变形监测课程设计

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王亚亚 矿山开采沉陷观测站设计
矿山开采沉陷观测站设计
一、建立观测站的目的和要求
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。
H0 311 217.79m 可知，走向观测 tan tan 55
要布设在停采线以北 217.79 m 之外，此外要距东北侧采空区一段距离。 工作面短轴方向即东西方向是煤层走向方向， 此时只要过走向主断面方向地 表沉陷的最大波及范围做关于工作面南北长轴中垂线的位置方向就是走向主断 面。
x4 x5 30.722 196.16 226.932m
走向主断面上地表下沉盆地的影响范围：
x4 x5 129 355.932m
所以走线观测线长度应大于 355.932 m 。
六、确定观测点间距、测点编号
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观测点数目及其密度： 根据开采深度确定观测点的密度： 观测点间距 开采深度/ m 点间距离/ m 小于 50 5 50～100 10 100～200 15 200～300 20 300～400 25 400 以上 35 对于特殊观测站， 可以根据研究目的， 确定观测点的间距， 如建筑物观测站， 一般点间距就小得多。 由于煤层平均采深： H 0 =(233+303)/2+43=311 m 可以确定观测点的间距， 根据走向开采深度 300～400 m 确定点间距为 25 m ， 并对观测点编号 1～30 及其控制点 R 1～ R 3,倾斜开采深度 300～400 m 确定点间 距为 25 m 并对倾斜观测点编号 31～51 及其控制点 R 4～ R 6（测点的编号一般规 定为： 在倾斜观测线上自下山向上山方向顺序增加， 在走向观测线上按工作面推 进方向顺序增加。 ） ，由于 6200 上半部分受北部、东部与东北部采空区的影响， 只能在观测线一端设点， 控制点不能少于三个，且工作测点的最外端点至控制点 的距离及控制点间的距离为 50～100 m 。
九、观测站日常观测方案
（1）观测时间间隔确定，每次观测的内容； 观测站的观测程序 观测时间 设站后 10-15 天 采动影响前 地表移动初期 观测内容 与矿区控制网连测 全面测量、预测 水准测量 观测时间 地表移动活跃期 地表移动衰退期 地表移动稳定后 观测内容 全面观测、加 密水准测量 水准测量 全面观测
tan h2 h 114.84 114.84 x1 2 30.772m x1 tan tan 75 3.732
tan
h1 h 196.16 x2 1 196.16m x2 tan tan 45
倾斜观测线距工作面边界的距离： x1 x2 196.16 30.772 226.932m 地表移动盆地平底边缘距停采线：tan
ln~ n1 — n 号点至 n 1 号点首次观测时的水平距离， m ；
Wn 1 , Wn — n +1 号点和 n 号点的下沉量， mm 。
· n 点附近的曲率，即 n -1 号点至 n +1 号点之间的曲率：
in 1~ n in ~ n 1 l l K n 1~ n ~ n 1 n 1~ n n ~ n 1 2
二、设站地区的地形、地物及地质采矿条件
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 工作面基本沿倾向布置，为刀把型，倾向长为 623～820 m ， 走向宽为 46～129 m ，煤层厚度 0.70～1.33 m ，平均 1.10 m ，煤层倾 角 4～19/6°，第四系平均厚度 196.16 m 。工作面标高为-233～-303 m 。2 煤与下伏 3 煤的层间距一般为 21 m 。 6200 工作面上方地表地势平坦，标高为 43 m 左右，冻土深度 0.4 m。
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检验控制点受外界条件影响在高度上是否有变动， 应定期从矿区水准对观测点作 水准测量。如果水准基点离观测站较远，在观测站附近 1～2 km 处，至少埋设两 个水准基点。
八、观测站与矿区控制网连接设计
（1）连接测量 在观测站地区被采动之前，确定观测站 R 1～ R 6 与开采工作面 6200 之间 的相对位置关系，分别选取观测站 R 1～ R 6 中的几个控制点与矿区控制网之间 进行的联系测量。 设站后 10～15 天进行二次测量，两次间隔小于 5 天，点间误差 7cm，平 面测量用全站仪按 5"导线进行。高程测量使用 DS 3 水准仪按三等水准测量要 求进行，应当独立进行两次。 （2）全面观测 全面观测是确定观测点的初始位置及高程。在连测后、地表开始移动之 前，独立进行两次全面观测。 采动前：两次观测时间间隔两次间隔 5 天，高差 10 mm ，支距差 30 mm ，边长差 4 mm ，三等水准。取平均值作为观测站的原始观测（即初始观 测）数据。同时，按实测数据，将各点展绘在观测站设计平面图上。 H H 活跃阶段： 4 次，间隔 t 0.07 0 ，峰局 t 0.065 0 （ H 0 =311 m ）， C C 四等水准。 全面观测方法： ①高程测量 采用闭合水准测量，按照三等水准测量精度。 ②平面位置测量 GPS 方法 仪器选用： DSZ 3 水准仪， GPS 接收机等
三、观测站设计时所采用的开采沉陷参数
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 =750， 上山移动角 =750， 下山移动角 =750-0.6 ， 表土移动角 =450， 充分采动角 1= 2= 3=550，最下沉角 =900-0.5
四、测区已有地形图
（2）点位、水准测量方法、仪器、精度要求； 观测方法：四等闭合水准，仪器选用 DSZ 3 水准仪。 精度要求：偶然中误差 M 5.0 mm ，全中误差 10 mm 。 （3）其它测量内容，如地表裂缝观测。
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记录地表裂缝、塌陷的形态和时间，每次观测时相应工作面位置、实际采 厚、工作面推进速度、顶板垮落情况、煤层产状、地质构造、水文条件等。 注意：移动活跃阶段，水准测量必须在一天内完成。
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因为倾向方向充分采动，采用充分采动角确定。 走向范围计算：
tan
H0 311 H0 217.79m x3 tan tan 55 x3
tan
h 114.84 114.84 h2 30.722m x4 2 tan tan 75 3.732 x4
七、工作测点和控制点的构造及其埋设方法
控制点和工作点一般用混凝土灌注，或者用预制的测桩埋设。 埋点要求： ① 在观测期间能可靠保存，并和地表牢固结合，不受冻害影响。 ②便于观测。如果标志露出地面不易被破坏时，则采用露出式比较方便，一 般高出地面 10～20 cm ，在潜水位较高地区，应考虑测点下沉后被淹没的可能， 一般预留今后加高的装置。在冻土地区，控制点地面应在冻土线 0.5 m 以下，该 地冻土深度为 0.4 m ，且本地区地形平坦， 可将控制点埋在地表以下 0.9 m 以 下。 ③费用低。埋点时，在标定的位置上挖一直径为 0.2～0.3 m ，深不小于 0.6
Wn H n 0 H nm
式中 Wn — n 点的下沉值， mm ;
H n 0 , H nm 分别为首次和 m 次观测时点的高程， mm 。
· n 号点至 n +1 号点间的倾斜：
in ~ n 1
Wn 1 Wn ln ~ n 1
式中 in ~ n 1— n 号点至 n +1 号点间的倾斜， mm / m ;
h 196.16 h1 196.16m x5 1 tan 1 x5
H0 311 217.79m tan tan 55
tan Байду номын сангаас
走向观测线距工作面边界的距离: x3
走向观测线需经过最大下沉点， 所以走向观测线要经过地表移动盆地的平底， 走向观测线距工作面边界的距离: x3
式中 K n 1~ n ~ n 1 — n 号点附近的曲率， mm / m2 ；
in 1~ n ， in ~ n 1 — n +1 号点至 n 号点和 n 号点至 n -1 号点的倾斜， mm / m ；
m 的坑，用于混凝土灌注，中间用直径为 16～20 mm 的铁杆作标志；在标志顶部
加工成球面，并钻一深 3～5 mm ，直径小于 2 mm 的孔，作为测点标志中心。也 可用直径 20～30 mm 的铁杆、直径为 50 mm 的铁管作标志。在冻土地区，标志浇 灌深度应在冻土线以下 0.3～0.5 m ， 使标志周围与冻土隔离， 周围填紧土石。 为
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某矿 6200 工作面观测站设计
班级：测绘 12—1 姓名：王亚亚 学号：07122825
2014-4-26
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目
录
一、 建立观测站的目的和要求………………………2 二、设站地区的地形、地物及地质采矿条件………2 三、观测站设计时所采用的开采沉陷参数…………2 四、测区已有地形图…………………………………2 五、地表移动观测线位置、长度确定………………4 六、确定观测点间距、测点编号……………………5 七、工作测点和控制点的构造及其埋设方法………6 八、观测站与矿区控制网连接设计…………………6 九、观测站日常观测方案……………………………7 十、观测站成果整理方法……………………………7 十一、观测站经费估算………………………………10 十二、观测站设计图纸………………………………11
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五、地表移动观测线位置、长度确定
（1） 观测线位置、长度的确定 1）倾斜观测线位置、长度的确定 工作面短轴方向即东西方向是煤层走向方向，此时过工作面东西短轴方向的 中点所作的南北方向断面就是倾向主断面。 倾向范围计算：
地表移动盆地沿倾向范围的确定 （最外边界） ， 工作面平均标高 H = （ （-233） + （ -303 ） ） /2=-268 m , 工作面平均厚度 H 0 =268+43=311 m , 表土平均厚度 h1 =196.16 m ,排除表土层厚度 h2 为 114.84 m 。
H0 311 H0 217.79m x3 tan tan 55 x3
地表移动盆地最外边界距盆地平底（即最大下沉区域）边缘：
x1 x2 x3 30.772 196.16 217.79 444.722m
所以倾斜观测线长度应大于 444.722 m 。 2）走向观测线位置、长度的确定 为充分研究 6200 工作面的采动对地表的影响。走向观测线布设如设计图所 示。走向观测线为走向主断面的观测线，研究地表在走向主断面方向上的变形。
十、观测站成果整理方法
观测站连测成果的内业整理方法与常规测量成果整理方法一样， 最后计算出 观测站控制点的平面坐标和高程，检验是否在允许的误差范围之内。 (1)观测成果的计算 内业成果的整理： ① 各种改正数计算。如采用的是全站仪，应进行仪器常数、气象等改正；如 果采用钢尺量边，应进行比长、温度、倾斜、支距、垂曲等改正。 ② 外业成果的可靠性检验， 计算分析各类观测误差。如果观测成果误差在允 许范围内，进行平差处理。如果观测成果误差不在允许范围之内，要分析 原因和重新进行测量。 ③ 各点各次观测高程、坐标计算。 ④ 移动变形采用如下公式计算。 · m 次观测时 n 点的下沉: