第二章+开采沉陷的观测工作

开采沉陷观测成果整理
岩层移动的观测工作
为了设计合理的回采工艺和煤层群开采顺序，确定合理的 井巷保护煤柱边界线，解决建筑物、井巷和水体下压煤的 安全开采等问题，都需要以岩层和地表移动规律为依据。 因此研究岩层移动规律是采矿实践中经常遇到的重要课题。 地下开采引起的岩层与地表移动，是从工作面直接顶板开 始，逐渐向上发展，直至地表。要了解岩层与地表移动的 全过程，仅设地表移动观测站进行观测是不够的，还需进 行岩层内部的观测。要掌握地下开采引起的岩层移动规律。 同掌握地表移动规律一样，实地观测是基本手段。目前， 岩层移动的观测工作，主要是在工作面周围及其上部的巷 适中和钻孔中进行。根据不同的观测目的和观测条件选择 观测的地点和方法。在岩层内部设置一系列互相联系的观 测点，称为岩层内部观测站。
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包括计算和绘图两部分。
1 观测成果的计算
根据外业成果首先计算出各观测点的高程及 相邻点间的水平距离在观测线方向上的投影长 度，然后再按测线计算各种移动与变形值。 (1) 观测点高程的计算 观测点高程的计算首先应根据水准测量成果 进行平差，然后再按一般水准路线的计算方法 计算出各观测点的高程。 (2) 计算各相邻测点沿观测线方向的距离
如矿区尚无充分采动角数据，则：
D1 0.7 H 0
观测站设计方法（以剖面线状观测站为例）：
走向观测线位置的确定：
走向观测线应设置在移动盆地的走向主断面上。在倾斜 主断面图上，从采空区中心用最大下沉角划线与地表相交 于O点，过O点作平行煤层走向的直线，即为走向观测线 的位置。 观测线位置确定的准确与否，直接影响到观测资料的 质量，因此，在观测站的设计中，要求所用参数尽量准 确。观测线位置除应满足上述条件之外，还皮考虑地形、 地物以及便于测点埋没和进行观测等条件。
地表移动观测站的设置
观测站的设置就是将设计好的观测点标定到实 地上去。标定方法是:首先利用矿区控制点标定出 观测站的控制点，再根据观测站控制点标定出观测 点和另一观测线与该观测线的交点，然后再在交点 上安置仪器标定另一观测线上的控制点和观测点。 地表移动观测站观测工作的基本内容是：在 采动过程中，定期、重复测定观测线上各测点在不 同时期内空间位置的变化情况。具体可分为观测站 的连接测量、全面观测、单独进行的水准测量、地 表破坏的测定和编录。
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(3) 计算各种移动和变形值
① 计算下沉值W ② 计算相邻两点间的倾斜i ③ 计算曲率K ④ 计算水平移动U ⑤ 计算水平变形ε ⑥ 计算下沉速率v
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2 观测成果图的绘制
绘制移动和变形曲线图时，水平比例尺一 般与观测站平面图一致，竖直比例尺的选取应 以绘制的曲线能够清楚反映出移动和变形的分 布规律为原则。曲线图和观测线的断面图应绘 制在一起，以便于分析各种地质采矿条件对移 动和变形分布形态的影响(如下图)。
剖 面 线 状
沉陷观测站的种类
沉陷观测站的种类
剖面线状观测站
沉陷观测站的设计
开采沉陷观测站设计原则：
1观测线应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临近开采的影响 3 观测线的长度要大于移动盆地的范围 4 观测线的测点密度应根据开采深度和设站目的而定 5 观测站的控制点要设在移动盆地范围以外，埋设要牢 固。在冻土地区控制点应在冻土线0.5米以下 （为特殊目的而设立的专门观测站不受上述条件限制）
矿山开采沉陷观测
3 日常观测工作
日常观测工作是指在地表移动的初始期和衰退期 之间适当增加的水准测量工作。测量时可采用单程附 合水准路线或往返支水准路线，按四等水准测量的要 求进行。 还应测量地表产生裂缝的位置和塌陷要素， 注明发现日期；在每次观测时，还应实测回采工作面 的位置、煤层厚度、采高，并记录采矿、地质和水文 地质情况。一般间隔1~3个月观测一次。
AB 2hctg ( H1 h)ctg( ) ( H 2 h)ctg( ) L cos
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观测站设计方法（以剖面线状观测站为例）：
走向观测线长度的确定：
为了保证观测线不受邻近开采的影响，并使观测线位于移 动盆地主断面上，一般情况下(首采工作面除外)，走向观 测线只设半条。具体做法是：自开切眼向工作面推进方向， 以角值(δ-△ δ)划线与基岩和松散层交接面相交，再从交 点以φ角划线与地表相交于E点。E点便是不受邻区开采影 响的边界点。在工作面停采线处，向工作面外侧用(δ-△ δ) 角划线与基岩和松散层接触面相交于一点，再从此交点用 φ角划线交地表于点F。在FE方向上设走向观测线。要求走 向观测线和倾斜观测线垂直、相交，并稍微 超过交点一段距离(约2至3个测点间距)得G点(G点不得超 过E点)，FG段便是走向观测线的工作长度。如果有条件， 也可设一条走向观测线，其长度HF按下式计算： HF 2hctg 2( H0 h)ctg( ) l
观测站设计方法（以剖面线状观测站为例）：
倾向观测线长度的确定：
倾斜观测线的长度是在移动盆地的倾斜主断面上确定的。 具体方法是：自采区的上、下边界分别以γ-△γ和β-△β划 线与基岩和松散层接触面相交，再从交点以ψ角划线交于 地表A、B(或C、D)点，A B段(或CD段)即为倾斜观测线 的工作长度。此段长度亦可按下式计算：
矿山开采沉陷观测 1 连接测量
根据矿区控制网测定出某个测站控制点的平面位置 和高程，再根据该控制点来测定其他观测点和控制点 的位置，以便确定观测线与回采工作面间的相互位置 关系。连测需独立进行两次，点位误差小于7cm，高 程连测以不低于三等水准的精度进行。
矿山开采沉陷观测 2 全面观测
包括采动前的全面观测和采动后的全面观测。在连接测量 之后，设站地区未受采动影响之前，应对工作测点进行两次 全面观测，以确定工作测点在地表移动前的位置。当地表下 沉达到50~100 mm时，应进行采动后的第一次全面观测； 在地表受采动影响稳定后，需进行最后一次全面观测，以确 定移动稳定后各工作测点的空间位置。在地表移动的活跃期 进行不少于四次的全面观测，并适当加密水准测量。 全面观测的内容主要包括测定各工作测点的高程、丈量两 相邻工作测点间的距离和测量各测点偏离观测线方向的距离 (又称支距)。
开采沉陷的观测工作
获取沉陷变形规律的方法
获取沉陷变形 规律的方法
？
理 论 研 究
实 地 观 测
相 似 模 拟
沉陷观测站的种类
按设置地点划分：
地表移动观测站
沉 陷 观 测 站
岩层内部观测站
专门观测站
沉陷观测站种类
按观测时间划分
普 通 观 测 站
短 期 观 测 站
沉陷观测站的种类
按观测站形式
网
状
测点数目及其密度
每条观测线两端都应设置观测站控制点，且每端不 得少于两个；如因条件限制，也可只在观测线的一端 设置控制点，但不得少于3个。相邻控制点的间距不得 小于45m。控制点应布设在观测线的工作长度之外， 且不应受相邻采区或工作面开采的影响。每条观测线 的工作长度之内应布设观测点，观测点的密度主要取 决于开采深度和设站目的，一般取20米左右。
沉陷观测站的设计
开采沉陷观测站设计所需资料：
• 设站地区的井上下对照图和开采计划图。以便确定观测 地区井下开采和地面位置的关系。图的比例尺一般为1： 2000或1：1000。 • 设站地区的地质和水文地质资料，包括：地形地质图、 地质柱状图、煤层赋存条件、覆岩物理力学性质、水文 条件等。 • 开采工作面设计资料，包括：巷道布置、采煤方法、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。 • 观测地区井上下测量资料，主要是：控制点、导线点和 水准点的坐标或高程。 • 矿区已有的开采沉陷资料，如；移动角、最大下沉角、 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。
观测站设计方法（以剖面线状观测站为例）：
倾斜观测线位置的确定：
为了使其不受临近工作面开采的影响，其距开切眼的距 离：
D1 ( H 0 h) ctg( ) ctg
倾斜观测线一般设置在移动盆地的倾斜主断面上。则另 一条倾向观测线至停采线的距离：
D1 H 0 ctg3