1、東山煤礦71505工作面開采沉陷觀測站設計說明書東山煤礦有限責任公司71505工作面開采沉陷觀測站設計說明書東 山 煤 礦太 原 理 工 大 學2008年7月目錄1設立地表移動觀測站的意義和任務.11.1設計地表移動觀測站的意義.11.2建立地表移動觀測站的任務.22 進行地表移動變形觀測所依據的規程規定 33 設站地區的地形地質條件.33.1 71505工作面位置.33.2 地形條件.44 觀測站設計時所用到開采沉陷系數.45觀測線的位置及長度、觀測及控制點的數目的確定.56 工作測點和控制點的構造及埋設方法 66.1 測點的構造及埋設方法. 66.2 測點數目及其密度. 77 觀測內容及所

2、使用的儀器，與控制網的連測方法，精度要求 8 7.1地表移動觀測站觀測的主要內容.87.2 地表移動觀測站觀測所使用的儀器及精度.87.3 地表移動觀測站連測、觀測的方法及要求的精度.97.3.1 連接測量.97.3.2全面觀測.107.3.3日常觀測工作.108 觀測成果的整理方法與分析步驟，所要獲得的成果.118.1 觀測成果的檢查和計算.11.8.2 移動和變形計算.128.3 繪圖工作.148.4 觀測成果整理.159 項目總體研究進度.1510 經費估算.16太原東山煤礦有限責任公司71505工作面開采沉陷觀測站設計說明書1 設立地表移動觀測站的意義和任務1.1設計地表移動觀測站的意

3、義在建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程第一章第十二條中規定：煤炭開采必然伴隨著發生圍巖及地表移動和變形。各礦區的圍巖及地表移動規律及有關參數具有地區特征，獲取和積累有關圍巖及地表移動的科學數據，是煤礦企業工程技術和有關業務主管部門的職責。每個礦區應有計劃、有目的在開展上述科學試驗與現場勘測，綜合分析，求取參數，總結規律，用于解決本礦區的開采沉陷問題。生產礦井必須解決好建筑物下、鐵路下和水體下（簡稱“三下”）安全、合理地開采煤炭和留設保護煤柱，必須開展地表移動和巖層移動的觀測工作，掌握地表和巖層移動的基本規律。建立地表移動與變形觀測站進行現場觀測，是進行此項工作唯一有效的方法。為

4、此，太原東山煤礦有限責任公司在71505工作面上設立地表移動變形觀測站，研究開采引起的地表移動變化和破壞規律，以及開采對地面建筑物的影響和破壞機理和規律。項目研究的目的意義： 1、由于國內外對重復采動下的地表移動變形及對外建筑物的影響和破壞的研究還不很充分，所以本項目通過地表移動的觀測研究，探尋重復采動條件下地表移動變形的規律，對本礦區重復開采沉陷問題起到現實的指導意義。 2、綜合分析觀測資料，求取地表變形的角量參數及概率積分法預計參數。 3、用實測的移動變形參數進行建筑物、鐵路和水體下的保護煤柱設計，有效地減少鐵路、建筑物、水體下壓煤量，并可以合理確定綜采工作面的尺寸，提高煤炭采出率。 4、

5、減少和避免不必要的采礦糾紛。 1.2建立地表移動觀測站的任務煤礦開采引起巖層和地表移動的過程非常復雜，是地質、水文、開采、地形等多種因素綜合影響的結果。通過設立地表移動觀測站進行觀測可以獲取并確定以下數據，并獲取相關關系：1、采礦、地質條件與地表移動和變形的關系； 2、地表在移動過程中的移動和變形特點及分布規律； 3、地表移動和變形中的動態移動變化規律； 4、移動穩定后地表移動和變形的分布及其主要參數;移動角、裂縫角、邊界角、最大下沉角、下沉系數、主要影響半徑、超前影響角、超前影響距，滯后角及滯后距和地表最大下沉速度等。2 進行地表移動變形觀測所依據的規程規定1、建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤

6、柱留設與壓煤開采規程，煤炭工業管理局制定，2000年。2、煤炭測量規程，煤炭工業管理局制定，2000年。3、工程測量收費標準，中華人民共和國收費標準，2002年。4、工程測量規范，中華人民共和國行業標準，1998年。5、全球定位系統城市測量技術規程，中華人民共和國行業標準，1997年。6、煤炭安全規程，國家煤炭安全檢察局，2001年。7、礦山測量手冊，煤炭工業出版社，2000年。3 設站地區的地形地質條件3.1 71505工作面位置 71505工作面位于東山煤礦有限責任公司柳樹渠井750水平七采區內，地面標高為9501050m，工作面標高為670711m。地表地形起伏較大，上部多為黃土分布，部

7、分區域有裸露基巖，其間高差變化較大，地形較為復雜。71505工作面井下位于715軌道下山以南，F17斷層以北，東為71504工作面（未采掘），西為未掘區。 71505工作面走向長460480m，平均為470m，工作面傾向寬150m，煤層厚度在6.87.5m，平均厚度為7.1m，平均開采深度為309m，工作面范圍有以下4點控制，編號見設計圖。表1 71505工作面控制坐標及采深控制點1234坐標X59140591285963259643坐標Y27123272812707927238采深H3302743153003.2 地形條件 東山煤礦礦井井田位于太原東山西緣，西與太原盆地相鄰。區內地勢東高西低

8、，東部最高海拔1100m左右，西部最低860m左右，相對高差240m。本區地貌按其成因和形態，可分為剝蝕侵蝕地貌、黃土地貌和堆積地貌。溝谷縱橫，切割劇烈，多呈“V“字形，山頂黃土分布，溝谷兩側基巖裸露。 71505工作面位于東山煤礦有限責任公司柳樹渠井750水平七采區內，地面標高為9501050m，工作面標高為670711m。地表地形起伏較大，上部多為黃土分布，部分區域有裸露基巖，其間高差變化較大，地形較為復雜。71505工作面井下位于715軌道下山以南，F17斷層以北，東為71504工作面（未采掘），西為未掘區。4 觀測站設計時所用到開采沉陷角量參數 地表移動觀測站設計所用的開采沉陷系數有：

9、走向充分采動角3、傾向上山充分采動角2、傾向下山充分采動角1、走向移動角、傾向下山移動角、傾向上山移動角，移動角修正值、及最大下沉角等。 地表移動觀測站設計時所用到的參數是結合本礦區2、3號煤開采現場觀測資料，參照相鄰礦區的移動值以類比的方法來確定移動參數。地表移動觀測站設計的開采沉陷參數取值如下： 基巖移動角（走向，傾向上山，傾向下山）： =72 =-(0.70.8)=68 表土層移動角：=45 移動角修正值（走向，傾向上山，傾向下山）：=20 =18 充分采動角（走向3、傾向上山2、傾向下山1） 1=65,2=753=65 最大下沉角：=90-0.7=835 觀測線的位置及長度、觀測點及控

10、制點的數目的確定觀測站共設三條觀測線（見附圖），其中走向一條（A線），傾向二條（B線和C線），各觀測線的總長度、分段長度以及點間距和點數見表3。每條觀測線長度等于工作面內長度加邊界段長度再加上控制段長度。各觀測線邊界長度均按下式計算：式中H為工作面邊界開采深度（m）。傾向觀測B線距開切眼的平面位置約為242m，C線距B線的平面距離約為60m。走向觀測A線的位置位于工作面傾斜方向中央偏下山的方向，根據最大下沉角來確定其位置為傾斜方向的中心向下山偏移約37m。根據觀測線邊界長度的近似計算公式可得三條觀測線的實際長度即每條測線上的控制點數目、測點數、測點間距。詳見表3。表3 實際圖上設計地表移動觀測

11、線長度觀測線總長度控制點數監測點數測點總數71505走向A7303293271505傾向B8004353971505走向C80043539合計23301199110 根據實際計算得出地表移動觀測站，A、B和C觀測線的具體坐標、編號詳見設計圖所示（各控制點與測點的平面坐標可在圖中直接量取，然后進行實地放點）。KB1KB2KA1 KA KA3回采工作面KB3KB4KC3KC4KC1KC2圖1 東山煤礦71505工作面觀測線布置示意圖6 工作測點和控制點的構造及埋設方法6.1 測點的構造及埋設方法 觀測站的每條觀測線兩端各設置一組（3個）固定點（如條件不具備，也可在一端設置一組三個固定點），固定點間

12、距離為50m左右；固定點距采空區邊界的水平距離應大于0.7H（H為開采深度）。觀測點布置在兩組固定點之間。 控制點標石應采用鋼筋混凝土預置標樁或現場混凝土澆注標樁，標樁頂部中央應有半球形標志，標樁的規格應參照煤礦測量規程四等水準點標石要求按規格制作（可使用一層標石），其底部埋設深度應低于當地凍土深度2.5m。并保證它和土層密實固結，以使測點和地表一起移動。 測點標志可在現場埋設，埋點時，在標定的位置上挖一個直徑0.20.3m，深度不小于0.6m的坑，用混凝土灌注，中間用1620mm的鐵桿作標志，中間頂部加工成球形刻十字細槽，作為測點標志的中心。在凍土地區，標志澆灌深度應在凍土線以下0.5m左右

13、，周圍填緊土石，以方測點受凍土影響。6.2 測點數目及其密度觀測線上的觀測點數目及其密度，主要取決與開采深度和設站的目的。工作測點設置在預計的移動盆地范圍內觀測線上，是從移動盆地中央開始向兩邊的移動邊界布置。在采動過程中，定期觀測這些測點的空間位置。為了以大致相同的精度求得移動和變形值及其分布規律，一般工作測點采用等間距。按照建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程的規定，本礦區地表移動觀測點間距采用20m。在觀測線工作長度以外設置觀測站控制點。在觀測站存在期間，以控制點的空間位置（x、y、z）作為觀測站的起算數據，因此必須保證其堅固、穩定。為了保證觀測資料的準確，必要時應對控制點的

14、穩定性定期進行檢測。控制點應埋設在觀測線的兩端，每端不少于兩個，如因地形、地物等條件的限制，只能在觀測線一段設控制點時，控制點不得少于三個。工作測點的外端點至控制點的距離及控制點間的距離為50m。按設計要求，本地表移動變形觀測站變形監測點數目為：99個，控制點數目為：11個。觀測站測點總數為110個7 觀測內容及所使用的儀器，與控制網的連測方法，精度要求7.1地表移動觀測站觀測的主要內容地表移動觀測站建立后即要進行觀測，在開采過程中不同的時間內進行不同的觀測內容，主要觀測時間及觀測列表如表6。表6 地表移動觀測站觀測時間及觀測內容觀測時間觀測內容觀測時間觀測內容設站后1015天與礦區控制網連測

15、地表移動活躍期全面測量水準測量采動影響前全面觀測巡視測量地表移動衰退期水準測量地表移動初始期水準測量地表移動穩定后全面測量7.2 地表移動觀測站觀測所使用的儀器及精度 地表移動觀測站建立后，要分別進行與觀測礦區控制網連測、全面觀測及高精度的水準測量等測量工作，測量工作采用常規的測量儀器及方法進行，擬使用的儀器及測量內容如表7。表7 地表移動觀測站所使用的儀器及測量內容儀器名稱儀器等級型號儀器精度測量內容全站儀DTM532C測角精度 2測距精度2mm+2ppm與礦區控制網連測全面測量水準儀DS31Km往返水準測量精度3mm巡視測量水準儀DS11Km往返水準測量精度1mm水準測量GPS至少雙頻三臺

16、套靜態平面精度5mm+1ppm靜態高程精度1cm+1ppm與礦區控制網連測全面測量7.3 地表移動觀測站連測、觀測的方法及要求的精度地表移動觀測的基本內容是：在采動過程中定期地、重復地測定觀測線上各測點在不同時期內空間位置的變化。地表移動觀測站的觀測工作分為：觀測站的連接測量，全面觀測，單獨進行的水準測量，地表破壞的測定和編錄。在觀測點埋好1015天，點位固結之后，進行觀測。觀測工作包括下列內容：7.3.1 連接測量在觀測站地區被采動之前，為了確定觀測站與開采工作面之間的相互位置關系，應在觀測站的某一個控制點與礦區控制網之間進行測量，以確定這個控制點的平面位置和高程，然后再根據它來測定其余的控

17、制點和工作測點的平面位置。根據礦區地面控制網和觀測站位置及其地形情況，按照規程對四等點的測量要求，用插點或敷設經緯儀導線的方法，測定觀測線交點或一個控制點的平面坐標和高程，其余控制點的平面坐標可按四等導線測角方法所測得時角度和觀測線邊長丈量的結果求得。如果觀測線僅在一端埋設控制點，應在每個控制點上用精度不低于2的經緯儀或全站儀，以四個測回與三角點或固定目標連測方向。如采用GPS進行觀測，用不少于三臺套的靜態GPS接收機進行靜態測量，按規程規定的C級網精度標準進行施測。高程連測在礦區水準點至觀測站附近的水準點之間進行水準測量，再由水準點測定觀測站控制點的高程。如礦區水準基點距觀測站較近時，也可由

18、水準基點直接和觀測站連測，高程連測以不低于三等水準測量的精度要求進行。7.3.2 全面觀測為了準確地確定工作測點在地表移動開始前的空間位置，在于礦區控制網連測后、地表開始移動之前，應對地表觀測站的全部測點獨立進行兩次全面觀測，兩次觀測的時間間隔不超過5天。全面觀測的內容，包括測定各測點的平面位置和高程，各測點間的距離等。獨立進行的兩次全面觀測，兩次測得的同一點高程差不大于10mm、同一邊的長度差不大于4mm時，取平均值作為觀測站的原始觀測(又稱為初次觀測)數據。同時，按實測數據將各測點展繪到觀測站設計平面圖上。在地表穩定后，要進行最后一次全面觀測，地表移動穩定的標志是：連續6個月觀測地表各點的

19、累計下沉值均小于30mm。7.3.3 日常觀測工作 日常觀測工作，指的是首次和末次全面觀測之間適當增加的水準測量工作，為判定地表是否已開始移動，在回采工作面推進一定距離(相當于0.20.5平均開采深度)后，在預計可能首先移動的地區，選擇幾個工作測點，每隔幾天用DS3型進行一次水準測量，按等外水準測量要求進行，如果發現測點的累計下沉量大于10mm時，即認為地表已經開始移動。在移動過程中，要進行日常觀測工作，即重復進行水準測量。重復水準測量的時間間隔，視地表下沉的速度而定，一般是每隔半個月觀測一次。在移動的活躍階段，還應在下沉較大的區段，增加水準觀測次數。采動過程中的水準觀測，可用單程的符合水準或

20、水準支線的往返測量，施測按四等水準測量的精度要求進行。在采動過程中，不僅要及時地記錄和描述地表出現的裂縫，塌陷的形態和時間，還要記載每次觀測時的相應工作面位置、實際采出厚度、工作面推進速度、頂板陷落情況、煤層產狀、地質構造、水文條件等有關情況。為了保證所獲得觀測資料的準確性，觀測站的各項觀測應在盡量短的時間內完成，特別是在移動活躍階段，水準測量必須在一天內完成，并力爭做到高程測量和平面測量同時進行。8 觀測成果的整理方法與分析步驟，所要獲得的成果8.1 觀測成果的檢查和計算 野外手簿的檢查 每次觀測后應及時進行檢查。如發現粗差或超限，應及時重測，直到全部觀測數據符合要求為止。各點高程計算 先進

21、行平差，然后計算高程，并將所得的各點的高程填入綜合計算表中。計算各點間沿觀測線方向的水平距離 由實測數據加入各種距離改正后求得。8.2移動和變形計算觀測數據經過整理改正后，便可計算測線上各測點和各測點間和移動和變形。移動和變形主要包括：各點的下沉和水平移動，相鄰兩測點間的傾斜和水平變形，相鄰兩段（或相鄰三點）的曲率變形，觀測點的下沉等。各移動和變形值按下式計算：次觀測時點的下沉 mm式中 地表n點的下沉值； 、 分別表示地表n點在首次和m次觀測時的高程相鄰兩點的傾斜=,mm/m式中 、 分別為地表點和號點的下沉值； 分地表至號點間的水平距離。號附近的曲率，即號點至號點之間的曲率= ，mm/m式

22、中 、分別表示號點至號點和號點至號點的傾斜；、分別表示號點至號點和號點至號點的水平距離。號點的水平移動，mm式中地表點的水平移動；、 分別表示首次觀測和m次觀測時地表點至觀測線控制點間的水平距離，用點間距累加求得。號點至號點間的水平變形，mm/m或10-3式中、分別表示號點至號點在首次觀測時和次觀測時的水平距離。號點的下沉速度，mm/d式中、分別表示次和次觀測時點的下沉值； 兩次觀測的間隔天數。 號點的橫向水平移動，mm式中、分別表示第次觀測和首次觀測時號點的支線值。橫向水平移動是垂直于觀測線方向的水平移動，計算時注意正負號。每次觀測之后均應及時地進行移動和變形計算，計算數字的取位可參考下表8

23、，地表移動、變形綜合成果整理表如下表9：表8 地表移動和變形計算計算數字的取位名稱下沉W(mm)水平移動U(mm)傾斜I(mm/m)水平變形E（mm/m）曲率K(10-3)橫向水平移動U(mm)下沉速度V(mm/d)取位110.10.10.0110.1表9 地表移動、變形綜合成果整理測點編號標高下沉mm下沉差mm傾斜mm/m傾斜變化mm/m曲率10-3線段線段長水平變形水平移動mm第一次觀測第一次觀測第一次觀測第一次觀測絕對值mm相對值mm用全站儀（或測距儀配合經緯儀）進行觀測，觀測數據的整理工作除須加入氣象改正和斜距改正外，其余的計算和常規方法相同。8.3 繪圖工作根據每次觀測的計算結果繪制曲線圖，由這種曲線圖能夠清楚地看出沿觀測線（主斷面）的地表移動和變形的分布特征及其發展過程。繪制移動和變形曲線圖時，選擇豎直比例尺的原則是：使繪制的曲線能清楚的反映出移動和變形的分布規律，并便于分析比較。水平比例尺與觀測站平面圖一致，1：