采区保护煤柱的调整对村庄的影响分析

孙宏志　张海涛

摘要：为了准确地确定工作测点在地表移动开始前的空间位置，在联测之后，地表开始移动之前，进行全面观测。内容包括：测定各测点的平面位置和工程，各测点间的距离，各测点偏离观测方向的距离，记录地表原有的破坏状况，并作出素描。文章对采区保护煤柱的调整对村庄的影响进行了分析。

关键词：全面观测；GPS控制网；高程联测；采区保护煤柱；地表移动 文献标识码：A

中图分类号：TD322 文章编号：1009-2374（2015）30-0145-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.075

1 平面坐标的联测

在井下未采动（或观测点未受采动影响前），为了确定观测站与开采工作面之间的相互位置关系，首选需要测定各控制点的坐标。本次控制测量采用卫星定位技术（GPS）进行观测，本次测量E级GPS控制网联测了I37和I40两个高级控制点。

1.1 选点及埋石

GPS点位均按下列要求进行选择及埋设：（1）点位的基础应坚实稳定，易于长期保存，并应利于安全作业；（2）点位应便于安置设备和操作，视野开阔，便于发展下一级控制网；（3）点位应远离大功率无线发射电源（电视台、微波站等），其距离不得小于200m，并应远离高压输电线路，其距离不得小于50m；（4）位于软质地面上的点位，埋设15cm（顶面变长）×20cm（底面边长）×50cm（高）的预制水泥桩，水泥桩的顶面中心设有直径为1cm的钢筋，钢筋的中心钳镶有1mm铜芯（或刻上十字花）作为对点标志，埋设时水泥桩周围的填充层必须夯实，并使其顶面与地面基本平齐。

1.2 野外观测

实测时采用美国天宝厂生产的trimber4700双频GPS接收机进行测量，其限差要求见表1：

为了采集到高质量的GPS数据，在GPS网测量过程中，严格按照以下八点实施：（1）采用静态相对定位模式；（2）作业组严格按照编制好的观测计划表进行作业调度，使用四台trimble1700双频接收机，仪器标称精度为±（5mm+1ppm×D），在作业过程中，对不合理的计划进行了调整；（3）基线每个时段观测时间≥60分钟，有效观测卫星数≥4，平均重复设计站数≥1.6，卫星几何强度<6，卫星高度角≥15°；（4）天线架设高度距地面不小于1m，严格整平对中天线，天线高的测量在观测前后各进行一次，测量值互差不大于3mm，取平均值作为最后天线高；（5）观测进行时，不能有强电磁波或强震动的影响（手机、对讲机或强噪音），作业所用汽车应停放在离天线50m以外的地方或停放在低于天线的地方，避免多路径效应或汽车内收音机等的电磁波对观测结果的影响；（6）观测过程中，在遇到异常情况导致接收机关闭时，及时通知相应各站，并重新观测该时段；（7）在每个测站上都记录测站名、天线高、观测月日、观察者姓名、接收机和天线序号、开始观测以及接受测量的时间等内容，测量手薄在现场暗作业完成记录；（8）每天观测接受后，及时将数据转存到计算机硬、软盘上，并对数据进行预处理，对数据质量进行初步评定，以此对第二天的工作计划进行合理的安排和调整，并确保观测数据不丢失。

GPS数据处理之前，仔细整理外业记录手薄，按照观察者初始信息如点名、时段号、观测时间、布网情况定，分别对测区的观测记录连续编印页码并装订成册；其他记录亦分别装订成册，以备数据处理之用。

1.3 数据处理

第一，E级GPS控制网的验算和平差计算均使用利普GPS定位软件；Lip3.3在微机上进行。外业观测数据按《GPS规程》要求的项目进行全面检查，各项检核的限差如下：（1）同步环全长相对闭合差的限差≤10ppm；（2）异步环全长相对闭合差的限差ω≤2×δ（mm）；（3）复测基线长度较差的限差ωds≤2δ（mm），式中δ=（d为平均边长，单位：km，n为独立环中的边数）。

第二，平差计算首选在“WGS-84坐标系”内进行无约束平差，然后在“1954年北京坐标系”内进行二维的约束平差，控制网采用选定的两个点进行平面约束，其精度符号规范要求。

第三，控制精度。（1）基线项目：9，平均边长：760.152m；（2）最长基线边长：1095.41m；（3）最短基线边长：88.322m；（4）最弱点位中误差：0.004m；（5）最弱边相对中误差：1/588950。

2 高程联测

由矿区已知点到观测站高程控制点之间的水准测量，水准测量的精度不低于三等水准测量的要求。

2.1 三等水准网的布设

起始点为I37点，网中联测了所有的GPS控制点，组成了1个附合水准线路。

2.2 三等水准网的观测

使用日本Topcon厂生产DL-101C电子水准仪及条码水准尺双程观测。观测顺序为后后前前，视距长度和施测精度均符合规范要求，见表2：

3 全面观测

为了准确地确定工作测点在地表移动开始前的空间位置，在联测之后，地表开始移动之前，进行全面观测。内容包括：测定各测点的平面位置和工程，各测点间的距离，各测点偏离观测方向的距离，记录地表原有的破坏状况，并作出素描。采动前的全面观测，是为了测定各观测点的原始位置，作为今后点位移动的参照。由于各条观测线的控制点分别独立进行两次全面观测，其时间间隔不超过为3天，两次观测的结果进行比较，取其平均值作为观测站的原始数据。在地表移动变形期间进行了5次全面观测。

工程测量：首选确认观测站控制点没有碰动，在其观测值没有变化的前提下，直接从观测站开始进行水准测量。高程测量使用日本Topcon厂生产DL-101C电子水准仪及条码水准尺双程观测。水准测量均符合到各端的控制点上构成水准网，利用程序进行水准网平差。

平面位置的测量：水平角观测及距离测量按I级导线规范要求，采用日本Nikon生产的DTM830观测两个测回，允许闭合差±10。边长观测均观测三次，其先为：每次测量结果较差不大于3mm。往返观测同一边长，其水平距离互差，不得大于1/10000。测距的同时测定气压及温度。

实测数据表明，在开采沉陷过程中，沙土层因地下水位下降会产生附加的地表沉降变形。在地下水位降深较大及存在建筑物荷载作用的区域，这种附加变形将进一步加剧采动建筑物的破坏程度。并且松散层厚度占采深比例愈大，基岩所承受荷载越重，进而缩小了岩层的离层及膨胀系数，加大了地表的下沉。而厚松散层的下沉机理不同于基岩的下沉，主要是饱和沙土体在开采沉陷的固结变形作用引起的。

通过分析可知，松散层除随着基岩的移动而移动，另外，由于松散层的流变和蠕变特性，本身也以流动的形式充填基岩下沉空间，因此倾角及松散厚度的对水平移动系数均较有较大影响。在煤层倾角不大的情况下，应着重考虑松散层厚度的影响。

参考文献

[1] 瞿群迪，姚强岭，李学华，荣同义.充填开采控制地表沉陷的关键因素分析[J].采矿与安全工程学报，2010，（4）.

[2] 赵建红，郭志磊.地表移动观测站设计[J].煤炭技术，2010，（4）.

[3] 刘建功，赵庆彪.邢台矿建筑物下综合机械化固体充填采煤技术[J].煤炭科学技术，2010，（3）.

作者简介：孙宏志（1977-），男，济宁市金桥煤矿工程师，硕士，研究方向：生产调度。

（责任编辑：蒋建华）endprint