王煥允

河北省煤田地質(zhì)局物測地質(zhì)隊，中國·河北 邢臺 054000

1 引言

中國是煤炭大國，過去幾十年煤炭資源一直是國家發(fā)展利用的主要能源之一，在未來幾十年的發(fā)展中，尤其是工業(yè)發(fā)展中，在找到可替代的新能源以前，煤炭將依然占據(jù)主要地位。

有些煤礦分布在山區(qū)，但仍有很多煤礦分布在城區(qū)或者村莊等人口密集地帶。要想保護(hù)建筑物和水體等免受開采的有害影響，就必須掌握地表巖移受采動影響的移動規(guī)律。

2 地表觀測站的設(shè)置要求

2016年2月25日，中國國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布的《煤礦安全規(guī)程》第一百二十二條規(guī)定：建（構(gòu)）筑物下、水體下、鐵路下及主要井巷煤柱開采，必須設(shè)立觀測站，觀測地表和巖層移動與變形，查明垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶的高度，以及水文地質(zhì)條件變化等情況。觀測站一般在地表建成觀測線。

地表觀測站的觀測線一般可設(shè)與煤層走向平行的走向觀測線和與走向垂直的傾斜觀測線各一條，設(shè)在移動盆地的主斷面位置。并應(yīng)設(shè)置成直線，在受地面建筑物阻礙的情況下也可設(shè)置成折線。如果回采工作面的走向長度大于1.4Hο＋50m（式中Hο為平均開采深度），也可設(shè)置兩條傾斜觀測線，但至少應(yīng)相距50m，并且應(yīng)距開采切眼或停采線0.7H 以上。觀測點(diǎn)的間距根據(jù)工作面的采深不同而變化，實(shí)際埋設(shè)時可現(xiàn)場實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整，觀測線的長度應(yīng)覆蓋整個沉降影響的范圍。《煤礦測量規(guī)程》第259 條規(guī)定：觀測點(diǎn)間距離應(yīng)根據(jù)開采深度確定。其中，第261 條：控制點(diǎn)和觀測點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)符合下列要求（如表1所示）。

表1 觀測點(diǎn)的設(shè)置要求

觀測站需要埋設(shè)標(biāo)石，野外埋石時可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。例如，遇到不方便設(shè)站的地方距離可適當(dāng)放寬，觀測點(diǎn)盡量設(shè)立在道路兩邊便于觀測的地方，像地里的觀測點(diǎn)觀測時受季節(jié)的影響，夏季和秋季莊稼比較高不方便觀測。

觀測站的控制點(diǎn)是沉降觀測時觀測站的起算數(shù)據(jù)，一般在觀測線的兩端分別設(shè)立兩到三個，要求設(shè)立在沉降影響范圍之外?！睹旱V測量規(guī)程》第260 條：每條觀測線兩端的控制點(diǎn)均不應(yīng)少于兩個?？刂泣c(diǎn)可分別設(shè)置在觀測線端點(diǎn)觀測站50m 以外，其間距不得少于45m。如因條件限制，方允許只在一端設(shè)置控制點(diǎn)，但不得少于三個[1]。

3 巖移觀測地表觀測站的建立

在冀中能源股份有限公司邢東礦2125、2126 工作面的地表巖移觀測建立的觀測站中（如圖1所示），本項(xiàng)目中沿村里的道路建立了三條觀測線，一條走向觀測線和兩條傾斜觀測線。觀測線的北部和東部分別設(shè)立了三個控制點(diǎn)，作為每次沉降觀測的起算點(diǎn)。觀測點(diǎn)之間的間距設(shè)25m。

觀測站建立之后，首先要進(jìn)行連接測量，通過建立GPS控制網(wǎng)和水準(zhǔn)測量獲得新設(shè)立的控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。然后再進(jìn)行觀測站的全面觀測。對于觀測次數(shù)和間隔時間，根據(jù)《煤礦測量規(guī)程》第264 條規(guī)定：當(dāng)?shù)乇硐鲁吝_(dá)到50～100mm,應(yīng)開始進(jìn)行采動后的第一全面觀測。為了獲得地表移動過程的全部資料，在一般情況下除應(yīng)進(jìn)行采動后第一次和地表移動穩(wěn)定后的最后一次全面觀測外，還須在活躍期（即緩傾斜和傾斜煤層地表每月下沉值大于50mm，及傾斜煤層地表每月下沉值大于30mm）進(jìn)行不少于四次全面觀測，并適當(dāng)加密水準(zhǔn)測量。如開采薄煤層引起的地表最大下沉值小于采厚的10～20%時，可只進(jìn)行最后兩次全面觀測。

為了求得較精確的下沉速度，還應(yīng)在活躍期對最大下沉點(diǎn)附近的數(shù)個點(diǎn)，增加水準(zhǔn)測量的次數(shù)。

《煤礦測量規(guī)程》第265 條規(guī)定：在地表移動的初始期和衰退期，一般可根據(jù)開采深度、回采工作面推進(jìn)速度和頂板巖性等具體條件，每隔1～3 個月測量一次各測點(diǎn)的高程。當(dāng)?shù)乇硐鲁林颠_(dá)到10mm 時，即進(jìn)入地表移動的初始期以后，應(yīng)按時進(jìn)行水準(zhǔn)測量。衰退期的水準(zhǔn)測量直到六個月內(nèi)的下沉值不超過30mm 時為止。

冀中能源股份有限公司邢東礦2125、2126 工作面的地表巖移觀測建立的觀測站約定觀測周期為三年。觀測次數(shù)為：控制測量1 次，初始測量2 次，除采動后第一次和地表穩(wěn)定后最后一次全面觀測外，還必須在活躍期進(jìn)行不少于4 次全面觀測。按此要求，設(shè)計半年進(jìn)行一次全面測量，加上初始全面觀測2 次，共計全面測量9 次。全面測量即平面和高程測量同時觀測。高程觀測，在開采初期進(jìn)行1 次巡視測量，進(jìn)入活躍期后每季度觀測一次高程測量，在衰退期進(jìn)行1 次高程測量。共計14 次水準(zhǔn)測量。

圖1 邢東礦2125、2126 工作面的地表巖移觀測站

地表觀測線的布設(shè)長度取決于地下開采對地面的影響范圍。應(yīng)超過移動盆地邊界一段距離，以便確定盆地邊緣。采動影響范圍根據(jù)工作面的采深、上下山移動角、沖積層厚度和沖積層移動角經(jīng)計算確定。冀中能源股份有限公司邢東礦某一開采工作面的采動影響范圍計算斷面圖（如圖2所示）[2]。

圖2 邢東礦某一開采工作面傾斜斷面圖的影響范圍

計算傾斜觀測線的長度。在傾斜斷面圖上，自采區(qū)上、下邊界分別以（移動角-移動角調(diào)整值）作斜線，與基巖和表土層的接觸面相交，再從交點(diǎn)以表土層移動角作斜線，交于地表，所得交點(diǎn)即為傾斜觀測線的端點(diǎn)。

走向觀測線長度的確定。在走向斷面圖上（如圖3所示），從東側(cè)工作面停止地點(diǎn)以（走向移動角-走向移動角調(diào)整值）作斜線，與基巖和表土層的接觸面相交，再從交點(diǎn)以表土層移動角作斜線，交到地面上，得到交點(diǎn)c。然后，再從將工作面停止地點(diǎn)數(shù)值投影到地面上，得到的投影點(diǎn)向開采區(qū)方向量出大于0.7H0（H0 為平均開采深度）距離，得到點(diǎn)d，點(diǎn)d的位置應(yīng)保證走向觀測線能與傾斜觀測線相交，并稍超過它一段距離（約3～5 個測點(diǎn)間距），cd段即為走向觀測線的工作測點(diǎn)部分的長度。

圖3 邢東礦某一開采工作面走向斷面圖的影響范圍

4 結(jié)語

地表觀測站可以對地表的移動及變形情況進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測建筑物及村莊下開采過程中是否受到采動影響、受到何種采動影響、采動影響的程度，掌握由于開采引起的地表、巖層移動和房屋變形的基本規(guī)律?？梢越鉀Q如何在建筑物下安全、合理的開采問題，并為留設(shè)保護(hù)煤柱提供技術(shù)資料。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)及其反映的規(guī)律采取相應(yīng)措施減小井下開采對地表建筑物的破壞，提高煤炭資料的利用率。