第三章地表移動和變形的觀測 -煤礦開采與損害

1、河南(h nn)理工大學(xué)精品課程教學(xué)組開采損害(snhi)與保護(hù)共三十九頁3-1 概述(i sh)3-2 地表移動(ydng)觀測站設(shè)計(jì) 3-2 地表移動觀測站的觀測工作第三章 地表移動和變形觀測授 課 提 綱一、地表移動和變形觀測的基本概念二、觀測站設(shè)置地點(diǎn)的選擇（重點(diǎn)）一、觀測站設(shè)計(jì)的原則及內(nèi)容（重點(diǎn)）二、剖面線狀觀測站的設(shè)計(jì)方法（重點(diǎn)與難點(diǎn)）一、連接測量二、全面觀測（重點(diǎn)）三、日常觀測工作共三十九頁3-1 概述(i sh) 目的：為了保護(hù)地表各種重要的建（構(gòu)）筑物，使它們不受或少受開采的有害影響，為“三下”開采打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 任務(wù)：地表移動的過程十分復(fù)雜，它是許多地質(zhì)采礦因素綜合影響的

2、結(jié)果。目前，研究地表移動的主要方法是實(shí)地觀測(gunc)。通過觀測獲得大量的實(shí)測資料，然后對這些實(shí)測資料進(jìn)行綜合分析，找出各種地質(zhì)采礦因素對地表移動的影響規(guī)律，(一) 目的和任務(wù)一、地表移動和變形觀測的基本概念共三十九頁 觀測站（Observation Station），是指在開采進(jìn)行之前，在開采影響范圍內(nèi)的地表，按照一定要求設(shè)置的一系列互相聯(lián)系的觀測點(diǎn)，稱為工作測點(diǎn)（監(jiān)測點(diǎn)）。在采動過程中它們和地表一起移動，從而反映地表的移動狀態(tài)。通過(tnggu)定期地對這些觀測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，確定其空間位置及其相對位置的變化，從而掌握地表移動變形規(guī)律。 (二)觀測站概念(ginin)共三十九頁 1按照觀測站

3、設(shè)置的地點(diǎn)(ddin) （1）地表移動觀測站 地表移動觀測站（Ground Movement Observation Station）是為了研究地表移動和變形的規(guī)律，在開采影響范圍內(nèi)的地表上所布設(shè)的觀測站。 （2）專門觀測站 專門觀測站（Special Observation Station）是為了特定的目的所設(shè)立的觀測站，如建筑物觀測站、鐵路觀測站、邊坡移動觀測站等。(三)觀測站的分類(fn li)共三十九頁 2按照觀測的時間 （1）普通觀測站 普通觀測站（Ordinary Observation Station），觀測時間較長（一般一年以上），它是從地表移動的開始到結(jié)束(jish)的整個過

4、程中定期進(jìn)行觀測，主要為了研究地表移動和變形的規(guī)律。 （2）短期觀測站 短期觀測站（Short-term Observation Station），觀測時間較短（一般幾個月到一年），它是在地表移動過程中的某個階段進(jìn)行觀測。主要是為了求出一些近似的移動參數(shù)，如最大下沉速度、走向移動角等。短期觀測站只是在急需開采沉陷資料的情況下才采用。（三）觀測站的分類(fn li)共三十九頁 3按布站的形式 （1）網(wǎng)狀觀測站 網(wǎng)狀觀測站（Reticular Observation Station）是在產(chǎn)狀復(fù)雜的礦層或在建筑物密集的地區(qū)開采時，將測點(diǎn)組成網(wǎng)格(wn )狀觀測站。優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)狀觀測站可以對整個采動影響范

5、圍進(jìn)行觀測，所得資料比較全面、準(zhǔn)確。缺點(diǎn)：測點(diǎn)數(shù)目較多，野外觀測、內(nèi)業(yè)成果處理工作量大，且受地形、地物條件的限制，所以只在研究專門問題時才采用。（三）觀測站的分類(fn li)共三十九頁 3按布站的形式 （2）剖面線觀測站 剖面線觀測站（Sectional Line Observation）是目前各礦區(qū)用得較多的一種布站形式。它是在沿移動盆地主斷面的方向上，將觀測點(diǎn)布設(shè)(b sh)成直線的觀測站。通常由兩條互相垂直且相交的觀測線所組成。其中，沿走向主斷面布設(shè)(b sh)的觀測線稱為走向觀測線，沿傾斜主斷面布設(shè)觀測線稱為傾向觀測線。（三）觀測站的分類(fn li)共三十九頁按布站的形式進(jìn)行(jn

6、xng)觀測站布設(shè)示意圖 （三）觀測站的分類(fn li) 剖面線狀觀測站及其布置形式ABCDEFGR1R2R3R4回采工作面巷道巷道 網(wǎng)狀觀測站布設(shè)示意圖共三十九頁 1.應(yīng)遵循從簡單到復(fù)雜、從單一煤層、單一工作面、地質(zhì)構(gòu)造簡單的條件下設(shè)置觀測站；然后再進(jìn)行多工作面、重復(fù)開采、有地質(zhì)構(gòu)造破壞(phui)及煤層產(chǎn)狀變化大等條件下設(shè)置觀測站。進(jìn)而不斷積累資料，深化對地表移動變形規(guī)律的認(rèn)識。 2.觀測站設(shè)站地點(diǎn)取決于設(shè)站的目的。比如若是水下采煤問題，就要適時的觀測兩帶（冒落帶、裂縫帶）高度；如要解決地表沉陷的防護(hù)問題（如“三下”采煤），除必須掌握開采沉陷規(guī)律外，還應(yīng)掌握建（構(gòu)）筑物變形與地表移動變形

7、的關(guān)系。 所以，觀測站設(shè)站地點(diǎn)的選擇十分重要。二、觀測站設(shè)置(shzh)地點(diǎn)的選擇共三十九頁3-2 地表移動(ydng)觀測站設(shè)計(jì) （一）設(shè)計(jì)原則 為了獲得(hud)準(zhǔn)確、可靠、有代表性的資料： 1觀測線應(yīng)設(shè)計(jì)在移動盆地的主斷面上； 2觀測線的長度應(yīng)大于移動盆地的范圍，以便建立觀測線控制點(diǎn)和測定采動影響邊界； 3觀測期間不受臨近采區(qū)的影響； 4觀測線上布置的測點(diǎn)應(yīng)有一定密度（深度和設(shè)站目的而定）； 一、觀測站設(shè)計(jì)的原則及內(nèi)容共三十九頁3-2 地表移動(ydng)觀測站設(shè)計(jì) （二）觀測站設(shè)計(jì)必備的資料 11：1000或1：2000的井上下對照圖和開采計(jì)劃圖，以便確定觀測地區(qū)井下開采和地面位置的關(guān)

8、系。 2設(shè)站地區(qū)地質(zhì)和水文資料，包括地形地質(zhì)圖、地質(zhì)柱狀圖、煤層賦存條件、覆巖的力學(xué)性質(zhì)、水文條件。 3開采工作面的設(shè)計(jì)資料，包括巷道布置、采煤方法、頂板管理方法、開采厚度、工作面推進(jìn)(tujn)速度、回采時間、周圍開采情況等。 4井上下測量資料，控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。 5礦區(qū)已有的巖移資料，如移動角、最大下沉角、充分采動角、松散層移動角等相關(guān)參數(shù)。共三十九頁3-2 地表移動(ydng)觀測站設(shè)計(jì) （三）設(shè)計(jì)內(nèi)容 觀測站設(shè)計(jì)包括編寫設(shè)計(jì)說明書和繪制設(shè)計(jì)圖（平面圖和斷面圖）兩部分工作。 1設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容 （1）建立(jinl)觀測站的目的和任務(wù)； （2）設(shè)站地區(qū)的地形、地物及地質(zhì)采礦條件；

9、（3）觀測站設(shè)計(jì)時所用的巖移參數(shù)； （4）觀測線的位置及長度的確定，監(jiān)測點(diǎn)及控制點(diǎn)的數(shù)目、位置及其編號； 共三十九頁3-2 地表(dbio)移動觀測站設(shè)計(jì) （5）工作測點(diǎn)（監(jiān)測點(diǎn)）和控制點(diǎn)的構(gòu)造及埋設(shè)方法； （6）觀測內(nèi)容及所用儀器，與礦區(qū)控制網(wǎng)的連測方法，精度要求，起始數(shù)據(jù)，定期觀測的時間、方法及精度要求； （7）經(jīng)費(fèi)估算( sun)。包括觀測站建站需材料、購地、青苗補(bǔ)償費(fèi)、人工等費(fèi)用的預(yù)算； （8）觀測成果的整理方法與分析步驟，要獲得的成果。 共三十九頁3-2 地表移動(ydng)觀測站設(shè)計(jì) 2設(shè)計(jì)圖的內(nèi)容 （1）設(shè)站地區(qū)的地形、地物、地質(zhì)構(gòu)造(guzo)、煤層產(chǎn)狀等； （2）已有的和新設(shè)

10、計(jì)的采區(qū)巷道； （3）現(xiàn)有的和新設(shè)計(jì)的保護(hù)煤柱輪廓； （4）觀測線的平面位置，沿觀測線的斷面圖。斷面圖上應(yīng)表示出工作測點(diǎn)位置及編號，巖層柱狀，地質(zhì)構(gòu)造，煤層產(chǎn)狀，開采位置等。（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容共三十九頁二、剖面線狀觀測站的設(shè)計(jì)(shj)方法ABO(b)R1H2H1R2R3-l1觀測點(diǎn)控制點(diǎn)BACD(a)R11234R2R3運(yùn)輸平巷D1D2D3EFGR4R6R5R7R8R9通風(fēng)(tng fng)平巷停采線開切眼(c)H0H-hEGKFR7R8R9l3-煤層厚度為m，煤層傾角為，工作面下山邊界的開采深度為H1，上山邊界的開采深度為H2，1-2表示工作面開切限的位置，3-4表示停采線的位置，1-3為運(yùn)輸

11、巷，2-4為通風(fēng)平巷，假定在3-4以外有足夠長的煤柱。 共三十九頁（一）確定傾斜觀測線位置 為了使傾斜觀測線R1R3不受鄰近(ln jn)開采的影響，在走向主斷上，R1R3必須設(shè)在工作面推進(jìn)方向上超過E點(diǎn)的位置。即要保證傾斜觀測線R1R3到開切眼的距離D1為BACD(a)R11234R2R3運(yùn)輸平巷D1D2D3EFGR4R6R5R7R8R9通風(fēng)平巷停采線開切眼(c)H0-R9l-R8R7FKEGhH二、剖面(pumin)線狀觀測站的設(shè)計(jì)方法共三十九頁 （二）確定走向觀測線的位置 走向主斷面的位置的確定應(yīng)在傾斜(qngxi)主斷面上按最大下沉角來確定。由采空區(qū)中心向下山方向偏移一段距離d，即AB

12、O(b)R1H2H1R2R3-l1觀測點(diǎn)控制點(diǎn)BACD(a)R11234R2R3運(yùn)輸平巷D1D2D3EFGR4R6R5R7R8R9通風(fēng)平巷停采線開切眼二、剖面線狀觀測站的設(shè)計(jì)(shj)方法共三十九頁 （三）確定傾斜觀測線的長度 傾斜觀測線的長度是在移動盆地的傾斜主斷面上確定，自采區(qū)邊界以-和-劃線與基巖和松散層接觸面相交(xingjio)，再以該點(diǎn)以角劃線于地表交于A、B兩點(diǎn)。傾斜觀測線長度AB：ABO(b)R1H2H1R2R3-l1觀測點(diǎn)控制點(diǎn)BACD(a)R11234R2R3運(yùn)輸平巷D1D2D3EFGR4R6R5R7R8R9通風(fēng)平巷停采線開切眼二、剖面線狀觀測站的設(shè)計(jì)(shj)方法共三十九

13、頁（四）走向觀測線長度(chngd)確定 一條走向觀測線，其長度HF按下式計(jì)算：BACD(a)R11234R2R3運(yùn)輸平巷D1D2D3EFGR4R6R5R7R8R9通風(fēng)平巷停采線開切眼(c)H0-R9l3-R8R7FKEGhH二、剖面線狀觀測站的設(shè)計(jì)(shj)方法共三十九頁 （五）移動(ydng)角修正值問題 加入移動角修正值的目的是使觀測線長度超過盆地邊界一段距離。煤層傾角（）（）煤層傾角（）（）020501110176092015707301380及以上64012 下山(xi shn)移動角修正值 所使用的傾斜煤層下山移動角的修正值，可根據(jù)下表按不同傾角確定（規(guī)程） 。 觀測站設(shè)計(jì)中所使用

14、煤層上山和走向移動角的修正值、一般取20（規(guī)程）。共三十九頁 （六）測點(diǎn)數(shù)目及其密度(md) 觀測線上的測點(diǎn)數(shù)目及其密度，主要取決于開采深度和設(shè)站的目的。為了以等精度求得移動相變形值及其分布規(guī)律，一般等間距布設(shè)?？刂泣c(diǎn)埋設(shè)在觀測線的兩端，每端不得少于2個。若只在一端設(shè)置控制點(diǎn)時，控制點(diǎn)不得少于3個?？刂泣c(diǎn)與最外端監(jiān)測點(diǎn)的距離為50100m。 二、剖面線狀觀測站的設(shè)計(jì)(shj)方法開采深度（m）測點(diǎn)間距（m）開采深度（m）測點(diǎn)間距（m）505200300205010010300400251002001540030 測點(diǎn)密度共三十九頁 在工作面開始回采之前，應(yīng)將設(shè)計(jì)好的觀測站標(biāo)定到實(shí)地上。利用礦區(qū)

15、控制點(diǎn)確定觀測線及測點(diǎn)的平面位置。 （1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖，得到標(biāo)設(shè)參數(shù)和L； （2）從礦區(qū)控制點(diǎn)T，先標(biāo)定出觀測線上控制點(diǎn)R4，再根據(jù)標(biāo)出傾斜觀測線R4R1的方向。 （3）在兩觀測線交點(diǎn)O處，標(biāo)出與傾斜觀測線垂直的走向觀測線R5R6的方向。 （4）從O點(diǎn)開始，根據(jù)設(shè)計(jì)的測點(diǎn)間距，依次標(biāo)出各測點(diǎn)的平面位置，并對各測點(diǎn)進(jìn)行編號。 （5） 觀測站的控制點(diǎn)和工作測點(diǎn)一般(ybn)用混凝土灌注，當(dāng)?shù)乇碇羶鼋Y(jié)線下0.5m內(nèi)有含水層時，采用鋼管式測點(diǎn)。三、觀測站的設(shè)置(shzh)（測點(diǎn)標(biāo)設(shè)）觀測站的標(biāo)定混凝土樁鋼管式測點(diǎn)共三十九頁3-3 地表(dbio)移動觀測站的觀測工作 地表移動觀測是在采動過程中，定期重復(fù)

16、地測定觀測線上各測點(diǎn)在不同時期內(nèi)空間(kngjin)位置的變化。觀測工作連接測量、全面觀測、日常觀測工作等。 一、連接測量 1定義 在觀測站控制點(diǎn)與礦區(qū)控制網(wǎng)之間進(jìn)行測量，以確定觀測站控制點(diǎn)的平面位置和高程。其實(shí)質(zhì)是把觀測站和礦區(qū)控制網(wǎng)聯(lián)系起來，以確定井上下對應(yīng)關(guān)系。 共三十九頁3-3 地表移動(ydng)觀測站的觀測工作 2時間 在觀測點(diǎn)埋好1015天、點(diǎn)位固結(jié)之后，在采動前進(jìn)行。 3連接測量的方法 連接測量需要獨(dú)立(dl)進(jìn)行兩次，測定方法可依據(jù)礦區(qū)控制網(wǎng)的分布及地形條件分別采用邊交會（邊、角、邊角）、導(dǎo)線測量和水準(zhǔn)測量等。 平面連接測量是從已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)（或觀測線的交點(diǎn)），按5導(dǎo)線測量

17、的精度進(jìn)行。 高程連接測量是在礦區(qū)水準(zhǔn)基點(diǎn)測定觀測站控制點(diǎn)的高程，以不低于三等水準(zhǔn)測量的精度要求進(jìn)行。共三十九頁3-3 地表(dbio)移動觀測站的觀測工作 二、全面觀測 1全面觀測的內(nèi)容 全面觀測（Total Observation）包括各監(jiān)測點(diǎn)平面位置和高程測量，各測點(diǎn)間的距離測量，以及記錄地表的原有的破壞狀況，并做出素描。 2全面觀測的時間 為了確定原始的觀測數(shù)據(jù)，在采動前進(jìn)行兩次全面測量（兩次間隔不超過5天）；為了確定移動(ydng)穩(wěn)定后地表各點(diǎn)的空間位置，需要在地表移動穩(wěn)定之后再進(jìn)行一次全面測量。地表穩(wěn)定的條件：6個月觀測地表各點(diǎn)的累計(jì)下沉小于30mm。共三十九頁3-3 地表移動觀

18、測(gunc)站的觀測(gunc)工作 3全面觀測(gunc)的方法 （1）高程測量 從觀測站控制點(diǎn)開始進(jìn)行水準(zhǔn)測量。如果觀測線兩端或一端設(shè)有控制點(diǎn)，則采取附合、閉合或往返水準(zhǔn)測量。施測按三等水準(zhǔn)測量精度要求進(jìn)行，經(jīng)平差后求得各測點(diǎn)高程。 若兩點(diǎn)間地表傾角大于20時，用三角高程測量，以兩測回測豎直角，往返高程互差按下式計(jì)算：式中，h往返高程互差，mm； l兩點(diǎn)間的水平距離，m。共三十九頁3-3 地表移動(ydng)觀測站的觀測工作 3全面觀測的方法 （2）導(dǎo)線(doxin)測量 1）距離測量（電磁波測距）各種反射棱鏡電磁波測距儀 光電測距儀是通過測量電磁波在待測距離D上 往、返傳播的時間t2D

19、。精度指標(biāo)：共三十九頁3-3 地表移動觀測(gunc)站的觀測(gunc)工作 （2）導(dǎo)線測量(cling) 2）角度測量 經(jīng)緯儀進(jìn)行角度測量（分光學(xué)和電子經(jīng)緯儀）南方電子經(jīng)緯儀光學(xué)經(jīng)緯儀索佳電子經(jīng)緯儀徠卡電子經(jīng)緯儀 （瑞士）共三十九頁3-3 地表(dbio)移動觀測站的觀測工作 （2）導(dǎo)線(doxin)測量 全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測量南方電子經(jīng)緯儀蔡司伺服型全站儀（德）拓?fù)淇等緝x徠卡電子經(jīng)緯儀 （瑞士）共三十九頁全站儀的主要(zhyo)特點(diǎn)水平角、垂直角、距離(jl)自動顯示，自動計(jì)算鏡站坐標(biāo)、高程等數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)記錄和存儲方式多樣：內(nèi)存、PCMCIA卡、串口通訊；對水平角和垂直角自動進(jìn)行補(bǔ)償；對距離

20、進(jìn)行氣象改正和儀器常數(shù)改正；3-3 地表移動觀測站的觀測工作 提供豐富的應(yīng)用程序,例如：坐標(biāo)放樣、導(dǎo)線測量、后方交會、面積計(jì)算、懸高測量等；軟件可升級，支持用戶開發(fā)應(yīng)用程序；自動跟蹤照準(zhǔn)棱鏡；無合作目標(biāo)測距； （2）導(dǎo)線測量全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測量共三十九頁3-3 地表(dbio)移動觀測站的觀測工作 （2）導(dǎo)線測量 導(dǎo)線測量精度(jn d)指標(biāo) 等級導(dǎo)線長度（km）平均邊長（m）測角中誤差（秒）測回數(shù)角度閉合差（秒）導(dǎo)線全長相對閉合差DJ6DJ2一級2.52505421/10000二級1.81808311/7000導(dǎo)線觀測精度指標(biāo) 共三十九頁3-3 地表移動(ydng)觀測站的觀測工作 三、日常(

21、rchng)觀測工作 為判定地表是否已開始移動，在回采工作面推進(jìn)一定距離（約0.20.5H0）后，每隔幾天進(jìn)行一次水準(zhǔn)測量（又稱巡視測量或預(yù)測），如果發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)有下沉的趨勢，即說明地表已經(jīng)開始移動。 日常觀測工作是首次和末次全面觀測之間適當(dāng)增加的水準(zhǔn)測量工作。在移動過程中，要進(jìn)行日常觀測工作，即重復(fù)進(jìn)行水準(zhǔn)則量。重復(fù)水準(zhǔn)測量的時間間隔，視地表下沉的速度而定，一般是每隔13個月觀測一次。在移動的活躍階段，增加水準(zhǔn)觀測次數(shù)。共三十九頁3-3 地表移動觀測(gunc)站的觀測(gunc)工作 三、日常觀測工作 采動過程中的水準(zhǔn)測量，可用附合水準(zhǔn)或水準(zhǔn)支線的往返(wngfn)測量，按四等水準(zhǔn)測量的精度要

22、求進(jìn)行。在采動過程中，不僅要及時地記錄和描述地表出現(xiàn)的裂縫，塌陷的形態(tài)和時間，還要記載相應(yīng)工作面位置、采厚、推進(jìn)速度、頂板陷落情況、煤層產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件等有關(guān)情況。 觀測站的各項(xiàng)觀測，為了保證所獲得觀測資料的準(zhǔn)確性，每次觀測應(yīng)在盡量短的時間內(nèi)完成，特別是在移動活躍階段，水準(zhǔn)測量必須在一天內(nèi)完成，并力爭做到高程測量和平面測量同時進(jìn)行。共三十九頁 四、觀測中應(yīng)注意的問題 （1）原始數(shù)據(jù)不得(bu de)涂改轉(zhuǎn)抄； （2）字跡清楚，不得連環(huán)涂改； （3）項(xiàng)目填寫齊全，不得空頁、撕頁； （4）觀測中不得抓、靠腳架； （5）一測回中間，不得整平。3-3 地表移動(ydng)觀測站的觀測工作 共三十九頁