煤礦開(kāi)采沉降觀測(cè)技術(shù)及質(zhì)量控制

秦 萌 趙錦鋒 胡發(fā)侖

內(nèi)蒙古上海廟礦業(yè)有限責(zé)任公司新上海一號(hào)煤礦

煤礦開(kāi)采沉降觀測(cè)技術(shù)及質(zhì)量控制

秦 萌 趙錦鋒 胡發(fā)侖

內(nèi)蒙古上海廟礦業(yè)有限責(zé)任公司新上海一號(hào)煤礦

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，物質(zhì)文明的極大提高及建設(shè)設(shè)計(jì)施工技術(shù)水平的日臻成熟完善，同時(shí)，也因土地資源日漸減少與人口增長(zhǎng)之間日益突出的矛盾，及超建(構(gòu))筑物越來(lái)越多。為了保證建構(gòu)筑物的正常使用壽命和建(構(gòu))筑物的安全性，并為以后的勘察設(shè)計(jì)施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，建(構(gòu))筑物沉降觀測(cè)的必要性和重要性愈加明顯?，F(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，建設(shè)物、高聳構(gòu)筑物、重要古建設(shè)物及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施基礎(chǔ)、動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)、滑坡監(jiān)測(cè)等均要進(jìn)行沉降觀測(cè)。

煤礦工程；沉降觀測(cè)；質(zhì)量

在建設(shè)施工中應(yīng)用沉降觀測(cè)技術(shù)，有利于工程項(xiàng)目技術(shù)管理人員準(zhǔn)確掌握科學(xué)、可靠的沉降參數(shù)，并且為設(shè)計(jì)部門(mén)提供詳盡的地質(zhì)資料，有效減少在建設(shè)施工中出現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)裂縫或破壞等質(zhì)量問(wèn)題，促使建設(shè)項(xiàng)目的安全性與使用年限達(dá)到國(guó)家相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。煤礦的開(kāi)采利用，會(huì)造成地表的沉降、塌陷，從而導(dǎo)致建設(shè)物、道路等人工設(shè)施的嚴(yán)重?fù)p毀，大面積農(nóng)田破壞，甚至生命財(cái)產(chǎn)的損失。因此，研究煤礦開(kāi)采沉降觀測(cè)技術(shù)及質(zhì)量控制具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 煤礦開(kāi)采的沉降原因及分析

當(dāng)?shù)V區(qū)開(kāi)采工作進(jìn)行到一定的階段，井下巖體的移動(dòng)和破壞逐步波及到地表，使受采動(dòng)影響的地表從原有的標(biāo)高向下沉降，從而在采空區(qū)上方形成一個(gè)比采空區(qū)大得多的沉陷區(qū)域。沉陷區(qū)域改變了原有的地表形態(tài)，引起地表標(biāo)高、水平位置發(fā)生變化，常用的定量表述這種變化的指標(biāo)有：下沉、水平移動(dòng)、傾斜、曲率、水平變形。地面的沉陷特征與穩(wěn)定性狀態(tài)都是隨時(shí)間和空間而變化的，可將其概化為三個(gè)階段：第一階段發(fā)生在回采初期，采空區(qū)長(zhǎng)寬尺寸較小，頂板上覆巖層的破壞形式自下而上分為冒落帶、斷裂帶、彎曲帶三個(gè)帶；第二個(gè)階段，隨著采空區(qū)范圍擴(kuò)大，冒落帶頂面不斷向上移動(dòng)，帶寬加大，斷裂帶接近或達(dá)到地面，彎曲帶消失；第三階段隨著采空區(qū)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，采空區(qū)中心距四周邊界超過(guò)某一臨界值時(shí)，中心點(diǎn)上方的巖層將全部折斷、垮落，形成冒落帶，冒落帶發(fā)育到地面，地面會(huì)出現(xiàn)最為嚴(yán)重的塌陷變形。以上三個(gè)階段出現(xiàn)的地點(diǎn)、時(shí)間是由開(kāi)采深度、采厚、采空區(qū)擴(kuò)大的時(shí)間過(guò)程以及巖層的力學(xué)性質(zhì)等多個(gè)方面共同決定的。

2 工程沉降觀測(cè)技術(shù)

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置原則

(1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定應(yīng)按規(guī)范、規(guī)定的要求并結(jié)合工程性質(zhì)、地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)要求、施工特點(diǎn)、監(jiān)測(cè)費(fèi)用等因素綜合考慮；(2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在具有代表性、變化可能性大的薄弱的工程結(jié)構(gòu)部位；(3)在實(shí)施多個(gè)測(cè)點(diǎn)的布置，在時(shí)間上和空間上應(yīng)該有機(jī)結(jié)合，力求使同一監(jiān)測(cè)對(duì)象能完整、連續(xù)地反映出幾何變化量，以便找出其內(nèi)在的聯(lián)系和變化規(guī)律，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量成斷面布置，以利數(shù)據(jù)處理和對(duì)比驗(yàn)證。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)

原有建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)原有建筑物一般每隔10m～15m或每隔1根～2根柱子設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，該類(lèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)約為16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

擴(kuò)建部分的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)擴(kuò)建部分亦采用框架結(jié)構(gòu)，在以基樁為基礎(chǔ)的框架結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)對(duì)象上每隔1根～2根柱子設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，該類(lèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)約為24個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.3 固定沉降觀測(cè)的路線

在本工程項(xiàng)目施工階段的沉降觀測(cè)中，工程技術(shù)人員根據(jù)不同位置的水準(zhǔn)點(diǎn)，合理進(jìn)行沉降觀測(cè)路線的固定。沉降觀測(cè)路線不但要滿(mǎn)足觀測(cè)的設(shè)計(jì)方案和埋設(shè)需求，而且要明確各觀測(cè)點(diǎn)的具體方位和觀測(cè)內(nèi)容。在本工程的各工作點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)之間，分別設(shè)立了相應(yīng)的固定沉降觀測(cè)網(wǎng)，并且在轉(zhuǎn)點(diǎn)與鏡點(diǎn)定位處之間進(jìn)行木樁標(biāo)記，其目的是確保在每次的沉降觀測(cè)時(shí)都可以保持統(tǒng)一的路線，提升沉降觀測(cè)結(jié)果的精度。

2.4 基準(zhǔn)點(diǎn)和變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置。監(jiān)測(cè)按二級(jí)工程監(jiān)測(cè)要求進(jìn)行；作業(yè)時(shí)要遵守由高級(jí)到低級(jí)、逐級(jí)加密的控制測(cè)量原則，按照基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置監(jiān)測(cè)按二級(jí)工程監(jiān)測(cè)要求進(jìn)行；作業(yè)時(shí)要遵守由高級(jí)到低級(jí)、逐級(jí)加密的控制測(cè)量原則，基準(zhǔn)點(diǎn)一般布設(shè)在離施工現(xiàn)場(chǎng)(2倍工程高度以上)安全穩(wěn)定的地方，至少有3個(gè)點(diǎn)組成。沉降觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置。根據(jù)沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖的設(shè)計(jì)點(diǎn)位，由施工單位在施工期間做入墻體內(nèi)，設(shè)置時(shí)還需兼顧設(shè)在不受外界影響、便于施測(cè)、保證觀測(cè)點(diǎn)精度、不影響正常使用的地方，故采用鋼質(zhì)標(biāo)志埋入砼柱內(nèi)(原建筑上的標(biāo)志需打鉆置入)，出露部分為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.5 沉降觀測(cè)精度的要求

根據(jù)建筑物的特性和建設(shè)、設(shè)計(jì)單位的要求選擇沉降觀測(cè)精度的等級(jí)。再未有特殊要求情況下，一般性的高層建構(gòu)筑物施工過(guò)程中，采用二等水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)方法就能滿(mǎn)足沉降觀測(cè)的要求。我們?cè)诤颖笔〗煌ㄅ嘤?xùn)中心工程施工過(guò)程中就采用二等水測(cè)量的觀測(cè)方法。

各項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)要求如下：

①往返較差、附和或環(huán)線閉合差：△h=∑a-∑b≤ln，表示測(cè)站數(shù)。

(或△h=∑a-∑b≤1.0L，L表示觀測(cè)路線距離)

②前后視距：≤30m

③前后視距差：≤1.0m

④前后視距累積差≤3.0m

⑤沉降觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于后視點(diǎn)的高差容差：≤1.0m

⑥水準(zhǔn)儀的精度不低于N2級(jí)別。

3 沉降觀測(cè)質(zhì)量控制

3.1 確定建筑物沉降觀測(cè)精度的合理性

由于現(xiàn)行規(guī)范對(duì)施工單位施工過(guò)程的沉降觀測(cè)要求不明朗，這對(duì)施工單位在建筑物沉降觀測(cè)精度選擇隨意性較大，但是精度的高低直接關(guān)系到沉降觀測(cè)成敗。對(duì)沉降觀測(cè)精度選擇既不能太高也不能太低，要合理適宜，適合工程特性的需要。既不造成無(wú)謂的浪費(fèi)也要保證觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 沉降觀測(cè)中需要注意的事項(xiàng)

1.嚴(yán)格按測(cè)量規(guī)范的要求施測(cè)。2.前后視觀測(cè)最好用同一水平尺。3.各次觀測(cè)必須按照固定的觀測(cè)路線進(jìn)行。4.觀測(cè)時(shí)要避免陽(yáng)光直射，且各觀測(cè)環(huán)境基本一致。5.成像清晰、穩(wěn)定時(shí)再讀數(shù)。6.隨時(shí)觀測(cè)，隨時(shí)檢核計(jì)算，觀測(cè)時(shí)要一氣呵成。7.在雨季前后要聯(lián)測(cè)，檢查水準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)高是否有變動(dòng)。

綜上所述，對(duì)煤礦開(kāi)采進(jìn)行全面的、系統(tǒng)的、長(zhǎng)期的沉降觀測(cè)，掌握其沉降規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)分析原因，并采取相應(yīng)補(bǔ)救措施，對(duì)于確保建筑物、道路等人工設(shè)施以及煤礦生產(chǎn)的安全，具有非常重要的意義。

[1] 康方,鄭元?jiǎng)?劉康. 煤礦開(kāi)采沉降觀測(cè)技術(shù)及質(zhì)量控制[J]. 工業(yè)設(shè)計(jì),2011,07:167.

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