地表移动观测站设计方案

1概述

济三煤矿123上04工作面位于工业广场的北部，幸福河与济东公路在工作面南部穿过，工作面上方地表还有秦庄、前卓庙、后卓庙、及金桥集团，其余大部分为农田及其附属设施，观测站的布设届时可根据地面实际情况作调整。

本次观测站位于123上04工作面（十二采区中部）的正上方，地势平坦，另外该工作面为十二采区首采工作面，受外界影响因素相对较少。

本工作面所采煤层为山西组煤3上，地质构造较简单，大部分煤厚在1.4m 以上，最大厚度2.2m，平均厚1.72m，倾角0°～12°，平均为3°。

煤3上底板为泥岩、中砂岩及粉细砂岩互层，煤3上顶板为粉砂岩及细粉砂岩互层、粉砂岩；泥岩硬度系数f=2～4, 粉砂岩、细砂岩及细粉砂岩互层硬度系数f=4～6，中砂岩硬度系数为8～10。

工作面回采过程中预计出现顶板淋水及采空区涌水，以采空区涌水为主。预计123上04工作面最大涌水量200m3/h，正常涌水量60～100m3/h。

2建立观测站的目的和意义

建立地表移动观测站实测研究是开采沉陷规律研究的最可靠手段。本工作面已经进入了秦庄、前卓庙、后卓庙及金桥集团保护煤柱，属于建筑物下采煤

范畴，另外工作面回采引起的地表移动将会对济东公路、幸福河及河堤造成影响；根据有关规程也必须设立地表移动观测站。因此，在工作面上方建立地表移动变形观测站的主要目的有：

（1）由于本矿煤3上采用综合机械化开采技术，设置观测站的目的主要是为了取得本地区因地下煤层开采后，采动地表的移动、变形及破坏规律，包括各种移动角、边界角、移动与变形预计参数，并为进行矿区总体规划、环境评价和矿井设计时，对于建筑物、水体、铁路及主要井巷的压煤开采论证提供评价依据；

（2）为安全合理的留设保安煤柱提供技术参数，也为安全合理开采保安煤柱提供理论依据；

（3）为开展建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱的开采提供变形预计方法，以便在进行“三下”采煤时，为合理布设工作面和选定开采顺序、制订建（构）筑物及河堤加固保护措施提供依据；

（4）由于综合机械化开采地表沉陷变形的特殊规律，为了寻求在观测站布设方法、观测手段、研究内容及分析方法等方面的合理性。

3观测站工作内容

地表移动变形观测站的基本工作内容可归纳如下：

（1）地表变形观测站设计；

（2）地表观测站实地布设；

（3）地表移动观测（包括联测、首次全面观测、重复水准测量、最终全面测量等）；

（4）数据处理与分析；

（5）各阶段参数求取；

（6）地表移动观测总结报告编制。

4地表移动观测站设计依据

中华人民共和国煤炭工业局2005年五月颁布的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》。

5地表移动观测站设计方案

5.1观测站的布设形式

123上04工作面结构简单，形状规整，是十二采区首采工作面，受外界影响因素相对较少，地表移动观测站设计相对较易。

结合该工作面上方地表实际情况，初步设计布设两条观测线：一条倾向观测线和一条走向观测线。考虑到埋点的难易程度、方便后期观测等原因，在设计观测线时，特沿前卓庙西边的半条东西走向的道路布设半条倾向观测线，沿前卓庙西边一条南北走向的水渠布设半条走向观测线。

根据地表沉陷预计数据来确定地表移动盆地的边界范围（取下沉10mm 为地表移动盆地边界），计算出倾向观测线全长598m，走向观测线、全长620m。

5.2观测点的数目及密度的确定

在采动过程中，需要定期观测测点的空间位置，以反映地表点的移动情况。因此，测点的埋设深度应在本地区冻土深度以下0.5m，并保证它和土层密实固结，以使测点和地表一起移动。因本地区开采深度较深，所以在预计下沉盆地的中央区域工作测点的设计采用等间距并使点间距为25m，而在其边缘区域工作测点的设计采用等间距并使点间距为25m。根据观测线的长度可以在工作区域内倾向观测线上设置测点24个，依次编号为Q1、Q2…Qn。在走向观测线上设置测点25个，依次编号为Z1、Z2、…Zn。

在观测线长度以外设置观测站控制点。在观测站存在期间，以控制点的空间位置（ｘ，ｙ，ｚ）做为观测站的起算数据，因此必须保证其坚固、稳定。为了保证观测资料的准确，应对控制点的稳定性定期进行检测。控制点埋设在观测线的两端，每端至少三个，工作测点的外端至控制点的距离及控制点间的距离为80m左右，其中倾向观测线的控制点号分别为KQ1、KQ2、KQ3，走向观测线上为KZ1、KZ2、KZ3。考虑到现场条件，实际布设点位置可做适当调整，但是尽量按设计布设。

5.3测点埋点要求

（1）在观测期间能可靠保存，并与地表牢固结合，不受冻害影响。

（2）便于观测高程与丈量距离。若标志露出地表不会被破坏时，用露头式测点比较方便，一般高出地面10～20㎝.如预计到地表下沉后测点可能被水淹没或者被其他充填物埋没，应该考虑选用便于日后加高的测点结构。

（3）控制点与工作面按设计要求用经纬仪标定，并尽量埋在同一方向线上，以便简化观测与计算。

6地表移动观测站的观测工作

6.1观测内容

地表移动观测站的观测工作可分为：观测站的连接测量，全面观测，单独进行的水准测量，地表破坏的测定与编录。

6.1.1连接测量

在观测点埋设好10～15天、点位固结之后，首先进行观测站控制点与矿区控制网之间的联测，以确定主要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。

连接测量可按定向基点的测量精度（点位误差小于7cm）要求进行。观测线工作测点的平面位置，从已知坐标的控制点，按5″导线测量的精度要求确定。

高程联测就是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。高程联测以不低于三等水准测量的精度要求进行。

6.1.2全面观测

为了准确地确定工作测点在地表移动开始前的位置，在连测后、地表开始移动之前，应独立进行两次全面观测，两次全面观测时间间隔不超过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，各测点偏离观测方向线的距离。记录地表原有的破坏情况，并作出素描。

在设站地区未受采动影响之前，独立进行的两次全面观测，两次全面观测的同一点高程相差不大于10mm，支距距离不大于30mm，同一边长的长度差不大于4mm时，取平均值作为观测站的原始观测数据（又称初次观测）数据。

为了确定移动稳定后地表各点的空间位置，需在地表稳定后进行最后一次全面观测（又称末次观测），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。

采动影响前及移动稳定后的初次全面观测和末次全面观测，按下列要求进行：

在确认观测站控制点未遭碰动，其高程值没有发生变化的前提下，可直接从观测站控制点开始进行水准测量，如果观测线两端都没有控制点，则水准测量附合到两端控制点上。若只在观测线的一端有控制点，则需进行往返水准测量。施测按三等水准测量的精度要求进行。

观测站的全面观测内容为平面坐标、点间距及高程测量，平面坐标和点间距用全站仪进行观测，观测工作按照《煤矿测量规程》中的精度要求进行。坐标和高程可由济三煤矿矿井控制网导入。高程取前两次观测数据的平均值作为首次观测数据，坐标和点间距主要采用第二次的观测数据作为首次观测数据。

另外实施高程测量时，对能实施水准观测的测点用水准仪按要求观测，对因积水而不能实施水准观测的点，可用全站仪进行三角高程测量。

6.1.3

所谓日常观测工作，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，在回采工作面回采80m左右，在预计可能首先移动的地区，选择几个工作测点，每隔5～6天进行一次水准测量（又称巡回测量），如果发现测点

有下沉的趋势，即说明地表已经开始移动。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，活跃期确定为15天左右观测一次，以求得最大下沉速度。衰退期巡回测量可30 天进行一次，其目的是确定地表移动是否已停止。

采动过程中的水准测量，可用单程的附合水准或水准支线的往返测量，实测按四等水准测量的精度要求进行。

在采动过程中，要及时地记录和描述地表出现的异常情况和时间，为真实地求得济宁三号井煤矿地表移动规律，在每次进行全面观测、巡视观测、地表破坏的测定时，应同时观测工作面的位置，并将观测日期及位置填在采掘工程平面图上。

每次观测之后均应及时地进行移动和变形计算，计算数字取位见表6-1。

表6-1 地表移动、变形计算时的取位参考

6.2测量仪器的选择

6.2.1平面测量仪器

平面测量仪器可结合济三煤矿现有仪器，选用测角精度为2″、测距精度为2+2ppmD的全站仪，在测量前严格通过精确检测，保证仪器测量过程中的稳

定性，尽量采用同一台仪器完成整个规定测量期限内的全部测量工作，确保观测数据的可靠性。

6.2.2高程测量仪器

对于高程测量仪器，要求采用S1级水准仪进行高程测量工作。在测量前严格进行仪器检测，保证仪器在测量过程中的稳定性，尽量采用同一台一起完成整个规定测量期限的全部测量工作，确保观测数据的可靠性。

7成果整理

观测成果的整理包括计算和绘图两部分，最终得出观测站控制点的平面坐标和高程。

观测成果的整理计算主要是计算各测点的高程、相邻两侧点的水平距离和各测点偏离观测线方向的支距，然后计算各测点的移动和变形值及下沉速度等。在进行移动和变形计算之前，应对观测数据加入各种改正，观测数据经过整理改正后，便可以计算观测线上各测点和各测点间的移动和变形。然后根据每次观测的计算结果绘制曲线图。

观测站的实测资料经过处理后，应提交以下成果：

1、观测站各次完整观测数据汇总表一套；

2、观测站完整的地表移动变形综合成果整理表一套；

3、观测站移动、变形曲线图一套；

4、观测站移动变形观测成果分析总结报告一本。

5、获取工作面开采地表沉陷预计参数以及地表移动规律。