下载文档原格式
浅析地表岩移观测站的建立与观测方法刘剑刚【摘要】以潞安集团王庄煤矿6206工作面建立地表岩移观测站为例,简要介绍了建立地表岩移观测站的意义,分析了地表岩移观测站的设计、实地标定以及观测方法和资料分析方法.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2011(020)003【总页数】3页(P54-56)【关键词】地表移动;岩移观测站;地表岩移规律;6206工作面【作者】刘剑刚【作者单位】潞安环能股份公司,王庄煤矿,山西,长治,046031【正文语种】中文【中图分类】TD325+.4近年来,随着潞安集团王庄矿生产规模的不断扩大和开采范围向62采区及+540 m 水平延伸,村庄下、水体下、铁路与高速公路下压煤问题日益突出,解放“三下”压煤问题已迫在眉睫。
通过建立地表岩移观测站,取得完整的观测资料,就可分析出王庄矿的地表移动参数和移动规律,为王庄矿在日后指导“三下”采煤和留设高速公路保护煤柱及征迁赔偿工作提供科学依据,对于矿井的可持续发展具有重要意义。
王庄矿6206工作面西侧为太长高速公路保护煤柱,东侧与北侧均为未采区,南侧为安昌断层带,工作面周围均为未采区,且区域地势平坦,交通方便,设站和数据采集都较方便,因此在6206工作面回采前建立了地表岩移观测站来进行地表岩移规律的观测和研究。
地表岩移观测站的观测线分为倾向和走向观测线,其位置是在观测站的平面图和走向主断面图上确定的。
由于6206工作面的外端距风运巷口650～800 m范围内发育了落差6 m左右的断层带,此范围内不回采,在距风运巷口650 m处另开切眼,将整个工作面分为两部分,所以设置了两条倾向观测线和一条走向观测线,且走向观测线设计成半盆地走向观测线,设置在停采线一端。
在观测站的平面图上,沿走向方向按比例尺量取两段范围的长度,作其中分线,此中分线即是倾向观测线的位置。
在倾向主断面图上,由采区中点作水平线,按最大下沉角θ (θ取87°)作一斜线与地表相交,将此交点投影到平面图的倾向观测线上,过此投影点作采区走向的平行线,即为走向观测线的位置。
地表移动观测站布设及数据处理方法简析周万茂(煤炭科学研究总院北京开采研究所,北京100013)【摘 要】 在采空区上方建立地表移动观测站进行实地观测是获得地表移动规律的主要手段。
由于过去计算手段的限制,观测站布设与数据处理具有较大的局限性,使地表移动和变形计算精度受到较大影响,文章针对传统的地表移动观测站布设和数据处理存在的问题,提出了解决方法。
【关键词】 地表移动;观测站布设;数据处理中图分类号:T D173+14 文献标识码:B 文章编号:100626225(2000)01200142021 观测站布置及数据处理存在的问题传统的地表移动观测站要求设计的观测线必须严格位于地表下沉盆地主剖面线上。
水平移动观测数据只有各观测点沿观测线方向的水平移动值,垂直观测线方向的水平移动值一般不进行观测,从而造成了以下问题:(1)由于受各种因素的干扰,观测站测点不可能象设计中那样布置成一条直线而是沿某一直线左右摆动,如图1所示,从而使得水平移动值存在一定误差。
各观测点的水平移动一般是按以下方法求出的:图1 传统观测站布置示意假设A 为控制点,末次观测与首次观测相比AB 伸长Δl AB ,BC 伸长Δl BC ,C D 伸长Δl CD 等。
则B ,C ,D 三点沿倾斜方向的水平移动值分别为Δl AB ,Δl AB +Δl BC ,Δl AB +Δl BC +Δl CD以上水平移动值存在以下误差:首先Δl AB ,Δl BC ,Δl CD 是三个不同方向矢量,不能求代数和,相邻线段方向变化越大则求代数和引起的误差越大,而且距离控制点越远的观测点,求出的位移值累计误差值越大。
其次,偏离主剖面线的各点实际位移并不沿主剖面线方向,而是与主剖面线方向存在一个夹角,因此实际位移可以分解为沿主剖面线方向的一个分量和垂直主剖面线方向的一个分量,而求参时往往把并不是沿主剖面线方向的位移看作沿主剖面线方向的位移(即把总量当作分量),造成观测点偏离主剖面线方向越远引起的误差越大。
仅供参考[整理] 安全管理文书煤矿地表观测站建立方案日期：__________________单位：__________________第1 页共5 页煤矿地表观测站建立方案为更好的掌握地表岩层移动的基本规律，建立地表移动与变形观测站进行现场观测，是依据《煤矿安全标准化基本要求》，有效的收集采空区地表岩层沉陷变化数据，建立健全相关数据资料及台账。
本方案建立的目的是针对已回采的9煤1901、1902、1903、2901、2903工作面采空区和目前回采的16煤工作面在形成采空区后，两个水平之间的岩层应力关系对地表产生的影响做出准确判断，进一步加强安全生产工作的有利开展。
一、观测区域概况1、9煤各工作面采空区分布位于井田北部和南部，北部由1901、1902、1903、三个工作面采空区，南部有2901、2903两个工作面采空区，16煤目前设计三个工作面分别为11601、11602、11603回采工作面，位于井田北部与9煤三个工作面基本形成垂叠关系。
地表为高原侵蚀性丘陵地貌，大部分地区分为低矮山丘，北部区地表无建（构筑）物，南部区位于2093工作面采空区地表上方中部段建立一个垃圾焚烧厂面积约为：0.044平方公里，位于西部段建立一个垃圾厂办公楼面积为302㎡目前该区域地表岩层处于稳定状态。
2、地表裂隙情况目前地表裂隙主要分布于北部区域1901及1903工作面采空区地表中段部位，距2015年7月回采完毕至今共计产生23条裂隙，共分两个区域一区长度均为32m-85m；；二区长度均为186.5m；宽度均为0.2m-0.7m，其走向均为东西走向，现已治理完毕，该区域未目前发现新增的其他裂隙。
2.地表岩石移动参数走向移动角δ=75°，上山移动角γ=75°，第 2 页共 5 页下山移动角β=75°-0.6°α，表土移动角φ=45°，充分采动δ=55°，最下沉角θ=90°-0.5°α二、地表移动观测站设计1、观测站设置所需要资料图纸资料采掘工程平面图、井上下对照图（开采工作面设计图、采掘进度计划）采区地质资料及工作面地质说明书、地质地形图等测绘资料矿区控制点、已有的地表移动观测资料及参数等2、观测站分类及布设的形式按观测站设置的地点：地表移动观测站按照观测的时间：普通观测站按照布设的形式：网状观测站本次布设网状观测站，观测线由走向线和倾向线组成，两条线相互垂直，可以较好的反映观测地区的变形沉陷等相关信息。
1概述济三煤矿123上04工作面位于工业广场的北部，幸福河与济东公路在工作面南部穿过，工作面上方地表还有秦庄、前卓庙、后卓庙、及金桥集团，其余大部分为农田及其附属设施，观测站的布设届时可根据地面实际情况作调整。
本次观测站位于１2３上04工作面(十二采区中部）的正上方,地势平坦,另外该工作面为十二采区首采工作面,受外界影响因素相对较少。
本工作面所采煤层为山西组煤3上，地质构造较简单，大部分煤厚在１.４m以上,最大厚度2.2m，平均厚１．72m,倾角0°～12°,平均为3°。
煤３上底板为泥岩、中砂岩及粉细砂岩互层,煤３上顶板为粉砂岩及细粉砂岩互层、粉砂岩;泥岩硬度系数ｆ=２～4，粉砂岩、细砂岩及细粉砂岩互层硬度系数f＝4～6,中砂岩硬度系数为8～10。
工作面回采过程中预计出现顶板淋水及采空区涌水，以采空区涌水为主。
预计１２３上0４工作面最大涌水量200m３／h,正常涌水量60～１0０m3/ｈ。
２建立观测站的目的和意义建立地表移动观测站实测研究是开采沉陷规律研究的最可靠手段。
本工作面已经进入了秦庄、前卓庙、后卓庙及金桥集团保护煤柱,属于建筑物下采煤范畴，另外工作面回采引起的地表移动将会对济东公路、幸福河及河堤造成影响；根据有关规程也必须设立地表移动观测站。
因此,在工作面上方建立地表移动变形观测站的主要目的有:(１)由于本矿煤3上采用综合机械化开采技术,设置观测站的目的主要是为了取得本地区因地下煤层开采后,采动地表的移动、变形及破坏规律,包括各种移动角、边界角、移动与变形预计参数,并为进行矿区总体规划、环境评价和矿井设计时，对于建筑物、水体、铁路及主要井巷的压煤开采论证提供评价依据;（2）为安全合理的留设保安煤柱提供技术参数,也为安全合理开采保安煤柱提供理论依据；(3）为开展建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱的开采提供变形预计方法，以便在进行“三下”采煤时，为合理布设工作面和选定开采顺序、制订建(构）筑物及河堤加固保护措施提供依据；（4）由于综合机械化开采地表沉陷变形的特殊规律，为了寻求在观测站布设方法、观测手段、研究内容及分析方法等方面的合理性。
旬邑县宋家沟煤矿xunyixiansongjiagoumeikuang2026综采工作面地表移动观测站设计方案编制单位：地测科编制日期：2013.06.01前言为了获得2026综采工作面最可靠的地表移动参数，掌握该工作面地质采矿条件下的地表移动规律，我矿决定建立2026综采工作面地表移动观测站，进行该工作面地表移动的观测和研究工作。
2026工作面地表移动观测与研究的主要内容：1、掌握地质采矿条件与地表移动的变形关系；2、获得综采条件下地表移动与变形的分布规律；通过对2026工作面地表移动观测站的研究，为我矿保护煤柱的留设和实现煤矿安全生产等提供科学依据，并进一步探求地表移动规律，丰富和发展我矿采煤技术。
2026综采工作面地表移动观测站设计方案一、2026工作面地质采矿条件2026工作面走向长度为1110米，倾向宽150米，面积约16.65万㎡，平均采深为227米，工作面平均倾角12°，该工作面4-2煤层厚度在2.4-3.0米之间，平均2.7米，采用走向长壁垮落采煤法，综合机械化采煤。
本工作面掘进水文地质条件简单，顶底板均为泥岩、粉砂岩，隔水性能好；该工作面老顶为粉砂岩或砾岩，厚度为5.75-75米，该层非常坚硬；直接顶为泥岩、砂质泥岩厚度为1.46-6.67米，直接底为细砂岩、砂质泥岩，岩性变化不大，厚度约2.47米，具有膨胀性，上部松散层厚度约为145米。
二、地表移动观测站的设计1、观测站设计原则为了能够获得准确、可靠、有代表性的观测资料，在观测站设计中应遵循以下原则：（1）观测线应设在地表移动盆地的主剖面上；（2）观测线在观测期间不受临近开采的影响；（3）观测线的长度要大于地表移动盆地的范围；（4）根据开采深度和设站目的，观测线上的测点应有一定的密度；（5）观测站的控制点要设在移动盆地范围以外，埋设要牢固。
2、角量参数的选定由于该观测站为我矿第一个观测站，角度参数的选定只能参照我矿采矿条件，地质地层结构实际揭露，矿区地表移动观测成果等资料。
山西陵川崇安苏村煤业有限公司150201回采工作面地表移动观测站设计编制：审核：总工：二〇一三年150201回采工作面地表移动观测站设计为了获得1502采区工作面最可靠的地表移动参数，掌握该地质采矿条件下的地表移动规律，进一步确定煤层开采后,其上覆岩层及地表移动的各类参数和地表裂缝的发肓情况，确保矿井安全生产。
结合我公司实际，特制定150201回采工作面地表移动观测站设计。
一、采区地质条件概况1、采区位置及区内地形岩移观测主要针对1502采区的150201工作面开采引起的地表移动进行观测。
1502采区位于井田西南部,其北部为1501采区西南翼,已开采结束,南部为矿区西南部边界、1503采区,东部为礼义保安煤柱，西部为矿区边界。
2502-03工作面为本采区第一个工作面。
区内地貌形态主要为山区丘陵区域,海拨高度在1146—999米之间,相对高差147米,地表无河流水体。
2、区内地层1502采区内地层大部分为第四系黄土层所覆盖，基岩出露地层为二叠系上统上石盒子组、二叠系下统下石盒子组、二叠系下统山西组。
二叠系下统山西组：主要出露于区内中部，主要为灰黑色泥岩、灰色砂岩和煤层组成；二叠系下统下石盒子组：露于区内中部，主要为一套海陆相沉积的灰、灰白色薄层砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，结构松散，易风化。
一般厚度为46.79～80.57m，平均64.60m。
含三角织羊齿等化石；二叠系上统上石盒子组：出露于区内中部及西北部，该组地层井田内赋存不全，钻孔仅揭露其下部地层，残留最大厚度约42.72m。
其岩性主要为杏黄色～黄绿色砂质泥岩、泥岩、黄～黄绿色中粗粒长石石英砂岩m；第四系中更新统：区内广泛分布，主要为浅红、红色亚粘土、粘土，含钙质结核，底部有时见砂砾石层，呈层状或透镜状。
厚0～25.00m，平均厚15.00m；第四系上更新统：主要分布于沟谷及山前地带，主要为灰黄、浅黄色粉质砂土、粘土及砂砾石层，有时零星分布小钙质结核，具垂直节理。
中国矿业大学某矿6200工作面地表移动观测站设计姓名：学号：班级：指导老师：环境与测绘学院2016年4月17日目录一建立观测站的目的和任务 (2)二设站地区的地形及地质采矿条件 (2)三观测站设计时所采用的开采沉陷参数 (2)四地表移动观测站的设计 (3)五确定观测点间距、测点编号 (6)六工作测点和控制点的构造和埋设方法 (6)七观测站与矿区控制网连接设计 (8)八观测站日常观测方案， (8)九观测站成果整理方法 (9)十观测站经费预估 (14)一建立观测站的目的和任务某矿 6200 工作面西部、西南部有后鲍店村、中鲍店村。
为研究地下开采对村庄的影响及地表移动变形规律和参数，拟在该矿6200 工作面设置地表移动观测站，进行地表移动观测，通过观测获得地表移动动态参数和角值参数，同时，监测地下开采对建筑物的影响。
二设站地区的地形及地质采矿条件6200 工作面位于六采区东北部，是该采区设计开采 2 层煤的第一个工作面，北部、东部分别为 3 煤的一采区 1308、1310、1312 采空区和二采区 2310、2311、2312 采空区及未开采区域，南部、西部尚未开采。
6200 工作面基本沿倾向布置，为刀把型，倾向长为623～820 m ，走向宽为 46～129 m ，煤层厚度 0.70～1.33 m ，平均 1.10 m ，煤层倾角 4～19/6°，第四系平均厚度 196.16 m 。
工作面标高为-233～-303m 。
2 煤与下伏 3 煤的层间距一般为 21 m 。
6200 工作面上方地表地势平坦，标高为 43 m 左右，冻土深度 0.4m 。
三观测站设计时所采用的开采沉陷参数根据现场实测，求得本区域实测地表移动参数为：走向移动角=75°，上山移动角 =75°，下山移动角 =75°-0.6，表土移动角 =45°，充分采动角 1= 2= 3=55°，最下沉角 =90°-0.5。
四地表移动观测站的设计1.观测站设计原则为了能够获得准确、可靠、有代表性的观测资料，在观测站设计中，应遵循以下原则：（1）观测线应设在地表移动盆地的主断面上；（2）观测线在观测期间不受邻近开采的影响；（3）观测线的长度要大于地表移动盆地的范围；（4）根据开采深度和设站目的，观测线上的测点应有一定的密度；（5）观测站的控制点要设在移动盆地范围以外，埋设要牢固。
在冻土地区，控制点底面应在冻土线0.5m以下。
（6）测点埋设要牢固，设在以东范围内的观测点与地表同步移动。
2.观测线位置的确定根据观测站设计原则，在6200工作面上方地表布置三条观测线。
倾斜观测线：A号观测线位于“6200运输”右侧60m；走向观测线：B号观测线位于距离开切眼325m的采空区上方，C号观测线位于详见图1、2。
图 1倾向观测线（A号观测线）剖面图图 2走向观测线（B号观测线）剖面图图 3走向观测线（C观测线）剖面图3.观测线长度的确定根据《煤矿测量试行规程》第217A号和B号观测线长度：A号观测线长度按下式计算：A=h cot45°+(H2−h)cot75°+H2cot55°=410.81m 式中h—表土层厚度；H2—上山工作面厚度。
B、C号观测线长度计算为：·H0=H1+H2=311mB=(H0−h)cot（75°−0）+h cot45°+l/2=291.43m C=(H0−h)cot(75°−0)+h cot45°+l′/2=249.93m 式中H0—工作面平距厚度；l—工作面走向长度；l‘—刀把处开切眼长度。
五确定观测点间距1.根据国内外对开采沉陷的大量研究，开采深度越大，地表移动越平缓，观测点间距可以越大，反之成立。
因此国内外一般根据开采深度确定观测点的密度，见表一：表格 1六工作测点和控制点的构造和埋设方法1.控制点和工作测点结构所有控制点和工作测点全部为混凝土予制桩，钢筋露出水泥桩的高度为5mm,如图4和图5。
图 4控制点图图 5工作测点图2.埋设方法（1）埋设控制点应用全站仪根据施工测量要求按设计坐标在实地标定其位置，工作测点用全站仪标定，尽量使其中心位于同一方向线上，用木桩做标志；（2）挖坑前先把点位引到1米外的四个临时十字桩上，在所标定位置挖一直径为0.5m左右，控制点坑深为0.7m以上、工作测点坑深为0.5m以上的坑，坑底捣实，先铺一层0.1米厚的混凝土后放置予制桩，并用混凝土固定工作测点及控制点周围，固定高度分别为0.3m和0.5m；由十字桩拉线指示测点位置，控制点的偏心不要大于1cm，工作测点偏心不要大于5cm。
观测线上为三个控制点时，先埋设两端点，然后用全站仪标埋中间控制点；(3）在整个观测期间必须采取有效措施对控制点和工作测点严加保护，如有破坏应及时补埋。
七观测站与矿区控制网连接设计八观测站日常观测方案在首次和末次全面观测之间适当加密水准测量次数，为判定地表是否开始移动，在回采工作面推进一定距离(相当于0.1～0.5平均开即工作面回采38m),在预计可能首先移动的地表，选择若干个工作测点，每星期进行一次水准测量。
重复水准测量的时间间隔，视地表下沉的速度而定，一般是每隔1～3个月观测一次。
在移动的活跃阶段，还应在下沉较大的区段，增加水准观测次数。
观测站的各项观测，一般情况下可参照表3的程序进行。
为了保证所获得观测资料的准确性，每次观测应在尽量短的时间内完成，特别是在移动活跃阶段，水准测量必须在一天内完成，并力争做到高程测量和平面测量同时进行。
表3观测站观测程序注：地表移动稳定后指6个月内地表各点的下沉值均小于30mm4) 地表裂隙调查及井下工作面测量调查记录产生裂缝的日期、位置、长、宽、深及其变化过程，并拍摄图片。
在每次地表移动观测的同时，应在井下测定工作面的推进位置、采厚和采高等采煤状况，并每周测定一次实际回采上限的位置。
九观测站成果整理方法地表移动观测站的观测成果预处理，必须在外业成果无误的基础上进行。
观测数据的处理工作包括计算和绘图两部分。
1）观测成果的计算为了确保观测成果的正确性，在进行内业数据处理之前，应对野外观测成果再次检查，然后进行各种改正数的计算和严密平差计算。
(1) 观测数据的预处理观测数据预处理主要是计算各测点的高程、相邻两测点在观测线方向的水平距离，然后计算各测点的移动和变形值及下沉速度等。
对于全站仪而言，观测数据的处理除须加入气象改正和斜距改正之外，其余的计算和常规方法相同。
有关气象改正和斜距改正的具体计算方法参看全站仪使用说明书。
(2) 移动和变形计算观测数据经过预处理之后，便可计算观测线上各测点和各测点间的移动和变形值。
移动和变形计算主要包括：各测点的下沉和水平移动，相邻两测点间的倾斜和水平变形，相邻两线段（或相邻三点）的曲率变形，观测点的下沉速度等。
各移动和变形计算公式如下：①式中②相邻两点间的倾斜mm/m式中③号之间的曲率号点的式中倾斜；号点的水④mm式中线控制点间的水平距离，用点间距累加求得。
⑤号点间的水平变形mm/m式中⑥mm/d式中值；—两次观测的间隔天数。
⑦mm式中支距值。
横向水平移动是垂直于观测线方向的水平移动，计算时需注意正、负号。
每次观测结束之后应及时进行移动和变形计算，计算数字（3）地表移动变形参数确定地表移动变形计算之后，绘制移动变形曲线图和下沉速度曲线图。
在图上可确定出移动变形的角量参数有：移动角、边界角、裂缝角、最大下沉速度角、超前影响角等，通过专业程序计算求得的地表移动预计参数有：下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切、拐点偏移距等。
2）绘图工作根据每次观测的计算结果绘制CAD曲线图，由这种曲线图能够清楚地看出沿观测线(主断面)的地表移动与变形的分布特征及其发展过程。
绘制移动和变形曲线图时，选择竖直比例尺的原则是：使绘制的曲线能清楚的反映出移动和变形的分布规律，并便于分析比较。
水平比例尺与观测站平面图一致。
曲线图和观测线断面图应绘在一起，以表明各种地质采矿条件对移动和变形分布形态的影响。
断面图的竖直和水平比例尺与井上下对照图的相同。
在断面图上应标出地面，测点及其编号，松散层厚度，岩层柱状，采区位置，开采厚度，各次观测时的工作面位置及采区周围的开采情况等。
在观测站平面图上应表示出：测点的实际位置，地形，地物，钻孔，保护煤柱边界线，每次观测时的工作面位置，回采边界，地表裂缝，塌陷坑的形态及出现日期，并根据实测的移动和变形值勾绘等值线图。
每一次观测后，要及时进行计算和绘制移动、变形曲线图。
观测站观测工作全部结束后，为了求出最终结果，应对每次观测结果进行综合分析，以便获得观测站受开采影响产生的移动、变形的发展过程，以及移动和变形的最终值。
绘制移动、变形曲线时，具有正号的移动、变形值绘在水平线的上方，负号值绘在水平线的下方，但下沉值除外。
图6根据观测成果绘制的移动、变形曲线示意图。
绘图展点时需注意：下沉是展在测点的正下方；水平移动是依据其正、负号分别展在测点的正上方或正下方；倾斜和水平变形是依据其正负号展在两测点间中点的正上方或正下方，曲率是依据其正负号两相邻线段的不同情况展点；当相邻两线段的长度相等时，曲率点展在中间点的正上方或正下方。
绘制下沉速度曲线时，按下沉速度值，在两次观测时间间隔的正中间展点。
3）提交成果观测站的实测资料经过数据处理后，可求得下列成果：（1）地表移动盆地的范围、形状、大小，以及各种角值参数（边界角、移动角、裂缝角、最大下沉角、充分采动角等）；（2）地表移动盆地主断面上的移动和变形分布及其特征，移动和变形值的位置；（3）工作面推进过程中移动和变形的发展过程及其相应的主要动态参数（起动距、超前距、超前影响角、滞后角等）；（4）地表移动过程中，地表移动速度的变化以及与工作面的相应关系；（5）地表移动各个阶段（初始阶段、活跃阶段、衰退阶段）的持续时间以及地表移动持续的总时间；（6）工作面开始回采到地表开始下沉的时间等。
十观测站经费预估附图：（注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。
可复制、编制，期待你的好评与关注！）。
