煤矿开采与损害课件ch3.ppt

1、河南理工大学 精品课程教学组,开采损害与保护,3-1 概述,3-2 地表移动观测站设计,3-2 地表移动观测站的观测工作,第三章 地表移动和变形观测,授 课 提 纲,一、地表移动和变形观测的基本概念,二、观测站设置地点的选择（重点）,一、观测站设计的原则及内容（重点）,二、剖面线状观测站的设计方法（重点与难点）,一、连接测量,二、全面观测（重点）,三、日常观测工作,3-1 概述,目的：为了保护地表各种重要的建（构）筑物，使它们不受或少受开采的有害影响，为“三下”开采打下坚实的基础。 任务：地表移动的过程十分复杂，它是许多地质采矿因素综合影响的结果。目前，研究地表移动的主要方法是实地观测。通过观

2、测获得大量的实测资料，然后对这些实测资料进行综合分析，找出各种地质采矿因素对地表移动的影响规律，,(一) 目的和任务,一、地表移动和变形观测的基本概念,观测站（Observation Station），是指在开采进行之前，在开采影响范围内的地表，按照一定要求设置的一系列互相联系的观测点，称为工作测点（监测点）。在采动过程中它们和地表一起移动，从而反映地表的移动状态。通过定期地对这些观测点进行监测，确定其空间位置及其相对位置的变化，从而掌握地表移动变形规律。,(二)观测站概念,1按照观测站设置的地点 （1）地表移动观测站 地表移动观测站（Ground Movement Observation S

3、tation）是为了研究地表移动和变形的规律，在开采影响范围内的地表上所布设的观测站。 （2）专门观测站 专门观测站（Special Observation Station）是为了特定的目的所设立的观测站，如建筑物观测站、铁路观测站、边坡移动观测站等。,(三)观测站的分类,2按照观测的时间 （1）普通观测站 普通观测站（Ordinary Observation Station），观测时间较长（一般一年以上），它是从地表移动的开始到结束的整个过程中定期进行观测，主要为了研究地表移动和变形的规律。 （2）短期观测站 短期观测站（Short-term Observation Station），观测时

4、间较短（一般几个月到一年），它是在地表移动过程中的某个阶段进行观测。主要是为了求出一些近似的移动参数，如最大下沉速度、走向移动角等。短期观测站只是在急需开采沉陷资料的情况下才采用。,（三）观测站的分类,3按布站的形式 （1）网状观测站 网状观测站（Reticular Observation Station）是在产状复杂的矿层或在建筑物密集的地区开采时，将测点组成网格状观测站。优点：网状观测站可以对整个采动影响范围进行观测，所得资料比较全面、准确。缺点：测点数目较多，野外观测、内业成果处理工作量大，且受地形、地物条件的限制，所以只在研究专门问题时才采用。,（三）观测站的分类,3按布站的形式 （2

5、）剖面线观测站 剖面线观测站（Sectional Line Observation）是目前各矿区用得较多的一种布站形式。它是在沿移动盆地主断面的方向上，将观测点布设成直线的观测站。通常由两条互相垂直且相交的观测线所组成。其中，沿走向主断面布设的观测线称为走向观测线，沿倾斜主断面布设观测线称为倾向观测线。,（三）观测站的分类,按布站的形式进行观测站布设示意图,（三）观测站的分类,剖面线状观测站及其布置形式,1.应遵循从简单到复杂、从单一煤层、单一工作面、地质构造简单的条件下设置观测站；然后再进行多工作面、重复开采、有地质构造破坏及煤层产状变化大等条件下设置观测站。进而不断积累资料，深化对地表移动

6、变形规律的认识。 2.观测站设站地点取决于设站的目的。比如若是水下采煤问题，就要适时的观测两带（冒落带、裂缝带）高度；如要解决地表沉陷的防护问题（如“三下”采煤），除必须掌握开采沉陷规律外，还应掌握建（构）筑物变形与地表移动变形的关系。 所以，观测站设站地点的选择十分重要。,二、观测站设置地点的选择,3-2 地表移动观测站设计,（一）设计原则 为了获得准确、可靠、有代表性的资料： 1观测线应设计在移动盆地的主断面上； 2观测线的长度应大于移动盆地的范围，以便建立观测线控制点和测定采动影响边界； 3观测期间不受临近采区的影响； 4观测线上布置的测点应有一定密度（深度和设站目的而定）；,一、观测站

7、设计的原则及内容,3-2 地表移动观测站设计,（二）观测站设计必备的资料 11：1000或1：2000的井上下对照图和开采计划图，以便确定观测地区井下开采和地面位置的关系。 2设站地区地质和水文资料，包括地形地质图、地质柱状图、煤层赋存条件、覆岩的力学性质、水文条件。 3开采工作面的设计资料，包括巷道布置、采煤方法、顶板管理方法、开采厚度、工作面推进速度、回采时间、周围开采情况等。 4井上下测量资料，控制点的平面坐标和高程。 5矿区已有的岩移资料，如移动角、最大下沉角、充分采动角、松散层移动角等相关参数。,3-2 地表移动观测站设计,（三）设计内容 观测站设计包括编写设计说明书和绘制设计图（平

8、面图和断面图）两部分工作。 1设计说明书的内容 （1）建立观测站的目的和任务； （2）设站地区的地形、地物及地质采矿条件； （3）观测站设计时所用的岩移参数； （4）观测线的位置及长度的确定，监测点及控制点的数目、位置及其编号；,3-2 地表移动观测站设计,（5）工作测点（监测点）和控制点的构造及埋设方法； （6）观测内容及所用仪器，与矿区控制网的连测方法，精度要求，起始数据，定期观测的时间、方法及精度要求； （7）经费估算。包括观测站建站需材料、购地、青苗补偿费、人工等费用的预算； （8）观测成果的整理方法与分析步骤，要获得的成果。,3-2 地表移动观测站设计,2设计图的内容 （1）设站地区

9、的地形、地物、地质构造、煤层产状等； （2）已有的和新设计的采区巷道； （3）现有的和新设计的保护煤柱轮廓； （4）观测线的平面位置，沿观测线的断面图。断面图上应表示出工作测点位置及编号，岩层柱状，地质构造，煤层产状，开采位置等。,（三）设计内容,二、剖面线状观测站的设计方法,A,B,O,(b),R1,H2,H1,R2,R3,-,-,l1,B,A,C,D,(a),R1,1,2,3,4,R2,R3,运 输 平 巷,D1,D2,D3,E,F,G,R4,R6,R5,R7,R8,R9,通风 平 巷,停采线,开切眼,(c),H0,H,-,h,E,G,K,F,R7,R8,R9,l3,-,-,煤层厚度为m，

10、煤层倾角为，工作面下山边界的开采深度为H1，上山边界的开采深度为H2，1-2表示工作面开切限的位置，3-4表示停采线的位置，1-3为运输巷，2-4为通风平巷，假定在3-4以外有足够长的煤柱。,（一）确定倾斜观测线位置 为了使倾斜观测线R1R3不受邻近开采的影响，在走向主断上，R1R3必须设在工作面推进方向上超过E点的位置。即要保证倾斜观测线R1R3到开切眼的距离D1为,(c),H0,-,R9,l,-,-,R8,R7,F,K,E,G,h,H,二、剖面线状观测站的设计方法,（二）确定走向观测线的位置 走向主断面的位置的确定应在倾斜主断面上按最大下沉角来确定。由采空区中心向下山方向偏移一段距离d，即

11、,A,B,O,(b),R1,H2,H1,R2,R3,-,-,l1,二、剖面线状观测站的设计方法,（三）确定倾斜观测线的长度 倾斜观测线的长度是在移动盆地的倾斜主断面上确定，自采区边界以-和-划线与基岩和松散层接触面相交，再以该点以角划线于地表交于A、B两点。倾斜观测线长度AB：,A,B,O,(b),R1,H2,H1,R2,R3,-,-,l1,二、剖面线状观测站的设计方法,（四）走向观测线长度确定 一条走向观测线，其长度HF按下式计算：,(c),H0,-,R9,l3,-,-,R8,R7,F,K,E,G,h,H,二、剖面线状观测站的设计方法,（五）移动角修正值问题 加入移动角修正值的目的是使观测线

12、长度超过盆地边界一段距离。,下山移动角修正值,所使用的倾斜煤层下山移动角的修正值，可根据下表按不同倾角确定（规程） 。,观测站设计中所使用煤层上山和走向移动角的修正值、一般取20（规程）。,（六）测点数目及其密度 观测线上的测点数目及其密度，主要取决于开采深度和设站的目的。为了以等精度求得移动相变形值及其分布规律，一般等间距布设。控制点埋设在观测线的两端，每端不得少于2个。若只在一端设置控制点时，控制点不得少于3个。控制点与最外端监测点的距离为50100m。,二、剖面线状观测站的设计方法,测点密度,在工作面开始回采之前，应将设计好的观测站标定到实地上。利用矿区控制点确定观测线及测点的平面位置。

13、 （1）根据设计图，得到标设参数和L； （2）从矿区控制点T，先标定出观测线上控制点R4，再根据标出倾斜观测线R4R1的方向。 （3）在两观测线交点O处，标出与倾斜观测线垂直的走向观测线R5R6的方向。 （4）从O点开始，根据设计的测点间距，依次标出各测点的平面位置，并对各测点进行编号。 （5） 观测站的控制点和工作测点一般用混凝土灌注，当地表至冻结线下0.5m内有含水层时，采用钢管式测点。,三、观测站的设置（测点标设）,观测站的标定,混凝土桩,钢管式测点,3-3 地表移动观测站的观测工作,地表移动观测是在采动过程中，定期重复地测定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化。观测工作连接测量、全

14、面观测、日常观测工作等。 一、连接测量 1定义 在观测站控制点与矿区控制网之间进行测量，以确定观测站控制点的平面位置和高程。其实质是把观测站和矿区控制网联系起来，以确定井上下对应关系。,3-3 地表移动观测站的观测工作,2时间 在观测点埋好1015天、点位固结之后，在采动前进行。 3连接测量的方法 连接测量需要独立进行两次，测定方法可依据矿区控制网的分布及地形条件分别采用边交会（边、角、边角）、导线测量和水准测量等。 平面连接测量是从已知坐标的控制点（或观测线的交点），按5导线测量的精度进行。 高程连接测量是在矿区水准基点测定观测站控制点的高程，以不低于三等水准测量的精度要求进行。,3-3 地

15、表移动观测站的观测工作,二、全面观测 1全面观测的内容 全面观测（Total Observation）包括各监测点平面位置和高程测量，各测点间的距离测量，以及记录地表的原有的破坏状况，并做出素描。 2全面观测的时间 为了确定原始的观测数据，在采动前进行两次全面测量（两次间隔不超过5天）；为了确定移动稳定后地表各点的空间位置，需要在地表移动稳定之后再进行一次全面测量。地表稳定的条件：6个月观测地表各点的累计下沉小于30mm。,3-3 地表移动观测站的观测工作,3全面观测的方法 （1）高程测量 从观测站控制点开始进行水准测量。如果观测线两端或一端设有控制点，则采取附合、闭合或往返水准测量。施测按三

16、等水准测量精度要求进行，经平差后求得各测点高程。 若两点间地表倾角大于20时，用三角高程测量，以两测回测竖直角，往返高程互差按下式计算：,式中，h往返高程互差，mm； l两点间的水平距离，m。,3-3 地表移动观测站的观测工作,3全面观测的方法 （2）导线测量 1）距离测量（电磁波测距）,各种反射棱镜,电磁波测距仪,光电测距仪是通过测量电磁波在待测距离D上 往、返传播的时间t2D。,精度指标：,3-3 地表移动观测站的观测工作,（2）导线测量 2）角度测量 经纬仪进行角度测量（分光学和电子经纬仪）,南方电子经纬仪,光学经纬仪,索佳电子经纬仪,徕卡电子经纬仪 （瑞士）,3-3 地表移动观测站的观

17、测工作,（2）导线测量 全站仪进行导线测量,南方电子经纬仪,蔡司伺服型全站仪（德）,拓扑康全站仪,徕卡电子经纬仪 （瑞士）,全站仪的主要特点,水平角、垂直角、距离自动显示，自动计算镜站坐标、高程等数据； 数据记录和存储方式多样：内存、PCMCIA卡、串口通讯； 对水平角和垂直角自动进行补偿； 对距离进行气象改正和仪器常数改正；,3-3 地表移动观测站的观测工作,提供丰富的应用程序,例如：坐标放样、导线测量、后方交会、面积计算、悬高测量等； 软件可升级，支持用户开发应用程序； 自动跟踪照准棱镜； 无合作目标测距；,（2）导线测量 全站仪进行导线测量,3-3 地表移动观测站的观测工作,（2）导线测

18、量 导线测量精度指标,导线观测精度指标,3-3 地表移动观测站的观测工作,三、日常观测工作 为判定地表是否已开始移动，在回采工作面推进一定距离（约0.20.5H0）后，每隔几天进行一次水准测量（又称巡视测量或预测），如果发现测点有下沉的趋势，即说明地表已经开始移动。 日常观测工作是首次和末次全面观测之间适当增加的水准测量工作。在移动过程中，要进行日常观测工作，即重复进行水准则量。重复水准测量的时间间隔，视地表下沉的速度而定，一般是每隔13个月观测一次。在移动的活跃阶段，增加水准观测次数。,3-3 地表移动观测站的观测工作,三、日常观测工作 采动过程中的水准测量，可用附合水准或水准支线的往返测量，按四等水准测量的精度要求进行。在采动过程中，不仅要及时地记录和描述地表出现的裂缝，塌陷的形态和时间，还要记载相应工作面位置、采厚、推进速度、顶板陷落情况、煤层产状、地质构造、水文条件等有关情况。 观测站的各项观测，为了保证所获得观测资料的准确性，每次观测应在尽量短的时间内完成，特别是在移动活跃阶段，水准测量必须在一天内完成，并力争做到高程测量和平面测量同时进行。,四、观测中应注意的问题 （1）原始数据不得涂改转抄； （2）字迹清楚，不得连环涂改； （3）项目填写齐全，不得空页、撕页； （4）观测中不得抓、靠脚架； （5）一测回中间，不得整平。,3-3 地