朱仙莊煤礦井筒井架變形及工業(yè)廣場地表沉降監(jiān)測

摘 要：文中對朱仙莊煤礦主副井塔架、井筒及工業(yè)廣場地表沉降變形監(jiān)測系統(tǒng)建立及監(jiān)測成果進(jìn)行簡要陳述和分析，得出了一些有益的結(jié)論，對類同條件下煤礦高大建筑物及井筒監(jiān)測工作提出了切實(shí)可行的建議，具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：變形監(jiān)測 非采動(dòng)沉降

0前言

隨著礦井生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，地下采水、長期載荷、受力不均衡等因素影響，引起地面沉降，造成井架（塔）基礎(chǔ)及地面建筑有不同程度的沉降，這種不均衡沉降的影響會造成嚴(yán)重后果，一是造成地面井口設(shè)施與井筒相對位置的變化，甚至損壞井筒裝備；二是地面不均勻的沉降會導(dǎo)致井口房、絞車房等地面建筑墻體開裂以及井架（塔）偏斜移位，這都會造成提升系統(tǒng)的相對幾何關(guān)系出現(xiàn)偏差，為礦井安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重隱患。

鑒于上述認(rèn)識，對于立井井筒及井架的變形監(jiān)測，必然要涉及到井塔沉降監(jiān)測、井架傾斜監(jiān)測以及地面沉降監(jiān)測等方面的內(nèi)容。工作的目的有兩個(gè)：一是通過對地面沉降觀測和井塔變形監(jiān)測，及時(shí)為井筒的安全生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的預(yù)測和預(yù)報(bào)；二是系統(tǒng)研究地質(zhì)背景不同的礦區(qū)地面沉降在時(shí)間和空間上的分布特征，從而為已建井筒破壞的預(yù)防和治理提供理論依據(jù)。

2 技術(shù)路線及監(jiān)測系統(tǒng)建立

2.1確定監(jiān)測等級

根據(jù)相應(yīng)規(guī)范、現(xiàn)場條件及要求，本工程根據(jù)監(jiān)測對象不同分別按照一等及二等變形測量要求進(jìn)行監(jiān)測。

一等變形測量，要求變形點(diǎn)高程中誤差±0.3mm，坐標(biāo)中誤差±1.5mm，用于井筒、井架傾斜及沉降監(jiān)測。二等變形測量，要求變形點(diǎn)高程中誤差±0.5mm，坐標(biāo)中誤差±3.0mm，用于工業(yè)廣場非采動(dòng)沉降監(jiān)測。

2.2選擇儀器設(shè)備

①水準(zhǔn)測量沉降觀測選用電子水準(zhǔn)儀徠卡DNA03，數(shù)量2臺，精度0.3mm/km。

②水平位移監(jiān)測全站儀選用徠卡TS06，數(shù)量1臺，精度1″。

2.3控制網(wǎng)建立

2017年3月，淮北礦業(yè)集團(tuán)勘探工程有限責(zé)任公司遵照《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB 12897-2006）國家二等水準(zhǔn)的測量要求往返施測了“宿東Ⅲ5—朱仙莊礦基巖標(biāo)”的水準(zhǔn)路線，水準(zhǔn)路線單程約5km。

經(jīng)計(jì)算，各測段往返測高差不符值均滿足限差要求，“宿東Ⅲ5—朱仙莊基巖標(biāo)”往返測高差不符值：∑△= -1.6mm，限差為±8.9mm。

經(jīng)過計(jì)算，本次測量成果：

宿東Ⅲ5 2013.12與2017.3測量成果均為25.568m，朱仙莊基巖2013.12測量成果為26.9925m，2017.3測量成果為26.9919不符值-0.6mm。

經(jīng)過檢測，朱仙莊基巖標(biāo)與宿東Ⅲ5相對變化不大，繼續(xù)作為礦工業(yè)廣場沉降觀測起算點(diǎn)使用。

2.4監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)

（1）井塔（井架）上部傾斜變形監(jiān)測點(diǎn)：分別在主副井井塔（井架）東西或南北各選一側(cè)沿各條邊地面兩個(gè)控制點(diǎn)延長的方向刻畫標(biāo)志，并同時(shí)向下?lián)芙?，在井塔（井架）下部同一方向上刻畫?biāo)志。共布設(shè)4對標(biāo)志。標(biāo)志采用鋸條刻畫，并以紅漆標(biāo)記。

（2）井塔（井架）沉降監(jiān)測點(diǎn)主要埋設(shè)于井塔（井架）下端四角（井架斜撐基礎(chǔ)）以及井壁上口鎖口位置；工業(yè)廣場重要建筑物沉降監(jiān)測點(diǎn)主要布設(shè)在圓筒倉、絞車房、壓風(fēng)機(jī)房基礎(chǔ)等重要建筑物上；非采動(dòng)沉降監(jiān)測點(diǎn)主要布設(shè)在各個(gè)井中十字中線方向的地面上（可利用已有十字基樁）。

建筑物上測點(diǎn)以測量專用測釘作標(biāo)志，一端制成鍥形或錐形，另一端彎成鉤狀，頂端為磨平圓。先利用電鉆在墻體上鉆出一約90厘米深洞，將測釘安入洞里，周邊以強(qiáng)力膠將其固定，待穩(wěn)固后再進(jìn)行沉降觀測。

3 監(jiān)測方法及時(shí)間周期

（1）井塔（井架）上部傾斜監(jiān)測

測量前，先利用全站儀測角法檢核每條邊上地面兩個(gè)控制點(diǎn)與井塔（井架）下部標(biāo)志是否在一條線上。然后置零，利用全站儀測小角法，將儀器向上撥角，瞄準(zhǔn)井塔（井架）上部標(biāo)志，測量出偏移的角度。再根據(jù)水平距離計(jì)算出偏移的距離。完成以上步驟為一測回觀測。

重新整置儀站、鏡站，精確定向，按以上程序進(jìn)行第二個(gè)測回的觀測。兩測回測量不符值不得超過2mm。依次完成其余標(biāo)志的測定。

每次測量均采用雙人測量，并在測量中盡量將儀站遠(yuǎn)離井塔距離，避免因仰角過大，儀器軸系誤差對測量結(jié)果造成較大影響。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，監(jiān)測周期為一季度一次。本年度分別在3月份、6月份、8月份以及11月份共進(jìn)行四次測量。

（2）井塔（井架）下部及主要建筑物，工廣非采動(dòng)沉降監(jiān)測

每次監(jiān)測前，以基巖標(biāo)（埋設(shè)控制點(diǎn)）為起算點(diǎn)對水準(zhǔn)控制網(wǎng)進(jìn)行檢核測量。沉降觀測嚴(yán)格按二等水準(zhǔn)測量要求往返觀測，采用徠卡公司生產(chǎn)的DNA03電子水準(zhǔn)儀配合因鋼條碼尺定期對井塔（井架）基礎(chǔ)、周邊地表及重要建筑物埋設(shè)的沉降監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量，連續(xù)進(jìn)行所有測段的往測（或返測），隨后再連續(xù)進(jìn)行該區(qū)段的返測（或往測）。

每次測量時(shí)，均固定觀測人員，使用同一測量儀器設(shè)備，采用相同的觀測方法和觀測路線，在基本相同的環(huán)境條件下施測。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，監(jiān)測周期為一季度一次。本年度分別在3月份、6月份、8月份以及11月份共進(jìn)行四次測量。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1井塔（井架）頂部橫向變形數(shù)據(jù)分析

4.2朱仙莊煤礦井筒、井架非采動(dòng)沉降變形數(shù)據(jù)分析

朱仙莊礦工業(yè)廣場非采動(dòng)沉降變形數(shù)據(jù)分析方法同井筒、井架非采動(dòng)沉降變形數(shù)據(jù)分析相同。

5 成果采用單位、成果應(yīng)用效益或前景

朱仙莊煤礦共布設(shè)了37個(gè)沉降觀測點(diǎn)，4個(gè)傾斜觀測點(diǎn)。

（1）目前朱仙莊煤礦井塔井架及一些建筑物、地面點(diǎn)自2014年以來累計(jì)沉降變化量在0至15.9mm之間，本年度累計(jì)沉降變化量在-1mm至10.2mm之間，沉降量較大的點(diǎn)為工廣東側(cè)鐵路煤倉上F8點(diǎn)。

（2）工業(yè)廣場2個(gè)井塔井架差異沉降很小，主井最大差異沉降量為東側(cè)南北方向2.4mm；副井最大差異沉降量為南側(cè)東西方向0.3mm。主副井井塔（井架）上部傾斜觀測值變化量在0.96mm至4.37mm之間。今后會繼續(xù)根據(jù)設(shè)計(jì)的周期時(shí)間要求，延續(xù)井筒井架變形觀測。

該系統(tǒng)監(jiān)控井筒變形狀況，輔以地面觀測站的周期性觀測，超前預(yù)防可能出現(xiàn)的安全事故，有力保障了礦井提升安全。安全是最大的效益，所以該研究的應(yīng)用帶給朱仙莊礦的經(jīng)濟(jì)效益是不可估量的。

通過該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了井筒變形治理的科學(xué)手段，同時(shí)更有效為礦井安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

作者簡介：

張燕海（1985-），男，山東東營人，工程師。