礦區地表和巖層的移動觀測應用分析

劉永強 郭飛

摘 要：煤礦開采時會引起地表和巖層的移動，這一復雜的移動過程需要進行實地觀測。本文從本煤礦的實際出發，對礦區地表移動觀測點的選擇、地表移動觀測的原則進行闡述，分析觀測站的設置以及觀測工作。同時，對巖層移動觀測站的設置、覆巖移動破壞的巷道觀測以及鉆孔深部測點觀測進行分析。

關鍵詞：礦區；地表；巖層；移動觀測

0 引言

煤礦開采時，在地質采礦因素的綜合影響下會引起地表和巖層的移動。為進行安全化生產，減少因地表和巖層移動對建筑物等帶來的危害，需要建立觀測站，對地表和巖層的移動進行有效的觀測。所謂觀測站，就是將煤礦開采受影響范圍之內的地表、巖層等作為研究對象，按要求設置觀測點。觀測地表和巖層位置的相對移動，對地表變形進行預計，依據具體的地質采礦條件下的地表移動與變形值，選擇科學合理的煤礦開采辦法以及安全保障措施。

以葫蘆素礦為例，該礦區位于東勝煤田呼吉爾特礦區，區內地總體地形是東南部高，西北部低。礦井呈現高原堆積型丘陵地貌特征，地表全部被第四系風積沙所覆蓋，植被稀疏，為沙漠-半沙漠地區。井田總體構造形態為向北西傾斜的單斜構造，并發育有次一級波狀起伏的單斜構造，地層傾角小于2°。井田內2煤組頂板的直接充水水源為侏羅系直羅組砂巖裂隙水，間接充水水源為侏羅系安定組砂巖裂隙水、白堊系孔隙-裂隙水、第四系孔隙水。直接充水含水層巖性以細砂巖、中粒砂巖為主，局部為粗砂巖，砂巖含水層富水性弱到中，礦井水文地質類型為復雜型。

1 地表移動觀測

1.1 地表移動觀測點的選擇

觀測地點選擇時，為獲得本礦區各背景條件下地表移動計算的方法以及參數，合理依據本礦區的地質采礦條件進行觀測站的布置，以便能更充分地研究本礦區的地表移動規律。另外，可以以本礦區地質采礦條件為依據，選擇地質采礦條件相近的地點進行觀測，并將觀測的結果應用于本礦區的開采上，在掌握基本規律后再在復雜的地質條件下進行觀測。

1.2 地表移動觀測應遵循的原則

第一，觀測線要設置在移動盆地的主斷面上。

第二，進行初次觀測時，要保障觀測線不受煤礦開采工作面的影響。

第三，在觀測線的方向內，不能有觀測障礙存在，牢固控制觀測線的兩端，兩端的控制點要設置在移動范圍之外。

第四，觀測線的長度大于移動盆地的范圍，若設置半條觀測線時，觀測線的長度要涵蓋移動盆地的邊界點以及最大的下沉點。

第五，觀測站建站時選擇準確的切眼位置。

1.3 觀測站的設置與觀測工作

依據觀測站的設計確定控制點的位置。若附近已經存在礦區的測量控制點，可以利用最近的控制點來標定本礦區觀測站的控制點；若已有的控制點位置較遠，可以利用引測導線或者插點法在觀測站附近建立臨時性的控制點，以此進行本礦區觀測站控制點的標定。

礦區內的觀測站控制點和觀測點，一般是澆鑄混凝土樁進行埋設，埋設深度要超過0.6m，用直徑為16～20mm的鐵桿在混凝土樁的中心位置做標記，同時在標記頂部鉆1～2mm的小孔作為測點的中心。埋設完成且觀測點穩固后實施觀測，觀測內容包括煤礦礦區測量控制點與水準基點的連測、測點的間距、測點的高程以及測點與觀測線的偏距。

由于受到地形地質的限制，觀測線的方向與位置在設定時允許出現一定范圍的偏離，觀測線方向的允許偏差為20?～30?，觀測線位置的允許偏差為2～3m。

當地下煤礦開采對觀測線產生波及時，預測時選擇幾個觀測點，采用水準測量進行高程變化的觀測；當地表出現下沉后，再進行二次觀測。觀測次數以觀測站目為依據。若想對地表移動規律進行研究時，應增加觀測的次數，尤其是移動較為活躍的時期，更要增加觀測的次數。

1.4 地表移動帶來的影響

地表出現大面積的下沉和水平移動，會引起建筑物整體的移動，但不會導致建筑物的破壞。當移動值很大、地下水位很淺時，地表移動，盆地積水，不僅會使建筑物淹沒在水中，而且易使地基強度降低，嚴重時可造成建筑物的倒塌。非均勻的下沉和水平移動對建筑物和交通線路等都有嚴重的不利影響。

2 巖層移動觀測

巖層移動規律的觀測其目的是為設計合理的回采工藝和煤層群開采順序，確定合理的井巷保護煤柱邊界線，解決建筑物、井巷和水體下壓煤的安全開采問題。進行巖層移動的觀測研究是煤礦開采時的重要工作。

2.1 圍巖移動觀測站

圍巖移動觀測站設置的目的是確定保護巷煤柱尺寸、頂板管理方法以及支護形式等。觀測線應當布設在采區巷道或者垂直于工作面的煤巷中，通過巖石壓力觀測的輔助，對工作面頂板、底板及煤層開采動態進行了解把握。其中觀測點要埋設在煤層頂板、底板以及巷道中。在井下15〃導線及水準測量的要求下，實施圍巖觀測站和井下永久導線點及水準點的測量，實施測點下沉及測點水平移動的觀測。

2.2 鉆孔測點要求

首先需要獲取煤礦的水文與地質資料，根據資料及煤礦開采情況制定鉆孔方案，在鉆進時要保證孔徑完整規則，不能用鉆粒或者鋼粒鉆進法，并按照設計方位、傾角施工，不要造成施工偏斜、偏離設計位置。其次要進行全孔綜合性地球物理測井，解釋巖性、破壞帶，測出孔徑曲線、分段傾斜方位和傾角。同時，鉆孔要穿過設計觀測的開采煤層，徑孔于底板內0.5～1.0m，然后將煤層及煤層頂面向上3～5m孔段用水泥砂漿封閉。最后，對于沖積層、風化帶要用套管保護孔壁，對基巖內的嚴重破碎帶要用水泥漿加固，防止安裝時測點通不過和安裝后坍孔。

3 結論

對于煤礦開采中的地表和巖層移動問題，實現安全開采和生產，進行礦區地表和巖層的移動觀測成為必要的工作。按照相關原則與要求進行觀測站點的選擇與設計，充分發揮觀測站在地表和巖層移動觀測的應用，保障了觀測結果的科學性和準確性。

參考文獻

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