基于測量技術(shù)的采煤塌陷地沉陷進程研究

邱俊秀 王同華 任士佩

（山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊，山東 濟寧 272000）

1 研究區(qū)概況

葛 亭 煤 礦 地 理 坐 標 為 東 經(jīng)116°28′30″～116°32′30″，北緯35°29′30″～35°32′30″，井田面積20.886 2 km2。2018 年已關(guān)井閉坑。

研究區(qū)地層由老到新發(fā)育有奧陶系馬家溝群、石炭系本溪組、石炭-二疊紀月門溝群本溪組、石炭-二疊系月門溝群太原組、二疊系山西組、二疊系石盒子群、侏羅系淄博群三臺組及第四系等。據(jù)勘探、補勘及生產(chǎn)揭露，井田東北部有燕山晚期形成的較大規(guī)模巖漿巖侵入體，巖性為閃長玢巖，侵入太原組下部至山西組頂部。葛亭井田主要含煤地層為石炭-二疊系月門溝群太原組和二疊系山西組。

礦區(qū)所處地理位置屬溫帶大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，季風性特征顯著。

2 采煤塌陷地測量

2.1 測量背景

由于煤炭開采過程中，大量的煤炭被采出，形成采空區(qū)。采煤后無人為干擾的自然情況下，由于地層壓力的作用會造成采空區(qū)垮塌，采煤區(qū)域必然會發(fā)生地表下沉，造成一定程度的沉陷。為了貫徹落實采煤塌陷地生態(tài)治理，推動礦區(qū)生態(tài)文明建設(shè)的理念，為采煤塌陷地的復墾治理提供現(xiàn)實條件，掌握采煤塌陷地的沉陷狀態(tài)就顯得尤為重要。要想掌握采煤沉陷區(qū)的沉陷情況，就需要借助相關(guān)的測量技術(shù)，通過動態(tài)監(jiān)測獲取結(jié)果。

2.2 測量技術(shù)

采煤塌陷地沉陷主要是為了掌握地面垂直位移的變化情況，這主要運用了水準測量技術(shù)。

水準測量技術(shù)是根據(jù)一個或幾個已知高程點運用水準儀能夠測量兩點高差的原理得出未知點高程的測量過程。這一個或幾個已知高程點是國家測繪部門已經(jīng)埋設(shè)和測定的并掌握了高程的水準點，通過引測，測出覆蓋研究區(qū)的監(jiān)測點的高程。水準測量技術(shù)能夠很好地完成采煤塌陷地沉陷測量工作。

2.3 水準測量

本文的沉降觀測運用了水準測量技術(shù)，用到的儀器是天寶trimble 水準儀。根據(jù)已知基準點高程情況，引測到研究區(qū)用鋼筋混凝土澆制的已選定好位置的觀測標樁上，再通過內(nèi)業(yè)平差處理，得到整個研究區(qū)的監(jiān)測點高程值。

3 采煤塌陷地沉降分析

3.1 監(jiān)測點及監(jiān)測線路

以礦區(qū)已有的監(jiān)測設(shè)計為主要依據(jù)，根據(jù)監(jiān)測點的布設(shè)原則，結(jié)合監(jiān)測區(qū)的實際情況，布設(shè)了合理的沉降監(jiān)測點，覆蓋于礦區(qū)的采區(qū)。根據(jù)該礦區(qū)監(jiān)測點實際布設(shè)情況，將其共劃分為14條監(jiān)測線路，以供后文的分析。具體的礦區(qū)沉降監(jiān)測點及監(jiān)測線路如圖1 所示。

3.2 沉降量分析

沉降量是通過求取同一監(jiān)測點不同時期高程差所得到的沉陷數(shù)據(jù)，累積沉降量是每期測量高程與第一期高程比較所得的沉降量值。本文選取了2019年1 月份至7 月份連續(xù)半年的測量數(shù)據(jù)，所選數(shù)據(jù)的監(jiān)測間隔為一個月，以所測的一月份監(jiān)測點的高程數(shù)據(jù)作為第一期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將以后每月所測的監(jiān)測點的高程值與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行比較得到沉降值。雖然每期監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲得需要連續(xù)多天，但為了表達方便、清晰，將每月的監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)整理結(jié)果統(tǒng)一于每個月的月中，即15 日。選取典型線路L7 線和L9 線進行沉降量的分析，將L7 線和L9 線上布設(shè)的所有監(jiān)測點作為分析對象做統(tǒng)一分析。具體分析結(jié)果見表1 和表2。

圖1 礦區(qū)沉降監(jiān)測點及監(jiān)測線路

表1 L7 線監(jiān)測點隨時間變化累積沉降量（單位：mm）

表2 L9 線監(jiān)測點隨時間變化累積沉降量（單位：mm）

從表1 和表2 可以看出，沉降量是隨著時間的推移普遍增大的，但沉降量增加幅度又存在著差異。其主要原因在于不同的采區(qū)開采時間不同，同一采區(qū)不同工作面的開采時間也存在著差異，從而沉降量在不同位置存在差異。

為了更直觀表示沉降量，可將上表數(shù)據(jù)用折線圖的形式展示，得到相應的沉降曲線圖，如圖2、圖3 所示。

圖2 L7 線監(jiān)測點沉降量曲線

圖3 L9 線監(jiān)測點沉降量曲線

3.3 沉降速率分析

沉降速率是用來衡量隨著時間的推移沉降快慢的值，由于研究礦區(qū)已經(jīng)關(guān)井閉坑，所以沉降速率可以用來預測未來的沉降趨勢。

選取L7 監(jiān)測線上的GC-72 監(jiān)測點進行沉降速率分析。具體的沉降數(shù)值見表3，曲線如圖4 所示。

表3 GC-72 監(jiān)測點累積沉降量（單位：mm）

由上表可以得到圖4。

由圖4 可以看出，隨著時間推移，沉降速率大體上呈現(xiàn)降低的趨勢，直至沉降量達到一定的穩(wěn)態(tài)。

根據(jù)同樣的方法可以得到整個監(jiān)測區(qū)的監(jiān)測點沉降情況。

圖4 GC-72 監(jiān)測點累積沉降量曲線

4 結(jié)論與展望

整個研究區(qū)在本文選取的研究時間段內(nèi)最大沉降量為26.9 mm，平均最大沉降速率約為0.148 mm/d。六個月內(nèi)的下沉值不超過30 mm 即可認定為采煤塌陷區(qū)進入衰退穩(wěn)定期。據(jù)此，整個研究區(qū)的沉降量在半年內(nèi)均小于30 mm，研究區(qū)進入了穩(wěn)沉階段。同時，該研究區(qū)的沉降觀測還在繼續(xù)，通過接下來的工作也可以進一步來說明未來研究區(qū)的沉降情況，同時也能進一步驗證本文研究的準確性。

本文通過對基于測量技術(shù)獲取的采煤塌陷地沉降數(shù)據(jù)的整理，進行了采煤塌陷地沉降量及沉降速率的分析，進而完成了采煤塌陷地沉陷進程的研究。這對于了解掌握采煤塌陷地的沉陷過程，掌握后續(xù)的采煤塌陷地的穩(wěn)沉具有非常重要的數(shù)據(jù)事實依據(jù)，同時對于盡快進行采煤塌陷地的復墾工作的時間節(jié)點具有重要的指導意義。