葛泉礦11912工作面地表移動觀測站分析

申建良

摘 要：合理地設(shè)計地表移動觀測站，是準(zhǔn)確預(yù)測礦山開采沉陷引起地表移動、變形的基礎(chǔ)。文章通過對葛泉礦11912工作面地表移動觀測站分析，初步揭示了地表移動變形觀測，地表移動參數(shù)，為進行同類條件下的工作提供地表移動參數(shù)。

關(guān)鍵詞：葛泉礦；地表移動；觀測站分析

葛泉礦東井自2004年開始建井，至2007年投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力為30萬t/a。為了取得葛泉礦綜放開采條件下地表移動和變形規(guī)律，于2011年，在葛泉礦東井一采區(qū)11912工作面上方地表，建立了地表移動觀測站，以便為今后進行“三下”采煤提供技術(shù)依據(jù)。

一、目的

通過現(xiàn)場實測和資料分析，結(jié)合數(shù)值計算、理論分析，求取了厚煤層綜放開采條件下的巖移參數(shù)和巖移角值，揭示了葛泉礦地表沉陷變形規(guī)律及特點，為葛泉礦開展村莊下、水體下、鐵路下采煤以及合理留設(shè)保護煤柱提供了科學(xué)技術(shù)依據(jù)，對于挖掘礦井生產(chǎn)潛力，保證礦井的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

二、觀測站設(shè)置

11912工作面地表移動觀測站，位于葛泉礦東井一采區(qū)11912工作面上方地表，該觀測站根據(jù)地形條件和盡量不占用或少占用農(nóng)田的原則，設(shè)置為不規(guī)則觀測站。

由于煤層傾角小，觀測站設(shè)置兩條任意方向的觀測線，根據(jù)地面條件，觀測線沿工作面上方兩條農(nóng)村道路布置。

觀測站共設(shè)置4個控制點，56個工作測點。工作測點均位于移動盆地以內(nèi)，按等間距布設(shè)，因該地區(qū)最大采深為170m，依據(jù)《煤礦測量規(guī)程》要求，測點間距取15m。

三、地表移動變形觀測

2011年7月開始回采，至2013年8月20日回采結(jié)束，從東向西推進。11912觀測站于2011年4月28日進行了第一次全面觀測，取得了原始數(shù)據(jù)，至2014年1月19日進行最后一次觀測為止，共進行了6次全面觀測和20次日常水準(zhǔn)觀測，取得了大量寶貴的觀測資料，為地表沉陷規(guī)律的研究打下了良好的基礎(chǔ)。

日常觀測采用水準(zhǔn)支線的往返測量，施測按四等水準(zhǔn)測量的精度要求進行。觀測站設(shè)置和各觀測工作均按《煤礦測量規(guī)程》及觀測站設(shè)計說明書的要求進行，各項觀測成果的精度基本符合規(guī)程要求，觀測資料是準(zhǔn)確可靠的。

在觀測過程中，由于地表下沉，地面形成塌陷坑積水，導(dǎo)致部分測點無法觀測，尤其是CD段測量數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重，給地表巖移參數(shù)的求取和巖移規(guī)律的研究帶來了一定困難?？偟膩砜矗^測站是按照規(guī)程規(guī)定和有關(guān)精度要求施測的，由于煤層開采厚度大，地表沉陷變形劇烈，觀測誤差對觀測結(jié)果的影響相對較小。觀測資料能夠反映地表移動變形的實際情況，觀測成果是可靠的。

四、地表移動參數(shù)

（一）地表移動預(yù)計參數(shù)的求取方法

預(yù)計參數(shù)的求取方法已有許多種，最理想的方法應(yīng)該是能夠利用最少的實測數(shù)據(jù)求得較好的預(yù)計參數(shù)。為此一方面要能夠充分利用已有的實測成果資源，求得高精度的預(yù)計參數(shù)，用此參數(shù)對本礦區(qū)的開采沉陷作出準(zhǔn)確的預(yù)計；另一方面在保證參數(shù)具有較好精度的情況下，可放寬對觀測站的設(shè)站形式的要求，如適當(dāng)減少一些測點，以降低設(shè)站成本，提高經(jīng)濟效益。常用求參方法：（1）利用特征點求參，（2）曲線擬合法求參，（3）空間問題求參。

實踐表明，作為空間問題求參是比較常用和有效的方法。本次求參，首先根據(jù)實測資料按經(jīng)驗確定概率積分法的初始參數(shù)值，然后按初始參數(shù)值根據(jù)觀測站與開采工作面的相對位置關(guān)系，分別預(yù)計傾斜觀測線、走向觀測線及其它測點的移動變形值。然后將預(yù)計值與實測值進行比較，比較后再調(diào)整預(yù)計參數(shù)，并以逐漸趨近的方法，最后求取概率積分法的移動變形預(yù)計參數(shù)。

由于觀測站觀測資料的不完整性，除下沉觀測值外，其它的移動與變形值跳動較大，容易影響求參的準(zhǔn)確性；又考慮到水平移動系數(shù)b，變化較小，大部分在0.3左右，所以在按逐漸趨近法求取巖移參數(shù)的過程中，主要以地表下沉曲線為主。

（二）地表移動預(yù)計方法

在地表移動觀測站的觀測工作結(jié)束并完成了觀測成果的整理后，應(yīng)進一步求取該觀測站的預(yù)計參數(shù)。求取預(yù)計參數(shù)，均是相對于某一種預(yù)計方法而言。根據(jù)“三下”采煤規(guī)程推薦，預(yù)計地表移動與變形時，我國煤礦常用的方法為概率積分法。

從統(tǒng)計觀點出發(fā)，可以把整個開采區(qū)域分解為無限個微小單元的開采，整個開采對巖層及地表的影響等于各單元開采對巖層及地表影響之和。按隨機介質(zhì)理論，單元開采引起的地表單元下沉盆地呈正態(tài)分布，且與概率密度的分布一致。因此，整個開采引起的下沉剖面方程可以表示為概率密度函數(shù)的積分公式。

基本數(shù)學(xué)模型是建立在一種理想化的基礎(chǔ)上的，把巖層看作無窮多個孤立的較小單元，下方部分單元取走后，上方單元落下來填充，依據(jù)它們與該空位的相對位置關(guān)系，都具有一定填充概率，在空位上方的水平方向上，會出現(xiàn)趨近正態(tài)分布概率密度曲線。根據(jù)該理論模型的假設(shè)和采礦實際，可列出如下表示地表單元下沉盆地的表達式：

通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得出任意形狀工作面開采時地表任意點的移動與變形計算公式。

參考文獻

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