綜采工作面地表移動觀測技術研究

張海宇

（山西臨縣華潤聯盛黃家溝煤業有限公司， 山西 臨縣 033200）

目前，我國煤礦井下工作面主要采用綜采方式開采，在煤層厚度不是很大時，可采用一次采全高的方式，一次采全高具有開采效率高、提高回采率等優勢，然而一次采全高開采方法由于采高較大，井下煤體開采后，工作面上覆圍巖應力重新分布，造成上覆巖體裂隙發育，有時甚至波及地表[1-3]。因此有必要對地表位移和變形進行監測，地表移動觀測站是近年來應用較多的一種地表位移及變形監測手段，在分析地表移動觀測站數據的基礎上，可以得出煤體開采后地表的移動、破壞規律，為進行礦區的總體規劃提供技術依據，同時，也可為井下開采工藝的調整提供資料[4-5]。

1 工程概況

山西臨縣華潤聯盛黃家溝煤業1204 綜采工作面傾向長668 m，走向寬150 m，平均采深為157 m，該工作面5 號煤層平均厚度4.2 m。采用走向長壁一次采全高綜合機械化回采工藝。1204 綜采工作面地表位于黃家坡村北部，對應地表為黃家坡農耕道路、耕地。工作面對應地表整體為西北低東南高，工作面上覆蓋基巖厚115～200 m。1204 綜采工作面對應地表為黃家坡居民用地，無村莊和建筑設施分布，回采期間會出現塌陷、裂縫、山體滑坡、土地沉陷現象。

2 觀測方案

2.1 觀測站設立原則

由于1204 工作面地表受外界環境因素限制，為獲得較好的觀測數據，其地表移動觀測站的設計應遵循的原則：觀測線位置應在地表沉降范圍的主要影響線上；觀測線在觀測期間不受鄰近開采的影響；觀測線的觀測范圍應不小于地表沉降區域；觀測站測點密度應適當，既保證數據的可靠性，又盡量減少測點成本；觀測站的基準點應安置在地表沉降區域影響范圍之外，保證其不受井下開采活動的影響。

2.2 觀測站基本參數

結合1204 工作面的實際地質條件，并依據觀測站的設計基本原則，觀測站的參數：觀測站角度為Α=45°，β=72°，觀測線布置A、B兩條，兩條觀測線的長度均為660 m，觀測線總長度1 200 m，A 號觀測線的斷面圖如圖1 所示。

圖1 觀測線斷面圖

2.3 控制點及工作測點數

根據1204 工作面實際情況，測點間距確定為25 m，控制點間距為4 倍的測點間距，控制點和工作測點的結構形式均為混凝土預制樁，其具體布置參數如下頁表1 所示，結構示意圖如下頁圖2。

3 觀測工作

3.1 觀測內容

3.1.1 連接測量

當觀測點完成施工后兩周左右后，便可開始進行連接測量，連接測量是指觀測站的控制點與礦井測量控制網的連測，通過連接測量，可確定地表觀測站主要控制點的具體坐標，從而根據主要控制點的坐標來確定其他點位的坐標。

表1 控制點和工作測點個數 個

圖2 測點結構示意圖（mm）

3.1.2 全面觀測為了數據之間的對比分析，在觀測站的點位進行連接測量后，地表還未發生沉降及移動前，應進行兩次獨立的全面測量，全面測量，主要觀測地表移動測站各個點位的搞成和平面位置，測點之間的距離大小，以及受誤差影響，測點偏移測線的距離，并對地表的現有情況進行素描記錄。為使兩次全面測量的數據具有對比性，應在不超過5 d 的時間內完成兩次測量工作，且兩次測量的數據應滿足同一點位的高程差不超過10 mm，同一導線長度差不超過4 mm，取兩次觀測數據的平均值作為最終數據。

在地表下沉穩定后，也需進行一次全面觀測，以標定地表最終位移參數，地表下沉穩定的判斷依據是，連續180 d 觀測站各測點的累積下降值不超過30 mm。

3.1.3 日常觀測

在工作面回采工作過程中，應進行地表移動觀測站的日常觀測，工作面推進一定的距離后，一般為50 m 左右，便應根據礦井實際地質情況，在可能發生地表沉降的區域選取首批地表沉降觀測點，進行觀測，若地表發生沉降，則繼續進行日常觀測工作，觀測周期應根據地表沉降的速度來確定，一般地表下沉活動較頻繁時兩周進行一次觀測，當地表下沉活動處于衰退期時觀測周期可調整為1 個月左右，觀測站的觀測程序見表2。

表2 觀測站觀測程序

3.1.4 地表裂隙調查及井下工作面測量

地表開始沉降后應及時進行地表地貌變化情況的調查和記錄，主要是地表裂隙、地面塌陷等，要詳細記錄裂隙的產狀、長度、發育規模等參數，并拍攝現場照片存檔，地表發生移動時，也應確定當時井下工作面的推進距離、采高等參數。

3.2 測量儀器的選擇

隨著科學技術的發展，全站儀已在測量工作中得到了廣泛的應用，因此地表移動觀測站的平面測量儀器選用全站儀，對于高程測量受地形條件限制仍使用水準儀進行，以上儀器在使用前均應做好標定和校正，且盡量使用同一廠家生產的儀器，來保證數據的對比性。

4 地表沉降圖的繪制

將各次的測站觀測結果在CAD 軟件中繪制成地表沉降曲線圖，通過該圖可以直觀明了的觀測到地表沉降變形的過程，其地表沉降的影響范圍，繪制地表變形曲線圖時應當遵循以下原則：

1）應選擇適當的比例尺，以清楚明了的呈現地表下沉，同時該比例尺應盡量同測站布置的比例尺一致。

2）為便于對比分析，應將地表下沉曲線圖和觀測線斷面圖繪制在一起，這樣便可直接看出井下地質情況對地表沉降的影響。

3）地表下沉曲線的繪制，應在每次觀測完成后及時進行，以便充分了解和掌握地表沉降的過程和趨勢。

4）繪制曲線時，正值繪制在水平線上側，負值繪制在水平線下側繪制下沉速度曲線時，按下沉速度值，在兩次觀測時間間隔的正中間展點。

地表沉降曲線的繪制方法示意圖如下頁圖3 所示。

5 結論

1）結合山西臨縣華潤聯盛黃家溝煤業1204 工作面實際地質條件，對其地表沉降觀測進行了設計，給出了地表觀測站設計的基本原則，以及地表觀測站的測點、控制點、測線布置參數。

圖3 地表沉降曲線繪制方法示意圖

2）從連接測量、全面觀測、日程觀測等方面對觀測的主要內容進行了詳細闡述，并對地表沉降曲線的繪制方法進行了說明。

（編輯：苗運平）