16中03工作面地表移动观测站设计.docx
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16中03工作面地表移动观测站设计
16中03工作面
地表移动观测站设计说明书
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地测副总:
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16中03工作面
地表移动观测站设计说明书
观测站设计由文字说明和图纸两部分组成。
文字部分包括观测站设计说明书,图纸包括井上、下对照图(包括观测线和观测点的位置)、观测线剖面图(包括观测线的确定)、岩层柱状图、观测点的构造图。
16中03工作面为小屯煤矿首采工作面,工作面走向长1203m,倾向长150m,埋深200-325m。
工作面内煤层总体走向为87°~176°~254°,倾向为167°~266°~344°,倾角0°~3°,煤厚2.4m。
开采方法为走向长壁综采煤,顶板管理为自然跨落法。
按照工作计划,工作面日推进3m。
为了掌握地表移动变形规律,获得本矿地表移动角值参数和预计参数,为地表保护煤柱留设提供基础,合理开采三下压煤,防止各类地质灾害,从而保证矿井安全生产,特建立16中03工作面地表移动观测站,设计如下:
一、目的和任务
通过在小屯煤矿首采面上方布设地表移动变形观测站,掌握山区地表移动变形规律,获得地表移动角值参数和预测参数,为各类保护煤柱留设提供基础,从而指导矿井安全生产。
二、观测站地区的地形、地物及地质采矿条件
工作面位于矿工广区的东南,龙潭口村旧址在运输顺槽的上方,靠近切眼附近;湾寨村位于切眼的东部,距离切眼260米。
龙谭口村农户已搬迁。
16中03工作面为小屯煤矿首采工作面,工作面走向长1203m,倾向长150m,埋深200m-325m,煤层倾角为0°~3°。
煤厚2.4m,开采方法为走向长壁综采煤,顶板管理为自然跨落法。
16中03工作面老顶为细砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩,呈浅灰色,薄~中厚层状,钙质胶结,波状及交错层理,含泥质团块和泥质条带,钙质胶结,分选性差。
局部含有6上煤。
f=4~6。
三、观测站设计时所用的开采沉陷参数
观测站设计所用的参数选自《煤矿测量规程》和地质采矿条件相似的矿已求得的角值进行,具体参数为:
冲积层移动角φ=40°,基岩移动角γ=δ=70°,β=70°-0.8α=68°,最大下沉角θ=90°-0.7α=89°,根据煤层倾角及采深,查得修正值Δβ=17°,Δγ=Δδ=20°,点间距为20m(开采深度200~300时,点间距为15~20m)。
四、观测站的布置形式
剖面线状观测站是我国矿区多采用的一种形式。
(常用分类为回采单一工作面的观测站、回采多个工作面的采区观测站、网状观测站)
观测站共两种观测线(观测站一般由煤层走向、倾向的观测线组成,形式有全盆地观测线与半盆地观测线,本观测站为走向半盆地观测线)。
充分采动的条件下,通过移动盆地的平底部分都可设置观测线。
非充分采动的条件下,观测线需设在移动盆地的主断面上。
一般情况下,当采空区的长度和宽度均达到或超过采深的1.2-1.4倍时,地表可达到充分采动。
本工作面为走向充分采动,倾向非充分采动。
观测线全部布设在主断面上。
一条走向观测线,两条倾向观测线(两倾向观测线至少相距50米,并应距离开切眼或停采线0.7H0以上)。
五、观测线的位置及长度的确定,测点及控制点的数目、位置及编号
1、走向观测线的位置及长度计算(移动角法):
观测线要有足够的长度,且沿走向布置的观测线位于开采区沿倾斜的最大下沉点位置,以使得观测线能够控制半盆地,观测线的长度为G—F+2~3个测点的间距(控制点与测点、控制点与控制点间距不得少于45米):
半盆地走向观测线长度:
当d3(走向长度)>1.4H0+50m时,
式中H0—回采工作面的平均开采深度,为262.5m;
D2—布置两条相互平行的观测线,线间的平距一般取D2=50m;
h—松散层厚度,0m;
—走向移动角,70°;
—走向移动角的修正值,20°;
—松散层移动角,40°。
代入公式得G-F=490m,测点间距取20m,可布设24个测点。
走向观测线位于采空区中心向下山方向偏移d0的位置:
代入得d0=4.5m。
2、倾斜观测线的位置及长度计算:
倾斜观测线应能够控制沿倾斜的全盆地,布设两条,相距50m,其长度A—B为:
式中L—工作面倾斜长度;
—上山移动角,70°;
—下山移动角,68°;
—上山移动角的修正值,20°;
—下山移动角的修正值,17°;
H1、H2—分别为开采区下山边界和上山边界的开采深度,分别为300m和100m。
A-B长度为477m,测点间距取20m,两条观测线可布设48个测点。
倾斜观测线距工作面开切眼距离D1、距工作面停采线的距离D3、必须满足:
代入得D1,D3为220m。
3、测点数目及密度
按设计要求共埋设观测点72个,分别布置在两条倾斜线和一条走向线上。
测点间距为20m。
采动影响下的山区地表移动规律与平地的移动规律有很大的差别。
山区地表移动除了一般的地表移动形式外,还可能伴随山体滑移,甚至引起山体滑坡破坏,所以山区地表移动范围一般比平地大,故控制点位置的选择应避开可能引发山体滑坡的地段,较远地离开采空区。
由于地形限制控制点选在附近的山头上,共四个控制点,控制点从B1开始编号。
4、观测站的设置
观测站的设置就是将设计好的观测点标定到实地上去。
依据控制点,按照设计观测点坐标,采用全站仪极坐标法进行放样。
七、工作测点和控制点的构造及其埋设方法;
控制点为带金属标志的水泥桩,大小尺寸为:
上口200*200mm,下口400*400mm,高度为600mm(附图)。
观测点金属标志的水泥桩,大小尺寸为:
上口100*100mm,下口200*200mm,高度为600mm(附图)。
六、观测方法及精度要求
1、连接测量
在观测点埋设好10~15天、点位固结后,测站地区未被采动之前应完成连接测量工作。
连接测量需独立进行两次,2次观测点位误差小于7cm,
连接测量按5导线测量的精度要求确定。
高程连测采用三角测量,同平面测量一并进行。
2.全面观测
为了准确地确定工作测点在地表移动开始前的空间位置,在连测后、地表移动开始之前,应独立进行两次全面观测,时间间隔不超过5天(一般不超过5~7天)。
全面观测的内容包括测定各测点的平面位置和高程,各测点间的距离,各测点偏离观测线方向的距离(称支距)等工作。
在整个地表移动的活约期不得少于四次。
采动前两次全面观测,两次观测同一点高程差不大于10mm、支距差不大于30mm,同一边的长度差不大于4mm时,取平均值作为观测站的原始(初始)观测数据。
末次观测:
连续6个月观测地表各点的累计下沉值均小于30mm。
采动影响前及移动稳定后的初次全面观测和末次全面观测,按下列要求进行:
平面观测按一级导线进行。
高程测量
由于观测站地区地形起伏较大(两点之间的倾角大于20)时,可用三角高程测量。
用2"级全站仪以两个测回测竖直角。
往返测量高差的允许互差h可按下式计算[27]:
,mm
式中—两点间的水平距离,m。
3.日常观测工作
当开采工作面推进宽度达到采深的0.2~0.5倍后,在预计可能首先发生的地区,选择几个工作测点每隔几天进行一次水准测量(一般为3~7天),监控地表是否开始移动,当某一测点累计下沉大于10mm,即认为地表已开始移动,应按时进行水准测量,当地表下沉达到50mm~100mm时,应进行第一次全面观测。
在地表移动过程中,要进行日常观测工作,即重复进行水准测量,按四等水准要求进行。
重复水准测量的时间间隔,视地表的下沉速度而定,一般是每隔一般为每周观测一次。
在地表移动的初始期与衰退期,一般是每隔1~3个月观测一次。
在移动活跃阶段,还应在下沉较大的区段,增加水准观测次数,为每周两次。
采动过程中的水准测量应按四等水准测量的精度要求进行。
记录和描述地表出现的裂缝、塌陷的形态和时间,还要记载每次观测时的相应工作面的位置、实际采出厚度、工作面推进速度、顶板陷落情况、矿层产状、地质构造、水文条件等有关情况。
表观测站观测程序
观测时间
观测内容
观测时间
观测内容
设站后10~15天
采动影响前
地表移动初始阶段
与矿区控制网连测
全面观测、巡视测量
水准测量
地表移动活跃期
地表移动衰退期
地表移动基本稳定后
全面观测、加密水准测量
水准测量
全面观测
七、观测成果整理
观测站连测成果的内业整理方法和常规方法一样,最后算出观测站控制点的平面坐标和高程。
观测成果整理工作包括计算和绘图两部分。
1.观测成果的计算
为了确保观测成果的正确性,在进行内业整理之前,应对野外观测成果再次检查,然后进行各种改正数的计算和平差计算。
观测数据的内业整理计算
内业成果的整理计算主要是计算各测点的高程、相邻两测点的水平距离和各测点偏离观测线方向的支距,然后计算各测点的移动变形值及下沉速度等。
在进行移动和变形计算之前,应对观测数据加入各种改正。
支距改正的目的,是将相邻测点间的距离改化成观测线方向上的距离。
1、2、3为观测线上相邻的三个点,点间的距离分别为1、2。
设三个点在观测线方向上的距离为
、
,支距改正按下式计算:
式中—相邻两点的支距差。
如1=y1-y2,2=y2-y3。
支距应考虑正负号。
移动和变形计算
移动和变形计算主要包括:
各测点的下沉和水平移动;相邻两测点间的倾斜和水平变形;相邻两线段的曲率变形;观测点的下沉速度等。
移动和变形按下列公式计算:
m次观测时n点的下沉
,mm
式中wn—n点的下沉值;
—分别为首次和m次观测时n点的高程。
相邻两点间的倾斜
,mm/m
式中
—n号点至n+1号点间的水平距离;
wn+1、wn—分别表示n+1号点和n号点的下沉量。
n号点附近的曲率
,10-3/m
式中in+1~n、in~n-1—分别表示n+1号点至n号点和n号点至n-1号点的倾斜;
、
—分别表示n+1号点至n号点和n号点至n-1号点的水平距离。
n号点的水平移动
,mm
式中
、
—分别表示m次观测和首次观测时n号点至观测线控制点间的水平距离。
n号点至n+1号点间的水平变形
,mm/m
式中
、
—分别表示n+1号点至n号点在首次和m次观测时的水平距离。
n号点的下沉速度
,mm/d
式中
、
—分别表示m-1次和m次观测时n点的下沉值;
t—两次观测的间隔天数。
n号点的横向水平移动
,mm
式中
、
—分别表示m次和首次观测时n号点的支距值。
横向水平移动是垂直于观测线方向的水平移动,计算时须注意正、负号。
计算结果由专门的表格形式输出,计算数字的取位可参考下表。
表地表观测数据取位
名称
w(mm)
u(mm)
i(mm/m)
(mm/m)
K(10-3/m)
v(mm)
V(mm/d)
取位
1
1
0.1
0.1
0.01
1
0.1
2.绘图工作
根据每次观测的计算结果绘制曲线图,这种曲线图能够清楚地描述观测线(主断面)的移动和变形的分布特征及其发展过程。
绘制移动和变形曲线图时,以水平轴代表沿观测线的方向,垂直轴代表各移动和变形指标,这种剖面曲线图的绘制可借助计算机绘图软件完成。
观测站的实测资料经处理后,可求得下列成果:
地表移动盆地的范围、形状、大小,以及各种角值参数(边界角、移动角、裂缝角、最大下沉角、充分采动角等);
地表移动盆地主断面上的移动和变形分布及其特征,移动和变形的极值位置;
工作面推进过程中移动和变形的发展过程及其相应的主要参数(起动距、超前距、超前影响角、滞后距、滞后角等);
地表移动过程中,地表移动速度的变化以及与工作面的相应关系;
地表移动各阶段(初始阶段、活跃阶段、衰退阶段)的持续时间以及地表移动持续的总时间;
工作面开始回采到地表开始下沉的时间等。
地表移动和变形的主要参数是根据最后一次全面观测结果确定的。
八、经费估算
经费包括观测站所需的材料、人工等(具体费用可由预算部计算)。
观测需要物品有:
导线桩、木楔、喷漆、钢钉、铁锤。
观测所用仪器有:
全站仪、水准仪(需购置)、棱镜、干湿温度计、盒式气压计、小钢尺等。
观测历时约21个月,观测次数约40次,每次按4人计,共需160人次。
内业计算整理工作需要计算机一台。
另外,为便于以后对地表下沉进行预计,需购买开采沉陷预计软件一套。
因观测线线位于山坡处,通视条件差,最好购置天宝GPS测量型仪器一套。
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