矿山采空区地表移动观测设计及实施Design and Implementation of Surface Mobile Observation in Mine Goaf

矿山采空区地表移动观测设计及实施Design and Implementation of Surface Mobile Observation in Mine Goaf

杨小虎1，何迪1Yang,Xiaohu1,HE,Di1

陕西航空职业技术学院 材料与建筑工程学院，陕西 汉中 723100

(1. School of Materials and Construction Engineering, Shaanxi Aviation Vocational and Technical College, Hanzhong 723100, Shaanxi, China)

摘要：目前，无论是“三下”开采、留置保护煤柱、对矿区开采沉陷破坏的控制还是矿区环境保护，都离不开对因开采造成的地表移动变形规律的观测分析的研究。此项研究是解决矿区压煤开采、环境保护和沉陷区治理等“三下”问题的重要基础。因此，进行矿山采空区地表移动观测设计及实施的专门研究，对于矿区煤层合理开发、安全、地表建（构）筑物及生态环境保护具有十分重要的理论研究意义和应用价值，本文以陕北某煤矿采空区为例，开展地表位移观测设计和实施工作。

关键词：矿山采空区；地表位移；观测站；

Abstract: At present, whether it is "three-down" mining, retaining and protecting coal pillars, controlling mining subsidence damage in mining areas, or environmental protection in mining areas, it is inseparable from the observation and analysis of the law of surface movement and deformation caused by mining. This research is an important basis for solving the "three lower" problems of coal pressing, environmental protection and subsidence management in mining areas. Therefore, the special research on the design and implementation of the surface movement observation in the mine goaf has very important theoretical research significance and application value for the reasonable development, safety, surface construction (structure) and ecological environment protection of the coal seam in the mining area. Taking the goaf of a coal mine in the north as an example, the design and implementation of surface displacement observation are carried out.

Key words: mine goaf; surface displacement; observation station;

1概述

近年来，全国范围里随着煤矿的大量开采，为国家创造了很大的经济效益，但同时也是付出了环境的代价，破坏了矿区原有的地形、地貌和该地区的自然景观，留下了坑坑洼洼的采矿场以及四处塌陷的采空区[1]。原因是地下的矿物被采出以后，大多都留下了空洞，原本的岩体应力平衡状态遭受损坏，基于此应力需要重新在岩土中去分布，重新需要达到一个整体平衡状态[2]。在这一系列变化过程中，岩层和地表就会产生连续的、不连续的运动、发生变形，发生塌陷事件[3]，在矿区底部上述开采沉陷的这种情况所受影响是多方面的，那么就要必须获取所开采矿区地下岩层的相关数据，这就需要在矿区开采的工作面上建立地表移动观测站[4]，对矿区地表位移进行实时的变形监测，只有获取到相关观测数据，绘制出矿区地表移动的变形曲线图[5]，为矿区环境、安全、治理和发展规划等提供相关依据。

2.1地表移动观测站的布设

2.1.1影响地表移动的主要因素

主要影响因素：岩石力学性质对覆岩移动的破坏、开采沉陷分布的规律、松散层地表移动的特征、矿层倾角、开采深度与采高、开采范围大小、开采方法及顶板管理方法等的影响。

2.1.2观测站设计的原则

观测需遵循以下原则：把观测线设在矿区地表移动盆地的主断面上、进行设站的地区在工作人员进行观测期间不能受到临近矿区采动的干扰、把矿区主要测站的控制点应当设在我们所需要观测地区的范围之外并且实地进行牢固埋设。

2.1.3观测站设计的基本资料

常用基本资料有：设站区的井上下对照图、开采设计图、设站区的地质、水文资料、开采工作面设计资料、测区井上下测量资料、已有的开采沉陷资料等。

2.1.4观测站的布置形式

为了达到设站的目的，需要合理、准确的选择观测站布设形式。矿区观测站的布设形式一般分为剖面线观测站和网状观测线两种，如图2.1及2.2所示。

图2.1 网状观测站布设示意图     图2.2 剖面观测站布设示意图

2.2 地表移动观测线的布设

2.2.1 控制点的布设

依照矿区开采区的地表地貌、区域地形进行分析，想要在在开采区之外依照地表已有永久控制点确定观测线的控制点至少需要2～3个进行现场控制（K01～K03），而且还要与布设的走向观测线相连接，结合前期矿区工作人员提供的已有的已知控制点的平面坐标和高程，以提高数据资料的准确可靠程度为目标，现将控制点由3个加密到6个控制点（K01～K06）。

2.2.2 观测点的实地标定

依照现有的地形及数据资料，对两条观测线的位置进行定位，由矿区工作区域已知的控制点K03、K04去准确放样Z01、Z02坐标并测定出其在矿区的实际坐标，再由Z01、Z02放样出走向观测线Z，量取Q01、Q02坐标，在野外标定其坐标，由K01、K02或K05、K06放样对Q01、Q02进行现场位置放样，由Q01、Q02点的坐标对其进行倾向观测线（Q）放样。

2.3 地表移动观测实施

2.3.1 连接测量

前期，在采掘面测站地区没有被采动之前完成连接测量工作，一般在观测点埋设好10～15天，点位固定凝结后，再进行观测。

2.3.2 全面观测

为了获得可靠的数据资料，在进行完毕连接测量后，应继续独立进行两次全面观测，来确定地面所设测点的坐标位置，时间间隔一般不超过5天进行。

全面观测分为以下几个阶段：

①首先进行两次全面观测，在矿区地表移动之前，获得初始数据；

②矿区工作面开采到观测区之前，测区相对发生一定的位移，再进行一次全面观测；

③矿区工作面开采到观测区之后，此时矿区采掘区上的地表整体下沉趋于基本稳定时，再按照技术要求进行一次全面观测，收取末次全面观测数据结果；

④最后根据现场测区情况届时增加全面观测次数，随时分析。

3. 结论

本文通过对矿山采空区地表移动观测设计及实施，主要得到以下结论：

1、通过对矿山采空区地表移动观测设计及实施，可以从中分析到地下开采引起地表移动的变形一般规律，结合规律得到对矿区煤层合理开发、安全开采等的重要意义；

2、本次研究基于对矿区地表沉陷规律开采面地表基础进行分析，并对布控的具体位置进行规划，得出地表沉陷有关的矿区地表移动参数，揭示矿区地表运动再次地质条件下的基本规律，为后续研究做铺垫；

参考文献

[1]王鹏. 韩家湾煤矿大采高开采地表移动变形规律研究[D]. 西安科技大学, 2012.

[2]阳俊, 曾维伟. 基于GA-BP神经网络的采空区地表沉降预测模型[J]. 矿冶工程, 2022, 42(2):4.

[3]唐辉, 蒙长彦, 邓学举. 华蓥山二叠系K1煤层采空区地表移动变形规律研究[J]. 煤炭技术, 2020, 39(2):3.

[4]张凯, 李全生, 戴华阳,等. 矿区地表移动"空天地"一体化监测技术研究[J]. 煤炭科学技术, 2020, 48(2):7.

[5]韩智勇, 曹建立, 刘洋,等. 近地表急倾斜厚矿体地表移动规律及影响因素的敏感性分析[J]. 金属矿山, 2020(2):5.