煤矿采空区地表建筑物的变形监测及分析

■李国辉 周昌举

（重庆能科工程勘察有限公司重庆400060）

煤矿采空区地表建筑物的变形监测及分析

■李国辉 周昌举

（重庆能科工程勘察有限公司重庆400060）

煤矿采空区对地表建（构）筑物的稳定有着重大的影响，为妥善解决这一问题，本文通过对重庆市南桐特种水泥有限责任公司建（构）筑物的监测，科学掌握并进一步评价采空区变形程度和影响范围。收集了该工程条件下采煤活动对地表影响的一些规律和特点，为南桐矿业公司采取离层注浆减沉措施进行地下开采提供了可靠成果资料，确保南桐特水公司建（构）筑物的安全和生产经营工作的正常开展。

变形监测采空区观测站测量

1　引言

重庆市南桐特种水泥有责任公司生产厂区位于重庆南桐矿业有限责任公司南桐煤矿南翼零二、零三采区采动影响范围内，其4500t/d熟料水泥生产线的主要建、构筑物及重要设备设施的基础设计等级均为甲级，荷载大，对变形反应敏感，易受到井下采煤生产活动的影响，为此，需要对建（构）筑物及地表移动变形情况进行监测，主要目的是通过变形监测了解建（构）筑物的基础变形情况，把握建（构）筑物的安全状态，通过对监测数据的处理、分析，采取工程措施来控制变形，确保建筑物的正常使用，同时用于指导南桐煤矿下一阶段采掘生产工作布署。

2　监测内容及观测站设计

建筑物的变形监测：整个监测区域内有建（构）筑物45栋，其中：南桐特水公司有重要建筑物40栋，南桐技工学校5栋，本监测站在南桐特水生产厂区重要建筑物及设备的基础上，共设置354个变形观测点，编号为A1至A354，在南桐技工学校5栋建筑物上设置了45个变形观测点，编号为J0至J44。

地表移动观测：在南桐特水公司生产厂区内大致沿煤层走向布置一条长约460米的观测线，观测点间距约20米，共布置23个观测点，其编号为Z1至Z23；大致沿煤层倾向方向在南桐特水生产厂区北面布置一条240米长的观测线，观测点间距约20米，共12个观测点，编号为N1至N12；在南桐特水公司生产厂区南面布置一条沿倾向并向两端延伸的观测线，该观测线长1750余米，特水公司生产厂区范围内点间距约20米，特水厂范围外点间距约30米，共布置57个观测点，编号为Q1至Q57；对以上三条观测线进行地表移动观测。

高耸建筑物的倾斜观测：在粉煤灰库、熟料库、生料均化库和水泥库顶上布置倾斜观测点12个；在建筑物底部布设12个观测点；在高耸圆形建筑物外埋设3个基准点及3个工作基点。

特水厂南门堡坎观测：在南门堡坎上布置沉降变形观测点16个。

3　监测的技术方法

注重采用先进的测量仪器设备、精确的测量方法、规范的数据处理来保证设计目标的实现。

观测仪器：瑞士徕佧TC-702全站仪1台，徕卡DNA03数字水准仪一台套（配合徕卡专用数字水准尺）。

观测频次：本监测站观测周期为每两个月一次。

坐标系统：测量平面系统采用1954北京坐标系（1.5度带）；高程系统采用1956黄海高程系。

观测方法：地表移动观测站三维导线测量：以大坡顶为基准点，八面山为后视，共布设16个Ⅰ级导线点（其埋设规格依技术设计书要求），按Ⅰ级导线和四等电磁波测距三角高程导线组合的方式，施测走向线、倾向线观测点坐标、高程。地表移动观测点共92个（含两条倾向线69个，走向线23个），其平面坐标及高程采用极坐标法测定（厂区内的走向、倾向观测点高程采用水准测量高程）。

建（构）筑观测点移动变形测量：采用水准测量方法进行沉降观测，水准测量高程起算数据为电厂桥头的国家四等水准BM点，观测使用仪器为瑞士徕卡DNA03电子水准仪（标称精度每公里偶然中误差MΔ≤0.3mm），并配合铟钢尺进行；采用钢尺量距，结合沉降观测的成果改算为平距（施加温度，拉力改正）进行水平相对位移及水平变形观测；采用经纬仪投影方法进行高耸建筑物的倾斜观测。

4　观测周期及要求

4.1地表移动观测站的观测周期

本地表移动观测站的观测周期为两个月，各观测点埋设10-15天后，既可以进行观测。

4.2观测的一般要求

（1）观测前对所用的全站仪按有关规定进行检定、校验，并做好记录，在使用过程中不得随意更换。

（2）首次进行观测，连续独立观测两次，高程相差不大于10mm，边长相差不大于4mm时，取其平均值作为初始观测值。

（3）固定观测人员、观测路线和观测方式，首次观测后应绘出观测线路图，确定设站位置、观测目标及使用的棱镜及其编号等。

（4）定期（原则上每年一次）进行平面基准点、高程基准点的稳定性检验和日常对仪器的校验，确保监测数据的准确性和连续性。

4.3观测方法及其精度要求

三维控制导线测量及极坐标测量中涉及的水平角观测、垂直角观测、距离测量技术要求分别如下：

水平角观测应采用方向观测法，测量作业时参照《工程测量规范》3.3.8条规定。垂直角测量作业时参照《工程测量规范》4.3.3条的规定。距离测量参照《工程测量规范》GB50026-2007 3.3.18条及3.3.19条的规定。

5　地表移动观测资料的整理与分析

每次观测工作结束后，应及时完成下列计算工作:

（1）检查外业手簿；

（2）计算所有观测点的高程；

（3）计算所有观测点的坐标，计算相邻点间水平距离及其在观测线方向上的投影长度；

（4）按观测线编制地表移动与变形计算表，计算各种移动与变形，包括各观测点的下沉值W及水平移动至U；相邻各点间的垂直变形（倾斜i与曲率k）与水平变形（拉伸与压缩）；个别测点的下沉速度。

观测计算完成后，应绘制移动与变形曲线，其比例尺以清楚表达为原则。并结合地表移动变形情况和建筑物变形监测的情况，参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第27条表3及附录3，判断其损坏等级情况。

6　结论

采用观测点的坐标及累计沉降量建立数字高程模型，同时将厂区内倾向线、走向线观测点纳入模型，综合分析厂区地表变形情况，截至2015年5月观测资料，可以判断地表观测站倾斜线和走向线未出现明显的移动变形；特水厂区内，沉降量自东向西沉降逐渐增大，厂区南面西侧变形较大，尤其是堡坎附近出现了较大的裂缝，需重点关注；北面办公楼、职工食堂沉降虽然较大但还整体稳定，整体而言厂区内变形未对建筑物稳定产生影响。

［1］陈雷英，陈仕祥，吴晓红.董家沟煤矿地表变形监测研究.科技创新导报，2010

［2］中华人民共和国建设部.中华人民共和国国家标准.工程测量规范，2007

［3］中华人民共和国建设部.中华人民共和国行业标准.建筑变形测量规范，2007［4］国家煤炭工业局.煤矿测量规程，2009

TD82［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-227-1