郭星珍

河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì)，中國(guó)·河北 邢臺(tái) 054000

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家越來(lái)越重視采煤工作面地表巖移觀測(cè)方法的研究。為了進(jìn)一步保證觀測(cè)方法的準(zhǔn)確性和精確性，必須要根據(jù)實(shí)際情況將利用機(jī)械手段采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，使得工作面地質(zhì)采礦條件的變形參數(shù)可以合理探測(cè)，準(zhǔn)確研究地面移動(dòng)變形規(guī)律。因此，論文主要針對(duì)采煤工作面地表巖移觀測(cè)方法設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析并提出合理化建議。

采煤工作面；地表巖移；觀測(cè)方法

1 引言

隨著科技水平的不斷進(jìn)步，礦區(qū)的挖掘也開(kāi)始應(yīng)用智能化技術(shù)，提升工作效率。目前礦區(qū)因煤炭資源開(kāi)采而產(chǎn)生的地面變形、地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，預(yù)防開(kāi)采沉降引起的地面環(huán)境破壞以及地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)成為了各個(gè)礦區(qū)煤礦工作的重點(diǎn)工作內(nèi)容[1]。因此，論文主要針對(duì)部分工作面地表開(kāi)采沉降觀測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)，逐步獲取采礦區(qū)的工作面地表巖移相關(guān)數(shù)據(jù)，了解地面沉降所發(fā)生的時(shí)間和空間信息，在特定的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模型的測(cè)定以及驗(yàn)證，為后續(xù)的工作面開(kāi)采提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2 地面變形觀測(cè)內(nèi)容分析

2.1 煤礦觀測(cè)線概括

由于所研究的煤礦并沒(méi)有在開(kāi)采過(guò)程中對(duì)地面沉降的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，因此所研究的煤礦地面變形觀測(cè)線的設(shè)計(jì)參數(shù)可以選用同礦區(qū)地質(zhì)、水文以及地形等條件相類(lèi)似的礦井的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和計(jì)算。根據(jù)所收集到的參數(shù)，結(jié)合國(guó)家所出臺(tái)的相應(yīng)規(guī)定，可以計(jì)算出部分基巖移動(dòng)角約為73°，層積巖移動(dòng)角為55°，煤層傾角為10°，最大下沉角為47°。從所獲取的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可知，地面變形觀測(cè)線可以設(shè)置為直線，使其與煤層垂直分布或平行分布。地面變形觀測(cè)線一般可設(shè)置兩條，分別為觀測(cè)線和傾斜觀測(cè)線，將其放置于移動(dòng)盆地的阻斷層，選擇地面裂縫和地面塌陷的重點(diǎn)區(qū)域，利用觀測(cè)線進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。在相應(yīng)的地面變形觀測(cè)中，必須要利用剖面線狀的觀測(cè)位置界定可適用的方法，保證觀測(cè)線設(shè)置于移動(dòng)盆地的走向，確保其在主端面上，了解傾斜阻斷面上的最大下沉角，判斷所在對(duì)面的位置就是觀測(cè)線的位置（如圖1所示）。

圖1 走向觀測(cè)線定位示意圖

2.2 觀測(cè)注意事項(xiàng)

在采煤工作面地表巖移觀察時(shí)，必須要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)預(yù)計(jì)的工作面進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，在觀測(cè)線上使其與水平面夾角呈現(xiàn)一定度數(shù)，讓觀測(cè)線與基巖和松散巖交接面相交，實(shí)現(xiàn)相關(guān)測(cè)量角度精確化。地面變形觀測(cè)線的觀測(cè)點(diǎn)必須要具備一定的密度，且需要根據(jù)開(kāi)采深度和設(shè)定位置來(lái)確定目標(biāo)，保證地面變形觀測(cè)線上的測(cè)定數(shù)目和密度可以準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)，了解變形的地下開(kāi)采深度，以國(guó)家出臺(tái)的相關(guān)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)地形、地質(zhì)、水文條件等開(kāi)采情況的全面分析。根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)測(cè)定，在坡度大于20°的山地，開(kāi)采深度需要大于300m，這點(diǎn)密度可放寬至40～50m，這樣就能確保傾斜觀測(cè)線的走向和位置，實(shí)現(xiàn)多層次下觀測(cè)線長(zhǎng)度的合理界定，但與此同時(shí)必須要預(yù)先做好一定的事先埋石工作[2]。

3 地表巖層觀測(cè)

3.1 基礎(chǔ)觀測(cè)要求

本次設(shè)定的觀測(cè)區(qū)域位于平原區(qū)，地形起伏小，地面變形觀測(cè)線的平面觀測(cè)可以采用全站儀測(cè)平面的測(cè)量方法，且利用水準(zhǔn)儀測(cè)量所研究礦區(qū)的高度。在埋石工作結(jié)束后，必須要等埋石沉降穩(wěn)定后才能夠進(jìn)行測(cè)量，這樣可以降低地表層的再次位移。為了進(jìn)一步的降低誤差，提高觀測(cè)的準(zhǔn)確性，必須要采用固定化礦區(qū)的測(cè)量方式和測(cè)量體系，使每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都能利用全站儀標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。利用相同的機(jī)器和設(shè)備使得每一次的測(cè)量都一致的起始點(diǎn)和閉合點(diǎn)，且每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都盡可能的采用相同的儀器和人員，確保操作流程的統(tǒng)一化。為了進(jìn)一步的確保所獲得的觀測(cè)資料的準(zhǔn)確性和可比性，必須要使得每個(gè)觀測(cè)地區(qū)的觀測(cè)點(diǎn)，盡可能在統(tǒng)一的時(shí)間內(nèi)完成，尤其是比較活躍的地表層面。不僅如此，由于地面變形觀測(cè)中必須要記錄和描述地面的裂縫位置、寬度以及形態(tài)，對(duì)此必須要根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)地做好平面設(shè)計(jì)圖的測(cè)量，做好計(jì)量準(zhǔn)備工作，根據(jù)工作面開(kāi)采位置測(cè)出實(shí)際的厚度，實(shí)現(xiàn)地表、水文、地質(zhì)、速度等相應(yīng)情況的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化采集，把控制點(diǎn)設(shè)定在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求下，實(shí)現(xiàn)多種測(cè)量體系的完善[3]。

3.2 初始觀測(cè)內(nèi)容

在控制點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，必須要根據(jù)實(shí)際情況將控制點(diǎn)設(shè)定在一個(gè)比較顯眼且具有參考性的位置，保證測(cè)試點(diǎn)可以在埋石沉降前就進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)定，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的合理采集。在獨(dú)立進(jìn)行的兩次核算和數(shù)據(jù)采集觀測(cè)中，工作人員可以根據(jù)所計(jì)算出的結(jié)果利用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)性的處理，做好動(dòng)態(tài)的可適用性的預(yù)測(cè)結(jié)果，使得我們認(rèn)知到不同觀測(cè)點(diǎn)的同一個(gè)位置的高度差在10mm，長(zhǎng)度小于4mm 的位置時(shí)所運(yùn)行的距離和方向的最佳性，從而保證后續(xù)在其他煤礦地區(qū)的數(shù)據(jù)采集也能按照這種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，積累對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。因此，可以將其平均值作為觀測(cè)點(diǎn)上的各測(cè)點(diǎn)的臨時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，保證實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)繪制到相應(yīng)的平面設(shè)計(jì)圖紙上[4]。

3.3 綜合觀測(cè)內(nèi)容

全面觀測(cè)的內(nèi)容包括觀測(cè)點(diǎn)上各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的平面位移和高度沉降量。在開(kāi)始觀測(cè)之后，必須要記錄初始數(shù)據(jù)，且定期或者不定期的進(jìn)行日常觀測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)觀測(cè)點(diǎn)的下沉量達(dá)到10 mm，這表明地表已經(jīng)開(kāi)始變形，持續(xù)進(jìn)入了地表移動(dòng)的初始期，因此，必須要在地表累計(jì)下沉60～100mm 后進(jìn)行首次全面觀測(cè)。當(dāng)?shù)乇硐陆盗看笥?0mm 之后，表明其已經(jīng)進(jìn)入地表移動(dòng)的活躍期，在地表移動(dòng)的活躍期進(jìn)行巡視時(shí)，必須要增加次數(shù)和頻率，按照開(kāi)采進(jìn)度將觀測(cè)頻次增加到4以上，這樣才能夠了解到整體的地表變動(dòng)情況。如果后續(xù)的地表的沉降量小于50mm，那么說(shuō)明該層級(jí)的地表已經(jīng)進(jìn)入到移動(dòng)的衰減區(qū)，在衰減區(qū)6 個(gè)月以內(nèi)，沉降量小于30mm說(shuō)明地表穩(wěn)定化，此時(shí)就可以進(jìn)行最后一次全面觀測(cè)，保證和綜合各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在完成所有步驟之后，還必須要定期進(jìn)行全面巡測(cè)和觀測(cè)，確定該地區(qū)層級(jí)地表的穩(wěn)定狀態(tài)，及時(shí)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行核定[5]。

3.4 日常觀測(cè)內(nèi)容

在所選區(qū)域的數(shù)據(jù)測(cè)量中，預(yù)期該地表會(huì)下降到某一個(gè)位置區(qū)間，但是由于過(guò)程比較緩慢，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)，才能夠了解整個(gè)地表的移動(dòng)變化情況。對(duì)此，必須要在該期間進(jìn)行日常的觀測(cè)，而不是僅僅做好周期性的高程觀測(cè)。一旦判定地表已經(jīng)開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，可利用智能化的數(shù)據(jù)采集機(jī)器對(duì)相關(guān)的地表層樣本進(jìn)行繪測(cè)，在預(yù)計(jì)可能首先移動(dòng)的地區(qū)進(jìn)行測(cè)量地表的相關(guān)數(shù)據(jù)以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)項(xiàng)日常比對(duì)，如果發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的地表層累計(jì)下降到10mm 之后，可以判定已經(jīng)往該方向移動(dòng)。在地表移動(dòng)的初始期、活躍期和衰退期中，日常觀測(cè)的頻率為3 個(gè)月左右觀測(cè)一次，以觀測(cè)人員的具體時(shí)間核準(zhǔn)；在地表活躍期則需要增強(qiáng)觀測(cè)頻率，在1 個(gè)月觀測(cè)一次，增加觀測(cè)頻率并將相關(guān)的數(shù)據(jù)采集下來(lái)，輸入于互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)中。觀測(cè)過(guò)程從移動(dòng)到結(jié)束必須要經(jīng)過(guò)多個(gè)階段，地表移動(dòng)穩(wěn)定后可以將所獲取的多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多樣化處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的合理應(yīng)用。故在觀測(cè)過(guò)程中，必須要從選定該區(qū)域做好數(shù)據(jù)的測(cè)量存儲(chǔ)，謹(jǐn)慎推斷并細(xì)心分析，降低實(shí)際工作量[6]。

4 地面沉降判定結(jié)論

根據(jù)工作面所觀測(cè)到的數(shù)據(jù)和已有的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，工作人員對(duì)工作面的實(shí)際情況已經(jīng)開(kāi)始有大致的了解，但是由于不同地區(qū)的煤礦情況不一致，采煤使用方法也不同，因此，必須要結(jié)合區(qū)域的地質(zhì)、地形以及水文等進(jìn)行綜合分析，從而界定對(duì)應(yīng)的地面沉降判定結(jié)論。論文主要從以下幾個(gè)層次進(jìn)行分析。

（1）地表移動(dòng)盆地的位置、大小和范圍一般是根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行反向推測(cè)，從而了解盆地的基本信息核算，確定盆地移動(dòng)的方向。在最大成像值的分布情況中，以觀測(cè)點(diǎn)的位移開(kāi)始數(shù)據(jù)到位移結(jié)束數(shù)據(jù)綜合評(píng)定，做好不同時(shí)期的圖像繪制，并在圖像周邊做好詳細(xì)的備注記錄，雖然由于不同時(shí)期的沉降量的變動(dòng)會(huì)出現(xiàn)上下起伏不定狀態(tài)，但這屬于正常現(xiàn)象。其中阻斷面上的最大沉降量和工作面上的最大沉降值必須要將其控制在設(shè)定區(qū)間內(nèi)，以該地區(qū)的地質(zhì)情況做好針對(duì)性的完善和改進(jìn)處理。

（2）地表移動(dòng)的具體位置在阻斷面上的移動(dòng)和變形分布情況一般是通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)在阻斷面上的沉降量和方向進(jìn)行核定，對(duì)此，必須要了解阻斷面上的各種變形規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析，建立起獨(dú)立的互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)模型，通過(guò)大數(shù)據(jù)模擬的方式，預(yù)測(cè)該地區(qū)的下一次沉降位置和方向。在進(jìn)行預(yù)判時(shí)可以首先將自己的猜想進(jìn)行標(biāo)注，一旦準(zhǔn)確可以將這種方法應(yīng)用于其他煤礦區(qū)。

（3）在工作面采煤成像中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)所取參數(shù)都必須要以每一次的測(cè)量?jī)x器獲取的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為主，利用計(jì)算軟件、模擬軟件等將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在最后出具可行性報(bào)告，使其可以符合地質(zhì)局所出臺(tái)的政策。不僅如此，必須要根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容總結(jié)出地表各個(gè)移動(dòng)階段的持續(xù)時(shí)間以及位移情況，了解其出現(xiàn)地面變形的因素，及時(shí)制定對(duì)應(yīng)的方案，為后續(xù)的準(zhǔn)備工作處理做出改進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段國(guó)家越來(lái)越重視采煤工作面地表巖移觀測(cè)方法的研究。為了進(jìn)一步的保證觀測(cè)方法的準(zhǔn)確性和精確性，必須要根據(jù)實(shí)際情況采用高級(jí)的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)定，利用智能化設(shè)備對(duì)地表巖層的移動(dòng)觀測(cè)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和觀測(cè)，繪制相應(yīng)的平面數(shù)據(jù)圖，做好記錄，根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)研制出地表移動(dòng)規(guī)律，為采煤和征地賠償工作提供依據(jù)。了解該地區(qū)采煤工作的成本支出與利益比對(duì)情況，進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)以及土地復(fù)墾，挖掘礦井的生產(chǎn)潛力，為后續(xù)的礦井可持續(xù)性發(fā)展奠定基礎(chǔ)。