地表移动观测站设计

地表移动观测站设计作业

一、设站目的：

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、设站地区地质采矿概况：

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工作面基本沿走向布置，为刀把型，倾向长为623～820m，走向宽为46～129m，煤层厚度0.70～1.33 m，平均

1.10m，煤层倾角4～19/6°，第四系平均厚度196.16m。工作面标高为-233～-303m。2煤与下伏3煤的层间距一般为21m。

6200工作面上方地表地势平坦，标高为43m左右，冻土深度

0.4m。

三、地表移动参数：

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δ=750，上山移动角γ=750，下山移动角β=750-0.6α，表土移动角φ=450，充分采动角ψ1=ψ2=ψ3=550，最下沉角θ=900-0.5α

平均采深

H=0.5（-233-303）=-268m，煤层平均倾角α

四、地表移动观测线位置、长度确定：

采空区走向长度超过1.2~1.40H （0H 为平均采深），地表走向方向达到充分采动；倾向方向小于1.2~1.40H ，地表倾向方向为非充分采动。

1、走向观测线位置确定：

由于倾向充分采动，走向观测线由最大下沉角θ=900-0.5α或充分采动角ψ1=ψ2=550确定

2、全走向观测线长度确定：

m 439)cot()2(H cot 2AB 0=+?--+=l h h δδ?

l 为走向工作面长度，m

3、倾向观测线位置确定：

由于走向非充分采动，倾斜主断面位于采空区中央 4、半倾向观测线长度确定：

384cos 2

L

)cot(h cot h CD 1=+

?--+=αββ?）（H 五、确定观测点间距、测点编号：

根据国内对开采沉陷的大量研究，一般根据开采深度确定观测点密度，该矿区平均采深在200~300m ，所以观测点间距为20m 。

在倾斜观测线上自下山向上山方向顺序增加，分别为B0-B19，在走向观测线上按工作面推进方向顺序增加，分别为A0-A11。

六、控制点、观测点的构造及埋设方法设计

图2 控制点图图3 工作测点图（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；

（4）在观测期间能可靠保存，并和地表牢固结合，不受冻害影响。

（5）在冻土地区，标志浇灌深度应在冻土线以下0.3-0.5m,使标志周围与冻土隔离，周围填禁土石。

七、观测站与矿区控制网连接设计

（1）平面连接

控制点的平面位置采用D级GPS或全站仪导线控制，点位误差不得大于7mm，全站仪导线布置如图。

平面测量采用全站仪导线，正倒镜往返观测，测定各测点的平面位置和高程，通过平面坐标反演，确定各测点的支距和相邻测点之间在观测线方向的水平距离。

（2）高程连接

由2个已知的矿井钻孔分别向观测线控制点引测三等水准，形成附和水准网。高程测量直接从观测站控制点开始，观测工作点事，可使一些测点作为中间点，但是视线不宜超过50m。若观测站两端有控制点，可进行附和水准测量；若只在一端有控制点，则需要进行往返水准测量或闭合水准测量。

八、观测站日常观测方案：

（1）观测时间间隔确定，每次观测的内容：

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30mm

（2）点位、水准测量方法、仪器、精度要求：

连接测量：

在观测站地区被采动之前，为了确定观测站与开采工作面之间的相对位置关系，选取观测站的某几个控制点与矿区控制网之间进行的联系测量。

设站后10～15天进行二次测量，两次间隔小于5天，点间误差≤7cm，按5"导线进行。高程测量按三等水准测量要求进行

全面测量：

地表开始移动之前，独立进行两次全面观测，两次观测时间间隔不超过5天。测定各测点的平面位置和高程，各测点间的距离，记录地表原有的破坏状况，并做素描。

独立进行的两次全面观测，两次测得的同一点高程差小于

10mm，同一边的长度差小于4mm，取平均值作为观测站的原始观测数据。同时，按实测数据，将各点展绘在观测站设计平面图上。

日常观测：

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平均开采深度

H，即工作面回采38m),在预计可能首先移动的地表，选择若干0

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。

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。

（3）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 m 次观测时n 点的下沉

m n n n H H W -=0,mm

式中 n W —n 号点的下沉值；

0n H 、m n H —分别为首次和m 次观测时n 号点的高程。

② 相邻两点间的倾斜

1

~11~+++-=

n n n

n n n l W W i ，mm/m

式中 1~+n n l —n 号点至n 1+号点的水平距离；

1+n W 、n W —分别表示n 1+号点和n 号点的下沉量。

③ n 号点附近的曲率，即n -1号点至n +1号之间的曲率

1~~1-+n n n K =

2

1~~11

~~1-+-++-n n n n n n n n l l i i =1

~~11~~1)(2-+-++-n n n n n n n n l l i i ， mm/m 2或310-/m

式中 n n i ~1+、1~-n n i —表示n +1号点至n 号点和n 号点至n -1号点的倾斜；

n n l ~1+、1~-n n l —表示n +1号点至n 号点和n 号点至n -1号点的水平

距离。

④ n 号点的水平移动

n U =nm L -0n L ，mm

式中 n U —n 号点的水平移动；

nm L 、0n L —分别表示m 次观测时和首次观测时n 号点至观测线控制点间的水平距离，用点间距累加求得。

⑤ n 号点至n +1号点间的水平变形

n n ~1+ε=

~10

~1~1)()()(n n n n m n n l l l +++-， mm/m

式中 0~1)(n n l +、m n n l )(~1+—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。

⑥ n 号点的下沉速度

t

W W V nm nm n 1

--=

，mm/d 式中 1-nm W 、nm W —分别表示m -1次和m 次观测时n 点的下沉值；

t —两次观测的间隔天数。 ⑦ n 号点的横向水平移动

'

n

U =nm y -0n y ，mm 式中 nm y 、0n y —分别表示第m 次观测和首次观测时n 号点的支距值。

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，计算数字的取位见表4。

表4 移动、变形计算时的取位参考

（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。

图6移动和变形曲线绘制方法示意图

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、观测站经费估算（略）

十一、观测线设计图：