采煤工作面地表巖移觀測方法設計

郭星珍

河北省煤田地質(zhì)局物測地質(zhì)隊，中國·河北 邢臺 054000

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，國家越來越重視采煤工作面地表巖移觀測方法的研究。為了進一步保證觀測方法的準確性和精確性，必須要根據(jù)實際情況將利用機械手段采集的數(shù)據(jù)進行智能化分析，使得工作面地質(zhì)采礦條件的變形參數(shù)可以合理探測，準確研究地面移動變形規(guī)律。因此，論文主要針對采煤工作面地表巖移觀測方法設計進行簡要分析并提出合理化建議。

采煤工作面；地表巖移；觀測方法

1 引言

隨著科技水平的不斷進步，礦區(qū)的挖掘也開始應用智能化技術(shù)，提升工作效率。目前礦區(qū)因煤炭資源開采而產(chǎn)生的地面變形、地質(zhì)災害現(xiàn)象屢見不鮮，預防開采沉降引起的地面環(huán)境破壞以及地質(zhì)災害已經(jīng)成為了各個礦區(qū)煤礦工作的重點工作內(nèi)容[1]。因此，論文主要針對部分工作面地表開采沉降觀測項目進行監(jiān)測，逐步獲取采礦區(qū)的工作面地表巖移相關(guān)數(shù)據(jù)，了解地面沉降所發(fā)生的時間和空間信息，在特定的基礎上實現(xiàn)計算機模型的測定以及驗證，為后續(xù)的工作面開采提供準確的數(shù)據(jù)。

2 地面變形觀測內(nèi)容分析

2.1 煤礦觀測線概括

由于所研究的煤礦并沒有在開采過程中對地面沉降的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，因此所研究的煤礦地面變形觀測線的設計參數(shù)可以選用同礦區(qū)地質(zhì)、水文以及地形等條件相類似的礦井的數(shù)據(jù)進行比對和計算。根據(jù)所收集到的參數(shù)，結(jié)合國家所出臺的相應規(guī)定，可以計算出部分基巖移動角約為73°，層積巖移動角為55°，煤層傾角為10°，最大下沉角為47°。從所獲取的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可知，地面變形觀測線可以設置為直線，使其與煤層垂直分布或平行分布。地面變形觀測線一般可設置兩條，分別為觀測線和傾斜觀測線，將其放置于移動盆地的阻斷層，選擇地面裂縫和地面塌陷的重點區(qū)域，利用觀測線進行數(shù)據(jù)的采集。在相應的地面變形觀測中，必須要利用剖面線狀的觀測位置界定可適用的方法，保證觀測線設置于移動盆地的走向，確保其在主端面上，了解傾斜阻斷面上的最大下沉角，判斷所在對面的位置就是觀測線的位置（如圖1所示）。

圖1 走向觀測線定位示意圖

2.2 觀測注意事項

在采煤工作面地表巖移觀察時，必須要根據(jù)實際情況對預計的工作面進行數(shù)據(jù)預測，在觀測線上使其與水平面夾角呈現(xiàn)一定度數(shù)，讓觀測線與基巖和松散巖交接面相交，實現(xiàn)相關(guān)測量角度精確化。地面變形觀測線的觀測點必須要具備一定的密度，且需要根據(jù)開采深度和設定位置來確定目標，保證地面變形觀測線上的測定數(shù)目和密度可以準確測量出來，了解變形的地下開采深度，以國家出臺的相關(guān)數(shù)據(jù)為標準，實現(xiàn)對礦區(qū)地形、地質(zhì)、水文條件等開采情況的全面分析。根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗測定，在坡度大于20°的山地，開采深度需要大于300m，這點密度可放寬至40～50m，這樣就能確保傾斜觀測線的走向和位置，實現(xiàn)多層次下觀測線長度的合理界定，但與此同時必須要預先做好一定的事先埋石工作[2]。

3 地表巖層觀測

3.1 基礎觀測要求

本次設定的觀測區(qū)域位于平原區(qū)，地形起伏小，地面變形觀測線的平面觀測可以采用全站儀測平面的測量方法，且利用水準儀測量所研究礦區(qū)的高度。在埋石工作結(jié)束后，必須要等埋石沉降穩(wěn)定后才能夠進行測量，這樣可以降低地表層的再次位移。為了進一步的降低誤差，提高觀測的準確性，必須要采用固定化礦區(qū)的測量方式和測量體系，使每一個觀測點都能利用全站儀標準進行檢測。利用相同的機器和設備使得每一次的測量都一致的起始點和閉合點，且每個觀測點都盡可能的采用相同的儀器和人員，確保操作流程的統(tǒng)一化。為了進一步的確保所獲得的觀測資料的準確性和可比性，必須要使得每個觀測地區(qū)的觀測點，盡可能在統(tǒng)一的時間內(nèi)完成，尤其是比較活躍的地表層面。不僅如此，由于地面變形觀測中必須要記錄和描述地面的裂縫位置、寬度以及形態(tài)，對此必須要根據(jù)實際情況，及時地做好平面設計圖的測量，做好計量準備工作，根據(jù)工作面開采位置測出實際的厚度，實現(xiàn)地表、水文、地質(zhì)、速度等相應情況的數(shù)據(jù)精準化采集，把控制點設定在相關(guān)的標準要求下，實現(xiàn)多種測量體系的完善[3]。

3.2 初始觀測內(nèi)容

在控制點進行觀測時，必須要根據(jù)實際情況將控制點設定在一個比較顯眼且具有參考性的位置，保證測試點可以在埋石沉降前就進行數(shù)據(jù)的測定，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的合理采集。在獨立進行的兩次核算和數(shù)據(jù)采集觀測中，工作人員可以根據(jù)所計算出的結(jié)果利用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行基礎性的處理，做好動態(tài)的可適用性的預測結(jié)果，使得我們認知到不同觀測點的同一個位置的高度差在10mm，長度小于4mm 的位置時所運行的距離和方向的最佳性，從而保證后續(xù)在其他煤礦地區(qū)的數(shù)據(jù)采集也能按照這種標準進行處理，積累對應的經(jīng)驗。因此，可以將其平均值作為觀測點上的各測點的臨時觀測數(shù)據(jù)，保證實際的測量數(shù)據(jù)繪制到相應的平面設計圖紙上[4]。

3.3 綜合觀測內(nèi)容

全面觀測的內(nèi)容包括觀測點上各個觀測點的平面位移和高度沉降量。在開始觀測之后，必須要記錄初始數(shù)據(jù)，且定期或者不定期的進行日常觀測，一旦發(fā)現(xiàn)觀測點的下沉量達到10 mm，這表明地表已經(jīng)開始變形，持續(xù)進入了地表移動的初始期，因此，必須要在地表累計下沉60～100mm 后進行首次全面觀測。當?shù)乇硐陆盗看笥?0mm 之后，表明其已經(jīng)進入地表移動的活躍期，在地表移動的活躍期進行巡視時，必須要增加次數(shù)和頻率，按照開采進度將觀測頻次增加到4以上，這樣才能夠了解到整體的地表變動情況。如果后續(xù)的地表的沉降量小于50mm，那么說明該層級的地表已經(jīng)進入到移動的衰減區(qū)，在衰減區(qū)6 個月以內(nèi)，沉降量小于30mm說明地表穩(wěn)定化，此時就可以進行最后一次全面觀測，保證和綜合各項觀測數(shù)據(jù)的準確性和完整性。在完成所有步驟之后，還必須要定期進行全面巡測和觀測，確定該地區(qū)層級地表的穩(wěn)定狀態(tài)，及時對相關(guān)數(shù)據(jù)進行核定[5]。

3.4 日常觀測內(nèi)容

在所選區(qū)域的數(shù)據(jù)測量中，預期該地表會下降到某一個位置區(qū)間，但是由于過程比較緩慢，需要經(jīng)過長期的預測，才能夠了解整個地表的移動變化情況。對此，必須要在該期間進行日常的觀測，而不是僅僅做好周期性的高程觀測。一旦判定地表已經(jīng)開始移動時，可利用智能化的數(shù)據(jù)采集機器對相關(guān)的地表層樣本進行繪測，在預計可能首先移動的地區(qū)進行測量地表的相關(guān)數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)進項日常比對，如果發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的地表層累計下降到10mm 之后，可以判定已經(jīng)往該方向移動。在地表移動的初始期、活躍期和衰退期中，日常觀測的頻率為3 個月左右觀測一次，以觀測人員的具體時間核準；在地表活躍期則需要增強觀測頻率，在1 個月觀測一次，增加觀測頻率并將相關(guān)的數(shù)據(jù)采集下來，輸入于互聯(lián)網(wǎng)計算機中。觀測過程從移動到結(jié)束必須要經(jīng)過多個階段，地表移動穩(wěn)定后可以將所獲取的多個數(shù)據(jù)進行多樣化處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的合理應用。故在觀測過程中，必須要從選定該區(qū)域做好數(shù)據(jù)的測量存儲，謹慎推斷并細心分析，降低實際工作量[6]。

4 地面沉降判定結(jié)論

根據(jù)工作面所觀測到的數(shù)據(jù)和已有的文獻數(shù)據(jù)，工作人員對工作面的實際情況已經(jīng)開始有大致的了解，但是由于不同地區(qū)的煤礦情況不一致，采煤使用方法也不同，因此，必須要結(jié)合區(qū)域的地質(zhì)、地形以及水文等進行綜合分析，從而界定對應的地面沉降判定結(jié)論。論文主要從以下幾個層次進行分析。

（1）地表移動盆地的位置、大小和范圍一般是根據(jù)觀測點的實際情況來進行反向推測，從而了解盆地的基本信息核算，確定盆地移動的方向。在最大成像值的分布情況中，以觀測點的位移開始數(shù)據(jù)到位移結(jié)束數(shù)據(jù)綜合評定，做好不同時期的圖像繪制，并在圖像周邊做好詳細的備注記錄，雖然由于不同時期的沉降量的變動會出現(xiàn)上下起伏不定狀態(tài)，但這屬于正常現(xiàn)象。其中阻斷面上的最大沉降量和工作面上的最大沉降值必須要將其控制在設定區(qū)間內(nèi)，以該地區(qū)的地質(zhì)情況做好針對性的完善和改進處理。

（2）地表移動的具體位置在阻斷面上的移動和變形分布情況一般是通過觀測數(shù)據(jù)在阻斷面上的沉降量和方向進行核定，對此，必須要了解阻斷面上的各種變形規(guī)律，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的綜合分析，建立起獨立的互聯(lián)網(wǎng)計算機模型，通過大數(shù)據(jù)模擬的方式，預測該地區(qū)的下一次沉降位置和方向。在進行預判時可以首先將自己的猜想進行標注，一旦準確可以將這種方法應用于其他煤礦區(qū)。

（3）在工作面采煤成像中，我們會發(fā)現(xiàn)所取參數(shù)都必須要以每一次的測量儀器獲取的現(xiàn)場數(shù)據(jù)為主，利用計算軟件、模擬軟件等將數(shù)據(jù)進行處理，并在最后出具可行性報告，使其可以符合地質(zhì)局所出臺的政策。不僅如此，必須要根據(jù)相應的數(shù)據(jù)內(nèi)容總結(jié)出地表各個移動階段的持續(xù)時間以及位移情況，了解其出現(xiàn)地面變形的因素，及時制定對應的方案，為后續(xù)的準備工作處理做出改進。

5 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段國家越來越重視采煤工作面地表巖移觀測方法的研究。為了進一步的保證觀測方法的準確性和精確性，必須要根據(jù)實際情況采用高級的測量方法進行測定，利用智能化設備對地表巖層的移動觀測情況進行數(shù)據(jù)采集和觀測，繪制相應的平面數(shù)據(jù)圖，做好記錄，根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)研制出地表移動規(guī)律，為采煤和征地賠償工作提供依據(jù)。了解該地區(qū)采煤工作的成本支出與利益比對情況，進一步提升經(jīng)濟效益與社會效益，實現(xiàn)環(huán)境保護以及土地復墾，挖掘礦井的生產(chǎn)潛力，為后續(xù)的礦井可持續(xù)性發(fā)展奠定基礎。