地表移动观测站设计说明书

地表移动观测站设计说明书

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:

6200工作面

地表移动观测站

设计说明书

设计人:pp

学号：

班级:测绘13-4班

中国矿业大学

2016.4.10

目录

一、设立观测站的意义和任务 (3)

1.意义： (3)

2.任务： (3)

二、矿井工作面概况 (4)

1. 设站地区地质采矿概况 (4)

2. 地表移动参数 (4)

三、地表移动观测站设计 (4)

1.观测站设计的原则 (4)

2.观测站设置所需要资料 (5)

3.观测站分类及布设的形式 (5)

4.观测线位置的确定 (6)

5.观测线长度的确定 (7)

6.观测点数目及密度 (8)

7.观测站的设置 (9)

五、地表移动观测站的观测工作 (10)

1.连接测量 (10)

2.全面观测 (10)

3.日常观测 (11)

六、观测成果的整理 (12)

1.观测成果的计算 (12)

2.绘图工作 (14)

3.观测站成果整理 (15)

七、经费估算 (16)

附： (17)

一、设立观测站的意义和任务

1.意义：

在《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第一章第十二条中规定:煤炭开采必然伴随着发生围岩及地表移动和变形。各矿区的围岩及地表移动规律及有关参数具有地区特征,获取和积累有关围岩及地表移动的科学数据，是煤矿企业工程技术和有关业务主管部门的职责。每个矿区应有计划、有目的在开展上述科学试验与现场勘测，综合分析，求取参数,总结规律，用于解决本矿区的开采沉陷问题。

生产矿井必须解决好建筑物下、铁路下和水体下（简称“三下”)安全、合理地开采煤炭和留设保护煤柱，必须开展地表移动和岩层移动的观测工作,掌握地表和岩层移动的基本规律。建立地表移动与变形观测站进行现场观测，是进行此项工作唯一有效的方法。

2．任务：

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，通过设立地表移动观测站进行观测可以获取并确定以下数据，并获取相关关系:

1)采矿、地质条件与地表移动和变形的关系；

2)地表在移动过程中的移动和变形特点及分布规律；

3)地表移动和变形中的动态移动变化规律；

4)移动稳定后地表移动和变形的分布及其主要参数；移动角、裂缝

角、边界角、最大下沉角、下沉系数、主要影响半径、超前影响角、超前影响距,滞后角及滞后距和地表最大下沉速度等;

5)监测地下开采对建筑物的影响。

二、矿井工作面概况

1. 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，走向长为６23~820ｍ，倾斜宽为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。

2.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

三、地表移动观测站设计

1.观测站设计的原则

观测站是指开采进行之前,在开采影响范围内的地表，按照一定要求设置的一系列互相联系的观测点。通过定期地对这些观测点进行监测，确定其空间位置及其相对位置的变化，从而掌握地表移动变形规律。

为了获得准确、可靠、有代表性的观测资料，观测站设计应遵循以下原则:

1)观测线应布设在地表移动盆地的主断面上；

2)设站地区在观测期间不受邻近开采的影响；

3)观测线的长度要大于地表移动盆地的范围；

4)观测线上的测点应有一定的密度;

5)观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；

6)测点埋设要牢固,设在移动范围内的观测点与地表同步移动。２.观测站设置所需要资料

a)图纸资料(采掘工程平面图、井上下对照图、钻孔柱状图、剖面图

等)

b)采矿资料（开采工作面设计图、采掘进度计划、周围工作面开采

情况等)

c)地质资料(采区及工作面地质说明书、地质地形图等)

d)测绘资料（矿区控制点、已有的地表移动观测资料及参数等)

3.观测站分类及布设的形式

①按观测站设置的地点:

地表移动观测站

岩层内部观测站

专门观测站

②按照观测的时间:

普通观测站

短期观测站

③按照布设的形式：

网状观测站

剖面线观测站

本次布设选用线状观测站,观测线由走向线和倾向线组成，两条线相互垂直，布设的点较多，获取的数据多、全面、准确,可以较好的反映观测地区的变形沉陷等相关信息。

4.观测线位置的确定

通过对6200工作面的分析,该工作面属于倾斜长臂采煤工作面,根据观测站的设计原则,观测线一般布设为直线状并与煤层走向垂直或平行，观测线应设置在移动盆地的主断面上，而且不受邻近采区开采的影响。

鉴于工作面已经开始工作,所以在倾斜方向设置大半条观测线,前半部分可以检测超前影响;由于倾斜方向较长,所以沿走向方向设置两条观测线,一条贯穿整个走向，既可以监测建筑物的变化，也可以观测对采空区的影响，另一条则为了节约成本布设了半条。如图所示，倾向观测线延伸至后鲍店的中部左右的位置,走向观测线延伸至村庄的建筑物附近,以便于研究煤矿开采对村庄建筑物的影响。

5.观测线长度的确定

(1)倾斜观测线长度确定—实际上是确定移动盆地边界

αγγββ?cos )()()()

(21Line 21L ctg h H ctg h H hctg +?--+?--+= 式中：L ——工作面倾斜长度； γ，β——上山和下山移动角；

Δγ——上山移动角修正值，一般Δγ ＝20°； Δβ——下山移动角修正值， h ——表土厚度，φ——表土移动角 （2）走向观测线的长度 １)全走向观测线长度：

l ctg h H hctg +?--+=)()

(222Line 0δδ? 2）半走向观测线长度:

d ctg H ctg h H hctg ++?--+=300)()

(Line3?δδ? 式中,l ——走向工作面长度;

d ——超出倾斜线的长度;一般为（3~5)个测点间距

综合公式和实际的6200开采工作面的情况，确定该工作面的倾向观测线和两条走向观测线的长度分别为：750m ，6０0 m 和7２5m 。

６.观测点数目及密度

a) 控制点数

１）当观测线两端均可设控制点时,各端至少设两个控制点 2）当只有一端可设控制点时,则不少于三个控制点 控制点设置如上图所示 b) 点间距

1)控制点点间距 L ≥5０；

2)测点点间距视采深而定,均匀布设在观测线上，国内一般根据开采深度确定观测点的密度,本次布设的点间距应当为25ｍ

实际图上设计地表移动观测线长度

观测线 总长度 控制点数

监测点数 测点总数

６２00倾向

一 750

3

２４

27

6２00走向一 7２5 3 23 26 6200走向二

6０0 3 １８ 21 合计

2075

９

65

74

需要注意的是，为了保证观测资料的准确性,必须对控制点进行定期检测，各观测点可以根据间距展绘到观测站设计平面图上，由图推算出观测点的坐标，从而进行实地放样。

7.观测站的设置

在工作面开始回采之前,地表移动尚未波及到设站地区时,应将设计的观测站标定到实地，方法是：在观测站设计图上,可从观测站附近的矿区控制点采用ＧＰＳ或者全站仪确定临时控制点,通过临时控制点，采用全站仪标定出观测线的控制点，通过控制点依次标定出各观测点，并给以编号。测点编号一般规定为：在倾斜观测线上自下山向上山方向顺序增加,在走向观测线上按工作面推进方向顺序增加。

对于埋点的要求是：

①在观测期间能可靠保存，并和地表牢固结合,不受冻害影响;

②便于观测；

如果标志露出地面不易被破坏时，则采用露出式比较方便,一般高于地面1０~20cm,在潜水位较高的地区,应考虑测点下沉后被淹没的可能，一般预留今后加高的装置。

③费用低。

埋点时，在标定的位置上挖一个直径０．2～0．3m，深度不

小于0.６m的坑，用混凝土灌注，中间用16~20mｍ的铁杆作

标志，中间顶部加工成球形刻十字细槽，作为测点标志的中心。

在冻土地区,标志浇灌深度应在冻土线以下0.5m左右,周围填

紧土石，以防测点受冻土影响。

五、地表移动观测站的观测工作

1.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，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和高程。根据矿区地面控制网和观测站位置及其地形情况,按照《规程》对四等点的测量要求，用插点或敷设经纬仪导线的方法，测定观测线交点或一个控制点的平面坐标和高程，其余控制点的平面坐标可按四等导线测角方法所测得时角度和观测线边长丈量的结果求得。如果观测线仅在一端埋设控制点，应在每个控制点上用精度不低于２″的经纬仪或全站仪，以四个测回与三角点或固定目标连测方向。如采用GPS进行观测,用不少于三台套的静态GＰS接收机进行静态测量,按规程规定的C级网精度标准进行施测。

高程连测在矿区水准点至观测站附近的水准点之间进行水准测量，再由水准点测定观测站控制点的高程。如矿区水准基点距观测站较近时，也可由水准基点直接和观测站连测,高程连测以不低于三等水准测量的精度要求进行。

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

注意:独立进行两次

2．全面观测

全面观测是为了确定测点的初始位置和高程,一般是在连测后、地表开始移动之前,应对地表观测站的全部测点独立进行两次全面观测，两次观测的时间间隔不超过５天。全面观测的内容,包括测定各测点的平面位置和高程，各测点间的距离等。独立进行的两次全面观测,两次测得的同一点高程差不大于10mm、同一边的长度差不大于4mｍ时，取平均值作为观测站的原始观测(又称为初次观测）数据。同时,按实测数据将各测点展绘到观测站设计平面图上。

除地表移动前进行的全面观测外，在采动过程中可根据研究的需要适当进行全面观测，以便获得地表的动态水平移动及水平变形数据。在地表稳定后,要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值均小于３0ｍｍ。

３．日常观测

日常观测，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,为判断地表是否已开始移动，在回采工作面推进一定距离(相当于

0.２～0.5平均开采深度

H)后，在预计可能首先移动的地区,选择几个

工作测点，每隔几天用DS3型进行一次水准测量，按等外水准测量要求进行,如果发现测点的累计下沉量大于１0mｍ时，即认为地表已经开始移动。在移动过程中，要进行日常观测工作，即重复进行水准测量。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1~３个月进行一次。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,以便获得较精确的下沉速度。

采动过程中的水准观测，可用单程的符合水准或水准支线的往返测

量，施测按四等水准测量的精度要求进行。

在采动过程中，不仅要及时地记录和描述地表出现的裂缝，塌陷的形态和时间,还要记载每次观测时的相应工作面位置、实际采出厚度、工作面推进速度、顶板陷落情况、煤层产状、地质构造、水文条件等有关情况。

为了保证所获得观测资料的准确性,观测站的各项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。

观测站观测顺序

观测时间观测内容

设站10~15天与矿区控制点联测

采动前全面观测两次、预测地表移动初始期水准测量

地表移动活跃期全面观测,加密水准测量

地表移动衰退期水准测量

地表下沉小于3０mｍ/６个月全面观测两次

六、观测成果的整理

观测站联测成果的内业整理方法与常规测量成果整理方法一样，最后计算出观测站控制点的平面坐标和高程，检验是否在允许的误差范围之内。

1.观测成果的计算

① 各种改正数计算

如果采用全站仪，应进行仪器常数、气象等改正;如果采用钢尺量边，应进行比长、温度、倾斜、支距、垂曲等改正。 ② 外业成果的可靠性检验,计算分析各类观测误差

如果观测成果误差在允许范围内，进行平差处理;如果观测成果误差不在允许范围之内，要分析原因和重新进行测量。 ③ 各点各次观测高程、坐标计算 ④ 移动变形采用下列公式计算 ⑴m 次观测时n 点的下沉

nm n n H H W -=0 mm

式中 n W 地表n 点的下沉值；

0n H 、nm H 分别表示地表n 点在首次和m 次观测时的高程

⑵相邻两点的倾斜

1~+n n i =

1

~1++-n n n

n l W W ,mm ／m 式中 1+n W 、n W 分别为地表点n 和1+n 号点的下沉值； 1~+n n l 分地表n 至1+n 号点间的水平距离。 ⑶n 号附近的曲率,即1-n 号点至1+n 号点之间的曲率

1~~1-+n n n K =

()1~~11~~12

1

-+-++-n n n n n n n n l l i i ,mm/m

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

n

n l ~1+、1~-n n l 分别表示1+n 号点至n 号点和n 号点至1-n 号点的水

平距离。

⑷n 号点的水平移动

0n nm m L L U -=,ｍm

式中m U 地表n 点的水平移动；

nm

L 、0n L 分别表示首次观测和m 次观测时地表n 点至观测

线控制点间的水平距离，用点间距累加求得。 ⑸n 号点至1+n 号点间的水平变形

()()()n

n n n n n n n n n l l l ~10

~1~1~1++++-=

ε，ｍm/m 或10-3

式中()n n n l ~1+、

()0~1n n l +分别表示1+n 号点至n 号点在首次观测时和m 次观测时的水平距离。 ⑹n 号点的下沉速度

t

W W V nm nm n 1

--=

，mm ／d 式中nm W 、1

-nm W 分别表示1-m 次和m 次观测时n 点的下沉值；

t 是两次观测的间隔天数。 计算取值规定:

下沉,水平移动,横向水平移动１mm

改正数,倾斜,水平变形，下沉速度０．１,曲率0.01mm/

2．绘图工作

根据每次观测的计算结果绘制曲线图，由这种曲线图能够清楚地看出沿观测线（主断面)的地表移动和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,1:１０00或１：2０0０。

观测线断面图应绘制在一起，以表明各种地质采矿调价下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,还可根据实测的移动和变形值勾绘等值线图。

每次观测后,要及时进行计算和绘制移动、变形曲线图，并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的移动、变形的发展过程以及移动变形的最终值。

3.观测站成果整理

地表移动变形综合成果整理表

测点编号

标高

下

沉

mm

下

沉

差

mｍ

倾

斜m

ｍ

/m

倾

斜

变

化

mm/

ｍ

曲

率

１

0-3

线

段

线段

长

水平变形

水

平

移

动

ｍ

m 第

1

次

观

测

第

2

次

观

测

第

1

次

观

测

第

２

次

观

测

绝对

值mm

相

对

值

ｍ

m

根据表中记录的数值绘制移动变形曲线，倾斜、水平变形绘制在两点中央，曲率绘制在三点中央,除下沉绘在水平线下方外,其余正的移动变形绘在水平线的上方,负的移动变形绘在水平线的下方。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。

最后会获得下列成果:

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特征,移动和变形最

大值的位置。

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参数

(起始距、超前距、超前影响角、滞后距、滞后角等)

4)地表移动过程中,地表移动速度的变化以及工作面的相应关系。

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。

7)地表移动预测参数（下沉系数、水平移动系数、影响传播角、拐

点偏距等）

七、经费估算

项目金额

地表移动观测站设计

埋点的费用

观测耗费……

附：