杭来湾煤矿沉降观测研究

李治龙

陕西有色榆林煤业有限公司陕西榆林719099

摘要：通过大量搜集、分析和研究杭来湾煤矿水文地质资料和研究成果，并在此基础上建立杭来湾煤矿301盘区地表移动观测站，综合各矿井的观测资料，来计算和分析矿区因采动引起的地表移动和变形规律，并对大量调查资料的分析，实测矿区因采动引起的地表裂缝、滑坡、滑移和崩塌等损害的相关数据，通过对地表裂缝发育特征及其成因分析，对采动土体单元剪切破坏机理和工作面地表裂缝的发育特征研究，观测站的实测资料经过处理后，及时成果整理并研究，得出结论。

关键词：杭来湾；煤矿沉降；地表移动；地表裂缝

杭来湾井田位于榆神矿区一期规划区的西南部，是榆神矿区的重点建设矿井，

井田地处毛乌素沙漠东南缘。主要为沙漠滩地地貌，沙漠覆盖率在80%以上，东南部梁峁之上出露黄土。30102综采工作面位于杭来湾井田的东北部，所属煤层为3号煤层，所属盘区为一盘区。30102工作面沿煤层倾向推进，设计采高5m，长度299.5m，推进长度4252m，面积为1273474m2。

1观测站的布设

1.1观测站布设方式

首先对回采面采动影响地表移动范围进行预计，沉陷范围预计所采用的参数为:由于没有实测的岩层移动角参数数据，暂根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》选取，表土松散层移动角取45°，岩层移动角取70°。按照预计结果计算出沉陷范围，根据《煤矿测量规程》的要求，布设岩移观测站，该观测站观测线共布设2条，沿走向主断面布设一条且与工作面走向平行走向观测线，沿倾向方向布设1条倾向观测线，走向观测线长度600，倾向观测线长度为900，合计1500m，在回采面回采到该岩移观测站沉降范围之前，需将地表岩移观测站布设完成。

1.2观测站控制点及工作测点的布设

1.2.1控制点

由于工作测点到杭来湾煤矿近井点距离小于GPS-RTK作业半径，所以回采工作面地表岩移观测站测量控制点用杭来湾煤矿近井点GP208，GP209，GP210，HJ01等4个控制点。

1.2.2工作测点

倾向观测线工作测点布设于运输顺槽和回风顺槽正中间，工作测点间距离为30m，按工作面推进方向测点编号Q1、Q2、Q3、Q1、.......Q30；倾向观测线距开切眼2042m左右，观测线工作测点编号自回风顺槽向运输顺槽递增，点号为Z1、Z2、......Z20，工作测点间距离为30m。

1.2.3测点的构造及埋设方法

根据《煤矿测量规程》第261条：在冻土地区，测点底界面应在冻土线以下0.5m的规定，观测点和控制点设计为深度1.3m，外露0.1m，埋深1.3m，中间用10～12mm的钢筋作标志，标志的底部加工成“十”字形，标志的顶部加工成球形，并制作一个深3～5mm、直径小于2mm的孔或十字线，作为测点标志的中心。采用GPS--RTK观测法：基准站设置在任意位置或近井点上，观测1个以上近井点对基准站重设后并检查不同的近井点无误后方可对工作测点严格对中整平后观测。

1.2地表移动观测

由于工作测点采用GPS-RTK进行观测，且矿区近井点距工作测点只有3km的距离，所以不需要控制点连接测量，近井点可以直接用来做工作测点的控制点。

包括：初次观测、初始期观测、活跃期观测、衰退期观测、稳定期观测。

1.2.1内业计算

每次观测工作结束后，应及时完成下列计算及绘图工作，

（1）、整理电子手薄;

（2）、整理所有观测点的高程;

（3）、计算相邻点间的水平距离在观测线方向上的投影长度;

（4）、按观测线计算各种移动与变形值;

根据每次观测计算的地表移动量和变形值，应及时绘制成图，以反映地表变形随着时间的变化。

用GPS--RTK作业模式测量的平面点位误差和高程精度误差均满足煤矿采空区沉降观测要求的精度，甚至优于全站仪导线测量和水准测量的精度。

1.2.2观测点遗失及特殊情况处理

由于观测时间较长，观测区的观测点有丢失的可能，为了能够较为精确地得到矿区的相关岩移参数，这里给出测点的遗失补救措施。通过观测地表各个测点的三维坐标进行反演求取矿区的相关岩移参数，如果不能准确的获得各个测点的三维坐标，由于地表移动变形具有可叠加性，这里可以利用这一特性通过各个测点的相对坐标来求取，一旦哪个测点遗失，可以通过重新布设测点，然后观测与其相邻测点的相对坐标，利用地表移动变形的可叠加性原理，进一步反演求取相关的岩移参数。

2观测成果整理与分析

在采动过程中，一共进行了13次观测（包括全面观测）。最后几次观测数据表明，地表已趋于稳定。观测站的实测资料经过处理后，及时成果整理，在观测站结束后，首先根据采动情况、观测站设置及观测情况，对所获成果的可靠性作出分析与评价，进行系统综合的分析。

2.1观测成果的计算

为了确保观测成果的正确性，在进行内业成果整理之前，应对野外观测成果再次进行检查，以保证观测数据中只含有偶然误差，不能出现粗差和系统误差，然后进行各种改正数的计算和平差计算。观测数据的内业整理计算主要是计算各测点的高程、相邻两测点间的水平距离等，然后计算各测点的移动变形值和下沉速度值等。通过对观测成果的计算，移动和变形计算

（1）地表点的横向水平移动特征

根据监测成果，可以看出30102工作面沿走向方向上监测断面上监测点的下沉最大值为2.647m，最小值为2.095m，平均2.371m；水平位移呈规律性变化先向回撤通道移动一定数值（63mm～96mm，平均79.5mm）后向切眼方向移动（701mm～1188mm，平均929mm）。由以上结论得出距离回采面103m处提前出现不同程度的水平移动和下沉，且最终在采后36天或者在采后距离回采面352m处地表趋近稳定。

同样可以得出30102工作面沿倾向方向沿倾向方向的地表变化规律表明在整个回采过程中，采动后44天或采过320m时，地表处于稳定状态。回采塌陷在水平方向的影响范围在回采面两侧的150m左右，在竖直方向的影响范围在回采面两侧110m范围以内。竖直方向的下沉量竖直呈抛物线形状，水平方向的移动量呈“W”形状。

（2）确定地表移动启动距

研究地表动态移动规律的主要方法是通过周期性地实地测量得到地表移动数据，再经过整理、分析得出在该地质条件下的一些动态参数值，它们反映了工作面回采后地表移动特征点与回采工作面的几何关系，为该区其它工作面的采煤或是“三下开采”及为保护煤柱的留设提供参考依据。

当地下开采达到一定范围后，煤层顶板断裂破坏向上传递，经过一定的时间后，覆岩移动开始波及到地表，将地表开始移动时工作面的推进距离称为启动距。地表开始移动的标志通常以地表点（一般位于主断面内）下沉达到10mm时为准。

地表启动距为确定地面建筑物加固、维修和观测时间提供了依据。启动距主要与覆岩岩性和开采深度有关。一般在初次采动时，启动距约为平均采深（H）的1/4~1/2。

地表启动距为确定地面建筑物加固、维修和观测时间提供了依据。启动距主要与覆岩岩性和开采深度有关。一般在初次采动时，启动距约为平均采深（H）的1/4~1/2。

为了较准确获取启动距，通过前几次的最大下沉值及对应的工作面推进距离数据，利用最小二乘原理拟合出最大下沉与推进距离之间的函数关系，并以此确定启动距，