基于動態測量的煤礦地表開采沉降觀測分析

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（陽泉煤業（集團）股份有限公司二礦 山西 045008）

受到多個因素的限制，充填開采沒有在我國完全實施，伴隨煤炭采掘活動的深入發展，煤炭資源的開采強度增加，由此引發的地表沉降問題日益嚴重，對周圍建筑物、公路和鐵路造成了威脅。為了能夠減少這種威脅需要相關人員對地表開采沉降工作予以足夠的重視，將先進的技術手段應用到煤礦地表開采沉降觀測工作中。

在以往，研究地表沉降規律和基本變化參數的方式是打造地表移動觀測站，在打造完地表移動觀測站的基礎上來開展現場測量工作，通過現場觀測測量來獲取大量的數據資料信息，之后對這些數據信息進行處理分析，由此獲得地表移動和變形規律的數據信息，借助這些信息來解決煤礦地表開采沉降問題。

1.煤礦地下開采引起的地表變形概述

煤礦地下開采引起的地表移動和變形深受外界多個因素的影響，比如地層的巖土性質、地質構造和水文地質條件；煤層的數量、厚度、埋藏條件；煤炭資源的開采計劃、開采方法、頂板管理方式、開采工作面的判定等。地下開采所引起的地表水平變形體現在拉伸和壓縮變形，地表變形出現之后會對房屋建筑的基礎產生額外的水平附加力。在地下礦層開采之后采空區域周圍的巖層平衡會被破壞，無形中加劇了上覆巖層的移動、變形和破壞，引發巖層移動。伴隨礦層的深入開采，上覆巖層會從下到上的出現移動、變形和破壞，地表相應的出現移動和變形。在達到新應力平衡狀態的時候巖層和地表會停止移動，這種穩定之后出現的移動變形被稱作是最終移動和變形。在煤炭開采深度和厚度數值比較大的情況下地表不會出現集中變形，而如果出現了集中變形就可以被稱作是非連續變形。巖層移動終止之后在同一個巖層表面上各個部分的移動并不會呈現出一致的狀態，按照巖層移動的基本形式和變形特點，在受到采動影響之后可以將巖層劃分為兩個不同的采動影響區域。在上覆巖層的里面可以劃分為采動區和非充分采動區；在下伏巖層的內部則是可以劃分膨脹區域和壓縮區域。

2.動態測量理論

（1）內涵。關于動態測量的理論現階段沒有形成一個統一的論斷，為了能夠更好的實現動態化測量需要相關人員著重做好以下幾個方面的工作：第一，所研究對象的范圍在時間上是變化的。第二，研究對象的值域在時間上也是一定的，但是在空間上卻會呈現出復雜度變化，需要應用不同的測量設備來測量這些對象的數值。第三，研究對象測量的值域在時間和空間上會呈現出一種恒定的狀態，總體上不會發生變化，但是會根據研究對象的測量信號發生變化。

（2）特點。動態測量系統在使用的時候要確保所有的數據信息都始終處于一種運動的狀態，動態測量操作在實施的時候滿足以下幾個方面的特點：第一，空間性。多數情況下幾何量測量使用空間參數更方便收集整理數據信息，且收集上來的數據信息體現出時空性的特點。第二，隨機性。動態測量操作深受外界環境的影響，被測試目標表現為隨機的函數。第三，相關性。測量操作始終處于動態的變化，測量數據不僅和當下的測量狀態存在關聯，而且也和之前的時間發展存在關聯。第四，動態性。動態測量長時間處于一種變化的狀態，在變化的過程中為了能夠更好的分析各個變量的關系需要打造出關系到各方參數的方程，依托各方參數方程來將內部的關系以動態化的方式展現出來。

3.動態測量方法的選擇

動態測量技術以其獨有的優勢作用被人們廣泛的應用到工程實踐中。伴隨礦井測量工作的深入發展，動態測量技術也開始呈現出多元化的發展特點，具體表現為測量方法和測量技術應用的多元化。現階段，研究地表沉降基本規律和參數變化的方式打造地表移動觀測站，借助觀測站模擬的數據信息來獲得更多的數據資料，之后通過對這些數據資料的分析處理了解地表移動變化的規律信息，借助地表移動變化的信息解決地表開采沉降問題。

4.工程的基本情況分析

文章所研究的山西某煤礦工作面為長壁法采煤，采煤現場采用了垮落管理辦法，工作面的長度為700m，寬度為160m，平均煤炭層的厚度為2.4m。煤炭區域上 為農田、荒蕪地區和鄉村小路。煤礦區域往南是零散的居民居住區。勘探勘測工作地面標高為1795.7m到1953.7m，工作面的標高在1555m到1647m之間。

5.基于動態測量的煤礦地表開采沉降觀測

（1）基于動態測量的煤礦地表開采沉降觀測測量點的布置。基于動態測量的煤礦地表開采沉降觀測點采用國家三級等高控制點的導入近井點，將測量點埋入凍土0.5m以下，目的是能夠更好的保障測量精準度。在確保基礎測量點穩定之后將測量點的布置和地表安排布置情況同步處理。考慮到勘探地區深度比較大，由此設計操作選擇49m的等間距布置測量點，沿著基本測量走向布置一條觀測點和十二個觀測點；沿著傾斜的方向布置五條觀測線，每條觀測線設置六個測量點。

（2）基于動態測量的煤礦地表開采沉降觀測數據信息的處理。經過一年時間的回采分析和后續的觀測得到了大量的數據信息，經過觀測數據信息發現，工作面在開始推進之后的12天初次來壓。在經過十一個月之后工作面收尾，在這個期間一共推進了700m，累積最大下沉量為562mm，各個測量點的測量數值如表1所示。

表1 各個測量點累積下沉測量統計表

數據信息采用專業的繪圖分析軟件制作加工形成，依托軟件強大的繪圖功能和數據信息分析功能能夠實現對數據信息的有效處理。在處理數據信息的過程中為了能夠簡化計算操作可以按照+20m的高程來進行計算，在經過一系列的計算和處理之后來得到對應的坐標圖紙。數據信息最大沉降點出現在V11的位置上，經過一系列的分析發現這個位置對應的煤層位置存在一個高度差為6m，傾斜角為53°的DF111正斷層，由此使得總體沉降量比較大。

6.結束語

綜上所述，地表沉降現場觀測工作的有效開展能夠減少因為地表沉降變化對周圍水資源應用管理、公路工程管理、鐵路工程管理的干擾，并幫助相關人員更好的了解礦區資源開采規律，在此基礎上優化整個工作區域的工作面和巷道設計，為煤炭資源的開采管理提供重要參考支持。第一，在地表沉降量達到562mm數值大小的時候地表會出現比較嚴重的變動，隨著地表變動的加劇建筑物會出現崩塌的現象。第二，各個測試點沉降量會隨著開采的深入而不斷加大，最開始的沉降量比較大，后來伴隨沉降量的縮小，沉降變形變得越來越穩定。第三，斷層會對沉降總量產生深刻的影響。為了能夠更好的完成煤礦區域的開采管理，在煤礦資源應用的過程中需要相關人員著重考慮斷層的問題。第四，動態測量技術十分適合被用來研究地表沉降問題，特別是激光跟蹤動態測量技術的使用能夠減少人為操作的負擔，提高數據信息計算的精準度，并為后續研究提供重要的工具支持。