采空区沉降观测及点位布设

陈成龙

（1.云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖 655000；2.新巴尔虎右旗荣达矿业有限责任公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000）

关键字：采空区；基准点；变形监测点；水准线路

1 测区概况

新巴尔虎右旗怡盛元矿业有限责任公司，矿区面积约为4平方公里，共分为3个采区，三个采区彼此之间不连续，主要采矿井口全部位于第二采区内，现有采矿井6条，全部采用竖井开拓的方式，无斜井及平硐等开采方式。矿区内部地势比较平坦，地形多为倾角小于3°的平地，部分地区为大于3°的丘陵地带，矿区内部交通多为乡村土路等非硬化路面。硬化路面多为砂石路，矿区内部只有一条从综合厂通往公司办公大楼的水泥路。矿区范围内植被主要以草原为主，矿区范围内地表岩石比较裸露。矿区气候夏季升温快，降水量比较丰富，雨季主要集中在7～9月份。冬季寒冷干燥，冻土深度大，最大冻土深度可达3m，属于典型的温带大陆性气候。

2 主要采空区范围

采空区范围主要集中于728m标高至278m标高范围内，由于矿体连续性较差，矿体平均厚度在2m～6m范围内。因此采空区范围虽然较大，但采空区宽度比较狭窄，采矿区在走向范围内连续性不强，但在垂直范围内较为连续，形成了在728m至278m范围内的垂直方向上较为连续的采空区。采空区在平面范围内主要集中在28号勘探线至138号勘探线之间。采空区地表无明显塌陷。采空区地表建筑物及构筑物主要以井口工人住宅区及选矿厂等人员较为集中的区域。因此，通过布设必要的沉降观测点对采空区地表及其周围的建筑物及构筑物周围的进行时时沉降观测，不仅仅是为了响应国家政策，更是为了矿区人员的安全及矿山今后的发展。

3 变形点及基准点选择及布设

首先为了能够准确的反应的变形区域的变形情况，在进行点位布设时。布设的点位必须能够准确的反应变形区域的变形情况且必须利于今后测量工作的开展。如图所示，通过矿区内分布的W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7共计7个沉降观测点，对矿区内的乙方项目部、甲方选矿厂及各井口住宅区等人员密集的地区进行沉降观测，用以时时检测采空区及其范围内的变形情况。对于变形监测时采用的基准点，由于其为做为基准对其他的变形点进行观测，必须选在远离采空区范围，切地质构造稳定的地区，避免由于沉降观测基点的沉降而引起的观测误差。由于矿区范围内多以草地为主，且由于地下采空区的影响，不太利于基准点位的布设。因为在进行基准点布设时，选择了矿区周围国家二等三角点附近山上，具有稳定结构的岩石块体上，以确保沉降观测基准点的稳定性，从而保证今后观测数据的准确性。由于本矿区处于北方寒冷地区，冻土深度最深可达3m以上，要进行沉降观测，必须选择合适的点位布设方法及适合本区域内的水准标志，用以确保沉降观测数据的可靠性。由于冻土深度大于0.8m，为了切合实际观测的方便及降低水准点位的制作难度，本次观测的基准点及变形观测点采用混凝土柱水准基本水准标识。

由于冻土深度超过了0.8m。在完成水准标识埋设后，需经过一个解冻期，待沉降观测基准点及变形观测点稳定后，方能进行必要的沉降观测，避免由于地表上冻及解冻过程中引起的沉降观测点位置的移动而造成的沉降观测点发生形变，进而确保沉降观测数据的可靠性。

4 沉降观测人员及路线规划

为了避免出现由于测量路线不固定而造成的数据处理不方便，需要对沉降观测的水准路线进行合理的规划。规划完成后，每次进行沉降观测时，都应根据规划好的路线进行测量，同时在进行测量时，要尽量采用同一组观测人员，采用与上次观测时相同的路线进行观测，且在一次观测时，中途不得更换观测人员，避免由于在观测线路中更换观测人员而进行的重复调焦而引起的十字丝晃动误差。其次，在进行水准观测时，由于矿区范围内岩石比较裸露，地表土质虽然不像沙地或耕地一样松软，但是地表植被多已草地为主，在做为水准观测的转点时，由于地表岩石覆盖及山坡的角度，容易引起转点尺承的移动，进而容易引起整条水准路线观测限差的超限。

为了避免在草地布设转点而引起的水准尺尺垫的移动，在进行水准测量时，应尽量沿着矿区道路进行水准测量，沿道路进行水准测量，不但可以避免进行水准测量时由于尺垫沉降引起的误差，而且有利于人员快速到达。

5 观测时间

由于本矿区属于严寒地区，冬季寒冷干燥，且经常伴有大风天气，夏季虽然比较炎热，但雨季比较集中。春秋时间，大风天气较多。

因此，在进行沉降观测时，为了避免大风天气进行观测对观测精度的影响。在进行水准观测时，应尽量选择天气晴朗，风和日丽的天气进行水准观测，确保水准观测的精度。其次，为了避免温度对水准仪的视准线造成影响，在进行观测前，首先应该将水准仪放置在阴凉处，使水准仪的温度尽量接近外界地表的温度。避免水准仪因为温度差而引起的水准仪视准线的变化，进而导致测量误差。由于采用电子水准仪进行水准测量，在进行水准测量开测前，应对水准仪进行必要的预热，使一起始终处于良好的工作状态，保证观测数据的精确性及可靠性。

6 沉降观测图表制作

完成每月的观测任务后，根据沉降点的观测数据，需要对沉降观测的数据进行图表的制作，以便于观测数据的分析，沉降观测数据的图表制作主要采用比对分析，建模分析、统计分析及制图分析等方法进行。经过对几种方法的选择及对比，最终决定采用制图分析的方法对观测数据进行分析。采用制图分析不仅能够非常直观的显示出各点的总沉降量，而且通俗易懂，及时不是专业人员，也能够通过沉降曲线图，轻而易举的分辨出每个沉降点的总沉降值及各沉降点的沉降速率。

在进行沉降观测图纸绘制时，一般以时间作为观测曲线图纸的横轴，采用总沉降值做为观测曲线的纵轴。同时在沉降量纵轴上标出允许沉降值，用以时时观察每个沉降点与允许变形量之间的差值。以便对达到允许变形值或接近允许变形值的沉降点及时作出预警，并采取相应的方法及时对采空区周围的建筑物及构筑物作出处理。

图2 W1点沉降观测图

如图所示：通过制作图纸，能够快速的显示中位移观测点的总沉降量，同时也能体现出沉降观测总量与允许变形量之间的差值。为了制图的方便，可以将所有变形观测点的变形图纸都做在同一张图纸之上，各观测点之间通过图层进行控制。不仅简单易制，而且方便观对各观测点之间的变形速率进行对比。

7 沉降观测结果分析

通过W1点近几个月的分析可发现，在开始进行观测时，沉降观测变形点的变形速率较高，随着时间的推移，虽然沉降观测点的下沉总数在增加，但是沉降速率确随着时间的推移在慢慢减缓，在2020年8月至2020年10月期间W1点已基本稳定，不在出现沉降现象。其余各点亦是如此，在起初的观测阶段，虽然沉降速率较大，但随着时间的推移，沉降量渐渐趋于平缓或者不在沉降。且各点的总沉降量与允许变形量相差较大。通过矿区的沉降观测发现，井下虽有采空区，但由于及时对采空区进行了充填处理，井下的采空区对地表建筑物的影响不大，不会对地表的建筑物及构筑物造成影响。