地表移动观测站设计

目录一、建立地表观测站的目的 (2)二、建立地表观测站的目的 (2)三、工作面地质采矿条件 (2)3.1设站地区地质采矿概况 (2)3.2地表移动参数 (2)四、地表移动观测站的设计 (3)4.1 观测站设计原则 (3)4.2观测线长度、位置的确定 (3)4.3确定观测点间距、测点编号 (4)4.4控制点、观测点的构造及埋设方法设计 (7)五、观测站成果整理方法 (10)六、移动和变形计算 (10)七、绘图工作 (12)八、观测成果整理 (12)九、观测站经费估算 (12)某矿6200工作面西部、西南部有后鲍店村、中鲍店村。

为研究地下开采对村庄的影响及地表移动变形规律和参数，拟在该矿6200工作面设置地表移动观测站，进行地表移动观测，通过观测获得地表移动动态参数和角值参数，同时，监测地下开采对建筑物的影响。

二、建立地表观测站的目的1、由于国内外对重复采动下的地表移动变形及对外建筑物的影响和破坏的研究还很不充分，所以本项目通过地表移动的观测研究，探寻重复采动条件下地表移动变形的规律，对本矿区重复开采沉陷问题起到现实的指导意义。

2、综合分析观测资料，求取地表变形的角量参数及概率积分法预计参数。

3、用实测的移动变形参数进行建筑物、铁路和水体下的保护煤柱设计，有效地减少铁路、建筑物、水体下压煤量，并可以合理确定综采工作面的尺寸，提高煤炭采出率。

4、减少和避免不必要的采矿纠纷，可进行提前预测和防护措施，有利于保护人身、财产安全。

三、工作面地质采矿条件3.1设站地区地质采矿概况6200工作面位于六采区东北部，是该采区设计开采2层煤的第一个工作面，北部、东部分别为3煤的一采区1308、1310、1312采空区和二采区2310、2311、2312采空区及未开采区域，南部、西部尚未开采。

6200工作面基本沿走向布置，为刀把型，走向长为623～820m，倾斜宽为46～129m，煤层厚度0.70～1.33 m，平均1.10m，煤层倾角4～19/6°，第四系平均厚度196.16m。

工作面标高为-233～-303m。

2煤与下伏3煤的层间距一般为21m。

6200工作面上方地表地势平坦，标高为43m左右，冻土深度0.4m。

3.2地表移动参数根据现场实测，求得本区域实测地表移动参数为：走向移动角δ=750，上山移动角γ=750，下山移动角β=750-0.6α，表土移动角φ=450，充分采动角ψ1=ψ2=ψ3=550，最下沉角θ=900-0.5α4.1 观测站设计原则为了能够获得准确、可靠、有代表性的观测资料，在观测站设计中，应遵循以下原则：（1）观测线应设在地表移动盆地的主断面上；（2）观测线在观测期间不受邻近开采的影响；（3）观测线的长度要大于地表移动盆地的范围；（4）根据开采深度和设站目的，观测线上的测点应有一定的密度；（5）观测站的控制点要设在移动盆地范围以外，埋设要牢固。

在冻土地区，控制点底面应在冻土线0.5m以下。

4.2观测线长度、位置的确定观测站共设三条观测线理论图如4-1，其中走向两条（E线和F线），倾向有一条（G线）4-11）观测线位置的确定1. 走向观测线位置的确定走向观测线到终采线的距离D应为：H0=（H1+H2）/2=311mD≥0.7H0 =0.7*311=217.7m2.倾斜观测线的位置由于最大下沉角约为90°，所以倾斜观测线应从采空区中间穿过采区。

2）观测线长度的确定观测长度因为受到东北部采区影响，无法用公式计算，则用CAD来直接量取长度。

1.倾斜观测线长度：G = 654.04m2.走向观测线长度： E = 490.18mF = 536.34m4.3确定观测点间距、测点编号工作测点的外端点至控制点的距离及控制点间的距离为50~100m，根据情况设置为80m。

由书中表6-2可知，开采深度平均为311m，所以，观测点距离为25m，根据量算三条观测线的实际长度即每条线上的控制点数目、测点数目、测4.4控制点、观测点的构造及埋设方法设计观测站的每条观测线两端各设置一组（3个）固定点（如条件不具备，也可在一端设置一组三个固定点），固定点间距离为50m左右；固定点距采空区边界的水平距离应大于0.7H（H为开采深度）。

观测点布置在两组固定点之间。

控制点标石应采用钢筋混凝土预置标桩或现场混凝土浇注标桩，标桩顶部中央应有半球形标志，标桩的规格应参照《煤矿测量规程》四等水准点标石要求按规格制作（可使用一层标石），其底部埋设深度应低于当地冻土深度2.5m。

并保证它和土层密实固结，以使测点和地表一起移动。

测点标志可在现场埋设，埋点时，在标定的位置上挖一个直径0.2～0.3m，深度不小于0.6m的坑，用混凝土灌注，中间用16～20mm的铁杆作标志，中间顶部加工成球形刻十字细槽，作为测点标志的中心。

在冻土地区，标志浇灌深度应在冻土线以下0.5m左右，周围填紧土石，以方测点受冻土影响。

控制点观测点构造图：（1）水准控制点采用混凝土基本水准标石，如下图1.（2）水准变化监测点采用混凝土普通水准标石，如下图2所示。

（3）控制网加密作为基本控制采用混凝土基本水准标石，如图1所示。

图1 混凝土基本水准标石（单位:mm）图2 混凝土普通水准标石（单位：mm）4.5观测站与矿区控制网连接设计1.地表移动观测站建立后即要进行观测，在开采过程中不同的时间内进行不同的观测内容，主要观测时间及观测列表如下：2.地表移动观测站观测所使用的仪器及精度地表移动观测站建立后，要分别进行与观测矿区控制网连测、全面观测及高精度的水准测量等测量工作，测量工作采用常规的测量仪器及方法进行，拟使用的仪器及测量内容如下表：3.地表移动观测站连测、观测的方法及要求的精度地表移动观测的基本内容是：在采动过程中定期地、重复地测定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化。

地表移动观测站的观测工作分为：观测站的连接测量，全面观测，单独进行的水准测量，地表破坏的测定和编录。

在观测点埋好10～15天，点位固结之后，进行观测。

观测工作包括下列内容：1.连接测量在观测站地区被采动之前，为了确定观测站与开采工作面之间的相互位置关系，应在观测站的某一个控制点与矿区控制网之间进行测量，以确定这个控制点的平面位置和高程，然后再根据它来测定其余的控制点和工作测点的平面位置。

根据矿区地面控制网和观测站位置及其地形情况，按照《规程》对四等点的测量要求，用插点或敷设经纬仪导线的方法，测定观测线交点或一个控制点的平面坐标和高程，其余控制点的平面坐标可按四等导线测角方法所测得时角度和观测线边长丈量的结果求得。

如果观测线仅在一端埋设控制点，应在每个控制点上用精度不低于2″的经纬仪或全站仪，以四个测回与三角点或固定目标连测方向。

如采用GPS进行观测，用不少于三台套的静态GPS接收机进行静态测量，按规程规定的C级网精度标准进行施测。

高程连测在矿区水准点至观测站附近的水准点之间进行水准测量，再由水准点测定观测站控制点的高程。

如矿区水准基点距观测站较近时，也可由水准基点直接和观测站连测，高程连测以不低于三等水准测量的精度要求进行。

①平面连接控制点的平面位置采用D级GPS或全站仪导线控制，点位误差不得大于7mm。

全站仪导线布置如图所示。

②高程连接由A、B、C点分别向观测线控制点引测三等水准，形成附合水准网，如图所示。

观测站连接测量成果的内业数据处理方法和常规方法一样，最终求出观测站各控制点的平面坐标和高程。

野外数据采集工作包括全面观测和加密水准测量两大部分，内业均采用严密平差进行数据处理。

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，在于矿区控制网连测后、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，各测点间的距离等。

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4mm时，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。

在地表稳定后，要进行最后一次全面观测，地表移动稳定的标志是：连续6个月观测地表各点的累计下沉值均小于30mm。

3 .日常观测工作日常观测工作，指的是首次和末次全面观测之间适当增加的水准测量工作，为判定地表是否已开始移动，在回采工作面推进一定距离(相当于0.2～0.5平均开采深度0H)后，在预计可能首先移动的地区，选择几个工作测点，每隔几天用DS3型进行一次水准测量，按等外水准测量要求进行，如果发现测点的累计下沉量大于10mm时，即认为地表已经开始移动。

在移动过程中，要进行日常观测工作，即重复进行水准测量。

重复水准测量的时间间隔，视地表下沉的速度而定，一般是每隔半个月观测一次。

在移动的活跃阶段，还应在下沉较大的区段，增加水准观测次数。

采动过程中的水准观测，可用单程的符合水准或水准支线的往返测量，施测按四等水准测量的精度要求进行。

在采动过程中，不仅要及时地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，水准测量必须在一天内完成，并力争做到高程测量和平面测量同时进行。

观测成果的整理方法与分析步骤，所要获得的成果五、观测站成果整理方法⑴野外手簿的检查每次观测后应及时进行检查。

如发现粗差或超限，应及时重测，直到全部观测数据符合要求为止。

⑵各点高程计算先进行平差，然后计算高程，并将所得的各点的高程填入综合计算表中。

⑶计算各点间沿观测线方向的水平距离由实测数据加入各种距离改正后求得。

六、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和移动和变形。

移动和变形主要包括：各点的下沉和水平移动，相邻两测点间的倾斜和水平变形，相邻两段（或相邻三点）的曲率变形，观测点的下沉等。

各移动和变形值按下式计算：1）m次观测时n点的下沉：式中 Wn 地表n点的下沉值；H n0、H nm 分别表示地表n点在首次和m次观测时的高程⑵相邻两点的倾斜：式中 W n+1、W n分别为地表点n+1、n号点的下沉值；1n~ l n+1分地表n至n+1号点间的水平距离。

3）n号附近的曲率，即n-1号点至n+1号点之间的曲率：式中i n-1~n 、i n~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；4）n号点的水平移动式中U m地表n点的水平移动；L nm、L n0分别表示首次观测和m次观测时地表n点至观测线控制点间的水平距离，用点间距累加求得。