第5章采动损害的观测研究方法

1、第第5 5章章采动损害的观测研究方法采动损害的观测研究方法 Xian University of Science and TechnologyYu Xueyi 重点：重点： 观测研究的目的；具备设观测站的基本条件；观测线布置方法；测量要求；数据整理分析；观测新技术方法应用概况。 5.1 地表观测工作地表观测工作 1观测站的类型地表、建筑物上；线状、网状5.1.1 5.1.1 地表移动观测站设计地表移动观测站设计1 1）观测站设计的原则及内容）观测站设计的原则及内容(1) 设计原则a) 观测线应设在地表移动盆地的主断面上；b) 设站地区在观测期间不受临近采动的影响；c) 观测线的长度要大于地表移

2、动盆地的范围；d) 测点的密度应与采深和设站的目的相适应；e) 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。(2) 观测设计的基本资料a) 设站区的井上下对照图和开采计划图（1:2000或1:1000）；b) 设站区的地质和水文地质资料，包括：地形地质图、地质柱状图、 矿层赋存条件、覆岩物理力学性质、水文条件等；c) 开采工作面设计资料，包括：巷道布置、采矿方法、顶板管理方法、开采厚度、工作面推进速度、回采时间及周围开采情况等；d) 测区井上下测量资料，主要是：控制点、导线点和水准点的坐标；e) 矿区已有的开采沉陷资料，如：移动角、最大下沉角、

3、充分采动角、松散层移动角及其它有关参数。若矿区尚无自己的沉陷参数时，可选用地质采矿条件相似矿区的参数进行设计。(2) 观测站的布置形式剖面线状观测站是我国矿区多采用的一种形式。观测站两条观测线（矿层走向、倾斜方向）。充分采动的条件下，通过移动盆地的平底部分都可设置观测线。非充分采动的条件下，观测线需设在移动盆地的主断面上。 (2) 设计内容观测站包括编写设计说明书和绘制设计图两部分工作。设计说明书应包括下列内容：a) 建立观测站的目的和任务；b) 设站地区的地形、地物及地质采矿条件；c) 观测站设计时所用的开采沉陷参数；d) 观测线的位置及长度的确定，测点及控制点的数目、位置及编号；e) 工作

4、测点和控制点的构造及其埋设方法；f) 观测内容及所用仪器，与矿区控制网的连接方法，精度要求，连测的起始数据，定期观测的时间、方法及精度要求，有关地表采动影响的测定和编录方法；g) 经费估算：包括观测站所需的材料、购地、人工等费用的预算；h) 观测成果的整理方法与分析步骤，所要获得的成果。观测站设计中，除需要编写设计说明书外，还应绘制设计图。设计图包括观测站的设计平面和断面图。主要内容为：a) 设站地区的地形、地物、地质构造、岩层柱状、矿层产状等；b) 已有的和新设计的采区巷道；c) 现有的和新设计的保护矿柱轮廓；观测线的平面位置，沿观测线的断面图。在断面图上应标出工作测点、控制点的位置及编号，

5、岩层柱状，地质构造，矿层产状，开采位置等。 开切眼停采线2）地表移动观测站的设计方法）地表移动观测站的设计方法 图5.3观测线位置确定方法 (1) 确定走向观测线的位置及长度 如图5.3所示，观测线要有足够的长度，且沿走向布置的观测线位于开采区沿倾斜的最大下沉点位置，以使得观测线能够控制半盆地，控制线的长度为GF+23个测点的间距：（5-1）式中 H0回采工作面的平均开采深度； D2布置两条相互平行的观测线，线间的平距一般取D2=50m； h松散层厚度； 走向移动角； 走向移动角的修正值； 松散层移动角。走向观测线位于采空区中心向下山方向偏移d0的位置： （5-2） 202)(2Dhctgct

6、ghHFGctgHd00 (1) 确定倾斜观测线的位置及长度倾斜观测线应能够控制沿倾斜的全盆地，其长度AB为：（5-3）式中 L工作面倾斜长度；上山移动角； 下山移动角；上山移动角的修正值； 下山移动角的修正值； H1、H2分别为开采区下山边界和上山边界的开采深度。 倾斜观测线距工作面开切眼距离D1、距工作面停采线的距离D3、必须满足： （5-4） 观测站设计所使用的移动角修正值：、一般取20；和急倾斜矿层底板移动角的修正值可按表5-1选取；松散层不加修正值。加入移动角修正的目的是使观测线长度超过盆地边界一定距离。 cos)()()()(221LctghHctghHhctgBAhctgctgh

7、HDD)()(,031(3)(3)测点数目及密度测点数目及密度 表5-1移动角修正值 表5.2 测点密度 矿层倾角（）（）（） 矿层倾角（）（）（）010203040201715131250607080以上11976101010开采深度 m测点间距 m开采深度 m测点间距 m400202530 (1) 观测站的设置 在工作面未开采之前或开采未波及到设站地表时，就应将设计好的观测站标定到实地上。其方法是：从矿区控制点T，根据图中量取得的 和L值，先标出观测线上控制点R4，再根据标出倾斜观测线R4R1的方向。在两观测线交点O处，标出与倾斜观测线垂直的走向观测线方向R5R6。然后从O点开始，根据设计

8、的各测点间距，在两条观测线上标出各测点的平面位置，并对各测点进行编号。 图5.4 观测站的标定 5.1.2 地表移动观测站的观测工作地表移动观测站的观测工作 1）连接测量）连接测量 2）全面观测）全面观测 (1)高程测量 (2)距离测量 (3) 支距测量 3）日常观测工作）日常观测工作 表5.3观测站观测程序观测时间观测内容观测时间观测内容设站后1015天采动影响前地表移动初始阶段与矿区控制网连测全面观测、预测水准测量地表移动活跃期地表移动衰退期地表移动基本稳定后全面观测、加密水准测量水准测量全面观测5.1.3 观测成果整理观测成果整理 观测站连测成果的内业整理方法和常规方法一样，最后算出观测

9、站控制点的平面坐标和高程。观测成果整理工作包括计算和绘图两部分。 1）观测成果的计算）观测成果的计算 (1)观测数据的内业整理计算 (2)移动和变形计算 2）绘图工作）绘图工作 地表移动和变形的主要参数是根据最后一次全面观测结果确定的。但是要取得一个矿区有代表性的地表移动规律，得出移动变形参数及合适的预计方法，一般应建立在多个观测站观测资料的基础上，并经详细的分析得出，才是比较可靠的 5.3 3S技术在开采沉陷中应用简介技术在开采沉陷中应用简介 遥感、地理信息系统与全球定位系统（的英文名称中最后一个单词均含有“S”，人们习惯将这三种技术合称之为“3S”技术 5.3.1 GIS在开采沉陷分析中的

10、应用在开采沉陷分析中的应用 1）GIS的基本概念的基本概念 GIS具有以下基本特点：（1）GIS具有图形和属性数据互查以及丰富的空间分析功能。其中空间分析功能是GIS最主要的特点。（2）GIS具有强大的空间数据的采集、管理和可视化功能。（3）GIS具有坐标参考系统，能描述和处理图形数据及其空间关系，也能处理非图形属性数据。（4）GIS具有丰富的符号库与属性库，可以处理和管理海量数据。 2）GIS在开采沉陷分析中的应用在开采沉陷分析中的应用 3）GIS应用于开采沉陷中的模块应用于开采沉陷中的模块 （1） 数据管理模块 （2） 预计分析模块 （3）环境影响评价模块 （4）开采方案设计模块 （5）输

11、出模块 5.3.2 GPS在开采沉陷分析中的应用在开采沉陷分析中的应用 1）GPS的基本概念的基本概念 GPS由空间部分（GPS卫星星座）、地面控制部分（地面监控系统）和用户设备部分（GPS信号接受机）三大部分组成 。2）GPS在开采沉陷分析中的应用在开采沉陷分析中的应用 通过近年来有关单位的实践，对于GPS在开采沉陷中的定位有如下几点认识：（1）在矿区地表移动观测站观测中，可以采用GPS快速静态相对定位模式测定观测点在空间的移动轨迹，它能克服传统方法中用几种仪器在不同时刻分别测定测点移动向量存在的不足，其观测方法简单、快速、精度高，工作量可大大减轻。（2）传统的观测站往往要受地面通视条件的限

12、制，因而通常要布设成观测线的形式。由于GPS定位技术无需点与点之间通视，因此可以把观测站布设成格网状，这样获得的观测数据更全面、可靠，也更有利于分析利用。（3）采动影响前的最初两次高程测量，宜采用三等水准测量进行，除此以外，可全部采用GPS定位技术直接求出各点之间的高差变化，不必进行高程的拟合计算。（4）地表移动观测站不宜选择在山坡或盆地中，以避免反射信号从天线抑径板上方进入天线，产生多路径误差。为消弱GPS多路径误差的影响，观测站还应远离大面积平静的水面和交通繁忙的公路，观测时，汽车也不要停放得离测站太近。 5.3.3 RS在开采沉陷中的应用在开采沉陷中的应用 1 1）RSRS的基本概念的基

13、本概念 2 2）RSRS在开采沉陷分析中的应用在开采沉陷分析中的应用 5.4全站仪观测设备简介全站仪观测设备简介 5.4.1概述概述 全站型电子速测仪（Electronic Total Station）是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。由于全站型电子速测仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，所以人们也通常称之为全站型电子速测仪，也简称全站仪。 5.4.2全站仪的基本组成 1）为采集数据而设置的专用设备：主要有电子测角系统、电子测距系统、数据存储系统，还有自动补偿设备等。2）过程控制机：主要用于有序地实现上述每一专用设备的功能。过程控制机包括与测量数据相联接的外围设备及进行计算、产生指令的微处理机。只有上面两大部分有机结合，才能