董家沟煤矿地表变形监测研究

陈雷英;陈仕祥;吴晓红

【摘 要】采空区影响带的地表稳定性问题已成为城市建设及发展的重要制约因素,为妥善解决这一问题并能合理地规划利用土地资源,本文结合董家沟煤矿地表变形监测的研究项目,对合理地布设监测网点,科学掌握并进一步评价采空区变形程度和影响范围及采空区各类变形可能引起的危害采取的相应预防措施等问题进行了系统的分析研究,为地表与地下建筑物的安全使用和土地的合理利用提供科学依据. 【期刊名称】《科技创新导报》 【年(卷),期】2010(000)014 【总页数】1页(P17)

【关键词】董家沟煤矿;地表变形;监测研究 【作 者】陈雷英;陈仕祥;吴晓红

【作者单位】大连金源勘测技术有限公司,辽宁大连,116600;大连金源勘测技术有限公司,辽宁大连,116600;大连金源勘测技术有限公司,辽宁大连,116600 【正文语种】中 文 【中图分类】P227

董家沟煤矿位于大连开发区董家沟街道城南村,长度沿走向3000多米,宽度500m,面积为1.5km2,早期地下开采,地面形成塌陷区,影响了开发区向东滚动发展。2004年大连开发区规划土地建设局对董家沟煤矿地表变形监测进行立项,委托金源勘测公司对其进行系统监测与分析,探讨地表移动和变形的规律。

根据矿体在平面展布的特征、采空区分布形状及各带的特点,便于施工,便于观测和有利于监测点的原则,垂直矿体走向布设监测线,并兼顾平行矿体走向,沿五号路布置监测线和观测点,观测点间距25～50m。观测点大部分为普通观测点,有条件较浅的布设基岩观测点。水准基准点须打入基岩4m,基岩观测点根据开采深度和基岩埋深情况最浅打入基岩4m,用水泥砂浆将观测标嵌入基岩,以防第四纪地层因气候变化而形成假象,第四纪地层采用套管护壁,标口保护井用砖砌,中间充填珍珠岩保湿层,并加水泥盖板及铁盖双重保护。

沉降观测点的观测,按二等水准测量的精度要求进行,执行《工程测量规范》

(GB50026-93),参照大地形变站测量规范《短水准测量》、《国家水准测量规范》。垂直位移观测仪器使用DiNi电子水准仪。首先以二等水准测量的精度要求对水准网进行施测,平差计算得出水准基准点的高程。对形成的观测环定期进行闭合路线水准观测,按二等水准测量的精度要求施测,平差计算各沉降观测点的高程情况。平面控制按《建筑变形测量规程》及场地现状,采用分层布网:由控制点组成控制网,由观测点及所联测的控制点组成控制网,控制网采用导线网。对于水平位移观测的控制点建造观测墩或埋设专门观测标石,照准标志具有明显的几何中心或轴线,并应符合图像反差大,图案对称,相位差小和本身不变形的要求。

在雨季,特别是大雨过后,在可能引起地面塌陷、台阶及裂隙的部位进行现场踏勘,出现塌坑马上测量塌坑位置、形状、尺寸、深度,同时将其展到图上,对地表的非连续变形进行分析和监测。

在外业检查合格,测段往返高差及环闭合差不超限的情况下,由南方测绘平差系统软件进行水准网和导线网的平差计算,整理出各监测点的高程及坐标。

将历次基准点间的观测高差分组平均值进行分析,基准点间的高差值无大的变化,说明水准基准点是稳定的。根据各变形观测点的高程和位移与标准高程及位移值之差,绘制变化曲线图,并将各条监测线的观测数据计算高差中数偶然中误差、相邻基准

点间高差中误差、变形观测点高程中误差及水平位移点位中误差,各误差值应均在规范允许范围内。

垂直位移分析根据各监测点当年变化值与去年比较计算,对下沉值大于2倍中误差小于±2mm的测点视为稍有下沉趋势,对下沉值大于±2mm的测点视为有下沉趋势,在2倍中误差以内的视为无下沉趋势。

水平位移分析将每次观测坐标值与以前坐标值进行比较,求得纵横坐标增量△X、△Y,从而得到水平位移量△S。对于大于2倍中误差且小于15mm的点确定为稍有变化,大于15mm的点为位移变化明显。

董家沟煤矿近年来未出现地表塌坑。各监测点位移大部分无明显变化,采空区引起地表下沉尚不明显,采空区上覆岩体整体稳定。

董家沟煤矿采空区,据调查和记载在二十世纪七、八十年代,董家沟煤矿开采期间,发生地面塌坑6处,其中2处分布在金州石棉矿采空区,4处分布在金县董家沟煤矿采区,地面开裂一处,分布在金县董家沟三号井与一号井口,长110m宽50mm左右。2009年没有发生塌陷和裂隙。

董家沟煤矿发生塌陷的主要原因:(1)采深线。塌坑多发生在采深较浅和小斜井部位,开采深度在60m以上的地段容易发生地表塌坑。董家沟煤矿煤层不稳定,厚度变化大,从1.5m～8m,呈不规则状,采深浅采厚大的部位极易发生塌坑。采深线采空区上部岩石风化程度高,为强～中风化,岩体整体性降低,抗拉强度大幅减小,弯曲变形拉应力增大,这时岩体基本处于不稳定状态,容易发生采空区地面塌陷。(2)构造影响。断层发育部位容易发生地面塌坑,金县4、5、6号地表塌坑受北东向断层影响,由于构造的影响使采空区顶板岩体强度降低,完整性降低,在断层发育部位容易发生地面塌陷。(3)地下水作用。董家沟煤矿地下水发育,水位埋深3.0～8.0m,由降水和海水双向补给,由于地下水的软化和侵蚀作用使顶板和矿柱强度降低,促使覆岩垮落,导致地表发生塌坑。(4)地形地貌。采空区地面塌坑发生在地形较平坦的冲积平原和海滩

的部位,地面标高2.4～3.5m,地下水作用强烈,岩石风化程度高,采深浅,地形平坦的冲积平原和海滩容易发生地表塌坑和开裂。

(1)采空区地表稳定性。通过董家沟煤矿的勘探,整个矿区分为未开采地段和开采地段。开采地段采区范围在F7～F8断层间,采区长约400m,宽约150m,采深0～46.5m。建小斜井处即石棉1#、石棉2#、石 棉3#、金 县 董 家 沟 煤 矿1#、2#、3#斜井。石棉1#附近为露天开采,后改为斜井开采。该区段发生过塌坑6处,由于采深浅,地下水作用强烈,容易发生地面塌坑。采空区顶板覆岩为灰岩,通过对采空区顶板稳定性评价,采区顶板不稳定。地表变形值:最大下沉值为2250mm,最大倾斜为146.1mm/m,最 大 曲 率 14.4mm/m2,最 大水平位移562.5mm,最大水平变形55.5mm。开采地段容易发生地面塌坑,各种变形值较大,该地段地表稳定性差。 (2)建筑适宜性。开采地段范围F9断层至南部边界,该地段长约1600m,宽约350m,采 深0～120m,采 厚1.5～ 8m,平 均采厚2.5m,采深采厚比最大为48,开采深度小,容易发生地表非连续变形和连续变形,采空区顶板稳定性差,该地段地表稳定性差为不宜建筑地段。

(1)当需在不宜建筑地段进行建筑时,应进行充分论证,并采取必要的措施,如采取充填的办法,对采空区进行治理。对开采较深(大于60m)的采空区影响段可采取相应的建筑措施和结构措施,有效地利用土地资源。

(2)设置长期观测线,对采空区地表变形进行定期监测,为地表与地下建(构)筑物的安全使用和土地的合理利用提供信息和科学依据。