煤矿开采沉陷损害与保护评价方法研究

煤矿开采沉陷损害与保护评价方法研究
作者：刘德尧
来源：《广东科技》 2014年第8期
刘德尧
（河南理工大学，河南焦作 454003；重庆川九建设有限责任公司，重庆 401120）
摘要：在煤矿生产建设中，煤矿测量工作是一项基础工作。

由于煤矿测量工作涉及地面和井下，在煤矿设计、基本建设和生产中，煤矿开采沉陷损害与保护评价贯穿全过程，它不但为安全生产提供信息，还为煤矿生产建设服务，通过分析煤矿测量可能产生的事故，以供相关管理人员对煤矿安全生产做出各种相应的决策，因此，在煤矿开采中，煤矿开采沉陷损害与保护评价的责任与意义很重要。

关键词：煤矿开采；沉陷损害；保护评价；煤矿测量
0 引言
煤矿是我国重要的能源，煤炭的开发和利用为我国经济快速持续发展提供了基本保证。

但是在煤矿开采过程中，主要的土地塌陷有开采沉陷，尤其是大规模的煤炭开采，是造成矿区塌陷灾害和区域变形的根源。

这会造成矿山及其周围环境破坏、路塌陷农田减产或绝产、道房屋变形破坏等。

随着煤炭开采规模的日益增大，对煤矿开采沉陷损害与保护评价方法进行研究，对煤炭事业来说，功在当代，利在千秋。

1 工程概况
某工作面走向长230m，倾向宽150m，开采二1煤层，工作面上部煤层平均厚度4.5m，下部煤层平均厚度2m，煤层平均倾角17°。

工作面底板标高-170～-217m，平均开采深度360m。

2 观测设计布点方法
本工程采用的测绘仪器是南方测绘仪器厂生产的NTS-350型全站仪。

由生产区向矿井采一队职工宿舍楼方向，由矿井2级导线控制点为基站点进行布点工作。

在坚固的岩石地面及房屋上，进行控制点及观测点固定，本工程采用水泥钉直接钉。

根据实际地形条件，在某工作面塌陷区范围内，观测点布置在采一队、采二队职工宿舍楼上。

每50～100m布置观测点在塌陷区范围外布点，根据实际地形条件，观测点、控制点距离可适当调整（见图1）。

3 观测内容及与控制网的连测方法、精度要求
3.1 地表移动观测的主要内容
在建立地表移动观测点后，就要立即开始观测作业，观测时间每10～15天进行一次，对工作面上部地表房屋在工作面开采过程中进行沉陷观测。

3.2 地表移动观测的方法及精度要求
地表移动观测的方法及精度要求的基本内容是：在采动过程中，在不同时期内，各测点空
间位置的变化情况必须定期地、重复地测定。

地表移动观测的观测工作分为：观测点的全面观测、连接测量，以及测定和编录地表的破坏情况。

在观测点埋好后，进行观测。

观测工作包括
下列内容：
（1）连接测量
为了确定观测站与开采工作面之间的相互位置关系，应在观测站的所有控制点与矿区控制
网之间进行测量，以确定控制点的平面位置和高程。

在观测区域内稳定地点布设控制点联系观测，测量方法为全站仪观测方法。

（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，在与矿区控制网联测后，地表开
始移动之前，应对地表观测站的全部测点独立进行两次全面观测，两次观测的时间间隔不超过
5天。

全面观测的内容，包括测定各测点的平面位置和高程等。

独立进行的两次全面观测，两
次测得的同一点高程差不大于10mm、同一边的长度差不大于10mm，取平均值作为观测站的原始观测（又称为初次观测）数据。

同时，按实测数据将各测点展绘到观测站设计平面图上。

（3）日常观测工作
日常观测工作，指的是在移动过程中测定监测点位置的测量工作。

在回采工作面推进一定
距离后，在预计可能首先移动的地区，选择几个建筑物开裂处，用钢尺每隔7天进行一次测定，观测变形量。

如果发现变形超过5mm时，要对其进行全站仪观测。

重复测量的时间间隔，视地
表下沉的速度而定，一般每隔10～15天观测一次。

在移动变形较大地段，应增加观测次数，每5～10天观测一次。

在采动过程中，不仅要及时地记录和描述地表出现的裂缝位置、宽度的变化，塌陷的形态和时间，并及时上图，还要记载每次观测时工作面开采的相应位置、实际采出
厚度、工作面推进速度、顶板陷落情况、煤层产状、地质构造、水文条件等有关情况。

为了保证所获得观测资料的准确性，观测站的各项观测应在尽量短的时间内完成，特别是
在移动活跃阶段，观测应在一天内完成。

在观测过程中，应定期监测控制点的变化，如发现控
制点发生位移，应把控制点作为观测点与其他观测点一起进行监测。

4 观测成果
4.1 观测成果的检查和计算
及时进行检查每次观测后的数据。

各点高程计算时先进行平差，一旦发现粗差或超限，应
及时重测，然后计算高程，直到全部观测数据符合要求为止，然后将所得的各点的高程填入综
合计算表中。

4.2 移动和变形计算
观测数据经过整理改正后，便可计算测线上各测点和各测点间的移动和变形。

移动和变形主要包括：各点的下沉和水平移动，相邻两测点间的水平变形。

每次观测之后均应及时地进行移动和变形计算，计算数字的取位、地表移动、变形综合成果整理如表1。

4.3 绘图工作
根据每次观测的计算结果绘制变化曲线图，由这种曲线图能够清楚地看出沿观测线的地表移动和变形的分布特征及其发展过程。

在观测平面图上应表示出：测点的实际位置、地形、地物、每次观测时的工作面位置、采界、地表裂缝、塌陷坑的形态及出现日期。

4.4 观测成果整理
观测站的实测资料经过处理后，可以得下列成果：①地表移动盆地的范围、形状、大小。

②地表移动的移动形态和变形分布及特征，移动和变形最大值的位置。

③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。

5 分阶段观测变形结果处理
5.1 统计值
在监测网平差中，待估的未知参数往往不是被观测量，也不是其它不变量，如果没有一定的起算数据，也就不能直接由观测值求出未知参数的平差值，这个起算数据就是平差的基准，也即参考系。

对绝对网而言，由于有固定的基准，可以作为测定变形点绝对位移的参考点，监测网平差采用经典平差方法即可。

5.2 采空区处理的安全技术措施
对于实现耕地总量动态平衡而言，加强采空区土地沉陷治理对于土地资源可持续利用具有重要的现实意义。

根据测量成果可知，该矿采空区处理的首选方案以及控制采空区稳定性最好方式是采用充填处理采空区的方法。

也就是利用废石或尾矿，用井下开采的废石或尾矿对采空区进行处理。

废石层的厚度要满足冲击气浪缓冲层厚度的要求。

主动崩落围岩，形成缓冲岩石垫层，处理采空区：该法是在围岩稳固、整体性好、不能自然崩落的情况下，用爆破手段强制崩落围岩，使围岩充填空区或形成缓冲岩石垫层，以控制压力转移或缓和顶板应力集中，防止围岩大面积突然崩落，产生的气浪对生产区巷道、设备和人身造成危害。

与充填处理采空区比较，本法简单易行，成本一般较低。

采空区围岩上盘的崩落工作选择在采场大量放矿之后进行，可减少矿石损失贫化。

但崩落放顶时，应采取微差爆破技术，尽量减小爆破冲击波对上部顶柱的破坏。

放顶形成的缓冲层的厚度应在10m以上，若顶柱
垮塌，应视垮塌中段的个数适当增加缓冲层的厚度，即增加一个中段高度要多增10m的缓冲层。

该方法在局部地段选择采用。

5.3 后期变形要求
工作面开采结束、地表沉陷稳定后，出于地面建筑安全性需要，必须对开采区建筑物持续
监测以及时发现地表沉陷异常，同时对改造后的基础进行加固，并做好地表防排水工作，确保
基础不受地表积水影响。

6 结束语
对土地资源的影响而言，煤矿的开采沉陷和破坏是难以避免的，所以在煤矿开采过程中，
各个煤矿应该应用根据自己的实际情况合理利用各种学科知识，例如矿区开采沉陷技术、生态
复垦技术以及土地复垦技术，对地表塌陷进行综合治理和开发利用，才能更好地保护地表、矿
区的环境、农民的利益。

参考文献：
［1］岳著文. 深部典型开采模式下沉陷区建筑物损害研究［D］. 青岛理工大学，2010.
［2］张鸿飞. 矿山开采地质环境影响分析与经济评价［D］. 辽宁工程技术大学，2008.
［3］镡志伟. 煤层群开采的地面沉陷评价研究［D］. 中国地质大学（北京），2007.
作者简介：刘德尧（1964~），男，副高级工程师，硕士研究生，从事企业管理及分管公司测量工作。