采空區沉降觀測及點位布設

陳成龍

（1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000；2.新巴爾虎右旗榮達礦業有限責任公司，內蒙古 呼倫貝爾 021000）

關鍵字：采空區；基準點；變形監測點；水準線路

1 測區概況

新巴爾虎右旗怡盛元礦業有限責任公司，礦區面積約為4平方公里，共分為3個采區，三個采區彼此之間不連續，主要采礦井口全部位于第二采區內，現有采礦井6條，全部采用豎井開拓的方式，無斜井及平硐等開采方式。礦區內部地勢比較平坦，地形多為傾角小于3°的平地，部分地區為大于3°的丘陵地帶，礦區內部交通多為鄉村土路等非硬化路面。硬化路面多為砂石路，礦區內部只有一條從綜合廠通往公司辦公大樓的水泥路。礦區范圍內植被主要以草原為主，礦區范圍內地表巖石比較裸露。礦區氣候夏季升溫快，降水量比較豐富，雨季主要集中在7～9月份。冬季寒冷干燥，凍土深度大，最大凍土深度可達3m，屬于典型的溫帶大陸性氣候。

2 主要采空區范圍

采空區范圍主要集中于728m標高至278m標高范圍內，由于礦體連續性較差，礦體平均厚度在2m～6m范圍內。因此采空區范圍雖然較大，但采空區寬度比較狹窄，采礦區在走向范圍內連續性不強，但在垂直范圍內較為連續，形成了在728m至278m范圍內的垂直方向上較為連續的采空區。采空區在平面范圍內主要集中在28號勘探線至138號勘探線之間。采空區地表無明顯塌陷。采空區地表建筑物及構筑物主要以井口工人住宅區及選礦廠等人員較為集中的區域。因此，通過布設必要的沉降觀測點對采空區地表及其周圍的建筑物及構筑物周圍的進行時時沉降觀測，不僅僅是為了響應國家政策，更是為了礦區人員的安全及礦山今后的發展。

3 變形點及基準點選擇及布設

首先為了能夠準確的反應的變形區域的變形情況，在進行點位布設時。布設的點位必須能夠準確的反應變形區域的變形情況且必須利于今后測量工作的開展。如圖所示，通過礦區內分布的W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7共計7個沉降觀測點，對礦區內的乙方項目部、甲方選礦廠及各井口住宅區等人員密集的地區進行沉降觀測，用以時時檢測采空區及其范圍內的變形情況。對于變形監測時采用的基準點，由于其為做為基準對其他的變形點進行觀測，必須選在遠離采空區范圍，切地質構造穩定的地區，避免由于沉降觀測基點的沉降而引起的觀測誤差。由于礦區范圍內多以草地為主，且由于地下采空區的影響，不太利于基準點位的布設。因為在進行基準點布設時，選擇了礦區周圍國家二等三角點附近山上，具有穩定結構的巖石塊體上，以確保沉降觀測基準點的穩定性，從而保證今后觀測數據的準確性。由于本礦區處于北方寒冷地區，凍土深度最深可達3m以上，要進行沉降觀測，必須選擇合適的點位布設方法及適合本區域內的水準標志，用以確保沉降觀測數據的可靠性。由于凍土深度大于0.8m，為了切合實際觀測的方便及降低水準點位的制作難度，本次觀測的基準點及變形觀測點采用混凝土柱水準基本水準標識。

由于凍土深度超過了0.8m。在完成水準標識埋設后，需經過一個解凍期，待沉降觀測基準點及變形觀測點穩定后，方能進行必要的沉降觀測，避免由于地表上凍及解凍過程中引起的沉降觀測點位置的移動而造成的沉降觀測點發生形變，進而確保沉降觀測數據的可靠性。

4 沉降觀測人員及路線規劃

為了避免出現由于測量路線不固定而造成的數據處理不方便，需要對沉降觀測的水準路線進行合理的規劃。規劃完成后，每次進行沉降觀測時，都應根據規劃好的路線進行測量，同時在進行測量時，要盡量采用同一組觀測人員，采用與上次觀測時相同的路線進行觀測，且在一次觀測時，中途不得更換觀測人員，避免由于在觀測線路中更換觀測人員而進行的重復調焦而引起的十字絲晃動誤差。其次，在進行水準觀測時，由于礦區范圍內巖石比較裸露，地表土質雖然不像沙地或耕地一樣松軟，但是地表植被多已草地為主，在做為水準觀測的轉點時，由于地表巖石覆蓋及山坡的角度，容易引起轉點尺承的移動，進而容易引起整條水準路線觀測限差的超限。

為了避免在草地布設轉點而引起的水準尺尺墊的移動，在進行水準測量時，應盡量沿著礦區道路進行水準測量，沿道路進行水準測量，不但可以避免進行水準測量時由于尺墊沉降引起的誤差，而且有利于人員快速到達。

5 觀測時間

由于本礦區屬于嚴寒地區，冬季寒冷干燥，且經常伴有大風天氣，夏季雖然比較炎熱，但雨季比較集中。春秋時間，大風天氣較多。

因此，在進行沉降觀測時，為了避免大風天氣進行觀測對觀測精度的影響。在進行水準觀測時，應盡量選擇天氣晴朗，風和日麗的天氣進行水準觀測，確保水準觀測的精度。其次，為了避免溫度對水準儀的視準線造成影響，在進行觀測前，首先應該將水準儀放置在陰涼處，使水準儀的溫度盡量接近外界地表的溫度。避免水準儀因為溫度差而引起的水準儀視準線的變化，進而導致測量誤差。由于采用電子水準儀進行水準測量，在進行水準測量開測前，應對水準儀進行必要的預熱，使一起始終處于良好的工作狀態，保證觀測數據的精確性及可靠性。

6 沉降觀測圖表制作

完成每月的觀測任務后，根據沉降點的觀測數據，需要對沉降觀測的數據進行圖表的制作，以便于觀測數據的分析，沉降觀測數據的圖表制作主要采用比對分析，建模分析、統計分析及制圖分析等方法進行。經過對幾種方法的選擇及對比，最終決定采用制圖分析的方法對觀測數據進行分析。采用制圖分析不僅能夠非常直觀的顯示出各點的總沉降量，而且通俗易懂，及時不是專業人員，也能夠通過沉降曲線圖，輕而易舉的分辨出每個沉降點的總沉降值及各沉降點的沉降速率。

在進行沉降觀測圖紙繪制時，一般以時間作為觀測曲線圖紙的橫軸，采用總沉降值做為觀測曲線的縱軸。同時在沉降量縱軸上標出允許沉降值，用以時時觀察每個沉降點與允許變形量之間的差值。以便對達到允許變形值或接近允許變形值的沉降點及時作出預警，并采取相應的方法及時對采空區周圍的建筑物及構筑物作出處理。

圖2 W1點沉降觀測圖

如圖所示：通過制作圖紙，能夠快速的顯示中位移觀測點的總沉降量，同時也能體現出沉降觀測總量與允許變形量之間的差值。為了制圖的方便，可以將所有變形觀測點的變形圖紙都做在同一張圖紙之上，各觀測點之間通過圖層進行控制。不僅簡單易制，而且方便觀對各觀測點之間的變形速率進行對比。

7 沉降觀測結果分析

通過W1點近幾個月的分析可發現，在開始進行觀測時，沉降觀測變形點的變形速率較高，隨著時間的推移，雖然沉降觀測點的下沉總數在增加，但是沉降速率確隨著時間的推移在慢慢減緩，在2020年8月至2020年10月期間W1點已基本穩定，不在出現沉降現象。其余各點亦是如此，在起初的觀測階段，雖然沉降速率較大，但隨著時間的推移，沉降量漸漸趨于平緩或者不在沉降。且各點的總沉降量與允許變形量相差較大。通過礦區的沉降觀測發現，井下雖有采空區，但由于及時對采空區進行了充填處理，井下的采空區對地表建筑物的影響不大，不會對地表的建筑物及構筑物造成影響。