第五章开采沉陷监测技术

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开采损害与保护
(三)观测站的分类
2.按照观测的时间 (1)普通观测站
普通观测站(Ordinary Observation Station),观测时 间较长(一般一年以上),它是从地表移动的开始到结束 的整个过程中定期进行观测,主要为了研究地表移动和变 形的规律。
(2)短期观测站
短期观测站(Short-term Observation Station),观测 时间较短(一般几个月到一年),它是在地表移动过程中 的某个阶段进行观测。主要是为了求出一些近似的移动参 数,如最大下沉速度、走向移动角等。短期观测站只是在 急需开采沉陷资料的情况下才采用。
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R4
R1
二、剖面线状观测站的设计方法
(一)确定倾斜观测线位置 为了使倾斜观测线R1R3 不受邻近开采的影响,在走 向主断上,R1R3必须设在工 作面推进方向上超过E点的 位置。即要保证倾斜观测线 R1R3到开切眼的距离D1为
D1 H 0 h ctg hctg
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二、剖面线状观测站的设计方法
R9 R8 R7 F 运 输 平 巷 3 D3 D2 G E 开切眼 1 (a) R1 φ H1 θ β-Δβ H2 γ-Δγ A O B R2 R3 H φ (c) 观测点 控制点 2 h 停采线 4 通 风 平 巷 R9 R8 R7 F
煤层厚度为m,煤层
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§5-3 地表移动观测站的观测工作
观测站的标定
混凝土桩
钢管式测点
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§5-3 地表移动观测站的观测工作
地表移动观测是在采动过程中,定期重复地测 定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化。 观测工作连接测量、全面观测、日常观测工作等。
一、连接测量
1.定义 在观测站控制点与矿区控制网之间进行测量, 以确定观测站控制点的平面位置和高程。其实质是 把观测站和矿区控制网联系起来,以确定井上下对 应关系。
φ
δ-Δδ
H0
ψ D B R5 R6 R2 R3 K φ l3
R4 R1
C A
倾角为α,工作面下 山边界的开采深度 为 H1 , 上 山 边 界 的 开采深度为H2 ,1-2
φ
α
l1 (b)
δ-Δδ
δ-Δδ
D1
G φ E
表示工作面开切限 的位置,3-4表示停 采线的位置,1-3为 运输巷,2-4为通风 平巷,假定在3-4以 外有足够长的煤柱。
§5-1 概述
一、地表移动和变形观测的基本概念
(一) 目的和任务
目的: 为了保护地表各种重要的建(构)筑物,使它
们不受或少受开采的有害影响,为“三下”开采打下坚实的 基础。 任务:地表移动的过程十分复杂,它是许多地质采矿因 素综合影响的结果。目前,研究地表移动的主要方法是实地 观测。通过观测获得大量的实测资料,然后对这些实测资料 进行综合分析,找出各种地质采矿因素对地表移动的影响规 律,
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(三)观测站的分类 3.按布站的形式 (1)网状观测站 网状观测站(Reticular Observation Station) 是在产状复杂的矿层或在建筑物密集的地区开采时, 将测点组成网格状观测站。优点:网状观测站可以 对整个采动影响范围进行观测,所得资料比较全面、 准确。缺点:测点数目较多,野外观测、内业成果 处理工作量大,且受地形、地物条件的限制,所以 只在研究专门问题时才采用。
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§5-2 地表移动观测站设计
(二)观测站设计必备的资料
1.1:1000或1:2000的井上下对照图和开采计划图,以 便确定观测地区井下开采和地面位置的关系。 2.设站地区地质和水文资料,包括地形地质图、地质柱 状图、煤层赋存条件、覆岩的力学性质、水文条件。 3.开采工作面的设计资料,包括巷道布置、采煤方法、 顶板管理方法、开采厚度、工作面推进速度、回采时间、 周围开采情况等。 4.井上下测量资料,控制点的平面坐标和高程。 5.矿区已有的岩移资料,如移动角、最大下沉角、充分 采动角、松散层移动角等相关参数。
测点密度
开采深度(m) <50 50~100 100~200 测点间距(m) 5 10 15 开采深度(m) 200~300 300~400 >400 测点间距(m) 20 25 30
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三、观测站的设置(测点标设)
在工作面开始回采之前,应将设计好的 观测站标定到实地上。利用矿区控制点确定 观测线及测点的平面位置。 (1)根据设计图,得到标设参数β和L; (2)从矿区控制点T,先标定出观测线上 控制点R4 ,再根据α标出倾斜观测线R4R1 的 方向。 (3)在两观测线交点O处,标出与倾斜观 测线垂直的走向观测线R5R6的方向。 (4)从O点开始,根据设计的测点间距, 依次标出各测点的平面位置,并对各测点进 行编号。 (5) 观测站的控制点和工作测点一般用 混凝土灌注,当地表至冻结线下0.5m内有含 水层时,采用钢管式测点。
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(三)观测站的分类
R1 R3
巷道 回采工作面
G F
巷道 E
D
C B R4 R2 网状观测站布设示意图 A 剖面线状观测站及其布置形式
按布站的形式进行观测站布设示意图
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二、观测站设置地点的选择
1.应遵循从简单到复杂、从单一煤层、单一工作面、 地质构造简单的条件下设置观测站;然后再进行多工作面、 重复开采、有地质构造破坏及煤层产状变化大等条件下设 置观测站。进而不断积累资料,深化对地表移动变形规律 的认识。 2.观测站设站地点取决于设站的目的。比如若是水下 采煤问题,就要适时的观测两带(冒落带、裂缝带)高度; 如要解决地表沉陷的防护问题(如“三下”采煤),除必 须掌握开采沉陷规律外,还应掌握建(构)筑物变形与地 表移动变形的关系。 所以,观测站设站地点的选择十分重要。
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(三)观测站的分类 3.按布站的形式 (2)剖面线观测站 剖面线观测站(Sectional Line Observation) 是目前各矿区用得较多的一种布站形式。它是在沿 移动盆地主断面的方向上,将观测点布设成直线的 观测站。通常由两条互相垂直且相交的观测线所组 成。其中,沿走向主断面布设的观测线称为走向观 测线,沿倾斜主断面布设观测线称为倾向观测线。
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(三)观测站的分类 1.按照观测站设置的地点 (1)地表移动观测站
地表 移动观测站 (Ground Movement Observation Station)是为了研究地表移动和变形的规律,在开采影响 范围内的地表上所布设的观测站。
(2)专门观测站
专门观测站(Special Observation Station)是为了特 定的目的所设立的观测站,如建筑物观测站、铁路观测站、 边坡移动观测站等。
下山移动角修正值
煤层倾角α(°) 0 10 20 30 40 Δβ(°) 20 17 15 13 12 煤层倾角α(°) 50 60 70 80及以上 Δβ(°) 11 9 7 6
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二、剖面线状观测站的设计方法
(六)测点数目及其密度 观测线上的测点数目及其密度,主要取决于开采深 度和设站的目的。为了以等精度求得移动相变形值及其分 布规律,一般等间距布设。控制点埋设在观测线的两端, 每端不得少于2个。若只在一端设置控制点时,控制点不 得少于3个。控制点与最外端监测点的距离为50~100m。
R4 R1
C A
D
B
R5 R6 R2 R3
D1
R1 φ
A
O
B φ
R2
R3
H1 θ
H2 γ-Δγ
观测点
控制点
β-Δβ
α
l1 (b)
AB 2hctg H1 hctg H 2 hctg l1 cos
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R4
R1
二、剖面线状观测站的设计方法
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§5-2 地表移动观测站设计
(三)设计内容
观测站设计包括编写设计说明书和绘制设计图(平面图 和断面图)两部分工作。
1.设计说明书的内容
(1)建立观测站的目的和任务; (2)设站地区的地形、地物及地质采矿条件; (3)观测站设计时所用的岩移参数; (4)观测线的位置及长度的确定,监测点及控制点的数 目、位置及其编号;
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(二)观测站概念 观测站(Observation Station),是指在开 采进行之前,在开采影响范围内的地表,按照一 定要求设置的一系列互相联系的观测点,称为工 作测点(监测点)。在采动过程中它们和地表一 起移动,从而反映地表的移动状态。通过定期地 对这些观测点进行监测,确定其空间位置及其相 对位置的变化,从而掌握地表移动变形规律。
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§5-2 地表移动观测站设计
一、观测站设计的原则及内容 (一)设计原则
为了获得准确、可靠、有代表性的资料: 1.观测线应设计在移动盆地的主断面上; 2.观测线的长度应大于移动盆地的范围; 3.观测期间不受临近采区的影响;
4.观测线上布置的测点应有一定密度(深度和设站目 的而定); 5. 控制点处于移动范围之外。
φ
φ
φ
φ H0
R9
(c) δ-Δδ δ-Δδ
ψ 来自百度文库3
δ-Δδ
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(五)移动角修正值问题 加入移动角修正值的目的是使观测线长度超过盆地边 界一段距离。 观测站设计中所使用煤层上山和走向移动角的修正值 Δγ、Δδ一般取20°(规程)。 所使用的倾斜煤层下山移动角的修正值Δβ,可根据下 表按不同倾角α确定(规程) 。
的位置
走向主断面的位置 的 确 定 应在 倾 斜 主断 面
R4 R1
C A
D
B
R5 R6 R2 R3
D1
上按最大下沉角θ来确定。
由 采 空 区中 心 向 下山 方 向偏移一段距离d,即
d H 0 ctg
β-Δβ
R1 φ H1 θ A O
B φ H2 γ-Δγ
R2
R3
观测点
控制点
α
l1 (b)
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§5-2 地表移动观测站设计
(三)设计内容 2.设计图的内容
(1)设站地区的地形、地物、地质构造、煤层产状等; (2)已有的和新设计的采区巷道; (3)现有的和新设计的保护煤柱轮廓; (4)观测线的平面位置,沿观测线的断面图。断面图 上应表示出工作测点位置及编号,岩层柱状,地质构造, 煤层产状,开采位置等。
(四)走向观测线长度确定
(a) 1 D1 开切眼
A D2
C 运 输 平 巷 3 D3
G E
停采线 4
R9 R8
F
R7
一条走向观测线,其长 度HF按下式计算:
HF 2hctg 2( H 0 h)ctg( ) l3
H
通 风 平 巷 D
2 B R2 R3 E G h
R5 R6 K F R7 R8
二、剖面线状观测站的设计方法
(三)确定倾斜观测线的
R9 R8 R7 F 运 输 平 巷 3 D3 D2 G E 开切眼 1 (a) 2 停采线 4 通 风 平 巷
长度 倾斜观测线的长度是在 移动盆地的倾斜主断面上 确 定 ,自采 区 边界以 β-Δβ 和γ-Δγ划线与基岩和松散层 接触面相交,再以该点以 角φ划线于地表交于A、B 两点。倾斜观测线长度AB :
第五章
§5-1 概述
地表移动和变形观测
授 课 提 纲
一、地表移动和变形观测的基本概念 二、观测站设置地点的选择(重点)
§5-2 地表移动观测站设计
一、观测站设计的原则及内容(重点) 二、剖面线状观测站的设计方法(重点与难点)
§5-3 地表移动观测站的观测工作
一、连接测量 二、全面观测(重点)
三、日常观测工作 开采损害与保护
(c) δ-Δδ δ-Δδ 1 D1 开切眼
A D2
C 运 输 平 巷 3 D3
G E
(a) 2 H
停采线 4
R9 R8
F
R7
通 风 平 巷 D
R5 R6 F R7 R8
B R2 R3 E G h
K
φ
φ
φ
φ H0
R9
ψ
l
δ-Δδ
开采损害与保护
二、剖面线状观测站的设计方法
(二)确定走向观测线
R9 R8 R7 F 运 输 平 巷 3 D3 D2 G E 开切眼 1 2 (a) 停采线 4 通 风 平 巷
开采损害与保护
§5-2 地表移动观测站设计
(5)工作测点(监测点)和控制点的构造及埋设方法;
(6)观测内容及所用仪器,与矿区控制网的连测方法,
精度要求,起始数据,定期观测的时间、方法及精度要求; (7)经费估算。包括观测站建站需材料、购地、青苗补 偿费、人工等费用的预算; (8)观测成果的整理方法与分析步骤,要获得的成果。
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