煤矿02工作面地表移动观测站设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX矿 XXXXX工作面地表移动观测站设计地 测 科XXX年XXX月XXX日此文档仅供学习与交流目 录1 工程概况11.1 矿井概况11.2 工作面井上下概况11.3 主要任务21.4 设计依据22 地表移动观测站设计32.1 观测站设计原则32.2 观测站设计参数选取42.3 观测线位置及长度的确定42.4 确定控制点、观测点的数目52.5 观测站的布设62.6 经费预算73 地表移动观测站的观测工作93.1 观测站与矿区控制网的连接93.2 全面观测93.3 日常观测工作104 地表移动数据处理和分析114.1 地表移动观测数据的计算114.2 地表移动绘图工作134.3 地表移动观测成果整理144.4 地表移动提交成果资料155 地表移动观测的保障措施1723302工作面地表移动观测站设计1 工程概况1.1 矿井概况xxxxxx有限公司XXXXXXXXXX矿，位于禹州市西南部35km处的磨街乡境内，行政隶属于磨街乡刘门村。矿区属低山丘陵区，地势南高北低，区内基岩大部裸露，山坡坡度大、沟谷发育、形成狭窄的“V”字型沟谷；南部为单面山地貌，由平顶山砂岩组成顺倾向的平缓构造坡，为坡度陡峻的剥蚀坡，山间为冲、洪积地貌。井田范围内多为农田，居民已全部搬迁，范围内为乡村小路，无河流等水系，无“三下”压煤现象。矿井始建于1997年4月，矿井田面积6.0064k，2003年元月投产，主采二1煤层。经2008年技术改造后设计生产能力45万吨/年，矿井工作面回采后形成的采空区，对地面造成大面积的地表裂缝、沉陷区及滑坡现象，对地面农田和果林地造成了经济损失。为了减小井下回采后形成的采空区对地面造成的经济损失，计划在23302工作面设立地表移动观测站，观测开采前、开采中、开采后地表移动下沉变化数据，研究充填回采工作面回采后地表岩移规律，得到适合于城郊煤矿井下充填回采后的各种地表移动参数。1.2 工作面井上下概况23302工作面地表位于刘门村大风口附近，地表多为农田，其余为果林地，范围内无房屋、铁路及河流。观测站布设较为困难，也给观测工作带来较大困难。23302工作面可采煤层为二1煤层，地面标高+432+512m，平均标高+472m，工作面标高+11.7+83m，平均标高+47.4m，工作面走向长676m，倾向长120/167m，煤层平均厚度5.14m，煤层倾角925，平均倾角14。根据23302工作面已掌握的地质资料分析，23302工作面内无岩浆岩、冲刷带、陷落柱等构造发育。23302工作面设计开采二1煤层，该煤层赋存于二叠系山西组地层下部，山西组为砂岩、砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩和煤层的沉积组合，具较明显的四段特征。该组地层与下伏石炭系上统太原组呈整合接触，与上覆下石盒子组呈整合接触。1.3 主要任务此次测量工程的主要任务是：（1）在23302工作面埋设控制点。（2）地表移动观测站观测。（3）地表移动观测站数据处理和分析。（4）总结开采引起的地表与岩层移动的基本规律。（5）23302工作面地表移动观测总结报告编制。1.4 设计依据1.4.1、地表移动观测站设计依据（1）煤矿测量规程，中华人民共和国能源部，2010版；（2）建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程，中华人民共和国煤炭工业局，2005年5月颁布；（3）工程测量规范（GB500262007）；（4）全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T183142001）；（5）矿山开采沉陷学，何国清著，中国矿业大学出版社，1991.04。1.4.2 测量控制系统由于XXXXXXXXXX矿矿自建矿以来，测量的平面坐标系统一直使用1954年北京坐标系，高程系统使用1956年黄海高程系统。为了保证测量系统统一，此次地表移动观测的平面坐标系统仍然采用1954年北京坐标系；高程系统为1956年黄海高程系。已知地面控制点资料，如表1表1 XXXXXXXXXX矿矿地面控制点资料点名坐 标高程( m )点位类型X( m )Y( m )主立井3779628.48138423329.394+416.800近井点回风立井3779554.42438423390.674+405.160近井点K13779733.87838423346.087+436.523GPS控制点K23779725707+436.5597159GPS控制点K33779693.51238423362.239+432.671GPS控制点K43779689.10038423400.217+434.694GPS控制点K53779745.03038423421.635+443.433GPS控制点K63779689.54938423268.078+441.576GPS控制点2 地表移动观测站设计2.1 观测站设计原则1、设计在移动盆地的主断面上。2、观测线的长度应大于移动盆地的范围。3、观测期间不受临近采动的影响。4、观测线上应根据采深和设站的目的布设一定密度的测点。5、观测线的控制点应在移动盆地范围之外埋设牢固，在非冻土地区，测点的埋设深度应不小于0.6m。2.2 观测站设计参数选取地表移动观测站设计采用的地表移动参数是郑州煤矿设计研究院提供。本次设计的参数如下：1、基岩移动角：走向移动角：=72 上山移动角：=72。 下山移动角：=74-0.7=642、松散层移动角：=453、上山、下山和走向移动角的修正值：=204、最大下沉角：=90-0.5=832.3 观测线位置及长度的确定2.3.1倾斜观测线位置确定 23302工作面充分采动程度属于非充分采动地表在走向方向上为非充分采动，将倾向观测线布置在采空区中心。故倾向观测线可布在置工作面的主断面上。2.3.2 倾斜观测线长度的计算倾斜线的长度是在移动盆地的倾斜主断面上确定的，具体方法是：自采区的上下山边界分别以-和-划线与基岩和松散层接触面相交，再从交点以角划线交于地表C、D点，CD线段即为倾斜观测线的工作长度。按照公式计算：CD=2hcot+(H1-h)cot(-)+(H2-h)cot(-)+Lcos计算可得：CD=325m。2.3.3 走向观测线位置确定走向主断面的位置主要取决于煤层倾角，可由最大下沉角来确定,由采空区中心向下山方向偏移一段距离d= ctg。由于该工作面属于近似水平煤层，煤层倾角较小，走向观测线可设计布置在工作面的主断面上。2.3.4走向观测线长度的计算走向观测线长度是在移动盆地的走向主断面上确定的。要求走向观测线和倾向观测线垂直并相交。设AB为走向线的工作长度，按下式计算：。AB=2hcot+2(HO-h)cot(-)+L=910m 根据我矿现场实际情况，取走向观测线理论长度AB为910m。2.4 确定控制点、观测点的数目由于该地表移动观测站平均开采深度为424.6米，大于300米，根据煤矿测量规程的要求，观测站点间距选择为25米。走向观测线上控制点埋设在观测线的两端，每端不得少于2个，控制点间距50m。观测线长度及控制点、观测点数目情况汇总见表2表2 观测线长度及控制点、观测点数目情况汇总观测线总长度（米）控制点数（个）观测点数（个）测点总数（个）走向观测线91043741倾向观测线32541317合计1235850582.5 观测站的布设1、设站时间要求在工作面开始回采之前，将设计好的观测站标定到实地上。控制点和观测点的标定和埋设，最好埋设后能经过雨天，使点位下沉稳定，避免观测期间测点自身下沉。2、布设方法根据矿区地面控制网，按近井点测量的要求测量观测线交点O或某一个控制点的平面坐标和高程。其余控制点的平面坐标可用一级导线观测方法求得。依据设计点位，从矿区控制点开始，根据设计图上控制点坐标计算方位角和边长L标定点K1，再标定出走向观测线AB的方向以及观测线交点O。再在O点拨直角标定出倾向观测线CD的方向。然后从O点开始在两条观测线的方向上，根据设计的测点间距依次标出各测点的平面位置，并对各测点进行编号（走向观测线AB方位角为33，倾向观测线CD方位角为123）。3、控制点、观测点的构造及其埋设方法观测站的控制点和观测点用预制的测点埋设。具体方法：在标定位置挖一个直径0.4米，深度不小于0.6米的坑，用混凝土预制的中间用10mm的圆钢筋作为标志，标志的顶部加工成球形，并钻一个深5mm、直径不小于2mm的孔作为测点标志的中心。在非冻土地区，测点的埋设深度应不小于0.6m。控制点和工作测点按设计要求用2级全站仪标定，并按要求将观测点尽量布设在设计的方向线上。2.6 经费预算1、观测点制作费：58个200元=1.16万2、埋点及占地费用：58个300元=1.74万 埋点看护费（总）：58个24月*50元/个=6.96万3、农田赔偿费：29.1*100*2年=0.582万4、果林赔偿费：20*285*2年=1.14万5、测量仪器仪器鉴定、维修费用：0.39万总合计为：11.972万3 地表移动观测站的观测工作地表移动观测的基本内容是：在采动过程中，定期的、重复地测定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化。地表移动观测站的观测工作可分为：观测站的连接测量（控制测量），全面观测，单独进行的水准测量，地表破坏的测定和编录。3.1 观测站与矿区控制网的连接在观测点埋设10-15天、点位稳定后，在观测站地区受采动影响之前，为了确定观测站与开采工作面之间的相互位置关系，首先应在观测站的某一个控制点与矿区控制网之间进行测量，以确定这个控制点的平面位置和高程，然后再根据它来测定其余的控制点和工作测点的平面位置。这项工作面称为观测站的连接测量。根据该站区与该矿的地理位置及高等级控制点分布情况，由于地势原因，林网密布，野外通视条件差，因此连接测量尽量采用先进的GPS卫星定位技术。拟采用地面控制网两个D级GPS控制点作为该站区平面控制的起算点,在观测线各端头附近分别设置一组相互通视的加密控制点，作为此次观测站施工放样和观测的控制点。加密控制点间距离为25米。GPS定位测量按E级控制测量要求进行施测。3.2 全面观测3.2.1、全面观测的内容观测站与地面控制网连测后、地表开始移动之前，应对观测站的各测点进行开采前的最初两次全面观测。两次观测的时间间隔不超过5天。全面观测的内容包括各测点平面位置和高程、各测点间的距离、各测点偏离观测线方向的距离（即支距），记录地表原有地物的破坏情况。3.2.2、全面观测的时间及要求（1）采动前期初始观测全面测量：为了准确地测定工作测点在地表移动前的空间位置，在联测后、地表开始移动之前，应该独立进行两次全面观测（两次观测时间间隔不超过5天）。采动前所进行的两次全面观测，要求同一测点高差不大于10mm，同一边长差不大于4mm，取其平均值作为观测站的原始观测数据。（2）采动地表移动活跃期观测为了获取地表移动过程的全部资料，除了进行采动后第一次全面观测（地表移动初期）外，还应在活跃期（即缓倾斜煤层每月下沉值大于50mm）应开始进行全面观测。（3）采动后期末次观测为了确定移动稳定后地表各点的空间位置，在地表稳定后需进行最后一次全面观测。地表移动稳定的标志是：连续6个月观测地表各点的累计下沉均小于30mm，以最后一次观测时间作为地表移动稳定的时间。方法：在采区停采线上方走向观测线上选择几个观测点，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，以最后一次观测时间作为地表移动稳定的时间。3.3 日常观测工作 日常观测站工作是首次和末次全面观测之间适当增加的测量工作。在移动中，要进行日常测量工作及重复进行高程测量。1、时间及次数要求日常观测每季度进行一次。在移动活跃期，应增加测量次数。为了保证获得的观测资料的准确性，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，测量工作必须在一天内完成，并力争做到高程测量和平面测量同时进行。2、水准测量：测量方法、仪器及精度要求在两个水准基点间选用S2级自动安平水准仪按四等水准测量要求施测。水准路线可选用单程的附和水准或者水准支线的往返测量。采动稳定后期，对一条观测线上所有点的高程测量必须从矿区水准点开始，应尽可能在一日内完成。（因地势复杂，矿井采用GPS卫星定位技术在测量观测点位置的情况下同时测量观测点高程）4 地表移动数据处理和分析观测站联测成果的内业整理要求计算出观测站控制点的平面坐标和高程。地表移动观测站的成果整理工作，必须在外业成果无误的基础上进行。观测成果整理工作包括计算和绘图两部分。这些工作一般用计算机完成。4.1 地表移动观测数据的计算为了确保观测成果的正确性，在进行内业整理计算之前，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平差计算。1、观测数据的内业整理计算利用导线测量严密平差资料计算各测点的高程、相邻两侧点间的水平距离，换算到理论上的主断面上。然后把各种计算数据记录在相应的表格中。2、移动和变形计算观测数据经过处理改正后，便可计算观测线各测点和各测点间的移动和变形。移动和变形计算主要包括各测点的下沉和水平移动，相邻两侧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。各种移动和变形按下列公式计算。2.1垂直移动和垂直变形的计算 （1）n点的下沉值WnWn=Hn0-Hnm mm 式中Wnn点的下沉值Hn0、Hnm分别为首次和m次观测时n点高程。（2） 相邻两点间的倾斜i inn+1=Wn+1-Wnlnn+1 mm/m或10-3 式中lnn+1n号点至n+1号点的水平距离Wn+1，Wn分别表示n+1号点和n号点的下沉量。2.2水平变形的计算（1）n号点至n+1号点间的水平变形n+1、nn+1n=ln+1nm-ln+1n0ln+1n0 mm/m或10-3/m 式中ln+1n0，ln+1nm 分别表示n+1号点至n号点在首次观测时和m次观测时的水平距离。（2）n号点附近的曲率Kn（即n-1号点至n+1号点之间的曲率）Kn+1n-n-1= mm/m2或10-3/m 式中in+1n、inn-1分别表示n+1号点至n号点和n号点至n-1号点的倾斜ln+1n、lnn-1分别表示n+1号点至n号点和n号点至n-1号点的水平距离；计算数据的取位可参考表3。表3 移动和变形的取位名称下沉W mm倾斜i mm/m曲率k 10-3/m水平变形 mm/m 横向水平移动u mm下沉速度V mm/d取位10.10.010.110.14.2 地表移动绘图工作根据每次观测的计算结果绘制观测线主断面的移动、变形和下沉速度等曲线图，由这种曲线图能够清楚地看出沿观测线主断面上的地表移动和变形的分布特征及其发展过程，绘制移动和变形曲线时，选择竖向比例尺的原则是：绘制的曲线能够清楚地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，可采用1:1000或1:2000。曲线图和观测线断面图应绘制在一起，以表明各种地质采矿条件对移动和变形分布形态的影响。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。每次观测后，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。将各次观测成果填于观测统计表