析，進(jìn)而完成了采煤塌陷地沉陷進(jìn)程的研究。這對(duì)于了解掌握采煤塌陷地的沉陷過程，掌握后續(xù)的采煤塌陷地的穩(wěn)沉具有非常重要的數(shù)據(jù)事實(shí)依據(jù)，同時(shí)對(duì)于盡快進(jìn)行采煤塌陷地的復(fù)墾工作的時(shí)間節(jié)點(diǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。