煤礦采空區(qū)地表建筑物的變形監(jiān)測及分析

■李國輝 周昌舉

（重慶能科工程勘察有限公司重慶400060）

煤礦采空區(qū)地表建筑物的變形監(jiān)測及分析

■李國輝 周昌舉

（重慶能科工程勘察有限公司重慶400060）

煤礦采空區(qū)對地表建（構）筑物的穩(wěn)定有著重大的影響，為妥善解決這一問題，本文通過對重慶市南桐特種水泥有限責任公司建（構）筑物的監(jiān)測，科學掌握并進一步評價采空區(qū)變形程度和影響范圍。收集了該工程條件下采煤活動對地表影響的一些規(guī)律和特點，為南桐礦業(yè)公司采取離層注漿減沉措施進行地下開采提供了可靠成果資料，確保南桐特水公司建（構）筑物的安全和生產(chǎn)經(jīng)營工作的正常開展。

變形監(jiān)測采空區(qū)觀測站測量

1　引言

重慶市南桐特種水泥有責任公司生產(chǎn)廠區(qū)位于重慶南桐礦業(yè)有限責任公司南桐煤礦南翼零二、零三采區(qū)采動影響范圍內，其4500t/d熟料水泥生產(chǎn)線的主要建、構筑物及重要設備設施的基礎設計等級均為甲級，荷載大，對變形反應敏感，易受到井下采煤生產(chǎn)活動的影響，為此，需要對建（構）筑物及地表移動變形情況進行監(jiān)測，主要目的是通過變形監(jiān)測了解建（構）筑物的基礎變形情況，把握建（構）筑物的安全狀態(tài)，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理、分析，采取工程措施來控制變形，確保建筑物的正常使用，同時用于指導南桐煤礦下一階段采掘生產(chǎn)工作布署。

2　監(jiān)測內容及觀測站設計

建筑物的變形監(jiān)測：整個監(jiān)測區(qū)域內有建（構）筑物45棟，其中：南桐特水公司有重要建筑物40棟，南桐技工學校5棟，本監(jiān)測站在南桐特水生產(chǎn)廠區(qū)重要建筑物及設備的基礎上，共設置354個變形觀測點，編號為A1至A354，在南桐技工學校5棟建筑物上設置了45個變形觀測點，編號為J0至J44。

地表移動觀測：在南桐特水公司生產(chǎn)廠區(qū)內大致沿煤層走向布置一條長約460米的觀測線，觀測點間距約20米，共布置23個觀測點，其編號為Z1至Z23；大致沿煤層傾向方向在南桐特水生產(chǎn)廠區(qū)北面布置一條240米長的觀測線，觀測點間距約20米，共12個觀測點，編號為N1至N12；在南桐特水公司生產(chǎn)廠區(qū)南面布置一條沿傾向并向兩端延伸的觀測線，該觀測線長1750余米，特水公司生產(chǎn)廠區(qū)范圍內點間距約20米，特水廠范圍外點間距約30米，共布置57個觀測點，編號為Q1至Q57；對以上三條觀測線進行地表移動觀測。

高聳建筑物的傾斜觀測：在粉煤灰?guī)?、熟料庫、生料均化庫和水泥庫頂上布置傾斜觀測點12個；在建筑物底部布設12個觀測點；在高聳圓形建筑物外埋設3個基準點及3個工作基點。

特水廠南門堡坎觀測：在南門堡坎上布置沉降變形觀測點16個。

3　監(jiān)測的技術方法

注重采用先進的測量儀器設備、精確的測量方法、規(guī)范的數(shù)據(jù)處理來保證設計目標的實現(xiàn)。

觀測儀器：瑞士徠佧TC-702全站儀1臺，徠卡DNA03數(shù)字水準儀一臺套（配合徠卡專用數(shù)字水準尺）。

觀測頻次：本監(jiān)測站觀測周期為每兩個月一次。

坐標系統(tǒng)：測量平面系統(tǒng)采用1954北京坐標系（1.5度帶）；高程系統(tǒng)采用1956黃海高程系。

觀測方法：地表移動觀測站三維導線測量：以大坡頂為基準點，八面山為后視，共布設16個Ⅰ級導線點（其埋設規(guī)格依技術設計書要求），按Ⅰ級導線和四等電磁波測距三角高程導線組合的方式，施測走向線、傾向線觀測點坐標、高程。地表移動觀測點共92個（含兩條傾向線69個，走向線23個），其平面坐標及高程采用極坐標法測定（廠區(qū)內的走向、傾向觀測點高程采用水準測量高程）。

建（構）筑觀測點移動變形測量：采用水準測量方法進行沉降觀測，水準測量高程起算數(shù)據(jù)為電廠橋頭的國家四等水準BM點，觀測使用儀器為瑞士徠卡DNA03電子水準儀（標稱精度每公里偶然中誤差MΔ≤0.3mm），并配合銦鋼尺進行；采用鋼尺量距，結合沉降觀測的成果改算為平距（施加溫度，拉力改正）進行水平相對位移及水平變形觀測；采用經(jīng)緯儀投影方法進行高聳建筑物的傾斜觀測。

4　觀測周期及要求

4.1地表移動觀測站的觀測周期

本地表移動觀測站的觀測周期為兩個月，各觀測點埋設10-15天后，既可以進行觀測。

4.2觀測的一般要求

（1）觀測前對所用的全站儀按有關規(guī)定進行檢定、校驗，并做好記錄，在使用過程中不得隨意更換。

（2）首次進行觀測，連續(xù)獨立觀測兩次，高程相差不大于10mm，邊長相差不大于4mm時，取其平均值作為初始觀測值。

（3）固定觀測人員、觀測路線和觀測方式，首次觀測后應繪出觀測線路圖，確定設站位置、觀測目標及使用的棱鏡及其編號等。

（4）定期（原則上每年一次）進行平面基準點、高程基準點的穩(wěn)定性檢驗和日常對儀器的校驗，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和連續(xù)性。

4.3觀測方法及其精度要求

三維控制導線測量及極坐標測量中涉及的水平角觀測、垂直角觀測、距離測量技術要求分別如下：

水平角觀測應采用方向觀測法，測量作業(yè)時參照《工程測量規(guī)范》3.3.8條規(guī)定。垂直角測量作業(yè)時參照《工程測量規(guī)范》4.3.3條的規(guī)定。距離測量參照《工程測量規(guī)范》GB50026-2007 3.3.18條及3.3.19條的規(guī)定。

5　地表移動觀測資料的整理與分析

每次觀測工作結束后，應及時完成下列計算工作:

（1）檢查外業(yè)手簿；

（2）計算所有觀測點的高程；

（3）計算所有觀測點的坐標，計算相鄰點間水平距離及其在觀測線方向上的投影長度；

（4）按觀測線編制地表移動與變形計算表，計算各種移動與變形，包括各觀測點的下沉值W及水平移動至U；相鄰各點間的垂直變形（傾斜i與曲率k）與水平變形（拉伸與壓縮）；個別測點的下沉速度。

觀測計算完成后，應繪制移動與變形曲線，其比例尺以清楚表達為原則。并結合地表移動變形情況和建筑物變形監(jiān)測的情況，參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》第27條表3及附錄3，判斷其損壞等級情況。

6　結論

采用觀測點的坐標及累計沉降量建立數(shù)字高程模型，同時將廠區(qū)內傾向線、走向線觀測點納入模型，綜合分析廠區(qū)地表變形情況，截至2015年5月觀測資料，可以判斷地表觀測站傾斜線和走向線未出現(xiàn)明顯的移動變形；特水廠區(qū)內，沉降量自東向西沉降逐漸增大，廠區(qū)南面西側變形較大，尤其是堡坎附近出現(xiàn)了較大的裂縫，需重點關注；北面辦公樓、職工食堂沉降雖然較大但還整體穩(wěn)定，整體而言廠區(qū)內變形未對建筑物穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

［1］陳雷英，陳仕祥，吳曉紅.董家溝煤礦地表變形監(jiān)測研究.科技創(chuàng)新導報，2010

［2］中華人民共和國建設部.中華人民共和國國家標準.工程測量規(guī)范，2007

［3］中華人民共和國建設部.中華人民共和國行業(yè)標準.建筑變形測量規(guī)范，2007［4］國家煤炭工業(yè)局.煤礦測量規(guī)程，2009

TD82［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-227-1