煤礦采空區地表建筑物的變形監測及分析

■李國輝 周昌舉

（重慶能科工程勘察有限公司重慶400060）

煤礦采空區地表建筑物的變形監測及分析

■李國輝 周昌舉

（重慶能科工程勘察有限公司重慶400060）

煤礦采空區對地表建（構）筑物的穩定有著重大的影響，為妥善解決這一問題，本文通過對重慶市南桐特種水泥有限責任公司建（構）筑物的監測，科學掌握并進一步評價采空區變形程度和影響范圍。收集了該工程條件下采煤活動對地表影響的一些規律和特點，為南桐礦業公司采取離層注漿減沉措施進行地下開采提供了可靠成果資料，確保南桐特水公司建（構）筑物的安全和生產經營工作的正常開展。

變形監測采空區觀測站測量

1　引言

重慶市南桐特種水泥有責任公司生產廠區位于重慶南桐礦業有限責任公司南桐煤礦南翼零二、零三采區采動影響范圍內，其4500t/d熟料水泥生產線的主要建、構筑物及重要設備設施的基礎設計等級均為甲級，荷載大，對變形反應敏感，易受到井下采煤生產活動的影響，為此，需要對建（構）筑物及地表移動變形情況進行監測，主要目的是通過變形監測了解建（構）筑物的基礎變形情況，把握建（構）筑物的安全狀態，通過對監測數據的處理、分析，采取工程措施來控制變形，確保建筑物的正常使用，同時用于指導南桐煤礦下一階段采掘生產工作布署。

2　監測內容及觀測站設計

建筑物的變形監測：整個監測區域內有建（構）筑物45棟，其中：南桐特水公司有重要建筑物40棟，南桐技工學校5棟，本監測站在南桐特水生產廠區重要建筑物及設備的基礎上，共設置354個變形觀測點，編號為A1至A354，在南桐技工學校5棟建筑物上設置了45個變形觀測點，編號為J0至J44。

地表移動觀測：在南桐特水公司生產廠區內大致沿煤層走向布置一條長約460米的觀測線，觀測點間距約20米，共布置23個觀測點，其編號為Z1至Z23；大致沿煤層傾向方向在南桐特水生產廠區北面布置一條240米長的觀測線，觀測點間距約20米，共12個觀測點，編號為N1至N12；在南桐特水公司生產廠區南面布置一條沿傾向并向兩端延伸的觀測線，該觀測線長1750余米，特水公司生產廠區范圍內點間距約20米，特水廠范圍外點間距約30米，共布置57個觀測點，編號為Q1至Q57；對以上三條觀測線進行地表移動觀測。

高聳建筑物的傾斜觀測：在粉煤灰庫、熟料庫、生料均化庫和水泥庫頂上布置傾斜觀測點12個；在建筑物底部布設12個觀測點；在高聳圓形建筑物外埋設3個基準點及3個工作基點。

特水廠南門堡坎觀測：在南門堡坎上布置沉降變形觀測點16個。

3　監測的技術方法

注重采用先進的測量儀器設備、精確的測量方法、規范的數據處理來保證設計目標的實現。

觀測儀器：瑞士徠佧TC-702全站儀1臺，徠卡DNA03數字水準儀一臺套（配合徠卡專用數字水準尺）。

觀測頻次：本監測站觀測周期為每兩個月一次。

坐標系統：測量平面系統采用1954北京坐標系（1.5度帶）；高程系統采用1956黃海高程系。

觀測方法：地表移動觀測站三維導線測量：以大坡頂為基準點，八面山為后視，共布設16個Ⅰ級導線點（其埋設規格依技術設計書要求），按Ⅰ級導線和四等電磁波測距三角高程導線組合的方式，施測走向線、傾向線觀測點坐標、高程。地表移動觀測點共92個（含兩條傾向線69個，走向線23個），其平面坐標及高程采用極坐標法測定（廠區內的走向、傾向觀測點高程采用水準測量高程）。

建（構）筑觀測點移動變形測量：采用水準測量方法進行沉降觀測，水準測量高程起算數據為電廠橋頭的國家四等水準BM點，觀測使用儀器為瑞士徠卡DNA03電子水準儀（標稱精度每公里偶然中誤差MΔ≤0.3mm），并配合銦鋼尺進行；采用鋼尺量距，結合沉降觀測的成果改算為平距（施加溫度，拉力改正）進行水平相對位移及水平變形觀測；采用經緯儀投影方法進行高聳建筑物的傾斜觀測。

4　觀測周期及要求

4.1地表移動觀測站的觀測周期

本地表移動觀測站的觀測周期為兩個月，各觀測點埋設10-15天后，既可以進行觀測。

4.2觀測的一般要求

（1）觀測前對所用的全站儀按有關規定進行檢定、校驗，并做好記錄，在使用過程中不得隨意更換。

（2）首次進行觀測，連續獨立觀測兩次，高程相差不大于10mm，邊長相差不大于4mm時，取其平均值作為初始觀測值。

（3）固定觀測人員、觀測路線和觀測方式，首次觀測后應繪出觀測線路圖，確定設站位置、觀測目標及使用的棱鏡及其編號等。

（4）定期（原則上每年一次）進行平面基準點、高程基準點的穩定性檢驗和日常對儀器的校驗，確保監測數據的準確性和連續性。

4.3觀測方法及其精度要求

三維控制導線測量及極坐標測量中涉及的水平角觀測、垂直角觀測、距離測量技術要求分別如下：

水平角觀測應采用方向觀測法，測量作業時參照《工程測量規范》3.3.8條規定。垂直角測量作業時參照《工程測量規范》4.3.3條的規定。距離測量參照《工程測量規范》GB50026-2007 3.3.18條及3.3.19條的規定。

5　地表移動觀測資料的整理與分析

每次觀測工作結束后，應及時完成下列計算工作:

（1）檢查外業手簿；

（2）計算所有觀測點的高程；

（3）計算所有觀測點的坐標，計算相鄰點間水平距離及其在觀測線方向上的投影長度；

（4）按觀測線編制地表移動與變形計算表，計算各種移動與變形，包括各觀測點的下沉值W及水平移動至U；相鄰各點間的垂直變形（傾斜i與曲率k）與水平變形（拉伸與壓縮）；個別測點的下沉速度。

觀測計算完成后，應繪制移動與變形曲線，其比例尺以清楚表達為原則。并結合地表移動變形情況和建筑物變形監測的情況，參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》第27條表3及附錄3，判斷其損壞等級情況。

6　結論

采用觀測點的坐標及累計沉降量建立數字高程模型，同時將廠區內傾向線、走向線觀測點納入模型，綜合分析廠區地表變形情況，截至2015年5月觀測資料，可以判斷地表觀測站傾斜線和走向線未出現明顯的移動變形；特水廠區內，沉降量自東向西沉降逐漸增大，廠區南面西側變形較大，尤其是堡坎附近出現了較大的裂縫，需重點關注；北面辦公樓、職工食堂沉降雖然較大但還整體穩定，整體而言廠區內變形未對建筑物穩定產生影響。

［1］陳雷英，陳仕祥，吳曉紅.董家溝煤礦地表變形監測研究.科技創新導報，2010

［2］中華人民共和國建設部.中華人民共和國國家標準.工程測量規范，2007

［3］中華人民共和國建設部.中華人民共和國行業標準.建筑變形測量規范，2007［4］國家煤炭工業局.煤礦測量規程，2009

TD82［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-227-1