矿区地表和岩层的移动观测应用分析

刘永强 郭飞

摘 要：煤矿开采时会引起地表和岩层的移动，这一复杂的移动过程需要进行实地观测。本文从本煤矿的实际出发，对矿区地表移动观测点的选择、地表移动观测的原则进行阐述，分析观测站的设置以及观测工作。同时，对岩层移动观测站的设置、覆岩移动破坏的巷道观测以及钻孔深部测点观测进行分析。

关键词：矿区；地表；岩层；移动观测

0 引言

煤矿开采时，在地质采矿因素的综合影响下会引起地表和岩层的移动。为进行安全化生产，减少因地表和岩层移动对建筑物等带来的危害，需要建立观测站，对地表和岩层的移动进行有效的观测。所谓观测站，就是将煤矿开采受影响范围之内的地表、岩层等作为研究对象，按要求设置观测点。观测地表和岩层位置的相对移动，对地表变形进行预计，依据具体的地质采矿条件下的地表移动与变形值，选择科学合理的煤矿开采办法以及安全保障措施。

以葫芦素矿为例，该矿区位于东胜煤田呼吉尔特矿区，区内地总体地形是东南部高，西北部低。矿井呈现高原堆积型丘陵地貌特征，地表全部被第四系风积沙所覆盖，植被稀疏，为沙漠-半沙漠地区。井田总体构造形态为向北西倾斜的单斜构造，并发育有次一级波状起伏的单斜构造，地层倾角小于2°。井田内2煤组顶板的直接充水水源为侏罗系直罗组砂岩裂隙水，间接充水水源为侏罗系安定组砂岩裂隙水、白垩系孔隙-裂隙水、第四系孔隙水。直接充水含水层岩性以细砂岩、中粒砂岩为主，局部为粗砂岩，砂岩含水层富水性弱到中，矿井水文地质类型为复杂型。

1 地表移动观测

1.1 地表移动观测点的选择

观测地点选择时，为获得本矿区各背景条件下地表移动计算的方法以及参数，合理依据本矿区的地质采矿条件进行观测站的布置，以便能更充分地研究本矿区的地表移动规律。另外，可以以本矿区地质采矿条件为依据，选择地质采矿条件相近的地点进行观测，并将观测的结果应用于本矿区的开采上，在掌握基本规律后再在复杂的地质条件下进行观测。

1.2 地表移动观测应遵循的原则

第一，观测线要设置在移动盆地的主断面上。

第二，进行初次观测时，要保障观测线不受煤矿开采工作面的影响。

第三，在观测线的方向内，不能有观测障碍存在，牢固控制观测线的两端，两端的控制点要设置在移动范围之外。

第四，观测线的长度大于移动盆地的范围，若设置半条观测线时，观测线的长度要涵盖移动盆地的边界点以及最大的下沉点。

第五，观测站建站时选择准确的切眼位置。

1.3 观测站的设置与观测工作

依据观测站的设计确定控制点的位置。若附近已经存在矿区的测量控制点，可以利用最近的控制点来标定本矿区观测站的控制点；若已有的控制点位置较远，可以利用引测导线或者插点法在观测站附近建立臨时性的控制点，以此进行本矿区观测站控制点的标定。

矿区内的观测站控制点和观测点，一般是浇铸混凝土桩进行埋设，埋设深度要超过0.6m，用直径为16～20mm的铁杆在混凝土桩的中心位置做标记，同时在标记顶部钻1～2mm的小孔作为测点的中心。埋设完成且观测点稳固后实施观测，观测内容包括煤矿矿区测量控制点与水准基点的连测、测点的间距、测点的高程以及测点与观测线的偏距。

由于受到地形地质的限制，观测线的方向与位置在设定时允许出现一定范围的偏离，观测线方向的允许偏差为20?～30?，观测线位置的允许偏差为2～3m。

当地下煤矿开采对观测线产生波及时，预测时选择几个观测点，采用水准测量进行高程变化的观测；当地表出现下沉后，再进行二次观测。观测次数以观测站目为依据。若想对地表移动规律进行研究时，应增加观测的次数，尤其是移动较为活跃的时期，更要增加观测的次数。

1.4 地表移动带来的影响

地表出现大面积的下沉和水平移动，会引起建筑物整体的移动，但不会导致建筑物的破坏。当移动值很大、地下水位很浅时，地表移动，盆地积水，不仅会使建筑物淹没在水中，而且易使地基强度降低，严重时可造成建筑物的倒塌。非均匀的下沉和水平移动对建筑物和交通线路等都有严重的不利影响。

2 岩层移动观测

岩层移动规律的观测其目的是为设计合理的回采工艺和煤层群开采顺序，确定合理的井巷保护煤柱边界线，解决建筑物、井巷和水体下压煤的安全开采问题。进行岩层移动的观测研究是煤矿开采时的重要工作。

2.1 围岩移动观测站

围岩移动观测站设置的目的是确定保护巷煤柱尺寸、顶板管理方法以及支护形式等。观测线应当布设在采区巷道或者垂直于工作面的煤巷中，通过岩石压力观测的辅助，对工作面顶板、底板及煤层开采动态进行了解把握。其中观测点要埋设在煤层顶板、底板以及巷道中。在井下15〃导线及水准测量的要求下，实施围岩观测站和井下永久导线点及水准点的测量，实施测点下沉及测点水平移动的观测。

2.2 钻孔测点要求

首先需要获取煤矿的水文与地质资料，根据资料及煤矿开采情况制定钻孔方案，在钻进时要保证孔径完整规则，不能用钻粒或者钢粒钻进法，并按照设计方位、倾角施工，不要造成施工偏斜、偏离设计位置。其次要进行全孔综合性地球物理测井，解释岩性、破坏带，测出孔径曲线、分段倾斜方位和倾角。同时，钻孔要穿过设计观测的开采煤层，径孔于底板内0.5～1.0m，然后将煤层及煤层顶面向上3～5m孔段用水泥砂浆封闭。最后，对于冲积层、风化带要用套管保护孔壁，对基岩内的严重破碎带要用水泥浆加固，防止安装时测点通不过和安装后坍孔。

3 结论

对于煤矿开采中的地表和岩层移动问题，实现安全开采和生产，进行矿区地表和岩层的移动观测成为必要的工作。按照相关原则与要求进行观测站点的选择与设计，充分发挥观测站在地表和岩层移动观测的应用，保障了观测结果的科学性和准确性。

参考文献

[1]赵建红，郭志磊.地表移动观测站设计[J].煤炭技术，2010，（29）：156-158.

[2]王淑弟.矿区地表与岩层的移动观测应用[J].科技风，2013，（4）：89.

[3]董合祥.地表移动观测站的设计研究[J].煤矿现代化，2010，（1）：40-41.