煤礦開采引發(fā)地表變形的動態(tài)測量方法探析

許陽

摘要：在地下的煤炭層在被采掘出去以后，其煤層采空區(qū)域的頂板構(gòu)架在地心引力的作用環(huán)境中必然和頂板上部的覆蓋巖層及土體部分朝層理面的法線方向逐步產(chǎn)生移動狀態(tài)，在地下作業(yè)面?zhèn)溥B續(xù)性的予以推進過程以后，其煤層采空區(qū)域的頂板式巖層尾部可逐步產(chǎn)生斷裂的狀態(tài)，在這種巖層段中部區(qū)域開裂范圍較窄的情況之下，會發(fā)生頂板部位巖層結(jié)構(gòu)整個垮塌的狀況，本文立足于實際狀況，針對煤礦井下采掘?qū)е碌牡乇斫Y(jié)構(gòu)變形動態(tài)式檢測的手段進行深入研究.以實現(xiàn)和廣大同仁進行密切交流.進而共同提升的目標。

關(guān)鍵詞：煤炭采掘；現(xiàn)場測量、地表形態(tài)改變；坐標確定

由地層結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的水平面上的變形而引發(fā)的損壞于地表現(xiàn)狀的收縮趨勢及拉伸趨勢即是我們通常所言的地表水平面變形過程。因為促使地層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拉伸趨勢的驅(qū)動力過強，而且超出了建筑體本身抵抗拉伸力的容許區(qū)間，那么此時拉伸過程對地層結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的損害性最為嚴重，即便在較窄范圍的地表區(qū)域產(chǎn)生的輕微一動的拉伸過程均可能引發(fā)地表構(gòu)筑體結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂的情況。通常最易導(dǎo)致在門窗部位或是洞口區(qū)域出現(xiàn)痕及縫隙情況，因為那些區(qū)域是建筑體結(jié)構(gòu)強度最脆弱的區(qū)域。用磚石料砌筑的地面構(gòu)筑體其本身最易發(fā)生水平方向的裂縫情況，其豎向狀態(tài)的圍墻及橫向狀態(tài)的圍墻可把門洞結(jié)構(gòu)擠壓成菱形狀態(tài)，或是引發(fā)屋頂凸出。地面構(gòu)筑體受到破壞的后果一般是和其自身的建造構(gòu)架、施工材料、結(jié)構(gòu)形態(tài)及堅固品質(zhì)存在著極為密切的關(guān)聯(lián)性。在這里最為關(guān)鍵性的原因是緣自于構(gòu)筑體結(jié)構(gòu)本身的平面性尺寸及剛度性能大小。其地表結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的變形必將對地表構(gòu)主體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造成水平方向的附加作用力。

一、煤礦井下采掘?qū)е碌乇斫Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形結(jié)果的根本性致因和運作機理

（1）當(dāng)煤礦地表結(jié)構(gòu)開始產(chǎn)生縱向變形的情況下，其便對地面構(gòu)筑體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造成不均衡的反向支撐力，且由此導(dǎo)致附加型剪應(yīng)力及附加型彎矩，其所導(dǎo)致的附加型作用力可對地表構(gòu)筑體造成很大程度的影響。一般條件下，在地表結(jié)構(gòu)受到移動過程之后并且由此導(dǎo)致處在穩(wěn)步下陷狀態(tài)中的構(gòu)筑體，在實施采掘的操作環(huán)節(jié)中，其必然持續(xù)受到地表層本身持續(xù)動態(tài)化變形的負面干擾作用，由于其本身會產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的原因，在作業(yè)面脫離地面構(gòu)筑體的時間間隔超出允許數(shù)值的時候，其建筑結(jié)構(gòu)體又能復(fù)原到始態(tài)。

（2）遷移的方向和區(qū)間。在針對地表結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形的理論學(xué)說中，其移動型角度是最為關(guān)鍵的角度數(shù)值。其移動轉(zhuǎn)角在巖土結(jié)構(gòu)層的工程建造環(huán)節(jié)中是說針對處在移動著的重點性盆地斷裂層面上的臨界變化數(shù)值的煤層采空區(qū)及各點之間的連接線及水平方向線之間的相夾角度。依托數(shù)據(jù)仿真的運算結(jié)果而得出，因為采掘煤層的層次數(shù)目及采掘過程中的中段區(qū)域存在著很大的不同性，其巖層結(jié)構(gòu)的強度性質(zhì)亦完全不會一樣，自然其移動轉(zhuǎn)角也是會不同了。倘若在礦區(qū)地面上部存在著松散型的巖層結(jié)構(gòu)時，亦會出現(xiàn)松散型層移的動態(tài)夾角。在對相關(guān)的數(shù)值進行模擬過程以前，須優(yōu)先選取精準的計算公式去進行數(shù)據(jù)驗算及比照，達到巖層滑移夾角的具體數(shù)值。

二、煤礦井下采掘造成的地表結(jié)構(gòu)變形的數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)在國際上最為高科技的數(shù)值型仿真運算法是當(dāng)屬于目前比較流行且實用的FLAC運算原理，其基本運算原理是和離散元運算結(jié)構(gòu)相類似，然而FLAC運算原理所運用的節(jié)點區(qū)域發(fā)生滑移達到連續(xù)化的條件是：其可以對連續(xù)型的工藝介質(zhì)變化實施大區(qū)域變形化分析，是極為匹配仿真型地應(yīng)力的構(gòu)建與分布、巖層邊坡和錨索結(jié)構(gòu)設(shè)置等等。如果選取動態(tài)型的測試手段：在礦山井下采煤工程建設(shè)環(huán)節(jié)中，煤炭采掘的生產(chǎn)過程本身即為一項極為繁雜的力學(xué)動態(tài)變化過程。其涵蓋著諸多的機動性變化因素，此類因素均可對其造成嚴重影響。因為數(shù)值仿真運算的結(jié)果一般均只是作為效果評判的時候?qū)ζ溥M行運用。因此在模擬運算的環(huán)節(jié)中，誤認為的去構(gòu)建力學(xué)結(jié)構(gòu)模型和原始結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)關(guān)系及精密性水平，其所構(gòu)建的動力學(xué)數(shù)據(jù)動態(tài)化模型不可過于繁雜，只要可以具體的展示巖石結(jié)構(gòu)體的最原始力學(xué)特點及采掘的作業(yè)歷程即足夠了。

（1）對礦巖層結(jié)構(gòu)性質(zhì)的預(yù)設(shè)：設(shè)定礦巖結(jié)構(gòu)為多項均質(zhì)及同性的庫倫型彈塑仿真模型。

（2）對于運算模型實施預(yù)設(shè)：對井下礦產(chǎn)采掘是屬于一項空間結(jié)構(gòu)型的問題，應(yīng)該運用三維空間的計算模式。但通常情況，在同樣的情況下，二維數(shù)值的模擬結(jié)果與三維模擬的結(jié)果很相近，因此，計算簡化模型時常采用二維平面模型。

（3）簡化煤層的結(jié)構(gòu)：為了模擬起來更方便，對巷道工程的每一煤層的開挖步數(shù)等部會考慮。

三、煤礦開采后所引發(fā)的地表變形動態(tài)測量方法

為了滿足《煤礦測量規(guī)程》里的相關(guān)規(guī)定，在每次對煤礦的觀察測量結(jié)束后，應(yīng)對其觀測結(jié)果進行反復(fù)的檢查，然后進行計算，以保證觀測結(jié)果的正確性。做完上述工作就可以開始計算各線與點之間移

動的變形量，主要包括：各測量點的水平移動與下沉位置，相鄰兩側(cè)點之間的傾斜的水平變形和相鄰兩線的曲率變形，以及觀測點的下沉速度等等。要觀測點某一時刻的下沉，應(yīng)該該時刻所觀測到的測高點與首次所觀測到的測高點相算得出高程之差。

四、結(jié)語

地表變形的原因主要來自于井下的開采情況，覆蓋巖的特征對其也有一定的影響，在選擇流變參數(shù)的時候應(yīng)該具體的體現(xiàn)地下的開采狀況以及巖層的構(gòu)成特點等，促使進一步增強流變參數(shù)的可靠性。因此，動態(tài)測量方法在研究開采力學(xué)結(jié)構(gòu)上具備極大的優(yōu)勢。endprint