基于测量技术的采煤塌陷地沉陷进程研究

邱俊秀 王同华 任士佩

（山东省煤田地质局第二勘探队，山东 济宁 272000）

1 研究区概况

葛 亭 煤 矿 地 理 坐 标 为 东 经116°28′30″～116°32′30″，北纬35°29′30″～35°32′30″，井田面积20.886 2 km2。2018 年已关井闭坑。

研究区地层由老到新发育有奥陶系马家沟群、石炭系本溪组、石炭-二叠纪月门沟群本溪组、石炭-二叠系月门沟群太原组、二叠系山西组、二叠系石盒子群、侏罗系淄博群三台组及第四系等。据勘探、补勘及生产揭露，井田东北部有燕山晚期形成的较大规模岩浆岩侵入体，岩性为闪长玢岩，侵入太原组下部至山西组顶部。葛亭井田主要含煤地层为石炭-二叠系月门沟群太原组和二叠系山西组。

矿区所处地理位置属温带大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，季风性特征显著。

2 采煤塌陷地测量

2.1 测量背景

由于煤炭开采过程中，大量的煤炭被采出，形成采空区。采煤后无人为干扰的自然情况下，由于地层压力的作用会造成采空区垮塌，采煤区域必然会发生地表下沉，造成一定程度的沉陷。为了贯彻落实采煤塌陷地生态治理，推动矿区生态文明建设的理念，为采煤塌陷地的复垦治理提供现实条件，掌握采煤塌陷地的沉陷状态就显得尤为重要。要想掌握采煤沉陷区的沉陷情况，就需要借助相关的测量技术，通过动态监测获取结果。

2.2 测量技术

采煤塌陷地沉陷主要是为了掌握地面垂直位移的变化情况，这主要运用了水准测量技术。

水准测量技术是根据一个或几个已知高程点运用水准仪能够测量两点高差的原理得出未知点高程的测量过程。这一个或几个已知高程点是国家测绘部门已经埋设和测定的并掌握了高程的水准点，通过引测，测出覆盖研究区的监测点的高程。水准测量技术能够很好地完成采煤塌陷地沉陷测量工作。

2.3 水准测量

本文的沉降观测运用了水准测量技术，用到的仪器是天宝trimble 水准仪。根据已知基准点高程情况，引测到研究区用钢筋混凝土浇制的已选定好位置的观测标桩上，再通过内业平差处理，得到整个研究区的监测点高程值。

3 采煤塌陷地沉降分析

3.1 监测点及监测线路

以矿区已有的监测设计为主要依据，根据监测点的布设原则，结合监测区的实际情况，布设了合理的沉降监测点，覆盖于矿区的采区。根据该矿区监测点实际布设情况，将其共划分为14条监测线路，以供后文的分析。具体的矿区沉降监测点及监测线路如图1 所示。

3.2 沉降量分析

沉降量是通过求取同一监测点不同时期高程差所得到的沉陷数据，累积沉降量是每期测量高程与第一期高程比较所得的沉降量值。本文选取了2019年1 月份至7 月份连续半年的测量数据，所选数据的监测间隔为一个月，以所测的一月份监测点的高程数据作为第一期的基础数据，将以后每月所测的监测点的高程值与基础数据进行比较得到沉降值。虽然每期监测数据的获得需要连续多天，但为了表达方便、清晰，将每月的监测数据内业整理结果统一于每个月的月中，即15 日。选取典型线路L7 线和L9 线进行沉降量的分析，将L7 线和L9 线上布设的所有监测点作为分析对象做统一分析。具体分析结果见表1 和表2。

图1 矿区沉降监测点及监测线路

表1 L7 线监测点随时间变化累积沉降量（单位：mm）

表2 L9 线监测点随时间变化累积沉降量（单位：mm）

从表1 和表2 可以看出，沉降量是随着时间的推移普遍增大的，但沉降量增加幅度又存在着差异。其主要原因在于不同的采区开采时间不同，同一采区不同工作面的开采时间也存在着差异，从而沉降量在不同位置存在差异。

为了更直观表示沉降量，可将上表数据用折线图的形式展示，得到相应的沉降曲线图，如图2、图3 所示。

图2 L7 线监测点沉降量曲线

图3 L9 线监测点沉降量曲线

3.3 沉降速率分析

沉降速率是用来衡量随着时间的推移沉降快慢的值，由于研究矿区已经关井闭坑，所以沉降速率可以用来预测未来的沉降趋势。

选取L7 监测线上的GC-72 监测点进行沉降速率分析。具体的沉降数值见表3，曲线如图4 所示。

表3 GC-72 监测点累积沉降量（单位：mm）

由上表可以得到图4。

由图4 可以看出，随着时间推移，沉降速率大体上呈现降低的趋势，直至沉降量达到一定的稳态。

根据同样的方法可以得到整个监测区的监测点沉降情况。

图4 GC-72 监测点累积沉降量曲线

4 结论与展望

整个研究区在本文选取的研究时间段内最大沉降量为26.9 mm，平均最大沉降速率约为0.148 mm/d。六个月内的下沉值不超过30 mm 即可认定为采煤塌陷区进入衰退稳定期。据此，整个研究区的沉降量在半年内均小于30 mm，研究区进入了稳沉阶段。同时，该研究区的沉降观测还在继续，通过接下来的工作也可以进一步来说明未来研究区的沉降情况，同时也能进一步验证本文研究的准确性。

本文通过对基于测量技术获取的采煤塌陷地沉降数据的整理，进行了采煤塌陷地沉降量及沉降速率的分析，进而完成了采煤塌陷地沉陷进程的研究。这对于了解掌握采煤塌陷地的沉陷过程，掌握后续的采煤塌陷地的稳沉具有非常重要的数据事实依据，同时对于尽快进行采煤塌陷地的复垦工作的时间节点具有重要的指导意义。