马都
国电建投内蒙古能源有限公司 内蒙古鄂尔多斯 017209
摘要：煤炭开采会导致地表沉陷，而建立地表移动观测站能够有效获取地表移动的规律，在进行矿区总体规划、环境评价和矿井设计时提供评价依据，对安全合理的留设保安煤柱提供技术参数，也可对安全合理开采保安煤柱提供理论依据。本文就国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿31303工作面地表移动观测站的设计要点和步骤，通过运用概率积分法对地表移动工作进行深入探讨和研究，希望给相关领域工作者提供参考和帮助。
关键词：煤矿地表移动；观测站；设计
设计地表移动观测站是为了掌握煤矿开采地表移动规律，为后续煤矿开采作业相关技术设计提高必要的参考依据。由于煤矿开采地表移动是一种十分复杂，且受影响因素较多的过程，必须进行实地测量才能尽可能掌握其运动规律。而地表移动观测站便是通过一系列相互关联的观测点来获取地表移动相关参数，掌握其规律。
一、地质条件
国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿初期设计生产能力为1000万t/a，31303工作面为察哈素煤矿开采的第一水平第二个工作面，工作面长度4227.92m，宽300.58m。煤岩组份以暗煤为主，亮煤次之，含少量丝炭及黄铁矿结核，沥青光泽，条带状结构，块状构造，参差状断口，煤层倾角总体变化较小，局部有波状起伏，煤层走向165°，倾向255°，倾角为1～3°。煤层结构较复杂。煤层底部含0～2层，厚0～0.20m的夹矸，夹矸岩性为砂质泥岩、泥岩。
二、工作面观测站设计
察哈素煤矿31303工作面观测站的设计包括观测线的位置及长度的设计、测点和控制点的密度、编号、布设方式等，地表移动观测站由一条全走向观测线，一条全倾斜观测线组成。
2.1观测站设计采用的开采沉陷参数
设计察哈素煤矿工作面地表移动观测站时，取用综合开采沉陷参数为: 走向移动角：δ=72°；上山移动角：γ=65°；下山移动角：β=72°；最大下沉角：θ=90°-0.5α；松散层移动角：φ=45°；煤层移动角修正值：Δγ=Δδ=Δβ=20°；煤层倾角：α=1°～3°
2.2走向观测线
走向观测线是指经过倾向主断面最大下沉点，沿工作面走向剖面线和地面相交的直线，两端点位置由移动角值确定。
2.3倾向观测线
倾向观测线是指和走向观测线垂直，在走向主断面图上，自开切眼用δ、Δδ及φ角确定地表点，倾向线必须在工作面推进方向上超过E点的位置。
2.4观测线长度
观测线的长度应保证两端（半条观测线时为一端）超出采动影响范围，以便建立观测线控制点和测定采动影响边界。设站时移动盆地边界是根据地质采矿条件类似的其它矿区的沉陷参数类比确定的。
设置走向观测线的具体做法：自开切眼向工作面推进方向，以角值δ－Δδ划线与基岩和松散层交接面相交，再从交点以φ角划线与地表相交于E点。E点便是不受邻区开采影响的点。在工作面停采线处，向工作面外侧用δ－Δδ角划线与基岩和松散层的交接面相交于一点，再从此交点用φ角划线交地表于点F。在FE方向上设走向观测线。要求走向观测线和倾斜观测线垂直、相交，并稍微超过交点一段距离（约2至3个测点间距）得G点（G点不得超过E点），FG便是走向观测线的工作长度。如果有条件，也可设一条走向观测线，其长度HF按下式计算：
式中h—表土层厚度，10m；
H0—采深，420m；
L—工作面走向长度，4000m。
倾斜观测的长度是在移动盆地主断面上确定的。具体办法是：自采区的上、下边界分别以γ-Δγ和β-Δβ划线与基岩和松散层交接相交，再从交点以φ角划线交于地表A、B点，AB即为倾斜观测线的工作长度。AB段的长度可按下式计算：
2.5观测线数目及间距
观测线上的测点数目及其间距，主要取决于开采深度和设站的目的。在采动过程中，定期观测这些测点的空间位置，以反映地表点的移动情况。
2.6控制点
在观测线工作长度以外设置观测站控制点，控制点应埋设在观测线的两端，每端不得少于两个。工作测点的外端点至控制点的距离及控制点间的距离为50～100m。布设在不易移动破坏的地点，组内各点都能相互通视。
三、概率积分法预计31303工作面开采沉陷
3.1概率积分法预计31301工作面地表沉陷过程
采用概率积分法计算机程序进行地表移动与变形计算，计算在计算机上进行，计算机程序以及前后处理系统通过项目总结鉴定，具有多年的实践验证，计算主要步骤：
1、首先向计算机输入开采区域位置、范围以及采矿要素即煤层厚度、倾角、采深等，并在屏幕上构画出矿区统一坐标系中的地面主要地物、村庄等。
2、输入岩移参数、计算格网点、线剖分要求、计算结果数据要求等内容。
3、run运行主体计算程序。
4、通过接口把计算结果作为输入文件，运行相应绘图程序。
3.2概率积分法预计31303工作面地表沉陷结果
为检验计算参数的正确性，利用概率积分法进行地表移动变形计算，并与相应时期的观测结果进行拟合比较，从对实测结果进行的拟合计算中，可明显地看到，地表测点下沉观测结果和水平移动观测结果，均与其相应的计算结果相吻合，曲线拟合精度高，说明求得的计算参数符合实际。
31303工作面地表岩移观测从开采至停采，对走向线和倾向线进行了测量。每次观测结束，根据《煤矿测量规程》的有关规定，进行各种改正数的计算和平差计算，确保观测成果的正确性，并计算观测线各测点间的移动和变形量。根据走向观测线N测量数据计算，得到走向主断面边界角和移动角值：停采线一侧，边界角δ0=68.2°，移动角δ=73.1°。根据倾向观测线Q测量数据计算，得到倾向主断面边界角和移动角值：上山一侧，边界角γ0=71°，移动角γ=72.6°；下山一侧，边界角β0=52°，移动角β=68.9°。
3.3通过概率积分法对31303工作面的地表沉陷进行预计
预计结果与实测结果基本相符，说明31303工作面地表沉陷的实测数据准确，特征参数的计算结果可靠。
四、结论
综上所述，做好地表移动观测站对煤矿地表移动规律的掌握有着十分重要的意义。通过移动观测站设计，在煤矿变形区域设置一个地面控制网，进行定期检测，能够准确获取地表移动的相关参数。通过掌握地表移动的规律，进而为下一步煤矿安全开采提供准确的参考依据。
参考文献：
[1]申小龙，纪平，杜猛.煤矿邻近工作面地表移动观测站的设计与测量方法[J].中国煤炭地质，2015，27（12）
[2]尹晓会，贾昌萍.矿井地表移动观测站设计及地表移动变形规律研究[J].内蒙古煤炭经济，2017（13）
论文作者:马都
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/7
标签：地表论文; 工作面论文; 观测站论文; 走向论文; 煤矿论文; 煤层论文; 长度论文; 《建筑模拟》2018年第1期论文;