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摘要：南山矿区是一个地质构造，地形条件十分复杂的地区，不能直接引用其它矿区已有的地表移动成果，为了取得该地区的地表岩层移动参数，以保护该矿区井上、下建筑物等免受开采的有害影响，就必须通过实地观测测得本矿区的移动参数，分析观测成果，来实现掌握其移动规律的目的。
观测站设于南山矿南翼下组煤18307工作面正上方。地面主要建筑物，为普通房屋，空洞。其地面农作物有玉米、高粱、土豆、谷子等。
南山矿区属于中低山区，地形坡度较大，沟谷纵横，大面积黄土覆盖，黄土地貌发育，植被不太发育，地势西高东低。相对高差一般为200-300米左右。区内含煤地层为碳二迭系山西组和太原组。蒙古组主要含02＃、03＃、2#、 3#、 4#五层煤统称上组煤。碳系上统太原组主要含6＃7＃8＃9＃10＃五层煤统称下组煤。
建立本岩移观测站的主要目的是为了研究南山矿区首采煤层8号煤回采后沉陷引起的地表移动的规律。为本矿区开采沉陷寻找规律，并通过岩移观测获得的成果进一步指导以后的煤拄留设，不断完善各种参数的选定。18307工作面平均采深373，工作面走向长为2010米，工作面倾向长为258米，开采面积为518580平方米。
关键词： 地表移动 观测站
地表移动观测站的设计
一、观测线位置的确定
观测线设置在移动盆地的主断面上，且不受邻近采区开采的影响。主断面的位置，用本矿区现有的角度参数和已知的地质采矿条件以做图的方法来确定。主断面与地表的交线就是观测线的位置。
观测线位置的确定，是在观测站设计图上进行的。图1移动观测站设计图。它是按照观测站平面图a，倾向主断面图b和走向主断面c三者之间的投影对照关系绘制而成的。
㈠确定倾向观测线的位置
图一 地表移动观测站设计图
图1 地表移动观测站设计图
a—平面图 b—倾向主断面图 c—走向主断面图
1、倾向观测线的位置的确定
倾向观测线的位置，在观测站的平面图和走向主断面图上来确定。在观测站的平面图上，做采区走向的中分线，此中分线即是倾向观测线的位置。在平面图上，按比例尺量取由中分线到采区的停采线和开切眼的水平距离D1和D2。当最后确定的中分线的位置满足条件时，此中分线即是倾向观测线的位置。
2、确定走向观测线的位置
走向观测线的位置，可以根据平面图和倾向主断面图来确定。
在倾向主断面图上，由采区中点作一水平线，并按最大下沉角θ作一斜线，交地表于0点，此0点即是走向观测线与倾向主断面的交点。将此0点投影到平面图的倾向观测线上，并过此投影点作采区走向点平行线，此平行线即为走向观测线的位置。
观测线长度及测点数目的确定
在观测线的位置确定之后，即可确定它们的长度。观测线的长度应保证观测线的两端稍微超过地表移动盆地边缘一段距离，以便能较可靠地确定移动盆地边界及有关参数。观测线的长度可以在观测站设计图上图解求得，也可用计算方法确定。
一、倾向观测线长度的确定
如图1所示，在倾向主断面图上，由采区上，下边界点，分别按（γ－Δγ）和（β－Δβ）角向上作斜线，与基岩和松散层的界面相交，再由交点在松散层中按松散层移动角φ向上作斜线，分别交地表于b和a二点，线段ab即为倾向观测线的长度。其长度也可按下式计算：
ab=2hctgφ+(H1-h)ctg(β-Δβ)+(H2-h)ctg(γ-Δγ)+L1cosα (6)
式中 β，γ----分别为下山移动角和上山移动角;
H1,H2-----分别为采区下边界和上边界的采深；
L1----采区的倾斜长度。
Δβ,Δγ----分别为移动角β和γ的调整值，Δγ＝200，Δβ的大小与煤层倾斜角有关，可以倾角α为引数，由表1中取值；
二、走向观测线长度的确定
我国的煤矿大多是水平连续开采，采区开切眼外侧的前采区一般是已经采空，或正在开采。因此，前采区的开采影响已经波及，或即将波及到本采区将要采动的部分范围。在此种条件下，走向观测线只需在前采区开采影响范围以外设置半条即可。
煤层倾角α Δβ Δγ Δδ Δλ
0 20 20 20
10 17 20 20
20 15 20 20
30 13 20 20
40 12 20 20
50 11 20 20
60 9 20 20 10
70 7 20 20 10
80以上 6 20 20 10
表 1 移动角调整表 单位：（ O）
如图1所示，平面图中的阴影部分为正在开采或已经采空的邻采区。在走向主断面图上，先由采区的停采边界按（δ－Δδ）角向上作斜线与基岩和松散层界面相交，由交点再按φ角在松散层内作斜线，交地表于c点。再求出采区停采边界再地表的投影点k，由k点沿地表线向采区一侧量取线段kd>=H0ctgφ3(或>=0.7H0),得d点。此d点应超过倾向观测线与走向观测线的交点3~5个观测点的点间距。线段cd即为半条走向观测线的长度。
如果沿走向采区的两侧都没有采空区或采矿活动，应设置整条的走向观测线。走向观测线的两个端点都应按(δ-Δδ)和φ角确定。
三、观测点点位的确定
观测点均匀设置在观测线的全长上。观测线两端向外还要设置控制点。观测线每一端一般应设置两个控制点。如果观测线是半条的或由于地形限制不能在观测线两端同时设置控制点时，应在可设置控制点的一端向外设置三个控制点。
观测点之间的距离可以根据采区的平均开采深度按表2来确定。控制点与控制点之间，控制点与相邻观测点之间的距离可在50~100m范围内选定。
表 2 观测点点间距
开采深度m 点间距离m 开采深度m 点间距离m
小于50 5 200－300 20
50－100 10 300以上 25
100－200 15
地表移动观测站的标设
在工作面开始回采以前，或工作面虽然已经开始回采，但岩层的移动尚未波及到拟设站的地表时，将观测站按照设计标设到实地上。在确定观测站标设到具体时间时，应充分考虑到观测站的标设，控制点和观测点的固结，以及确定观测点移动前的点位等工作所需要的时间。
一、标定的方法
观测点的标定工作与其他工程的标定工作方法相同。即先根据设计解算出标定的数据，再到现场实地标设。具体工作步骤如下：
图3为地表移动观测站设计平面图。图上M,N点为观测站附近的矿区三角点，K点为根据现场实地条件确定点中间转点。在图上图解求得各种标定数据：转角β1,β2,β3及边长l1、l2、l3;
在实地现场，先将经纬仪安置在三角点M上，以MN为起始方向，依转角β1和边长l1标定出中间转点K；再将仪器安置在K点上，依KM为起始方向，依转角β2和边长l2标定出倾向观测线点控制点B；再将仪器安置在B点上，以BK为起始方向，依转角β3给出倾向观测线的方向BA，并依边长l3标定出走向观测线与倾向观测线的交O点。在O点安置仪器，以OB为起始方向，转角90°则得出走向观测线的方向；
在给出倾向观测线或走向观测线方向的同时，便可根据点间距，依次标定出各观测线上控制点和观测点的点位。
地表移动观测站的观测方法
一、全面观测
在采动前，观测点埋设10－15天后，以一级导线测量精度对控制点，观测点独立观测两次，时间间隔不超过5－7天。两次观测的结果进行比较，如果同一个观测点的高程差不大于10mm，同一个点间距之差不大于4mm，同一个观测点的支距差不大于30mm时，取两次观测结果的平均值作为观测点的原始数据。
二、高程测量
观测站各观测点的高程采用水准测量方法来确定。每条观测线的水准测量，应先测定转点（某一个观测点）的高差，再按顺序依次测定中间点的高差，而后再一次测定转点的高差，并将其两次测定的高差进行比较，其差，三等水准不应大于2mm，四等水准不应大于3mm。当地表破坏较大，或两点间倾角超过200,不便于进行水准测量时，可以采用三角高程方法测定各观测点的高程。
三、点间距丈量
控制点到观测点及观测点到观测点的点间距，采用经过比长的钢尺往返丈量。丈量时，对钢尺施以标准拉力，并测记温度。每次丈量读数三次，互差不超过2mm，符合要求后取平均值作为丈量结果。相邻两观测点间的改正后的水平往返限差，点间距小于15m时为2mm，点间距大于15m时为30mm。
四、巡视测量
在工作面开始回采以后，在采区开切眼上方的走向观测线上选择几个观测点，每隔3—7天进行一次水准测量，当其中某一观测点累计下沉量达到10mm时，即认为地表已开始移动，此时间作为地表移动开始的时间。
当地下工作面加回采结束后，在采区停采线上方走向观测线上选择几个观测点，每隔1～3个月进行一次水准测量，直到观测点在6个月内累计下沉值小于30mm时，即认为地表移动结束，以最后一次观测的时间作为地表移动稳定的时间。
五、加密水准测量
在地表移动的过程中，为了补充全面观测次数的不足和研究观测线上部分观测点下沉的变化情况，适当增加若干次水准测量，按四等水准测量的要求进行，每隔1～3个月进行一次。
六、地表破坏的测定和编录
在进行上述各项测量工作的同时，还必须及时测定地表出现的裂缝、塌陷坑和测区内各种建筑物出现的破坏的形态、位置、时间以及在地表移动过程中它们的变化发展情况。
地表移动观测资料的分析
目前，研究地表移动的主要手段是用仪器进行实地观测的方法，即设置各种类型的观测站，对其观测资料进行分析研究，从而获得地表移动规律的理性认识。对一个观测站的观测资料进行整理、分析而得到的成果，仅是在该观测站所处的地质采矿条件下地表移动的具体运动形式。这只能看作是局部的个别情况。为了求得带有普遍性的地表移动规律，就必须对大量的实地观测资料进行综合分析。综合分析的步骤和方法如下：
（1）收集和归纳资料
为了进行地表移动观测资料的综合分析，应根据综合分析的目的和要求，将大量的实地观测资料收集和归纳起来。在收集过程中，要注意资料的可靠性和准确性。地质采矿条件的数值，如煤层厚度、煤层倾角和采区尺寸等，应收集回采后的实测值。
（2）综合分析的一般方法
在地表与岩层移动过程中，影响的因素很多，在综合分析时，不可能同时考虑全部因素，只能考虑其中最重要的，或在某一特定条件下，与移动过程有关的其他主要影响因素。
综合分析中得出的移动参数及数学表达式与实测结果进行比较，一般都存在偏差。产生偏差的原因很多，例如，在综合分析中，为研究方便，常采用简化条件或设定条件的办法，如把大致相同的岩性当作完全相同，煤层倾角和采厚一般都采用平均值，但实际上有差异，这样就掩盖了岩性、厚度和倾角实际存在的不同。其次，在综合分析中，考虑的是主要因素，次要因素未加考虑，然而实际上次要因素的影响是存在的。另外，为了使求得的经验公式便于应用，常常都是表述为简化了的公式，因而经验公式在不同程度上都有所失真。最后还有一个原因，就是观测误差带来的影响，虽然这种影响有时是微不足道的，但只有观测成果具有足够的精度，才能保证综合分析求得的移动参数及其函数式具有相应的可靠性。
结束语
通过对本岩移观测站的设计，了解到地下开采引起的地表移动不仅与地质条件有关，而且地质条件也是影响地表移动的一个重要因素。
为了保护地表各种建筑物、构造物及水体不受开采损害，根据对452638工作面建立岩移观测站，确定移动参数，对其被保护的对象下面留设一定范围的煤层不予开采，以确保其上覆岩层和地表及地表保护对象不产生移动与变形。
由于矿区范围内的岩性比较相似和稳定，而且开采的又皆为同一层煤，采煤方法均为走向长壁倾斜分层采煤方向，顶板管理皆为全部跨落法。因此，可以认为这些因素的影响是相同的，可不考虑。通过对本岩移观测站的设计，对矿区的综合治理起到了很大作用；为矿区环境的保护和国土的整治提供了有效数据；并为马兰矿区在其它工作面的开采提供了宝贵参考资料。
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雷达卡
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发表于 2011-6-5 21:14
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发表于 2018-3-22 09:20
