葛泉矿11912工作面地表移动观测站分析

申建良

摘 要：合理地设计地表移动观测站，是准确预测矿山开采沉陷引起地表移动、变形的基础。文章通过对葛泉矿11912工作面地表移动观测站分析，初步揭示了地表移动变形观测，地表移动参数，为进行同类条件下的工作提供地表移动参数。

关键词：葛泉矿；地表移动；观测站分析

葛泉矿东井自2004年开始建井，至2007年投产，核定生产能力为30万t/a。为了取得葛泉矿综放开采条件下地表移动和变形规律，于2011年，在葛泉矿东井一采区11912工作面上方地表，建立了地表移动观测站，以便为今后进行“三下”采煤提供技术依据。

一、目的

通过现场实测和资料分析，结合数值计算、理论分析，求取了厚煤层综放开采条件下的岩移参数和岩移角值，揭示了葛泉矿地表沉陷变形规律及特点，为葛泉矿开展村庄下、水体下、铁路下采煤以及合理留设保护煤柱提供了科学技术依据，对于挖掘矿井生产潜力，保证矿井的可持续发展具有重要意义。

二、观测站设置

11912工作面地表移动观测站，位于葛泉矿东井一采区11912工作面上方地表，该观测站根据地形条件和尽量不占用或少占用农田的原则，设置为不规则观测站。

由于煤层倾角小，观测站设置两条任意方向的观测线，根据地面条件，观测线沿工作面上方两条农村道路布置。

观测站共设置4个控制点，56个工作测点。工作测点均位于移动盆地以内，按等间距布设，因该地区最大采深为170m，依据《煤矿测量规程》要求，测点间距取15m。

三、地表移动变形观测

2011年7月开始回采，至2013年8月20日回采结束，从东向西推进。11912观测站于2011年4月28日进行了第一次全面观测，取得了原始数据，至2014年1月19日进行最后一次观测为止，共进行了6次全面观测和20次日常水准观测，取得了大量宝贵的观测资料，为地表沉陷规律的研究打下了良好的基础。

日常观测采用水准支线的往返测量，施测按四等水准测量的精度要求进行。观测站设置和各观测工作均按《煤矿测量规程》及观测站设计说明书的要求进行，各项观测成果的精度基本符合规程要求，观测资料是准确可靠的。

在观测过程中，由于地表下沉，地面形成塌陷坑积水，导致部分测点无法观测，尤其是CD段测量数据缺失严重，给地表岩移参数的求取和岩移规律的研究带来了一定困难。总的来看，观测站是按照规程规定和有关精度要求施测的，由于煤层开采厚度大，地表沉陷变形剧烈，观测误差对观测结果的影响相对较小。观测资料能够反映地表移动变形的实际情况，观测成果是可靠的。

四、地表移动参数

（一）地表移动预计参数的求取方法

预计参数的求取方法已有许多种，最理想的方法应该是能够利用最少的实测数据求得较好的预计参数。为此一方面要能够充分利用已有的实测成果资源，求得高精度的预计参数，用此参数对本矿区的开采沉陷作出准确的预计；另一方面在保证参数具有较好精度的情况下，可放宽对观测站的设站形式的要求，如适当减少一些测点，以降低设站成本，提高经济效益。常用求参方法：（1）利用特征点求参，（2）曲线拟合法求参，（3）空间问题求参。

实践表明，作为空间问题求参是比较常用和有效的方法。本次求参，首先根据实测资料按经验确定概率积分法的初始参数值，然后按初始参数值根据观测站与开采工作面的相对位置关系，分别预计倾斜观测线、走向观测线及其它测点的移动变形值。然后将预计值与实测值进行比较，比较后再调整预计参数，并以逐渐趋近的方法，最后求取概率积分法的移动变形预计参数。

由于观测站观测资料的不完整性，除下沉观测值外，其它的移动与变形值跳动较大，容易影响求参的准确性；又考虑到水平移动系数b，变化较小，大部分在0.3左右，所以在按逐渐趋近法求取岩移参数的过程中，主要以地表下沉曲线为主。

（二）地表移动预计方法

在地表移动观测站的观测工作结束并完成了观测成果的整理后，应进一步求取该观测站的预计参数。求取预计参数，均是相对于某一种预计方法而言。根据“三下”采煤规程推荐，预计地表移动与变形时，我国煤矿常用的方法为概率积分法。

从统计观点出发，可以把整个开采区域分解为无限个微小单元的开采，整个开采对岩层及地表的影响等于各单元开采对岩层及地表影响之和。按随机介质理论，单元开采引起的地表单元下沉盆地呈正态分布，且与概率密度的分布一致。因此，整个开采引起的下沉剖面方程可以表示为概率密度函数的积分公式。

基本数学模型是建立在一种理想化的基础上的，把岩层看作无穷多个孤立的较小单元，下方部分单元取走后，上方单元落下来填充，依据它们与该空位的相对位置关系，都具有一定填充概率，在空位上方的水平方向上，会出现趋近正态分布概率密度曲线。根据该理论模型的假设和采矿实际，可列出如下表示地表单元下沉盆地的表达式：

通过数学推导，可以得出任意形状工作面开采时地表任意点的移动与变形计算公式。

参考文献

[1] 王刚.地表移动观测站数据处理模式[J].煤矿安全，2011 （11）.

[2] 董合祥，朱子清.地表移動观测站的设计研究[J].煤矿现代化，2010（01）.

[3] 韩继颖.综采地表移动观测站的移动参数算例[J].内蒙古科技与经济，2012（08）.