1、东滩煤矿 3204 工作面变形观测站综合分析 孙祥 兖矿集团邹城华建设计研究院有限公司 摘 要： 东滩煤矿拟开采东翼三采区的 3204 综采工作面, 该工作面东北部为北宫村。3204 工作面已进入村庄煤柱, 井下煤层的开采将会对地表村庄房屋造成一定影响。在搬迁未实施之前, 为了保证矿井正常开采, 在 3204 工作面开采时, 了解区域地质采矿条件下地表移动变形状况, 保证地表建 (构) 筑物的安全使用, 并通过观测的数据, 分析地下开采对地表村庄房屋的影响规律, 以更好的指导其它类似工作面的开采方案, 在此区域建立了地表移动观测站。关键词： 东滩煤矿; 3204 工作面; 地表移动; 变形观测
2、站; 收稿日期：2017-11-20Comprehensive analysis of deformation observation station in 3204 working face of Dongtan coal mineSun Xiang Yanzhou mining Group Zoucheng Huajian Design Research Institute Co., Ltd.; Abstract： The 3204 fully mechanized mining face in three mining area of East Wing in Dongtan coal
3、mine is north-east.3204 working face has entered the village pillar, underground coal seam mining will have a certain impact on the surface of village houses.Before the relocation, in order to ensure mine normal mining, in 3204 working face mining, to understand the regional geology and mining condi
4、tions of surface movement deformation, to ensure the safe use of surface building (construction) , and through the observation of data, analysis of underground mining on the impact of the village houses on the law, In order to better guide other similar mining schemes, a surface mobile observatory h
5、as been established in this area.Keyword： Dongtan coal mine; 3204 working face; surface movement; Deformation Observatory; Received： 2017-11-20建立 3204 工作面地表移动变形观测站有 2 个目的, 其一是解决村庄下采煤的安全问题, 在开采过程中, 根据地表的下沉快慢, 调整开采速度, 确保村庄安全。其二是求出地表移动的各项参数, 为下一步村庄下开采提供科学依据。1 概述1.1 测区概况测区地面平均标高为 51.2m, 自东向西逐渐降低。测区位于东滩煤
6、矿井田东北部, 北宫村附近, 行政隶属于山东省曲阜市陵城镇。测区内交通方便, 西侧是京沪铁路;东侧是兖石铁路、104 国道;北侧是崇文大道 (济宁至小雪) 。农村道路也较为发达, 通行较便利, 坐车可直达测区。1.2 采用的坐标系统和高程系统平面坐标系统采用新 54 系平移后的矿区坐标系统, 高程系统采用 1985 国家高程基准。1.3 施工工期及完成的工作量(1) 观测站埋点的日期和数量。2012 年 9 月 30 日对观测站进行了选、埋点, 累计布置 100 个监测点, 6 个控制点。(2) 2012 年 10 月 18 日-22 日对观测站进行了第一次的全面观测, 完成的工程量有: (1
7、) 对 6 个控制点实施了 GPS 监测; (2) 布设一级导线 7.4km, 测量监测点 100 个; (3) 三等水准。对控制点和监测点按三等水准要求进行观测, 三等水准长度 34.8km。(3) 日常下沉观测的工期和工程量。2012 年 10 月 30 日-2013 年 5 月 30 日对观测站进行了 18 次日常下沉观测, 按四等水准要求观测, 累计四等水准观测长度100.6km。1.4 稳沉后全面观测的工期和工程量2013 年 5 月 28-5 月 30 日进行稳沉后的全面观测, 水准按三等水准要求进行观测, 观测长度为 6.3km, 布设一级导线 3.5km, 测量监测点 92 个
8、。2 利用已有资料的情况2.1 已有测量资料的分析利用2007 年, 测绘工程部对兖州矿区的高程控制网进行了全面测量, 重新布设了二等水准网并进行了整体平差, 平差后二等水准网每千米高差中误差0.32mm, 路线高差闭合差最大为 4.3mm, 控制网精度良好, 成果可靠。本次拟使用的二等水准点为“II 凫村车站”和“II 石柱厂”作为高程起算资料使用。2.2 起算数据高程起始点为“石柱厂”和“凫村车站”。3 作业方法、质量和有关技术数据3.1 采用的仪器本项工程中用到的仪器设备见表 1。所有使用的仪器经江苏省质量技术监督测绘专用仪器计量站鉴定合格, 并出具了相应的鉴定证书。使用前对仪器进行了检
9、查, 各项指标均符合规程和本项工程的要求。到达作业现场后, 工作开始前也对仪器进行了必要的检查, 符合测量作业要求后, 才开始施测。表 1 投入的仪器设备统计表 下载原表 施工过程中各仪器均运转正常, 未出现任何影响施工质量的情况, 满足本项工程使用要求。3.2 观测站的布设3204 工作面地表移动观测站布设在北宫村西和村南的路边上, 其中沿北宫村西的南北水泥路布设了 39 个观测点 (D1D39) ;沿北宫村南边东西大车路布设 25个观测点 (D57D68, D88D100) ;沿北宫村南的南北小路上布设 13 个观测点 (D69D81) ;在工作面中部 2 条东西小路西头各布设 3 个观测
10、点 (D82、D83、D84 和 D85、D86、D87) ;沿工作面南部东西小路布设 17 个观测点 (D40D56) 。观测点布设的一般间距为 30m, 只有北宫村南东西路上的D88D100 间距为 60m, 总共布设了 100 点。北端沿北宫村北部东西路布设了 3 个基准点 (H1、H2、H3) , 间距约 200m;沿北宫村东边的南北路布设了 3 个基准点 (H4、H5、H6) , 间距约 240m。基准点和观测点均选用混凝土预制桩进行了观测点的埋设。观测线两端的 6 个基准点均埋设在不受微波塔和变电所等发射的电磁波干扰的开阔地带。北端的基准点距离工作面约 1.6km, 东端的基准点距
11、离工作面约 1km, 都在工作面开采影响范围之外。各观测点在埋设时, 均满足以下基本要求:(1) 观测期间能可靠保存, 并与地表牢固结合。(2) 为了避免树木增长使观测点发生偏移, 在埋设观测点时都尽量避开了树木。(3) 为了便于以后的观测, 在埋设时尽量使相邻观测点相互通视, 以便简化观测和计算。累计布置 100 个监测点, 6 个控制点。观测点布设如图 1 所示。图 1 观测点布设 下载原图3.3 第一次全面观测的技术要求和质量评定(1) 连接测量。在埋好测点 10 天后, 与测区附近的已知点进行了连测, 利用YKCORS 网接合流动 RTK 进行测量。兖矿集团的 CORS 网络系统于 2
12、011 年建成, 设有 4 个基准站, 分别位于地矿公司、鲍店煤矿、兴隆庄煤矿和济宁三号井煤矿的办公楼顶。位于鲍店煤矿的基准站在测区西南, 距离约 10km, 在 20km 范围内, YKCORS 系统的 RTK 实时定位精度为:水平精度10mm+1ppm, 高程精度20mm+1ppm, 工程布设的观测站在 YKCORS 网络的有效覆盖范围内, 能够满足本项工程的精度要求。(2) 工程基准点平面测量的施测步骤如下:首先选择坐标系统, 然后输入 CORS 系统的七参数。设置移动站参数, 并选择相应的工作模式和通讯协议。输入服务器 IP 并选择与基准站匹配的端口, 选择GPS 工作模式。选择元列表
13、, 输入用户名和密码, 登陆 CORS 系统, 待流动站提示已登陆成功, 即可开始进行测量。观测时采用三脚架和基座将 GPS 接收机天线精确对中、整平在基准点上方, RTK测量时仪器收敛精度设置为:平面不大于 2cm;高程不大于 3cm。采集数据时接收机天线在该基准点上接收卫星数据 5min 后, 且实时解算的点位精度及平面、高程成果, 满足要求时才采集数据。先采集 2 次数据, 旋转基座 120再采集 2次数据, 再旋转 120采集 2 次数据。每点每次共采集了 6 次数据, 最后取平均数作为了各基准点的最终坐标。(3) 三等水准的技术要求和质量评定。第一次全面观测, 按三等水准要求独立进行
14、 2 次。采用 S1 水准仪, 该仪器每千米往返中误差1mm, 性能稳定, 精度可靠, 受外界环境影响较小。三等水准采用后-前-前-后的顺序进行观测。(4) 平面坐标测量的技术要求和质量评定。首次的平面坐标观测是进行 2 次独立的附合导线测量, 每次施测 2 个测回, 末次进行了 1 次附合导线测量, 首、末次均以 H1、H2 和 H4、H5 作为起算点进行施测。进行平面测量时先利用两端基准点作为起算点, 采用 2级全站仪施测一级附合导线。首次独立的 2 次一级导线均施测了 15 站, 末次观测时因树叶较多只施测了 10 站。附合导线施测完成后, 对外业记录、计算资料进行全面检查, 无误后,
15、采用南方测绘仪器公司开发的“平差易 2005“平差软件进行平差, 得出各导线点的平面坐标。在观测过程中记录气压、温度等气象参数, 输入全站仪自动改正边长观测值。(5) 重复观测结果分析和数据处理方法。3204 观测站自 2012 年 10 月 22 日第一次全面观测, 截止到 2013 年 5 月 30 日共进行了 18 次下沉观测, 下沉观测按四等水准要求观测, 四等水准采用中丝读数法, 按黑-黑-红-红顺序进行单程观测, 读数取位至 1mm, 各项闭合差均不超限, 然后按站数平均分配闭合差。计算出每公里的中误差=9.3mm。规程规定 10 mm, 实测值小于规程规定。3.4 稳沉后全面观测
16、的技术要求和质量评定稳沉后的水准采用 S3 级光学水准仪配合双面区格式木质标尺, 中丝读数法进行单程观测, 观测顺序为后前前后, 读数取位至 1mm。末次观测是以观测线两端最远的基准点 H3 和 H6 作为起算点进行的施测。4 3204 工作面观测站实测地表移动参数4.1 地表移动动态参数4.1.1 最大下沉值通过观测计算可知, 3204 工作面中间的 D87 点下沉值最大, 其最大下沉值为0.961m。4.1.2 超前影响距和超前影响角在工作面推进过程中, 工作面前方的地表受采动影响而下沉, 这种影响称为超前影响角, 将工作面前方地表开始移动 (即下沉达到 10 mm) 的点与当时工作面的连
17、线, 此连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为超前影响角。北宫村村西观测线的 D77 点, 基本位于工作面中间, 2012 年 10 月 30 日第 2 次观测到的下沉值为 19 mm, 此时工作面距离该点为 259m, 该点的开采深度为520m, 由此计算出超前影响角为 6331 (2 煤重复采动超前影响角) 。4.1.3 最大下沉速度及滞后角和滞后距在工作面推进过程中, 地表最大下沉速度点和回采工作面之间的相对位置基本不变, 最大下沉速度的点也在向前移动, 可以发现, 当地表达到充分采动后, 在地表下沉速度曲线上, 最大下沉速度总是滞后于回采工作面一个固定距离, 此固定距离称为最大下沉速度滞后距
18、。3204 工作面中间的 D87 点下沉速度最大, 2012 年 11 月 27 日第 8 次实测的最大下沉速度为 26.7mm/天 (工作面进尺 304m) 。此时工作面距该号点 44.5m, 即最大下沉速度滞后距 44.5m。该处平均深度为 520m, 最大下沉速度滞后角为:8506。4.1.4 水平移动资料分析本观测站中最长的观测线为北宫村村西观测线, 而且该观测线的观测次数和实测资料全, 观测线的水平移动符合开采沉陷的一般规律。4.1.5 上山边界角北宫村村西观测线的 D16 点下沉 4mm, 其相邻点 D17 点下沉 51mm, 可以确认D17 点为影响边界点, 该点到工作面的垂直距
19、离为 218.63m。北宫村村南观测线的 D89 点下沉 14mm, 其相邻点 D90 下沉 8mm, 可以确认 D89 点为影响边界点, 该点到工作面的垂直距离为 187.23m。D17 点和 D89 点分别位于开切眼和停采线附近, 取 2 个点的平均值 202.93 作为上山影响边界。工作面垂深 514m, 其上山边界角为:=6827。由于下山为采空区, 无法求出下山边界角。4.1.6 最大下沉角最大下沉点位于工作面中间的 D87 点, 该点最大下沉值为 0.961m, 偏离工作面中心 29.4m, 此处埋深 521m, 最大下沉角:=8646。5 工作面变形观测站计算结果通过对 3204
20、 观测站实测资料的总结分析, 获得如下实测结果:(1) 最大下沉值为 0.961m (D87 号点) 。(2) 实测的超前影响距为 259m, 超前影响角为 6331 (2 煤重复采动超前影响角) 。(3) 最大下沉速度 26.7mm/天 (D87 号点) , 最大下沉速度滞后距为 44.5m, 最大下沉速度滞后角为:8506。(4) 上山边界影响的范围为 187.23218.63m, 综合边界角为:=6827。(5) 最大下沉点位于 D87 点, 该点偏离工作面中心 29.4m, 最大下沉角:=8646。6 结论(1) 三采区 2 煤开采影响的范围比 3 煤开采影响的范围小。(2) 2 煤开采地表移动参数基本与 3 煤相同。(3) 缓慢匀速开采对村庄的破坏较小。
