岩移观测工作过程简介

岩移观测工作过程简介 第 1 页 第一节第一节 煤矿地表岩移观测点及观测线设计煤矿地表岩移观测点及观测线设计 一 参数取值一 参数取值 由于煤矿过去未开展过岩移工作 没有地表移动各项参数 因此采用类比的 方法取用各参数 该煤系地层上覆岩性可定为中硬 参照 煤矿测量手册 取定各参数如 下 走向移动角 550 上山移动角 550 下山移动角 550 最大下沉角 90 0 6 松散层移动角 450 煤层移动角的修正值 200 为煤层倾角 二 平面位置设计二 平面位置设计 1 走向观测线的设计 根据最大下沉值 在倾向主断面上确定出地表最大下沉点 通过该点沿矿体 走向做剖面线 即得到走向观测线平面位置 并且依据移动角值确定开采影响范围的边界 点 工作面地表岩移观测站沿走向布设一条观测线 2 倾向观测线的设计 倾向观测线位于主断面内 和走向观测线垂直 在走向主断面图上自开切眼 用 角和 角向工作面推进方向划线交地表于 E 点 倾向线必须在工作面推进方 向上超过 E 点的位置 观测站布设两条倾向观测线 3 观测线的长度设计 观测线的长度应保证两端 半条观测线时为一端 超出采动影响范围 以便 建立观测线控制点和测定采动影响边界 设站时移动盆地边界是根据地质采矿条件类似的 其它矿区的沉陷参数类比确定的 设置走向观测线的具体做法 自开切眼向工作面推进方向 以角值 划线与基 岩和松散层交接面相交 再从交点以 角划线与地表相交于 H 点 H 点便是不受邻区开采 影响的点 在工作面停采线处 向工作面外侧用 角划线与基岩和松散层的交接面 相交于一点 再从此交点用 角划线与地表相交于 F 点 在 HF 方向上设走向观测线 要 求走向观测线和倾斜观测线垂直 相交 并稍微超过交点一段距离得 G 点 G 点不得超过 E 点 HF 便是走向观测线的工作长度 如图 2 走向观测线长度 HF 按下式计算 lctghHctgHF 22 0 式中 h 表土层厚度 H0 采深 岩移观测工作过程简介 第 2 页 工作面走向长度l 工作面观测站沿走向布设一条观测线长约 1000m 倾斜观测的长度是在移动盆地主断面上确定的 具体办法是 自采区的上 下边界分 别以 和 划线与基岩和松散层交接相交 再从交点以 角划线交于地表 A B 点 AB 即为倾斜观测线和工作长度 如图 3 走向主断面图 2 倾向主断面图 3 AB 段的长度可按下式计算 AB 2hctg H1 h ctg H2 h ctg Lcos 式中 L 工作面的倾斜长度 下山移动角及其修正值 上山移动角及其修正值 H1 H2 分别为采区下边界和上边界的开采深度 观测站布设一条倾向观测线长约 600m 共布设两条倾向观测线 4 控制点与工作测点设计 为了确保观测成果的可靠性 观测站的控制点应布设在地表不受采动影响的稳定区域 由于本次采用 GPS RTK 技术观测 观测的基准点布置在工广内已知的 GPS 点上 为了确保观测成果的可靠性 观测站的控制点应布设在地表不受采动影响的稳定区域 控制点与相邻工作测点之间的距离 可在 50 100m 范围内选定 工作测点之间的距离 可以根据采区的平均开采深度来定 如表 2 所示 开采深度与工作点间距关系表 2 开采深度 m 点间距离 m 开采深度 m 点间距离 m 30025 岩移观测工作过程简介 第 3 页 100 20015 控制点间的距离 在一条倾向观测线和走向观测线的两端设置边长为 50m 的控制点 将工作测点间距离布置为 25m 工作面测点埋点 考虑到赔偿经费问题以及村民的心理承受能力 本观测站的观测点 间距本着尽量缩短的原则 将点位选择在路旁 水沟及田垅上 共布设约 70 个测点 工作面地表岩移观测站的布设如图 4 所示 工作测点的编号 倾斜观测线按自下而上的方向顺序编号 走向观测线按工作面推进 方向顺序编号 在测点制作方面 采用 0 5m 高的矩形的水泥桩 并且再开采过程中 通过当地农民来 保护埋设的测桩 三 观测站的标定三 观测站的标定 在观测设计图上量取计算各观测线控制点及交叉点坐标 解算出标定参数 即角度 距离 在观测站测点及测线控制点标设时 采用矿内 GPS 控制点 程寺南 为起始点 程寺南 至 李楼南 为起始方向 采用尼康 530 型全站仪 用极坐标法标 设出各测线控制点及交叉点 然后在测线上依照实地情况选择设点 第二节第二节 工作面地表岩移观测工作工作面地表岩移观测工作 地表移动观测的基本内容是 在采动过程中 定期地 重复地测定观测线上各测点在 不同时期内空间位置变化 地表移动观测工作可分为 观测站的连接测量 全面观测 单 独进行水准测量 地表破坏的测定和编录 一 工作面地表岩移观测方案的选择一 工作面地表岩移观测方案的选择 由于实时动态 GPS 即 GPS RTK 技术的出现 使开展该项变形测量工作成为现实 GPS RTK 技术的基本方法为 将两台 GPS 接收机分别置于两固定点上 进行一段时间观测 获得 坐标转换参数 然后保持一点的接收机不动 作为基准点 另一台接收机放于行驶在水中 的船上 观测各监测点坐标 X Y Z 由多期观测数据分析地表移动规律 其精度如下 mx 15 m6 15 mz 20 由此可见 其平面观测精度与全站仪观测精度相当 而高程观测精度比水准测量精度 要低 由于矿山开采引起地表移动属于大变形 GPS RTK 监测精度能够满足确定地表移动与 变形规律及求岩移参数的要求 在观测中使用美国 Trimble 公司生产的先进的 GPS RTK 接 收机 以提高 GPS RTK 观测精度 二 测量过程二 测量过程 由于地表移动观测水域的特殊性 观测安排大体如下 采前与采后进行 GPS RTK 观测 在地表移动活跃期进行一周的地表移动 GPS RTK 连续观测 并进行多次 GPS RTK 日常观测 以保证该项岩移观测的研究项目完成 1 连接测量 岩移观测工作过程简介 第 4 页 在井下未采动前 或观测点未采动影响前 为了确定观测站与开采工作面 之间的相互位置关系 首先需要测定各控制点的坐标 本次连接采用矿 GPS 点为起始点与 起始方向 尼康 530 型全站仪一次测至工作面观测线的控制点上 2 全面观测 为了准确地确定工作测点在地表开始前的空间位置 在连测后 地表开始移 动之前 应进行全面观测 全面观测的内容包括 测定各测点的平面位置和高程 各测点 的距离 各测点偏离方向的距离 记录地表原有的破坏状况 并作出素描 1 高程测量 在确认观测站控制点未遭碰动 其高程值没有变化的前提下 可直接从观测 站控制点开始进行水准测量 所布设的走向观测线的两端和倾向观测线两端设有控制点 水准测量应附合到两端的控制点上 高程测量 S3型水准仪配合红黑面尺按四等水准的测量 规范要求采用附合水准路线进行观测的 2 平面位置测量 水平角观测及距离测量按 级导线规范要求 采用日本尼康厂生产的 DTM830 观测一个 测回 允许闭合差 10 n 倾角观测一测回 3 日常观测工作 所谓日常观测工作 指的是首次和末次全面观测之间适当增加的水准测量工 作 首先 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 2 0 5H0 后 在预计可能首先移动的地区内 选择几个测点 在短期的时间间隔内进行多次水准测 量 以便及时发现测点下沉的趋势 确定地表开始移动的时间 开采过程中 仍需要进行 日常观测工作 即重复进行水准测量 重复测量的时间间隔视地表下沉的速度而定 一般 是每隔 0 5 3 个月观测一次 地表移动全过程 按下沉速度划分成三个时期 1 初始期 50mm 月 3 衰退期 50mm 月 在地表移动活跃期 要进行加密水准测量 以便确定下沉的动态过程 同时 还经常 地进行巡视观测 为确定地表动态移动与变形提供依据 根据煤矿观测线垂直和平面变形观测数据得到工作面开采地表移动变形值分布如下 1 走向线 最大下沉值 1744mm 在 27 号点上 最大倾斜值 7 64mm m 在 17 18 号点上 最大曲率值 0 275mm m m 在 20 号点附近 最大水平移动 654 在 17 号点上 最大水平变形 3 29mm m 在 4 5 边上 岩移观测工作过程简介 第 5 页 3 26mm m 在 20 22 边上 最大下沉速度 32 6mm d 在 18 号点 2004 年 4 月 18 日 2 倾向线 最大下沉值 1626mm 在 22 号点上 最大倾斜值 8 34mm m 在 5 7 号点上 7 64mm m 在 11 12 号点上 最大曲率值 0 224mm m m 在 5 号点附近 0 652mm m m 在 10 号点附近 最大水平移动 528mm 在 5 号点附近 429mm 在 10 号点附近 最大水平变形 4 58mm m 在 2 4 边上 17 79mm m 在 9 22 边上 最大下沉速度 13 57mm d 在 10 号点 在 2004 年 5 月 2 日 由走向与倾向下沉曲线图知各种角值如下 1 走向线 走向综合移动角 69 走向综合边界角 0 64 2 倾向线 倾向上山综合移动角 r 66 倾向上山综合边界角 r0 61 倾向下山综合移动角 65 倾向下山综合边界角 0 62 3 其他参数 最大下沉角 87 走向充分采动角 550 走向拐点偏移距 S走 100m 0 2H 偏向采空区内 倾向上山偏移距 S上 24m 0 06H 偏向采空区内 倾向下山偏移距 S下 62m 0 14H 偏向采空区外 第三节第三节 地表移动的特征参数地表移动的特征参数 一 起动距一 起动距 起动距通常是指地表开始下沉时工作面推进的距离 地表下沉是以观测地点的下沉值 达到 10mm 为标准 一般在初次采动时 起动距约为 1 4 1 2 H0 H0为平均可采深度 起动距的大小主要和开采深度及岩石的物理力学性质有关 根据煤矿工作面垂直成果表中 的下沉值 并结合工作面地表移动观测站平面图 我们可得到每当工作面推进 90m 左右时 岩移观测工作过程简介 第 6 页 地表上的测点下沉值达到 10mm 由于该工作面的平均采深为 431m 所以该矿的地表移动 起动距约为 0 21H 二 超前影响距和超前影响角二 超前影响距和超前影响角 在工作面的推进过程中 工作面前方的地表随采动影响而下沉 这种现象称为超前影 响距 将工作面前方地表开始移动 即下沉 10mm 的点与当时的工作面开采位置连线 此连线与水平线在与水平线在煤柱一侧的夹角为超前影响角 用 w 表示 开始移动的点与 工作面的水平距离称为超前影响距 若已知超前影响距和开采深度 便可计算超前影响角 其公式为 0Hlarctgw 式中 超前影响距离l H0 平均采深 根据工作面垂直变形成果表中的下沉值表 并结合煤矿地表移动观测站平面图 我们 可得到工作面前方 85m 看作为超前影响距 已知该工作面的平均采深为 431m 所以超前 影响角 w 可由下式求得 0Hlarctgw 因此 该矿的超前影响距为 85m 超前影响角为 79 三 最大下沉速度及其滞后距三 最大下沉速度及其滞后距 当地表达到充分采动后 在表下沉速度曲线上 最大下沉速度总是滞后于回采工作面 一个固定距离 此固定距离称为最大下沉速度滞后距 用 L 表示 这种现象称为最大下沉 速度滞后现象 把地表最大下沉速度点与相应的回采工作面开采位置连线 此连线和煤层 水平线 在采空区一侧之夹角 称为最大下沉速度滞后角 用表示 其公式为 0HLarctg 式中 L 滞后距 H0 平均采深 根据下沉速度表和煤矿工作面地表移动观测站平面图 当某点达到最大下沉速度时 工作面在该点前方 50m 左右 这里的 50m 就是最大下沉速度滞后距 L 所以就可以用下式 计算最大下沉速度滞后角 83 4 0HLarctg 所以 最大下沉速度滞后角为 83 4 四 最大下沉速度四 最大下沉速度 煤矿工作面下沉速度值如表 4 所示 最大下沉速度与地表最大下沉值 开采深度 露岩性质以及工作面推进速度有关 地表点最大下沉速度表示为 岩移观测工作过程简介 第 7 页 0 max maxdmm H VKW Vw 式中 K 下沉速度系数 V 工作面推进速度 m d H0 平均开采深度 m Wmax 本工作面的地表最大下沉值 mm 根据煤矿工作面实测数据 计算得下沉速度系数为 K 1 4 五 下沉速度特征五 下沉速度特征 由走向下沉速度发展图 14 可见 随着工作面向前推进 下沉速度最大值位置不断 的向前 这与地表移动一般规律是一致的 2004 年 4 月达到该工作面地表移动最剧烈时期 下沉速度最大值位置并不随工作面推进而变化 而是随着开采面积扩大 地表下沉速度增 大 六 地表移动持续时间六 地表移动持续时间 地表移动持续时间和活跃期主要与开采深度 工作面推进速度 覆岩性质等有关 煤 矿移动时间可按下式计算 C H T27 总 2 09 0 5 10 2 C H C H T 活 式中 T总 总移动时间 月 T活 活跃阶段时间 月 C 工作面推进速度 m 月 第四节一般岩移参数的确定第四节一般岩移参数的确定 一 下沉系数一 下沉系数 由最大下沉值的计算公式 W mqcosa 可得 max31n n q W mcosa max31n n 式中 q 下沉系数 W 最大下沉值 max m 煤层厚度 a 煤层倾角 倾斜方向采动系数 1 n 走向方向采动系数 3 n 所谓采动系数 就是采空区倾斜方向或走向方向的实际长度与地表达到充分采动时 相应方向上最小长度之比 采动系数的计算公式表式为 1 n 1 K 1 D 0 H 岩移观测工作过程简介 第 8 页 3 n 2 K 3 D 0 H 倾斜方向的采动系数 1 n 走向方向的采动系数 3 n 采空区倾斜方向的实际长度 1 D 采空区走向方向的实际长度 3 D 平均采深 0 H 小于 1 的系数 1 K 2 K 煤矿的覆岩层为中硬偏软岩层 可取 0 8 已知采面采空区倾斜方向的实际长 1 K 2 K 度为 120m 走向的实际长度为 732m 平均采深为 431m 可用上式计算得到的采动系数为 0 22 1 大于 1 时取 1 1 n 3 n 采动系数 0 25 1 大于 1 时取 1 已知该面煤层厚度为 5m 煤层倾角为 12 1 n 3 n 实测最大下沉值为 1744mm 下沉系数计算公式表式为 q W mcosa 0 76 max31n n 所以 该矿的下沉系数为 0 76 二 水平移动系数二 水平移动系数 由最大水平移动的计算公式 b可推得 0 U 0 W b 0 U 0 W 式中 最大水平移动值 0 U 最大下沉值 0 W b 水平移动系数 利用水平变形成果表中的水平移动值表和垂直变形成果表中的下沉值表 我们可分析 得到最大水平移动值为 654mm 最大下沉值为 1744mm 水平移动