⑴评估区地表移动变形预测
采用倾斜长壁、走向长壁为主的采煤方法，顶板管理采用全部垮落法，设计工作面长度150—260m ，推井长度1800—2800m ，属充分采动。
国内外采矿经验认为，当煤层采深采厚比小于30时，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的不连续特征，地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。当采深采厚比介于30—100之间，地层中没有较大地质破坏情况下，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的连续性和一定的分布规律，常表现为地表移动盆地。
上组煤层埋深及采深采厚比特征见下表。
表3—4 上组煤采深采厚比特征表
采深采厚比特征表明，当上组煤层联合采出后，将会引起岩层移动并波及到地表，局部地段地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。
为定量评估开采上组煤层后地表变形特征，下面依据国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称《规程》）中的经验公式，对煤层开采后地表最大移动、变形和倾斜值进行计算。采用公式如下：
地表移动与变形极值计算：
最大下沉值：Wmax=Mqcos α 最大曲率值：Kmax=±1.52 2
max
r W 最大倾斜值：Imax=
r
W max
最大水平移动值：Umax=b Wmax 最大水平变形值：εmax=±1.52b
r
W max
式中：
q—下沉系数
M—煤层采空区厚度（m）
r—主要影响半径，其值为采深与影响角正切值tgβ之比
α—煤层倾角
b—水平移动系数
本矿无实测的地表移动变形基本参数数据，本次评估中煤层厚度、埋深采用《煤矿资源储量核实报告》中的数据，其它参数根据根据覆岩性质及顶板单向抗压强度在《规程》P222附表5-3中选择经验参数。根据《选煤厂改扩建可行性研究报告（修改）》，在方案适用期内，开采北一采区（5#）、北二采区（2#煤）和北三采区（3#+4#）。北一采区综采工作面长度180m、平均采高2.8m，设计工作面年推进度按2800m；北三采区综采工作面长度260m，平均采高4.2m，设计工作面年推进度为1800m；北二采区2#煤综采工作面长度150m，平均采高1.08m，设计工作面年推进度为2200m。
从全矿区煤层分布情况看，2#、3#、5#大部分区域稳定可采，4#煤层全区稳定可采。因2#、3#、4#、5#煤层间距较近（2#、3#煤层间距平均10.34m，3#、4#煤层间距平均6.16m，4#、5#煤层平均间距5.56m），矿区内上组煤采取联合开采方式。本次变形特征值计算将上组煤合并进行。
从煤层底板高线来看，井田为一缓倾斜的单斜构造，地层走向自北向南由南北向渐变为北西向，倾向由西渐变为南西，地层倾角平缓，一般为3～15°，平均7°。
井田上组煤顶板岩性主要为砂质泥岩、泥岩，单轴抗压强度为10.8－36.2MPa，分别为较稳定和不稳定顶板。
下沉系数取q初=0.80，q复=（1+a）q初=0.96；
水平移动系数取b初=0.26；
移动角取72°；
水平移动系数取b复=b初=0.26
主要影响角正切tgβ=2.77
按上述公式及计算参数，上组煤开采后，不同埋深地表产生的最大变形值列
于表3—5。
表3—5 上组煤层采空后地表不同埋深区最大变形值
计算表明，上组煤大面积开采后，地表最大沉陷值大7316.05mm，矿区地形复杂，高差大，地表下沉往往呈现台阶式下挫或沉陷，会对区内耕地、道路造成较大破坏。
在不考虑保护煤柱留设时，分析地表变形对地表建筑物的影响。将上组煤开采后地表最大移动、变形和倾斜值计算结果（表3—8）与《规程》中规定的地表变形对地面建筑物破坏等级（表3—6）进行对比，结果见表3—7。
表3—6 砖混结构建筑物的损坏等级
表3—7 上组煤层采空后地表不同部位砖混建筑物破坏等级
从表3—7可以看出上组煤采空后，矿区范围内地表不同部位地面倾斜变形值、水平变形均很大，地表变形会很强烈，地面塌陷、地裂缝的数量及规模将增多加大，其对地面建筑物破坏等级全部为Ⅳ级。
变形相对较小的区域位于矿区西北部的北焉、港村、斜则、南焉、双则等村庄，中等变形区域位于矿区大部分山区，包括中部龙花垣、下龙花垣、张家山、高家山、曹家沟、冯家沟、马塔、东家塔、东沟底等村，矿区南部的三川河附近煤层埋藏深度170—300m，采矿引发地面变形较大。综合分析，上组煤层采空后地面变形对地面建筑物（构筑物）的影响程度严重。
上组煤层采空后影响到的区内47个村庄及南部工矿集中区、307国道、汾（阳）军（渡）高速公路、孝(西)～柳(林)铁路及太（原）至中（卫）银（川）铁路等主要交通干线。预测工矿集中区受威胁资产大于500万元；47个村庄受威胁房屋大于4000间，根据当地物价水平，每间房屋价值按5000计，建筑物损坏后损失大于2000万元。威胁居民大于100人。对照《规范》附录E，地面塌陷、地裂缝地质灾害危险性大。
⑵方案适用期采区地表移动变形预测（2010—1014年）
期间开采北一采区及北二、北三采区部分区域，区内有北回风立井、下龙花垣工业场地、洗煤厂、高家山村、龙花垣村、大耳上村等。前述计算表明煤层采空地表变形对规划期采区范围地面建筑物破坏等级全部为Ⅳ级，地面变形引起地面塌陷和地裂缝对地面建筑物（构筑物）的影响程度严重。在不留设保护煤柱或保护煤柱留设不足时，对规划期采区北回风立井、下龙花垣工业场地、洗煤厂、高家山村、龙花垣村、大耳上村等建筑物造成较严重破坏。对照《规范》表E，
首采区地面变形引起的地面塌陷、地裂缝地质灾害危险性大。
⑶矿山开采诱发地表变形延续时间估算
煤层开采后形成地表移动变形的过程，将会持续一定时间，其地表变形移动速度由零逐渐增大，达到一定值后，又逐渐缩小基本趋于零。
煤矿开采的实践经验和观测资料分析结果表明，长壁式全垮落采煤法采空区上方地表的移动变形是一个长期的过程，工作面停采时间越长，其残余沉降量越小。根据《规程》，认为累积地表下沉10mm时为移动期的开始时间；连续6个月下沉值不超过30mm时，可认为地表移动期结束；从地表移动期开始到结束的整个时间称为地表移动的延续时间；将地表移动的延续时间分为初始期、活跃期、衰退期。
《规程》指出，在无实测资料时，地表移动的延续时间（Ｔ）可根据下式计算：
Ｔ=2.5Ｈ（ｄ）
式中：Ｈ为工作面平均采深（m）。
上组煤层采深170—600m，利用上述公式计算得，上组煤层的地表移动变形延续时间T为425—1500天。即区内开采上组煤引起的地表常规移动延续时间为1.2—4.1年。本方案适用期采区（一采区及北二、北三采区部分区域），上组煤层采深一般350—500m，对应地表移动变形延续时间T为875—1250天（2.4—3.4年）。
上述地表移动变形时间只是煤层开采后地表常规移动变形期。由于采空区完全充填、冒落物的充分压密以及煤柱的变形等因素都影响地表移动，因而地表移动变形可能会延续更长的时间。
地面采空区沉降观测设计方案 一、设计情况说明 根据煤矿有关规定，煤矿采煤工作面对应的地面区域必须进行沉降观测，根据沉降观测数据确定地表的沉降程度。 我矿对地面采空区进行了沉降观测点位的布置，在地面北部、中部、南部各设置了一个控制点，作为沉降观测点使用。 二、沉降观测的相关知识 在沉降观测之前，由于采空区距离矿区控制点较远，为方便进行观测以及布点，特在矿区控制点的基础上，在采空区布设沉降观测点。 三、观测时间、方法和仪器 由于地表可能受到影响，因此在进行沉降观测前必须对沉降基准点进行监测，在无影响的情况下，方可进行沉降点观测。每二个月观测一次。 为保证沉降观测数据的精度，进行测量时仪器和测量方法必须一致，施测时必须做到“三固定”，即：固定仪器、固定观测人员、固定的基点和转点，以此减少观测误差，提高精度。日出或日落30分钟前后影响最大，避开此时间段进行测量，雨天严
禁作业。 由于地面的起伏变化较大，故决定采用经纬全站仪代替水准仪进行地面沉降观测。 四、测区特点 由于我矿区地面高低起伏变化较大，作业时会遇见大风、降雨等天气，因此测量工作较为困难。 五、测量标准 在采空区地表中间布设一条控制基线，同时作为沉降观测点使用，共计3个点。其中2个点向采空区两侧布设1个点，1个点在采空区中部，在进行沉降观测时，对其3个点进行观测。 由于采空区地表高低起伏变化较大，基本上为大型山坡，不利于水准测量，因此采用全站仪代替水准仪进行沉降观测。 利用全站仪进行三角高程测量。采空区地表沉降基准点和沉降观测点使用全站仪进行测放，保证沉降基准点的牢固性，同时对所有点进行坐标测量，找出相对位置，在以后的观测中，若发现点位位移，必须立即进行重新布设和测量。 六、数据对比分析 根据每次测得的沉降观测点的高程，分析采空区地面的沉降规律和沉降速度，根据这些规律采取措施，降低地面的沉降速度。
沉降监测作业指导书 1 目的和适用范围及标准 测定建筑场地沉降、基坑回弹、地基土分层沉降以及基础和上部结构沉降。操作方法执行标准《工程测量规范》（GB50026-2007）、《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）。 2 仪器设备 水准仪全站仪 3 沉降控制点布设 特级沉降观测的高程基准点数不应少于4个；其他级别沉降观测的高程基准点数不应少于3个。高程工作基点可根据需要设置。基准点和工作基点应形成闭合环或形成由附合路线构成的结点网。 高程基准点和工作基点位置的选择应符合下列规定： 1）高程基准点和工作基点应避开交通干道主路、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区以及其他可能使标石、标志易遭腐蚀和破坏的地方； 2）高程基准点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。在建筑区内，其点位与邻近建筑的距离应大于建筑基础最大宽度的2倍，其标石埋深应大于邻近建筑基础的深度。高程基准点也可选择在基础深且稳定的建筑上； 3）高程基准点、工作基点之间宜便于进行水准测量。当使用电磁波测距三角高程测量方法进行观测时，宜使各点周围的地形条件一致。当使用静力水准测量方法进行沉降观测时，用于联测观测点的
工作基点宜与沉降观测点设在同一高程面上，偏差不应超过±1cm。当不能满足这一要求时，应设置上下高程不同但位置垂直对应的辅助点传递高程。 沉降监测点的布设应位于建（构）筑物体上。高程基准点和工作基点标石、标志的选型及埋设应符合有关规范规定。 4 沉降观测 沉降观测分为：定期对高程控制网进行复测以确定控制网的稳定性，同时对沉降观测标进行观测。 基准点应设置在变形区域以外、位置稳定、易于长期保存的地方，并应定期复测。复测周期应视基准点所在位置的稳定情况确定，在建筑施工过程中宜1～2月复测一次，点位稳定后宜每季度或每半年复测一次。当观测点变形测量成果出现异常，或当测区受到地震、洪水、爆破等外界因素影响时，应及时进行复测，并按《建筑变形测量规范JGJ 8-2007》规定对其稳定性进行分析。 有工作基点时，每期变形观测时均应将其与基准点进行联测，然后再对观测点进行观测。 沉降观测标的精度、观测仪器、观测方式均应达到相应等级的水准测量规范要求，沉降观测标必须位于水准观测线路中，不得使用碎步点方式对沉降观测标进行测量。 5 观测周期 按照《工程测量规范GB50026-2007》、《建筑变形测量规范JGJ 8-2007》中的技术要求，确定相应等级的观测周期。
高速公路采空区地面变形计算及处理措施 摘要：本文主要针对高速公路采空区地面变形问题进行分析，提出了高速公路采空区地面变形的计算方法，以期能够为高速公路采空区的地面变形计算问题提供参考，提升高速公路建设的效果，同时对高速公路采空区地面变形计算的处理措施进行了深入研究。 关键词：高速公路；采空区；地面变形；计算 一、前言 随着我国高速公路数目的增多，高速公路采空区的地面变形计算也显得更加重要，只有做好了采空区的地面变形计算，才能够提升采空区的施工水平和建设质量。 二、采空区介绍 采空区，主要分为小型采空区以及大面积采空。在这我们主要讨论的是小型也就是浅层采空。 小型采空区也称为人为坑洞，是人们为了各种目的在地下挖掘后遗留下来的洞穴，它一般是手工，采空范围较窄，开采深度较浅，无规则，少支撑。小型采空区又分为掏煤洞、掏砂洞、掏金洞、坎儿井，在贵州西部的高速公路勘察设计中，主要以掏煤洞这种小型的采空是最为常见的，这类小采空区它们一般主要有以下一些特点：分布于埋藏浅且易于开采的含煤地层中，主要形状以平洞及斜井为主，煤洞长，多有岔洞，洞门处有简单支护，洞口多有弃渣堆砌的痕迹，且遇见地下水后就停止挖掘，由于采空设备有限，采空范围狭窄，多呈巷道式，不会产生移动盆地，但因为开采深度较浅，又任其坍落，底边变化较剧烈，主要的一些变形类型有地表塌陷和开裂等，地表裂缝的分布常常与开采工作面方向平行，且随开采面的推进而不断向前发展，除极浅的采空区外，裂缝一般上宽下窄，且无显著位移。 三、采空区地表移动监测网的设计 1、公路的采动响应性能分析 由于开采沉陷，采空区地表将产生2种移动和3种变形：垂直下沉、水平移动、倾斜、曲率与水平变形。采动移动与变形将导致道路工程在通过采空塌陷区时可能会发生路基路面病害、桥梁或隧道病害等，如路基的过量沉陷或差异沉陷导致的开裂、路基坡度的变化，水平移动与变形导致的路基压缩或拉伸引起坡度、竖曲线现状改变和沿路线方向的改变，地表倾斜和水平变形对路基稳定性的影响等。 根据铁路下采煤研究结果，路线发生突然的、局部的沉陷，危害较大，而大
当开采完成形成采空区后，在上覆压力和地下水等因素的作用下，该煤柱和开采区两侧的煤层软化，失去强度，导致上覆岩体塌陷、冒落，形成滑坡。 地下采空区对采矿工程的危害是显著和累积叠加的，主要体现在二个方面：一是采空区矿柱变形、破坏、顶板大面积冒落、岩移，造成地表沉陷、开裂和塌陷，破坏地面环境和影响露天作业，更为严重的是采空区突然垮塌的高速气浪和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏；另一方面在矿山开采过程中，采空区围岩受爆破震动影响导致岩体裂隙发育，甚至贯通地表或连通老窿积水，发生突水事故，淹没坑道和工作面，造成巨大经济损失。 矿体开采后，采场的原始应力状态被破坏，从而致使应力重新分布，时常导致矿柱失稳破坏。这种矿体开采后，当矿杜承受的应力超过自身强度时，发生的不连续的发散突变，即矿柱失稳破坏的现象。 其灾害的主要表现形式有:片帮、冒顶、突水、地震、岩爆、冲击地压、地面塌陷、地面沉降、地裂缝以及由其导致的滑坡、泥石流、地表植被破坏等多种形式。 在采空区与巷道坍塌方面，主要采用的防治技术有充填、加固、封闭和崩塌四种。在地下突水防治方面，目前主要采用注浆堵水和探放水技术。 我国地下开采矿山目前的实际情况是采空区灾害发生频繁，因事故死亡人数和国外同类相比相对较高，安全生产形势相当严峻，危及到人民群众的生命安全，对生态环境造成了严重破坏，给国家造成了巨大的经济损失，制约了我国矿山企业的可持续发展。 长期以来，国内外许多专家学者针对采空区围岩的稳定性作了大量的理论研究工作，提出了许多控制采空区灾害的实用技术。 采空区处理 对于矿山地下开采遗留的采空区，处理方法通常有封闭、崩落、加固和充填四大类。加固法处理采空区主要在采空区土方修建公路、隧道等工程时应用较多。由于成本较高，技术难度大，所以目前在矿山的开采阶段应用较少。在具体的采空区处理过程中，由于各个矿山存在的采空区数量、其所处位置、形态特征不一样，必须针对各采空区的特点和条件，分别采取相应的处理方法。有时采用两类
一第26卷增刊1一2017年6月中一国一矿一业C H I N A M I N I N G M A G A Z I N E 一V o l .26,S u p p l J u n .一2017 急倾斜煤层水平分层开采引发的 地表变形监测技术研究 郝文杰1, 2,魏一洁3,任一涛1,史彦新1,2(1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051;2.国土资源部地质环境监测 技术重点实验室,河北保定071051;3.甘肃省地质环境监测院,甘肃兰州730050 )一一摘一要:西北地区厚黄土覆盖层急倾斜煤层开采引发的地表沉陷二 地裂缝等地质灾害具有独特的发育特征,需要具有针对性的监测指标和方法,从而获取监测体的演变模式,本文选择甘肃省窑街三矿采煤引发的地表沉陷典型区域作为研究试验区,通过总结采煤工艺及地质条件差异引起的地表沉陷特征,结合采用传统测量技术与现代实时监测技术,实施了针对急倾斜煤层开采引发的厚黄土层变形监测工作,选取地表埋设G P S 监测桩定期监测和安装拉绳变形监测仪实时采集数据的方法, 实时监测塌陷区典型变形点的三维变形情况,并通过数据分析对垂向沉降和水平位移进行了对比,进一步对稳定区进行了划分三该研究为开展类似条件下的监测和研究工作积累了经验三 一一关键词:急倾斜煤层;地表沉陷;G P S ;动态监测;一一中图分类号:T D 325一一文献标识码:A一一文章编号:1004-4051(2017)S 1-0378-04S t u d y o n s u r f a c e d e f o r m a t i o nm o n i t o r i n g t e c h n o l o g y o f c a v i n g s t e e p -i n c l i n e d c o a l s e a m w i t hh o r i z o n t a l l y g r o u p e d t o p -c o a l d r a w i n g m i n i n g m e t h o d HA O W e n j i e 1,2,W E I J i e 3,R E N T a o 1,S H IY a n x i n 1, 2(1.C e n t e rF o rH y d r o g e o l o g y a n dE n v i r o n m e n t a lG e o l o g y ,C h i n aG e o l o g i c a l S u r v e y ,B a o d i n g 071051,C h i n a ;2.K e y L a b o r a t o r y o fG e o l o g i c a l E n v i r o n m e n tM o n i t o r i n g T e c h n o l o g y ,M i n i s t r y o fL a n da n dR e s o u r c e ,B a o d i n g 071051,C h i n a ;3.G e o -E n v i r o n m e n tM o n i t o r i n g I n s t i t u t e o fG a n s uP r o v i n c e ,L a n z h o u730050,C h i n a )一一A b s t r a c t :S t u d y s u r f a c es u b s i d e n c ea n d g r o u n df i s s u r em o n i t o r i n g t e c h n o l o g y c a u s eb y c a v i n g s t e e p -i n c l i n e d c o a l s e a mi nn o r t h w e s t a r e a o f C h i n a .A i m i n g a t t y p i c a l r e g i o n a l o f s u r f a c e s u b s i d e n c e i nY a o j i e c o a l m i n e o f L a n z h o u c i t y ;S u m m a r i z e t h e c h a r a c t e r i s t i c s o fm i n i n g t e c h n o l o g y a n d g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ,R e s e a r c h t h i c k l o e s s d e f o r m a t i o nm o n i t o r i n g t e c h n o l o g y ;U s e dG P S a n d d i s p l a c e m e n tm e t e rm e t h o dw h i c h r e a l i z e r e a l -t i m e d a t a a c q u i s i t i o n a n d o n -l i n em o n i t o r i n g o f g e o l o g i c a l d i s a s t e r s i n t h e t h r e e -d i m e n s i o n a l s p a c e .T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h ed e f o r m a t i o n m o n i t o r i n g p r o g r a m a n da n a l y s i so ft e s tr e s u l t s ,p r o v i d ee x p e r i e n c ef o rt h e r e s e a r c hw h i c h i s i n t h e s i m i l a r c o n d i t i o n .一一K e y w o r d s :s t e e p c o a l s e a m ;s u r f a c e s u b s i d e n c e ;G P S ;d y n a m i cm o n i t o r i n g 收稿日期:2017-03-05一一责任编辑:宋菲 基金项目:国土资源部公益性行业科研专项项目资助(编号: 201511056);国家自然科学基金青年基金项目资助(编号:41402322)第一作者简介:郝文杰(1984-),男,内蒙古赤峰人,工程师,主要从事矿山地质环境监测技术研发与方法研究工作,E -m a i l :h a o w e n j i e l o v e @163.c o m 三一一我国宁夏二 陕西和甘肃省等西部地区,巨厚黄土层覆盖地区占矿井开采面积的60%以上, 这些地区的煤炭开采所引起的地表沉陷及采动损害问题日益突出[1],不但使矿区建筑物受损,而且造成植被破坏二水土流失二山体滑坡二农田损毁等地质环境问题,严重制约了矿区可持续发展[ 2]三为最大限度地解放 三下 压煤,提高资源回收率,保护地表村庄 建筑物,国内外很多学者进行了大量的地表移动观 测研究三在欧洲,F e r r i e r 等人利用光谱成像技术对西班牙最大的铜矿区R o d a q u i l a r 进行长期跟踪,分析了由于铜矿的过度开采所造成地面沉降问题的发展 趋势[3]三M u l a r z 利用L a n d s a t T M 和S P O T -5卫星万方数据
深度解析：采空区地面塌陷勘察与设计！ 本文从采空区塌陷勘察、采空区塌陷治理设计两方面展开： 一采空区塌陷勘察 主要依据：高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册； 岩土工程勘察规； 铁路工程不良地质勘察规程； 一）采空区分类： 1、按采煤方法与顶板管理方法分类： （1）长壁陷落法采空区：由长壁大冒顶采煤法形成的采空区 （2）短壁陷落法采空区：由短壁自由冒顶采煤法形成的采空区（3）巷柱或房柱式采空区：由巷柱或房柱式采煤法形成的采空区 （4）条带法或填充法采空区：由条带或填充采煤法形成的采空区 2、按采煤深厚比可分为以下几类： （1）浅层采煤区：开采深、厚比小于40的采空区； （2）中深层采空区：开采深、厚比大于40，但小于200的采空区； （3）深层采空区：开采深、厚比等于或大于200的采空区。 3、按煤矿采空区形成和停采的时间分类： 可以分为新采空区和老采空区两种。 新采空区是指现采空的采空区，其地表移动、变形尚未发生或正
在发生过程中，或位于正在采煤的采区、采煤工作面近旁的采空区已放顶，地表移动、变形和移动盆地正在发生、发展中。 老采空区是指已停采闭矿的矿区或已停采的采空区，其地表移动、变形和移动盆地等已形成并趋于稳定的采空区。 采空区地面变形灾害包括地面塌陷、地面沉降、地面开裂（地裂缝）等。勘察围应大于地面变形围。 1998年5月发生的临澧县衫板乡石膏矿塌陷，直径达47米。 (一) 主要任务 查明老采空区上覆岩层的稳定性,预测现采空区和未来采空区的地表移动和变形特征，对工程场地的适宜性进行评价。在此基础上，提出预防、整治的对策和方案。 可行性研究勘察阶段 1、该阶段应以收集资料、工程地质调查、采矿情况调查为主，辅之以大比例尺航卫片解译，必要时可布置少量勘探工作。其工作容
西石门铁矿 地表塌陷、断裂变形的观察办法（试行） 根据国家地质灾害防治条例的相关条例和局、矿的有关规定，以及结合我矿长期的观测经验。对我矿开采范围内各大采区因采矿出现的采空塌陷区和裂隙变形情况与马河沉降变形情况和尾矿库的监测情况。我矿地测科特制定了相关检测方法及观测结果整理的办法，以顺利有效地把灾害检测工作做好。能够准确地把观测结果上报有关部门以便采取积极有效措施，以防发生重大的灾害事件。 一、观测要求： 1、仪器：全占仪，精度±2″，钢尺。 2、观测时间：以长期固定检测与定期巡查和汛期强化检测相结合的方式进行。长期固定检测一般为每月两次，雨后加测，雨季加密为每周一次；定期巡查一般为每月进行一次。 3、观测点的设置：沉降观测点要布置在能反映沉降特征且方便观测的位置，一般采用条带型和十字型观测网，布置观测点使用钢钉和混凝土埋桩的方法。 4、沉降观测的五定：点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要稳定；观测时环境条件要基本一致；观测方法、路线要固定。 5、沉降观测成果的整理：作好原始记录，检查原始记录是否正确，精度是否合格，计算出变化值。然后填入沉降观测表中，绘制出沉降与时间的曲线图。
6、沉降结果的上报：要定期将观测结果上报有关部门，如出现较大的变化时应及时上报，以便及时采取措施，防止出现重大灾害事件。 二、观测位置： 1、北采区：在北大坑南布置一条近东西向的观测线，10余个观测点；间距10-20；观测点采用混凝土现场浇注设桩。每年一季度末对塌陷区的面积、深度和断裂变形的范围进行观测。变形观测线一般情况下每三个月观测一次，每月巡查一次，在雨季或地表巡查发现变化变化较大时可随时加密观测次数。 2、中采区：在塌陷坑东侧布置布置一条近东西向的观测线，10余个观测点，观测方法与北采区相同。 3、南采区：南区塌陷坑已基本用废石充填完毕，没法设置观测点，但在一些地段也存在着裂隙变形和小面积的塌陷。变形观测线一般情况下每三个月观测一次，每月巡查一次，在雨季或地表巡查发现变化变化较大时可随时加密观测次数。 4、马河沉降区：在马河的沉降变形部位，位于马河河床内及马河北岸，对我矿安全生产构成极大地危险，为指导安全渡讯和治理维护的需要，在该部位布置三条主观测线及三条辅助观测线及散点；观测点的间距为10-20米；观测点采用在混凝土面上击注钢钉和埋设混凝土桩等方法。观测时间：汛期（7～8月）每10天观测一次，汛期后的两个月（9～10）每20天一次观测一次。其他月份每30天观测一次。在马河的两岸设置径流水位标志，为有关部门提供观测的数据。 5、尾矿库的观测：沿坝体轴线方向上布置一纵一横观测线，一纵：从底部堆石坝至沙棘林带的下沿，设5个观察点。一横：在411米坝面公
采空区 采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。 由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，因此，如何对地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等进行量化评判，一直是困扰工程技术人员进行采空区潜在危害性评价及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。 目前，地下空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题，随着矿山向深部开采，地压增大，地下空区在强大的地压下，容易发生坍塌事故，尤其对地下转露天开采的矿山影响很大；地下开采残留大量的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，对露天开采带来了严重的隐患，同时给矿山工作人员和设备带来严重的威胁。 自20世纪末以来，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区，这是影响目前矿山安全生产的主要危害源之一。如河南栾川钼矿、广西大厂矿区、甘肃厂坝铅锌矿、铜陵狮子山铜矿、云南兰坪铅锌矿、广东大宝山矿、湖南柿竹园矿等许多矿山都存在大量的采空区，致使矿山开采条件恶化，引起矿柱变形、相邻作业区采场和巷道维护困难、井下大面积冒落、岩移及地表塌
陷等，更为严重的是空区突然垮塌的高速气流和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏，这些都给矿山安全生产构成严重威胁，并造成环境恶化、矿产资源严重浪费。解决上述问题的前提条件就是要科学地探查井下空区的即时状态和空间形状，为空区安全治理和资源回采提供准确的设计依据。结合栾川钼矿的实际工程地质条件，利用地下空间和采空区三维激光系统(C-ALS)对矿山的部分空区进行探测，了解其空区的形状、大小和位臵，运用其自带的软件进行编辑与成图。从而确定空区在矿山平面图上的具体位臵，为空区的处理提供可靠的理论依据，从而确保作业工人和设备的安全。 目前世界上先进的采空区整体解决方案是利用高密度电法等地球物理方法探测到采空区的大概位臵，再使用C-ALS等激光扫描设备对采空区进行数字化和可视化，达到科学探测采空区的目的。 处理方法 采空区的处理方法一般有： 垮落法、充填法、支撑法、缓慢下沉法。 煤矿采空区 是指在煤矿作业过程中，将地下煤炭或煤矸石等开采完成后留下的空洞或空腔。在对煤矿开采过程中，采空区常常给煤矿的正常生产带来危害。由于在煤矿开采过程中采空区存在大量的遗留的浮煤，浮煤的存在为煤矿自燃提供了物资条件。煤矿自燃严重威胁着煤矿的安全生产、制约着煤矿的生产，而采空区煤矿自燃在煤矿自燃发生总体中占有重要的部分。我国国有重点煤矿中采空区煤矿自燃占自燃火灾的60%，其中绝
采空区地表沉降影响因素研究 孙 超 1,2 ,薄景山 1,3 ,刘红帅1,齐文浩 1 1.中国地震局工程力学研究所,哈尔滨 150080 2.吉林建筑工程学院勘查工程系,长春 130021 3.防灾科技学院地震工程系,河北三河 065201 摘要:采空区地表沉降影响因素众多,以有限元软件A N SYS 为基础,利用数值模拟方法的灵活性,分别对各主要影响因素进行分析。选用适合于岩土类材料的德鲁克-普拉格本构模型,利用A NSY S 特有的/杀死单元0命令模拟矿体被采出,再通过/激活单元0命令模拟采空区被填充。分别研究了开采深度、开采厚度、地形条件、采空区填充等因素对地表沉降的影响。结果表明:随开采深度的增加,地表变形随之降低;随开采厚度的增加,地表变形增长较快;随着地形坡度的变化,采空区地表移动盆地逐渐向地势较低方向移动;矿体开采后及时充填,对控制地表变形效果显著。 关键词:采空区;地表沉降;A NSY S;德鲁克-普拉格模型 中图分类号:P642.2 文献标识码:A 文章编号:1671-5888(2009)03-0498-05 收稿日期:2008-12-17 基金项目:国家自然科学基金项目(50808164) 作者简介:孙超(1978)),男,黑龙江绥阳人,博士研究生,讲师,主要从事地下结构、岩土工程抗震方面研究,E -mail: sunchaobox @https://www.doczj.com/doc/f36543907.html, 。 Study on Influencing Factors of Ground Settlement over Mined -Out Area SUN Chao 1,2,BO Jing -shan 1,3,LIU H ong -shuai 1,Q I Wen -hao 1 1.I nstitu te of E ngineer ing M echanics ,China E arthquake A d ministration,H arbin 150080,China 2.I nv estig ation E ngineer in g Dep artment,J ilin Institute of Ar chite ctu re and Civ il Eng inee ring ,Chang chun 130021,China 3.Ear th quake Engineer ing Dep artment,I nstitute of Disater Pr ev ention Sc ienc e and Te chnology ,Sanhe ,H e bei 065201,China Abstract:There are many factor s to influence on the g round settlement in mined -o ut area.Based o n the finite element software ANSYS,making use o f the flexibility of numerical sim ulation method,the main factor s are analyzed respectively.The Druker -Prag er m odel is chosen,w hich is suitable to simulate the m aterials of rock and soil.-Kill Elem ent .co mmand is used to simulate the situation of ex plo iting,and then the co mmand of -Activ ate Element .in ANSYS is used to sim ulate that the mined -out ar ea is filled.T he influence of each factor in the g round settlement o ver m ined -out area is studied r espectively such as depth,thickness of the mined -o ut area,the topog raphic co ndition and the filling of the mined -out area.The r esult show s that the gr ound settlement decreases w ith the increase of the mining depth,the g round settlem ent increases obviously w ith the increase of m ining thickness,the basin m ovement w ill m ove to the low er direction w ith the change of topogr aphty ,and it w ill reduce the gr ound settlement ev idently to fill the mined -o ut ar ea in time after mining. Key words:mined -out area;g round settlement;ANSYS;Dr ucker -Prag er model 第39卷 第3期 2009年5月 吉林大学学报(地球科学版) Jour nal of Jilin U niver sity(Ea rth Science Editio n) Vo l.39 No.3 M a y 2009
B1003W01工作面采空区地表 沉降观测设计
单位：沙吉海煤矿生产技术部 时间：2014年8月 B1003W01工作面采空区地表沉降观测设计 一、设计情况说明： B1003W01工作面于2014年7月31日正式投产试运行，根据煤矿有关规定，煤矿采煤工作面对应的地面区域必须进行沉降观测，根据沉降观测数据确定地表的沉降程度。 沙吉海生产技术部依据相关规定，于2014年8月进行了地表沉降观测点位的布置。在采空区地表中部设置12个控制点，在采空区边界设置14个点确定采空区的边界范围，同时作为沉降观测点使用。 二、沉降观测的相关知识
2.1 沉降观测网的布置 在沉降观测之前，由于采空区距离矿区控制点较远，为方便进行观测以及布点，特在矿区控制点的基础上，在采空区布设沉降基准点和沉降观测点。 2.2 沉降基准点和沉降观测点 在采空区附近设置3个沉降基准点，一个为混凝土浇筑永久点，2个为挖坑埋设方木作为标记（500mm×100mm×100mm）。沉降观测，是根据基准点进行的，因此要求基准点的位置在整个变形观测期间稳定不变。为保证基准点高程的正确性和便于相互检核，布设基准点数目应不少于三个并构成基准网。埋设地点应保证有足够的稳定性，设置在受压、受震范围以外。为了观测方便及提高观测精度，基准点距观测点不要太远，一般应在100m范围内；否则，还应布设工作基点。基准点在开工前埋设并精确测出其高程。沉降观测点是固定在待测对象上的测量标志，应牢固的与待测对象结合在一起，便于观测，并尽量保证在整个观测期间不受损坏。观测点的数量和位置，应能全面反映待观测对象的沉降情况，尽量布置在沉降变化可能显著的地方。观测人员应经常注意观测点变动情况，如有损坏及时设置新的观测点。 2.3 观测时间、方法和仪器 由于地表可能受到才懂影响，因此在进行沉降观测前必须对沉降基准点进行监测，在无影响的情况下，方可进行沉降点观测。 为保证沉降观测数据的精度，进行测量时仪器和测量方法必须一
第一章地表移动和变形规律 第一节开采引起的岩层和地表移动 一、开采引起的岩层移动和破坏 （一）岩层移动和破坏过程 在地下煤层被采出前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。当部分煤层被采出后，在岩体内部形成一个采空区，其周围岩体应力平衡状态受到破坏，引起应力重新分布，从而使岩体产生移动、变形和破坏，直至达到新的平衡。随着工作面的推进，这一过程不断重复。这是十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动和破坏过程，这一过程和现象称为岩层移动（Strata Movement）。 为了便于理解，以近水平煤层开采为例，说明岩层移动和破坏过程和应力状态的变化。当地下煤层开采后，采空区直接顶板岩层在自重应力及上覆岩层重力的作用下，产生向下的移动和弯曲。当其内部应力超过岩层的应力强度时，直接顶板首先断裂、破碎，相继冒落，而老顶岩层则以梁、板的形式沿层面法向方向移动、弯曲，进而产生断裂、离层。随着工作面向前推进，受到采动影响的岩层范围不断扩大。当开采范围足够大时，岩层移动发展到地表，在地表形成一个比采空区范围大得多的下沉盆地，如图1-1所示。 由于岩层移动和破坏的结果，使采空区周围应力重新分布，形成增压区（支承压力区）和减压区（卸载压力区）。在采空区边界煤柱及其边界上、下方的岩层内形成支承压力区，其最大压力为原岩应力场的3～4倍。由于支承压力的作用，使该区煤柱和岩层被压缩，有时被压碎，煤层被挤向采空区。如图1-2所示。由于增压的结果，使煤柱部分被压碎，支承载荷的能力减弱，于是支承压力峰值区向煤壁深处转移。在回采工作面的顶、底板岩层内形成减压区，其应力小于采前的正常压力。由于减压的结果，使下部岩层发生弹性恢复变形。上部岩体由于受下部岩体移向采空区的结果，可能在顶板岩层内形成离层，而底板岩层在采空区范围内卸压，在煤柱范围内增压，两种压力作用的结果，可能出现采空区地板向采空区隆起的现象。 （二）岩层移动和破坏的形式 在岩层移动过程中，采空区周围岩层的移动和破坏形式主要有以下几种：1．弯曲 弯曲是岩层移动的主要形式。当地下煤层被开采后，从直接顶板开始岩层整体沿层面法线方向弯曲，直到地表。此时，有的岩层可能会出现断裂或大小不一的裂隙，但不产生脱落，保持层状结构。 2．垮落 垮落（又称冒落）这是岩层移动过程中最剧烈的形式，通常只发生在采空区直接顶板岩层中。当煤层采出后，采空区附近上方岩层弯曲而产生拉伸变形。当拉伸变形超过岩层的允许抗拉强度时，岩层破碎成大小不一的岩块，无规律地充填在采空区，此时，岩体体积增大，岩层不再保持其原有的层状结构。 3．煤的挤出 采空区边界煤层在上覆岩层强大的压力作用下，部分煤体被压碎挤向采空区，这种现象称为煤的挤出（又称片帮）。由于增压区的存在，煤层顶底板岩层
地表移动变形观测数据处理程序（SODP 3.0.0） 使用说明 二〇一七年一月
目录 1简介 (2) 2配置及启动 (2) 2.1配置SODP (3) 2.2启动SODP (3) 3实测数据处理 (4) 3.1工程数据导入 (4) 3.2测线数据导入 (6) 3.3超前距（角） (8) 3.4滞后距（角） (9) 3.5边界角 (10) 3.6移动角 (11) 3.7沉降持续时间 (12) 3.8移动变形最大值 (13) 3.9绘制移动变形曲线图 (13) 4预计参数反演 (15) 4.1工程数据导入 (15) 4.2求参项目数据导入 (15) 4.3数据预处理 (17) 4.4求参数 (18) 4.5求参结果 (19) 5开采变形预计 (21) 5.1工程数据导入 (21) 5.2预计项目数据导入 (21) 5.3预计方法 (23) 5.4数据预处理 (24) 5.5预计计算 (25) 5.6预计结果 (26) 6附录 (28) 6.1沉降实测数据文件格式 (28) 6.2水平移动实测数据文件格式 (29)
1简介 对地表移动变形监测站测得的数据进行处理分析，获得移动盆地主断面内的各种角量参数及最适合于该区域的移动变形预计模型参数，是研究地下开采引起的地表移动变形规律的核心内容。分析地表移动变形实测数据对开采沉陷的理论研究和生产实践都有重要的意义。利用主断面内的角量参数可以科学地确定建筑物保护煤柱的留设范围；利用合理的预计参数可以准确地对地表移动变形进行预测，预测的结果可以定量地研究受开采影响的岩层与地表移动在时间上和 空间上的分布规律。另外，预测结果还常被用来判别建筑物是否受开采影响和受开采影响的程度，作为受影响建筑物进行维修、加固或就地重建或采取地下开采措施的依据；还可以根据预测结果全面掌握矿区土地的塌陷情况，包括塌陷面积、塌陷深度，以便开展矿区土地复垦，保护矿区生态环境等。 本软件采用C#及C语言，基于https://www.doczj.com/doc/f36543907.html,平台二次开发完成，可运行于AutoCAD2006及以上的版本。主要实现矿区地表移动变形实测数据处理分析、概率积分法最优参数反演及地表移动变形预计等功能。 2配置及启动 为了本软件能够良好运行，在使用本软件前，请确定已经安装了
InSAR在地表变形监测中的应用 InSAR在地表变形监测中的应用一、概述近年来地震、火山、滑坡和地面沉降等地质灾害越来越严重地威胁着人类的生存空间，针对这种灾害而发展起来的地表形变监测和测量技术就显得尤为重要。20世纪70年代后期，空间影像雷达在遥感中开始扮演重要角色。1978年美国国家航空与航天局(NASA)发射了第一颗用于观测地球表面的SEASAT卫星。而后发现，合成孔径雷达(SAR)可以广泛地用于研究陆地、冰川和海洋、于空间影像雷达使用微波信号(厘米至分米波段)很少受气象条件及是否有太阳照射影响，可以在任何时候获取全球表面信息，因此非常适用于地表面监测工作。侧视成像、脉冲压缩技术及合成孔径技术的综合应用，可以保证空间影像雷达获得几米到几十米精度的地面几何分辨率。
InSAR英文全称为Interferometric SyntheticAperture Radar,InSAR，中文含义为“合成孔径雷达干涉技术”，是一种使用微波探测地表目标的主动式成像传感器，InSAR传感器可以通过记载或星载的方式对地球表面成像，于航天技术的发展，商用卫星的InSAR系统已投入应用，并不断地趋于完善，使该项技术被认为是前所未有的新的空间观测技术。研究表明：其能够生成大规模的数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，InSAR用于差分模式(D-InSAR)能以cm级甚至毫米级精度在大的时间与空间尺度上探测到地球表面位移，并已应用于地震与火山研究、冰川运动监测、地球构造运动研究、地面沉降监测等领域。Goldstein等人应用欧洲遥感卫星(或称地球资源卫星)ERS-1间隔6d的数据在没有地面控制点情况下直接测定冰川速率。Massonnet等人首先利用ERS-1资料计算出1992年美国Landers 地震的同震位移，获得的地面至卫星方
⑴评估区地表移动变形预测 采用倾斜长壁、走向长壁为主的采煤方法，顶板管理采用全部垮落法，设计工作面长度150—260m ，推井长度1800—2800m ，属充分采动。 国内外采矿经验认为，当煤层采深采厚比小于30时，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的不连续特征，地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。当采深采厚比介于30—100之间，地层中没有较大地质破坏情况下，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的连续性和一定的分布规律，常表现为地表移动盆地。 上组煤层埋深及采深采厚比特征见下表。 表3—4 上组煤采深采厚比特征表 采深采厚比特征表明，当上组煤层联合采出后，将会引起岩层移动并波及到地表，局部地段地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。 为定量评估开采上组煤层后地表变形特征，下面依据国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称《规程》）中的经验公式，对煤层开采后地表最大移动、变形和倾斜值进行计算。采用公式如下： 地表移动与变形极值计算： 最大下沉值：Wmax=Mqcos α 最大曲率值：Kmax=±1.52 2 max r W 最大倾斜值：Imax= r W max 最大水平移动值：Umax=b Wmax 最大水平变形值：εmax=±1.52b r W max
式中： q—下沉系数 M—煤层采空区厚度（m） r—主要影响半径，其值为采深与影响角正切值tgβ之比 α—煤层倾角 b—水平移动系数 本矿无实测的地表移动变形基本参数数据，本次评估中煤层厚度、埋深采用《煤矿资源储量核实报告》中的数据，其它参数根据根据覆岩性质及顶板单向抗压强度在《规程》P222附表5-3中选择经验参数。根据《选煤厂改扩建可行性研究报告（修改）》，在方案适用期内，开采北一采区（5#）、北二采区（2#煤）和北三采区（3#+4#）。北一采区综采工作面长度180m、平均采高2.8m，设计工作面年推进度按2800m；北三采区综采工作面长度260m，平均采高4.2m，设计工作面年推进度为1800m；北二采区2#煤综采工作面长度150m，平均采高1.08m，设计工作面年推进度为2200m。 从全矿区煤层分布情况看，2#、3#、5#大部分区域稳定可采，4#煤层全区稳定可采。因2#、3#、4#、5#煤层间距较近（2#、3#煤层间距平均10.34m，3#、4#煤层间距平均6.16m，4#、5#煤层平均间距5.56m），矿区内上组煤采取联合开采方式。本次变形特征值计算将上组煤合并进行。 从煤层底板高线来看，井田为一缓倾斜的单斜构造，地层走向自北向南由南北向渐变为北西向，倾向由西渐变为南西，地层倾角平缓，一般为3～15°，平均7°。 井田上组煤顶板岩性主要为砂质泥岩、泥岩，单轴抗压强度为10.8－36.2MPa，分别为较稳定和不稳定顶板。 下沉系数取q初=0.80，q复=（1+a）q初=0.96； 水平移动系数取b初=0.26； 移动角取72°； 水平移动系数取b复=b初=0.26 主要影响角正切tgβ=2.77 按上述公式及计算参数，上组煤开采后，不同埋深地表产生的最大变形值列
基坑降水及地面沉降变形计算 ------------------------------------------------------------------- 计算项目: 降水计算 1 ------------------------------------------------------------------- [原始条件]： 计算模型: 潜水完整井;基坑远离边界 水位降深 7.500(m) 过滤器半径 0.375(m) 水头高度 8.500(m) 渗透系数 35.000(m/d) 单井出水量 360.000(m3/d) 沉降计算经验系数 1.000 ---------------------------------------- 沉降影响深度内土层数：3 场区内丰水季节地下水埋深: 5.000(m) 层号层厚度(m) Es(MPa) 1 4.000 5.000 2 8.000 28.000 3 5.000 35.000 ---------------------------------------- 基坑轮廓线定位点数：8 定位点号坐标x(m) 坐标y(m) 1 420.578 357.129 2 515.742 355.441 3 519.539 571.531 4 411.469 573.148 5 409.758 474.531 6 414.883 461.809 7 414.141 427.301 8 418.703 400.180 ---------------------------------------- 降水井点数：27个（各井间距22.0米） 井点号坐标x(m) 坐标y(m) 抽水量(m3/d) 1 516.724 354.423 360.000 2 517.150 378.656 360.000 3 517.576 402.888 360.000