1 观测线布设
1.1 观测路线设计
1.1.1 点位路线设计原则
1) 监测地表移动的点位设在主要开采区域面上, 能够敏感反映地表移动变化;
2) 埋设点位的地方, 在每一次观测时不能收到别的区域影响;
3) 测量点位路线应覆盖整个区域, 并且部分单位位于变形区外;
4) 测量点位埋设多少, 应根据地下煤矿开采的进度及埋深确定。
1.1.2 观测站的布设形式
选择较好的布网形式是科学反映煤矿开采曲线的基础, 我国普遍采用剖面线的方法。由互相垂直的煤层走向、倾向两个方向路线组成。
1.1.3 测点数目、密度和坐标
《煤矿测量规程》给出的测点间距与开采深度的关系。依据建议值和矿区实际情况, 本次设计点间距取20米综上所述, 观测线A设计总长度为1900米, 点间距20米, 测点数90个;观测线B设计总长度为1625米, 点间距20米, 测点数75个, 共设计布设165个观测点。布设形状如图1:
2 观测和数据处理
煤层上部沉降观测工作分为:定位测量、水准测量等。高程计算按照三等水准测量的规范, 布设成水准网的形式, 采用条件平差将关键节点的高程求出, 再按照距离成正比计算出所有观测点高程。
2.1 数据测量
2.1.1 连接测量
本次E级GPS控制测量, 坐标系采用北京54坐标系。以三台华测X90双频GPS接收机和2台华测X20单频接收机采用网连式结构进行观测。共实测GPS控制点12个, 其中已知点2个, 未知点10个 (如图2GPS观测布网结构图) 。
经软件解算, 获基线向量50条, 其中重复基线边11条。三边形闭合环总数178个, 其中, 同步环50个, 异步环128个。
基线处理:根据自动处理基线向量结果检查基线向量方差比 (Ratio) 、均方根误差 (rms) 。经统计, 最大方差比为99.9, 最小方差比为6.26, 最大基线均方根差为:0.012m, 最小基线均方根差为:0.003m, 基线相对中误差1/54855~1/381402。所有基线均符合规范要求, 没有剔除。
2.1.2 全面观测及水准测量
全面观测即同时观测平面位置及高程, 不但可以检验埋设桩位稳定性, 也可以同时检验模型稳定性;水准测量则是单独进行高程测量, 以检验各观测点相对控制点的沉降变化
2.2.1K水A4准网的条件平差
1) 根据平差问题, 列出方程, 个数为多余观测数;
2) 根据条件式系数, 闭合差、观测值求协因数阵, 组法方程;
3) 解算法方程, 求出联系数K值;
4) 将K代入改正数方程V=Q AT K中, 求出V值, 再求出平差值。
经过上述的计算, 就可以以此计算出各个观测点的高程值, 然后经过与往次的高程数据进行比较就可以监测地面下沉的规律。
2.3 地表下沉分析
2.3.1 地表沉降规律
图3为上山观测线, 地表下沉最大点为C4点, 为986mm。因此, 本研究所设计的走线观测线不在走向主断面上, 而是位于下顺槽内约18m处。
2.3.2 下沉曲线分析
图3为观测线上地表动态下沉曲线, 由观测数据可知设计的走向观测线不在地表下沉盆地的主断面上, 上山观测线也不在地表下沉盆地的主断面上。为了方便数据分析, 根据开采区上部任意位置的沉降与煤矿开采路线方向上地表沉降关系, 将地表下沉换算到主断面, 如图4为煤矿开采主方向地表沉降动态曲线。
3 结论
3.1 插值结果
为了方便分析地表下沉的边界以及其它地表移动变形情况, 现将地表终态下沉曲线进行插值拟合。
走向主断面上地表下沉为10mm的点位于开切眼外侧274m处, 可得走向松散层和基岩综合边界角为65°。
式中:k——系数, 一般取2~3;
——沿倾向和走向的充分采动程度系数。其值可按下式进行计算;
式中, D1, D2为采空区倾向、走向长度, D01, D02为地表充分采动时采空区相应的临界长度。当倾向、走向的充分采动程度系数n1, n2同时大于1时, 地表达到充分采动, 计算时取, n1=1, n2=2, 否则为非充分采动。可得该地质采矿条件下地表下沉系数为0.67, 可为变形预测提供较好模型参数。
3.2 研究结果
本项研究旨在解决神火集团泉店煤矿开采进度与地表移动规律, 从而更加高效、安全的指导工作开展。从上述结果分析可以看到, 插值分析模型基本符合现场沉降情况, 可以达到指导生产的要求。而本项目采用Excell的传统功能实现了数据计算, origin绘图软件实现制图, 从成本节约上也更为合理。这表明, 对于小型测绘项目完全可以依靠已经成熟的技术及软件, 以较小成本满足工程建设需要。
摘要：神火集团泉店煤矿位于禹州市东部和许昌市之间, 是一个设计年产量120万吨的大型煤矿, 主采二1煤层。二1煤层层位稳定, 结构简单, 为全区可采厚煤层, 煤层平均厚度为5.88米。然而, 在其井田地表分布着许多大大小小的村庄、乡镇企业, 以及铁路、公路等交通设施, 这些建筑物、设施压占了大量的煤炭资源。为了在充分挖掘这些资源的同时做到对周边环境的实时监测, 指导掘进方向及速度, 有效提高作业效率, 本文采用了经典平差方法中的水准网条件平差, 利用Excell编程实现了该采矿区地表沉降分析的目的, 对工程开展具有较好的指导意义。
关键词：地表沉降,测线布置,水准网,条件平差,监测
参考文献
[1] 郭增长, 柴华彬.煤矿开采沉陷学[M].煤炭工业出版社, 2013:1-50.
[2] 何国清, 等.矿山开采沉陷学[M].中国矿业大学出版社, 1994:1-60.
[3] 耿立明.水准网按条件平差及Excel在平差计算中的应用[J].城市建设理论研究:电子版, 2016 (10) .
[4] 王倩倩.矿井开采地表沉降观测[J].科技研究, 2014.
[5] 王金玲.测量学基础[M].中国电力出版社, 2007:1-45.