综采工作面地表移动观测技术研究

张海宇

（山西临县华润联盛黄家沟煤业有限公司， 山西 临县 033200）

目前，我国煤矿井下工作面主要采用综采方式开采，在煤层厚度不是很大时，可采用一次采全高的方式，一次采全高具有开采效率高、提高回采率等优势，然而一次采全高开采方法由于采高较大，井下煤体开采后，工作面上覆围岩应力重新分布，造成上覆岩体裂隙发育，有时甚至波及地表[1-3]。因此有必要对地表位移和变形进行监测，地表移动观测站是近年来应用较多的一种地表位移及变形监测手段，在分析地表移动观测站数据的基础上，可以得出煤体开采后地表的移动、破坏规律，为进行矿区的总体规划提供技术依据，同时，也可为井下开采工艺的调整提供资料[4-5]。

1 工程概况

山西临县华润联盛黄家沟煤业1204 综采工作面倾向长668 m，走向宽150 m，平均采深为157 m，该工作面5 号煤层平均厚度4.2 m。采用走向长壁一次采全高综合机械化回采工艺。1204 综采工作面地表位于黄家坡村北部，对应地表为黄家坡农耕道路、耕地。工作面对应地表整体为西北低东南高，工作面上覆盖基岩厚115～200 m。1204 综采工作面对应地表为黄家坡居民用地，无村庄和建筑设施分布，回采期间会出现塌陷、裂缝、山体滑坡、土地沉陷现象。

2 观测方案

2.1 观测站设立原则

由于1204 工作面地表受外界环境因素限制，为获得较好的观测数据，其地表移动观测站的设计应遵循的原则：观测线位置应在地表沉降范围的主要影响线上；观测线在观测期间不受邻近开采的影响；观测线的观测范围应不小于地表沉降区域；观测站测点密度应适当，既保证数据的可靠性，又尽量减少测点成本；观测站的基准点应安置在地表沉降区域影响范围之外，保证其不受井下开采活动的影响。

2.2 观测站基本参数

结合1204 工作面的实际地质条件，并依据观测站的设计基本原则，观测站的参数：观测站角度为Α=45°，β=72°，观测线布置A、B两条，两条观测线的长度均为660 m，观测线总长度1 200 m，A 号观测线的断面图如图1 所示。

图1 观测线断面图

2.3 控制点及工作测点数

根据1204 工作面实际情况，测点间距确定为25 m，控制点间距为4 倍的测点间距，控制点和工作测点的结构形式均为混凝土预制桩，其具体布置参数如下页表1 所示，结构示意图如下页图2。

3 观测工作

3.1 观测内容

3.1.1 连接测量

当观测点完成施工后两周左右后，便可开始进行连接测量，连接测量是指观测站的控制点与矿井测量控制网的连测，通过连接测量，可确定地表观测站主要控制点的具体坐标，从而根据主要控制点的坐标来确定其他点位的坐标。

表1 控制点和工作测点个数 个

图2 测点结构示意图（mm）

3.1.2 全面观测为了数据之间的对比分析，在观测站的点位进行连接测量后，地表还未发生沉降及移动前，应进行两次独立的全面测量，全面测量，主要观测地表移动测站各个点位的搞成和平面位置，测点之间的距离大小，以及受误差影响，测点偏移测线的距离，并对地表的现有情况进行素描记录。为使两次全面测量的数据具有对比性，应在不超过5 d 的时间内完成两次测量工作，且两次测量的数据应满足同一点位的高程差不超过10 mm，同一导线长度差不超过4 mm，取两次观测数据的平均值作为最终数据。

在地表下沉稳定后，也需进行一次全面观测，以标定地表最终位移参数，地表下沉稳定的判断依据是，连续180 d 观测站各测点的累积下降值不超过30 mm。

3.1.3 日常观测

在工作面回采工作过程中，应进行地表移动观测站的日常观测，工作面推进一定的距离后，一般为50 m 左右，便应根据矿井实际地质情况，在可能发生地表沉降的区域选取首批地表沉降观测点，进行观测，若地表发生沉降，则继续进行日常观测工作，观测周期应根据地表沉降的速度来确定，一般地表下沉活动较频繁时两周进行一次观测，当地表下沉活动处于衰退期时观测周期可调整为1 个月左右，观测站的观测程序见表2。

表2 观测站观测程序

3.1.4 地表裂隙调查及井下工作面测量

地表开始沉降后应及时进行地表地貌变化情况的调查和记录，主要是地表裂隙、地面塌陷等，要详细记录裂隙的产状、长度、发育规模等参数，并拍摄现场照片存档，地表发生移动时，也应确定当时井下工作面的推进距离、采高等参数。

3.2 测量仪器的选择

随着科学技术的发展，全站仪已在测量工作中得到了广泛的应用，因此地表移动观测站的平面测量仪器选用全站仪，对于高程测量受地形条件限制仍使用水准仪进行，以上仪器在使用前均应做好标定和校正，且尽量使用同一厂家生产的仪器，来保证数据的对比性。

4 地表沉降图的绘制

将各次的测站观测结果在CAD 软件中绘制成地表沉降曲线图，通过该图可以直观明了的观测到地表沉降变形的过程，其地表沉降的影响范围，绘制地表变形曲线图时应当遵循以下原则：

1）应选择适当的比例尺，以清楚明了的呈现地表下沉，同时该比例尺应尽量同测站布置的比例尺一致。

2）为便于对比分析，应将地表下沉曲线图和观测线断面图绘制在一起，这样便可直接看出井下地质情况对地表沉降的影响。

3）地表下沉曲线的绘制，应在每次观测完成后及时进行，以便充分了解和掌握地表沉降的过程和趋势。

4）绘制曲线时，正值绘制在水平线上侧，负值绘制在水平线下侧绘制下沉速度曲线时，按下沉速度值，在两次观测时间间隔的正中间展点。

地表沉降曲线的绘制方法示意图如下页图3 所示。

5 结论

1）结合山西临县华润联盛黄家沟煤业1204 工作面实际地质条件，对其地表沉降观测进行了设计，给出了地表观测站设计的基本原则，以及地表观测站的测点、控制点、测线布置参数。

图3 地表沉降曲线绘制方法示意图

2）从连接测量、全面观测、日程观测等方面对观测的主要内容进行了详细阐述，并对地表沉降曲线的绘制方法进行了说明。

（编辑：苗运平）