畢業(yè)設計--工作面地表移動規(guī)律實測研究（含外文翻譯）

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　山區(qū)開采沉陷是開采沉陷研究中的重點部分，尤其對于山西這個多山且煤炭資源豐富的地區(qū)，其研究意義重大。</p><p>　　由于受到山區(qū)地形地貌因素的影響及巖體本身的復雜性，山區(qū)開采沉陷地表移動規(guī)律與平原地區(qū)有很大的區(qū)別。</p><p>　　本文結(jié)合五礦83201工作面地表移動觀

2、測站監(jiān)測數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)得到下沉、傾斜、曲率、水平移動及水平變形值，并求取83201工作面的地表移動參數(shù)，包括角量參數(shù)、動態(tài)參數(shù)和概率積分法預計參數(shù)。</p><p>　　根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析總結(jié)了山區(qū)開采沉陷地表移動規(guī)律特征，山區(qū)地表移動變形系地質(zhì)采礦條件和地形因素綜合影響的結(jié)果。本文研究內(nèi)容對山區(qū)開采沉陷預計、保護煤柱留設、煤礦安全生產(chǎn)及地面建（構(gòu)）筑物保護有一定的理論指導意義。掌握地表實際移動變形參數(shù)，觀測地

3、面建筑物的破壞狀態(tài)，以合理地調(diào)整礦井采掘布署，提高煤炭資源的回收率。</p><p>　　關(guān)鍵詞：開采沉陷；觀測站；監(jiān)測數(shù)據(jù)；地表移動</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The research of mining subsidence in mountain area is the focus part

4、 of the subsidence research. For the mountainous and rich coal resources region-Shanxi, it has especially significant meaning in this part.</p><p>　　Due to the influence factors as topography and the complex

5、ity of the rock mass underground mining, land sinking law in a mountainous area is different from that on flat ground.</p><p>　　The paper selects wu Coal Mine 83201 working face as the research region, monit

6、oring data from observation stations is arranged. Processed data to obtain subsidence values, inclination values, curvature values, horizontal movement values, horizontal deformation values. </p><p>　　The pa

7、per analysised the law of surface movement and deformation of mining subsidence in mountain area, The quality of ground subsidence in mountain areas is not only caused by underground mining factors but also by terrain an

8、d landforms. The valuable study of this paper can give a guiding significance to mountain mining subsidence prediction, protection pillar reserve, Coal mine production safety and protection of buildings. To grasp the act

9、ual ground movement and deformation parameters, observ</p><p>　　Keywords： mining subsidence; observation stations; monitoring data; surface movement</p><p><b>　　目 錄</b></p>

10、<p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1選題背景及意義1</p><p>　　1.1.1選題背景1</p><p>　　1.1.2選題意義2</p><p>　　1.2山區(qū)開采沉陷研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3地表移動理論主要研究方法2&l

11、t;/p><p>　　1.4沉陷監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展3</p><p>　　1.5本文主要研究內(nèi)容4</p><p>　　2五礦83201工作面概況5</p><p><b>　　2.1地理交通5</b></p><p><b>　　2.2氣候條件5</b></p>

12、;<p>　　2.3礦井生產(chǎn)概況5</p><p>　　2.4礦井地質(zhì)采礦條件6</p><p>　　2.5“83201工作面”地質(zhì)采礦條件6</p><p>　　3 地表移動觀測站設置及觀測數(shù)據(jù)處理7</p><p>　　3.1地表移動觀測站設計7</p><p>　　3.1.1地表移動觀測站

13、的設計依據(jù)7</p><p>　　3.1.2地表移動觀測站的設計原則7</p><p>　　3.1.3角量參數(shù)的選定7</p><p>　　3.1.4觀測線位置及長度的確定8</p><p>　　3.1.5測點的數(shù)目及其密度的確定8</p><p>　　3.2地表移動觀測站的觀測工作10</p>

14、<p>　　3.2.1連接測量10</p><p>　　3.2.2全面觀測11</p><p>　　3.2.3日常觀測13</p><p>　　3.3地表破壞的記錄15</p><p>　　3.4最大下沉點的移動軌跡16</p><p>　　3.4.1平原地區(qū)最大下沉點移動軌跡16</p

15、><p>　　3.4.2山區(qū)最大下沉點移動軌跡16</p><p>　　3.4.3最大下沉點移動軌跡比較分析17</p><p>　　3.5地表移動觀測站數(shù)據(jù)的處理19</p><p>　　3.5.1下沉曲線20</p><p>　　3.5.2傾斜曲線20</p><p>　　3.5.3曲

16、率曲線21</p><p>　　3.5.4水平移動曲線22</p><p>　　3.5.5水平變形曲線23</p><p>　　4 概率積分法預計參數(shù)的求取25</p><p>　　4.1概率積分法基本原理25</p><p>　　4.1.1隨機介質(zhì)及其移動的規(guī)律25</p><p>

17、;　　4.1.2概率積分法預計模型26</p><p>　　4.1.3山區(qū)沉陷預計模型29</p><p>　　4.2 地表移動參數(shù)的求取31</p><p>　　4.2.1地表移動盆地角量參數(shù)的求取31</p><p>　　4.2.2地表移動盆地動態(tài)參數(shù)的求取32</p><p>　　4.2.3工作面山區(qū)開

18、采沉陷預計模型參數(shù)35</p><p>　　5 結(jié)論與建議37</p><p>　　5.1研究結(jié)論37</p><p>　　5.2問題與建議38</p><p><b>　　參考文獻：39</b></p><p><b>　　翻譯部分</b></p>

19、<p><b>　　英文原文41</b></p><p><b>　　中文譯文48</b></p><p><b>　　致 謝54</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1選題背景及意義</p

20、><p><b>　　1.1.1選題背景</b></p><p>　　地面沉降又稱為地面下沉或地陷。它是在人類工程經(jīng)濟活動影響下，由于地下松散地層固結(jié)壓縮，導致地殼表面標高降低的一種局部的下降運動（或工程地質(zhì)現(xiàn)象），嚴重時會成為一種地質(zhì)災害。地表沉降，造成地面沉降的自然因素是地殼的構(gòu)造運動和地表土壤的自然壓實；人為的地面沉降廣泛見于一些大量開采地下水的大城市和煤、石油或天

21、然氣開采區(qū)。出現(xiàn)地面沉降的地區(qū)一般范圍大，沉降過程緩慢，所以早期一般不易察覺，也不易引起人們的重視[1]。</p><p>　　世界各國都不同程度地受到了地表沉降的影響，制約著人們的生活和經(jīng)濟發(fā)展。美國已經(jīng)有遍及45個州超過44030平方公里的土地受到了地面沉降的影響，僅在美國圣克拉拉山谷在1998年損失就高達3億美元，最強烈的地面沉降發(fā)生于美國長灘市威爾明頓油田,其最大累積沉降量達9米。在歐洲的“水都”威尼斯，

22、由于地面沉降的影響，其市政府大樓羅內(nèi)丹宮已下沉了3.18m?！?011年-2020年全國地面沉降防治規(guī)劃》指出，目前全國遭受地面沉降災害的城市超過50個，分布于北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古等20個省區(qū)市。長江三角洲、華北平原和汾渭盆地，地面累計沉降量大于200毫米的分別為接近1萬平方公里、6.2萬平方公里以及7000平方公里。并且，地面沉降仍在繼續(xù)擴大[2]。</p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計，僅我國煤炭開采現(xiàn)

23、有沉陷土地約60萬公頃，平均每采萬噸煤塌陷土地0.2公頃，全國因煤炭開采每年新增塌陷地2.4萬公頃。以山西省為例，1949~1998年總計生產(chǎn)原煤560000萬噸，采煤造成地下采空面積1300平方公里，引起地面塌陷破壞面積6.7萬公頃[3]。</p><p>　　地下煤層被采出以后，開采區(qū)域及周圍巖體的原始應力平衡狀態(tài)受到破壞，應力重新分布，達到新的平衡，在此過程中，開采煤層的上覆巖層將產(chǎn)生移動、變形與破壞，當開

24、采面積達到一定范圍后，移動與變形將波及到地表，使地表產(chǎn)生沉陷，給沉陷區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境和人民生產(chǎn)、生活帶來了不同程度的影響。其危害主要有：(1)毀壞建筑物和生產(chǎn)設施；(2)不利于建設事業(yè)和資源開發(fā)。發(fā)生地面沉降的地區(qū)屬于地層不穩(wěn)定的地帶，在進行城市建設和資源開發(fā)時，需要更多的建設投資，而且生產(chǎn)能力也受到限制。</p><p>　　為保護井巷、地表建筑物、鐵路等，使其免收或少受開采的影響、減少地下資源損失，必須研究地下

25、開采引起的巖層與地表移動規(guī)律。目前我國各大礦區(qū)都有了自己的巖層與地表移動實測資料，然而實測研究成果主要集中在東部平原礦區(qū)。對于山區(qū)煤礦，開采沉陷區(qū)地表任一點的移動不僅與地下開采影響有關(guān)，而且與該點所處的微地形和微地貌有關(guān)。</p><p><b>　　1.1.2選題意義</b></p><p>　　國內(nèi)外在開采沉陷和采動損害方面的研究成果主要集中在平原地區(qū)，也就是把地

26、表看做平原，而我國大約有三分之一的煤礦和半數(shù)以上的其他礦物產(chǎn)地位于山區(qū)。因而當20世紀50~60年代我國許多山區(qū)煤礦按以往平地的觀測和研究成果留設保護煤柱時，出現(xiàn)了意想不到的問題：幾乎所有位于山區(qū)的受保護對象都受到了不同程度的損壞，有些甚至是極為嚴重的損害，所留設的保護煤柱沒有起到應有的保護作用[4]。本文結(jié)合實測數(shù)據(jù)揭示山區(qū)開采沉陷的一般規(guī)律，比較山區(qū)開采沉陷與平原地區(qū)的區(qū)別，對山區(qū)開采沉陷領(lǐng)域進一步的研究工作有一定的理論意義。<

27、;/p><p>　　1.2山區(qū)開采沉陷研究現(xiàn)狀</p><p>　　對于山區(qū)開采地表移動問題，1981年顏榮貴運用開采影響理論中直線傳播原理導出了山區(qū)地面下沉的剖面方程而山西礦業(yè)學院的何萬龍將山區(qū)地表移動分為開采影響下平地移動和滑移影響下的移動之和，并給出了不同影響條件下的影響函數(shù)，近年又對滑移機理進行了力學分析[5]。</p><p>　　1999年胡友健等首次明確提

28、出山區(qū)地表移動與變形研究中的幾個重要概念，并將相似材料模型模擬實驗應用到山區(qū)地表移動問題，從而揭示山區(qū)地表移動與變形的特點和基本規(guī)律，并建立了適用于山區(qū)地表移動與變形預計的新方法[6]。</p><p>　　2003 年謝飛鴻比較全面的介紹了部分山區(qū)地表移動與變形預計所采用的公式，以及開發(fā)的可視化計算分析軟件和實現(xiàn)的功能，為從事山區(qū)地表移動與變形研究和評價提供了參考依據(jù)[7]。</p><p&

29、gt;　　2005 年潘宏宇、余學義、黃森林等指出控制和預防采動滑坡災害發(fā)生是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護的重要組成部分，并應用數(shù)值模擬方法分析柏林煤礦工業(yè)廣場南翼滑坡區(qū)的穩(wěn)定性，同時結(jié)合該區(qū)開采地表觀測數(shù)據(jù)分析開采方法、順序、方向?qū)麦w的影響[8]。</p><p>　　2007 年李文秀、候曉兵、張瑞雪等應用模糊數(shù)學中的模糊測度理論，推導出相應的地表下沉及水平移動的理論計算公式，并對煤礦開采所引起的地表移動進行了計算分

30、析，得出的計算結(jié)果與實測資料相符合[9]。</p><p>　　2009 年，羅亮、曾濤等用 GIS 三維可視化技術(shù)對礦山開采沉陷進行了模擬計算，設計了某地的仿真實驗，得到了沉陷預計云圖以及三維可視圖。同年，劉麗娟選取西氣東輸工程山西省蒿峪段為研究對象，初步選取六個影響因素，建立 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡下沉模型，對開采引起的地表下沉進行預計，從而分析其對管道正常安全運行的影響[10]。</p><p&

31、gt;　　1.3地表移動理論主要研究方法</p><p>　　現(xiàn)行研究地表移動的方法主要有經(jīng)驗公式法、理論模型法、模型實驗法、剖面函數(shù)法及影響函數(shù)法等。各種方法在理論應用中具有互補性，實際工作中一般以多種方法的分析來綜合評價。</p><p><b>　　1．經(jīng)驗公式法</b></p><p>　　經(jīng)驗公式法指以工程現(xiàn)場大量的地表實測資料為基礎(chǔ)

32、，通過綜合分析建立起具有一定統(tǒng)計規(guī)律的經(jīng)驗公式，并將該經(jīng)驗公式用于其它類似地質(zhì)的工程地下開采引起的地表移動變形預測的方法。經(jīng)驗公式由于是以實際監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，且預測公式較簡單，應用較廣。但由于沒有考慮工程地質(zhì)等因素的影響，在實際預測中，一般都是將其它預測方法得到的結(jié)果與經(jīng)驗公式結(jié)果做比較綜合分析。</p><p><b>　　2．理論模型法</b></p><p>　

33、　理論模型法是指建立在力學模式及彈性或塑性理論基礎(chǔ)上的計算方法。力學理論主要有以 A.Salstowicz 等[11]為代表的固體力學理論和以 J.Litwiniszyn 等[12,13]為代表的隨機介質(zhì)理論。建立在彈性或塑性理論基礎(chǔ)上的計算方法主要有：有限單元法（FEM）、邊界元法（BEM）、離散元法（DEM）、有限差分法(FDM)及非線性力學法（Nonlinear）等。計算機的快速發(fā)展為數(shù)值分析提供了強有力的工具，特別是借助于數(shù)值分

34、析軟件，不僅能夠動態(tài)的模擬地下開采引起的巖層和地表的移動與變形，而且能夠分析巖體的損傷(如節(jié)理、裂隙和斷層等)對地表移動變形的影響，使得數(shù)值分析法成為研究復雜地質(zhì)條件下地下開采影響的重要途徑。但地質(zhì)特征復雜、多場耦合條件明顯及巖石力學參數(shù)的選取和本構(gòu)關(guān)系考慮不夠等原因，使得計算結(jié)果與工程實際存在一定出入[14]。</p><p><b>　　3．模型試驗法</b></p>&l

35、t;p>　　模型試驗法是對理論研究和經(jīng)驗總結(jié)的重要補充及試驗驗證，主要有相似材料模型試驗法、離心模型試驗法、電模擬試驗法和光電模擬試驗法等。早在 1937 年前蘇聯(lián)就最先使用了立體模型試驗來模擬礦層的開采。通過模型試驗不僅能揭示地表移動與變形的一般規(guī)律和特征，而且能夠清楚的了解采空區(qū)尺寸、采深、礦體傾角等因素對地表移動與變形的影響。特別是離心模型試驗，由于能夠較真實的模擬與原型等應力條件下地下開采引起地表移動與變形破壞的整個過程，

36、近年來在國內(nèi)外用的比較多。但模型試驗針對性較強，一般是模擬具體工程在特定條件下的開采，且其精度受試驗工藝和人為操作的影響較大，所以其結(jié)論的指導意義存在一定的局限性。</p><p><b>　　4．剖面函數(shù)法</b></p><p>　　剖面函數(shù)法是指根據(jù)地表移動盆地的剖面形狀來選擇相應函數(shù)作為預測地表移動與變形的公式。該剖面一般為開采工作面走向或傾向主斷面，剖面函數(shù)

37、形式通過曲線擬合或最優(yōu)化確定，前蘇聯(lián)、英國、匈牙利和波蘭等國都有自己適用的剖面函數(shù)計算公式。目前剖面函數(shù)法主要有：典型曲線法、負指數(shù)函數(shù)法、雙曲線函數(shù)法及威布爾法等。其中負指數(shù)函數(shù)法和典型函數(shù)法應用的最多，它們主要適用于相同地質(zhì)條件下開采矩形或近似矩形工作面引起的地表移動與變形預計。</p><p>　　1.4沉陷監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　通過各種觀測儀器或技術(shù)對采空區(qū)地表進行系

38、統(tǒng)觀測獲取地表移動實測數(shù)據(jù)，為理論研究奠定基礎(chǔ)，是研究地表移動變形的重要手段之一。早在20世紀初，美國、前蘇聯(lián)和波蘭等國家開始通過建立地面觀測站對地表移動進行系統(tǒng)監(jiān)測，如前蘇聯(lián)從 1929年開始在頓涅茨、庫茲巴茨等多個礦區(qū)建立了數(shù)百個觀測站來監(jiān)測地表移動，根據(jù)建筑物的損害資料，給出了建(構(gòu))筑物的破壞等級與地表變形的關(guān)系，研究結(jié)果為以后計算方法的提出和模型的建立提供了依據(jù)[15]。我國對地表移動的研究也是從監(jiān)測工作開始的，1954年就在

39、開灤礦務局林西礦建立了我國第一個地面觀測站。 </p><p>　　現(xiàn)行的監(jiān)測方法主要有水準測量法、電子測速儀法、InSAR 技術(shù)、攝影測量法、GPS 測量法等。水準測量法作為傳統(tǒng)的地表監(jiān)測方法，因其操作簡單、精度高，所以一直沿用至今；電子測速儀是一種具有電子測角和光電測距的三維測量儀器，功能強大、安置靈活，目前在礦山測量中有較多應用[16]；合成孔徑雷達干涉測量(InSAR)技術(shù)是空間對地遙感技術(shù)的一種，它是利

40、用雷達信號探測微小的地形變化信息，由于其精度高且能大面積、全天候的自動獲取地表位移和變形信息，且不用布置地面監(jiān)測網(wǎng)，近年來在國內(nèi)外地表移動監(jiān)測中得到廣泛應用。同時，合成孔徑雷達差分干涉測量(D-InSAR)技術(shù)的出現(xiàn)，使其精度提高到了毫米級；攝影測量法是一種地對地式遙感式測量方法，測量人員可以對遠處觀測對象進行測量，如開采塌陷區(qū)，使用傳統(tǒng)測量方法觀測可能存在一定的危險，而攝影測量法很好的解決了這一問題。目前攝影測量應用較多的是數(shù)字化近景

41、攝影測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)操作簡單、價格低廉，能實測的獲取地表移動信息并以數(shù)字方式存儲，在開采沉陷領(lǐng)域得到成功應用，如盛業(yè)華等利用該系統(tǒng)對礦山地面沉陷區(qū)進行了監(jiān)測，獲得了地表移動參數(shù)[17]；全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)</p><p>　　傳統(tǒng)的大地測量方法由于野外作業(yè)時間長、耗費人力物力大，而且不能實時和瞬時的進行測量等原因，難以滿足現(xiàn)代礦山開采的監(jiān)測要求和地表研究的信息需要，逐漸被空間測量技術(shù)取代?？臻g測量技術(shù)具有

42、智能化、連續(xù)監(jiān)測、精度高、速度快等眾多優(yōu)點，已被廣泛應用在礦山開采領(lǐng)域的地表監(jiān)測中。但由于D-InSAR、GPS 等空對地遙感技術(shù)的測量精度普遍受環(huán)境、天氣及衛(wèi)星系統(tǒng)本身等因素的影響較大，所以將空對地遙感技術(shù)與地面遙感技術(shù)如數(shù)字化近景攝影測量系統(tǒng)以及傳統(tǒng)大地測量法等地面觀測技術(shù)結(jié)合起來獲取地表移動信息表現(xiàn)出了極大的潛力。</p><p>　　1.5本文主要研究內(nèi)容</p><p>　　根據(jù)

43、陽煤五礦83201工作面的地質(zhì)采礦條件以及工作面上方地形地貌情況，設計地表移動觀測站；采用GPS-RTK技術(shù)采集觀測站數(shù)據(jù)，采用現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理理論進行預處理；根據(jù)所獲取的觀測站數(shù)據(jù)，然后處理數(shù)據(jù)得到地表移動變形值，并求取83201工作面的地表移動參數(shù)，包括角量參數(shù)、動態(tài)參數(shù)和概率積分法預計參數(shù)。</p><p>　　根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果總結(jié)分析了山區(qū)開采沉陷地表移動規(guī)律特征，并且與平原地區(qū)地表移動規(guī)律進行比較得出一些重

44、要結(jié)論。</p><p>　　2五礦83201工作面概況</p><p><b>　　2.1地理交通</b></p><p>　　陽煤五礦是陽泉煤業(yè)（集團）的主要生產(chǎn)礦井之一，位于陽泉市以南平定縣境內(nèi)，礦井井田面積79.94km2。地理位置交通十分便利，北距市區(qū)18km，東距平定縣城6km。北臨太舊高速公路，東距鐵路專用線、207國道9km，如

45、圖2-1。</p><p>　　圖2-1 陽煤五礦地理交通</p><p><b>　　2.2氣候條件</b></p><p>　　該區(qū)域?qū)儆谂瘻貛Т箨懶约撅L氣候區(qū)，四季分明。氣候特點：春季干旱嚴重，夏季炎熱多雨，秋季降溫迅速，冬季寒冷干燥，內(nèi)氣候垂直變化顯著。年平均氣溫為2.0℃～13.3℃，年極端最高氣溫大部分出現(xiàn)在7月，年極端最底氣溫大部

46、分出現(xiàn)在1月。歷年極端最高氣溫為40.2℃（1955年7月24日）；歷年極端最低氣溫為－19.1℃（1954年12月29日）。平均年降水量為423.6～659.2毫米，年平均風速為2.0～3.0米/秒，年平均無霜期為130～180天。</p><p><b>　　2.3礦井生產(chǎn)概況</b></p><p>　　五礦正式成立于1984年12月，現(xiàn)有大井、五林井兩對井口四

47、個采區(qū)生產(chǎn)。曾主采6#、8#、15#三個煤層，隨著6#、8#煤層的采結(jié)，現(xiàn)主采15#煤層?？刹蓛α?0795.9萬噸，服務年限44年。與礦井配套的主要專用設施有：年運輸能力450萬噸，全長16公里的鐵路專用線一條；年洗選能力400萬噸和100萬噸的選煤廠各一座；日供水能力2萬立方米的供水工程和日處理能力7000立方米的污水處理工程各一處。采、掘、開、機、運、通、選等工種和專業(yè)成龍配套，形成了獨立的生產(chǎn)體系。生產(chǎn)的煤種主要有：3#篩選末煤

48、、選中塊、選小塊、末煤、煤泥、中煤等，主供冶金、電力、化工、水泥等行業(yè)，間或有少量出口，銷往海外。目前擁有固定資產(chǎn)89063萬元，是陽煤集團擁有固定資產(chǎn)最多的單位之一。</p><p>　　2.4礦井地質(zhì)采礦條件</p><p>　　陽煤五礦井田為沁水煤田重要組成部分，區(qū)內(nèi)地層以太古界、元古界的變質(zhì)巖系為基底，其上地層與巖性依次為寒武系、中下奧陶系碳酸鹽巖，石炭系中下統(tǒng)和二疊、三疊系砂巖、

49、泥巖及煤層，第三、第四系松散層。</p><p>　　礦區(qū)為一向西傾斜的單斜構(gòu)造，地層較平緩，西部傾角5°~7°，東部傾角增大一般為12°~15°。區(qū)內(nèi)褶皺及小褶曲發(fā)育，斷層較少。由于近東西向構(gòu)造形成較早，其后形成北東向為主的短軸向背斜，顯示含有東西向的構(gòu)造成份，呈“S”形舒緩分布。</p><p>　　區(qū)內(nèi)陷落柱較發(fā)育，平均密度達到20.9個/km

50、2。陷落柱平面形態(tài)大多呈橢圓形，橢圓長軸一般為十幾米到幾十米，長短軸之比一般為2：1~4：1；在構(gòu)造不發(fā)育地帶，陷落柱平面形態(tài)為圓形，直徑為幾米到十幾米。陷落柱內(nèi)巖層極度破碎，巖性混雜，層位紊亂，偶爾見有層狀結(jié)構(gòu)，但產(chǎn)狀不一，呈交錯的大碎塊體，上部為煤系地層的碎塊、粉末及第三系砂礫巖，下部為砂巖、泥巖、石灰?guī)r、煤層等。陷落柱成為垂向越流的補給通道，易引起突水事故。</p><p>　　2.5“83201工作面”地

51、質(zhì)采礦條件</p><p>　　83201工作面位于井田南部，貴石溝井南翼二采區(qū)，其傾向長度為198.6m，走向長度為1704.5m，煤層平均傾角9°，平均采深為462m。該工作面15#煤層厚度6.4~6.8m，平均厚度約6.6m。</p><p>　　工作面采用傾向長壁工作面布置，綜合機械化放頂煤開采工藝，一次采全高，全部垮落法管理頂板。</p><p>

52、;　　工作面含煤地層為石炭二疊紀，主要有砂巖，砂質(zhì)頁巖，綜合平均堅硬性系數(shù)f=7.6。掘進地質(zhì)條件較復雜，根據(jù)附近鉆孔柱狀圖，基本頂主要為砂巖、砂質(zhì)泥巖；直接頂為主要為泥巖、黑色泥巖，厚度為4~13m直接底為黑色、灰黑色泥巖，厚度0.1~7.2m。工作面有多處陷落柱，大多集中在工作面中部。</p><p>　　3 地表移動觀測站設置及觀測數(shù)據(jù)處理</p><p>　　3.1地表移動觀測站設

53、計</p><p>　　3.1.1地表移動觀測站的設計依據(jù)</p><p>　　本次地表移動觀測站設計的主要依據(jù)有：</p><p>　?、佟督ㄖ?、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》，國家煤炭工業(yè)局，2000年5月；</p><p>　?、凇豆こ虦y量規(guī)范》（GB50026-2007）；</p><p>　　

54、③《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/TT18314-2009）；</p><p>　?、?煤礦測量規(guī)程2010版；</p><p>　　⑤ 陽煤五礦83201工作面回采地質(zhì)說明書；</p><p>　　⑥陽煤五礦83201工作面井上下對照圖。</p><p>　　3.1.2地表移動觀測站的設計原則</p><p&g

55、t;　　為了能夠獲得準確、可靠、有代表性的觀測資料，在觀測站設計中，應遵循如下原則：</p><p>　?、贉y線的位置應設在主斷面上；</p><p>　?、谟^測線的長度一定要大于移動范圍；</p><p>　?、墼O站地區(qū)在觀測期間不受鄰近開采的影響；</p><p>　?、軠y點密度要適當，視深度確定密度；</p><p&

56、gt;　?、菘刂泣c要設在移動范圍之外，不受開采影響；</p><p>　?、拊O在移動范圍內(nèi)的觀測點與地表同步移動；</p><p>　?、叩乇硪苿颖O(jiān)測站的觀測線一般應設置成直線，并與煤層走向垂直或平行；在受地面建筑物設施或地形限制的情況下，也可設成折線，或因地制宜設成其它形狀。每條觀測線兩端的GPS控制點均不應少于兩個；</p><p>　　⑧埋設的測點應便于觀測和

57、保存。如預計地表下沉后測點可能被水淹沒，則點的結(jié)構(gòu)應便于加高；監(jiān)測點標石類似控制點觀測墩進行建站。</p><p>　　3.1.3角量參數(shù)的選定</p><p>　　由于本礦尚無實測資料，根據(jù)原礦務局觀測站所求得移動角等參數(shù)，并由《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》可知：上山移動角γ=72°， 下山移動角β=72°－0.5α=72°-0.5*

58、14°=65°，走向移動角δ=72°，松散層移動角φ=45，下山移動角修正值Δβ=15°，上山移動角修正值Δγ= 20°，走向移動角修正值Δδ= 20°，松散層厚度h=20m，平均采深H0=462m，走向工作面長度l=200m。</p><p>　　3.1.4觀測線位置及長度的確定</p><p>　　根據(jù)83201工作面設計條件

59、，該工作面觀測站主要布設一條走向觀測線，觀測沿著工作面上方的一條小路布設。</p><p>　　觀測線長度的確定過程為：自一順槽向工作面推進方向，以角值（δ-Δδ）劃線與基巖和松散層交界面相交，再從交點以φ角劃線與地表相較于E，E點便是不受臨區(qū)開采影響的邊界點。在另一順槽處, 向工作面外側(cè)以角值（δ-Δδ）劃線與基巖和松散層交接面相交，在從交點以φ角劃線與地表相交于F點，在EF上設走向觀測線。觀測線長度計算公式為

60、：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p><b>　　——走向移動角；</b></p><p>　　——走向移動角的修正值；</p><p>　　——回采工作面的平均開采深度；<

61、/p><p><b>　　——松散層厚度；</b></p><p><b>　　——松散層移動角；</b></p><p>　　——工作面走向長度。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)算得觀測線長度：EF=931m</p><p>　　但由于觀測線并非直線，而是沿著工作面上方的公路布設

62、的，其實際曲線長度約2000m。實際布設過程中為獲得工作面最大下沉點情況，增加最終觀測站求參的可靠性，在工作面傾向方向沿小路增設了長約240m的傾向觀測線。</p><p>　　3.1.5測點的數(shù)目及其密度的確定</p><p>　　本地區(qū)平均開采深度為462m，觀測點間距依據(jù)《煤礦測量規(guī)程》第259條的規(guī)定可取為25m。實際布設情況為：走向觀測線直線長度930m，沿小路共布設59個觀測點

63、，編號為h1~h59；兩端各設2個控制點，編號分別為A、B、C、D；傾向方向上增設了18個觀測點，編號為v1~v18，直線長度240m。各觀測線上具體工作測點個數(shù)見表3-1，各點平面位置見圖3-1</p><p>　　表3-1 控制點和工作測點個數(shù)</p><p>　　圖3-1 觀測站各點平面位置</p><p>　　3.2地表移動觀測站的觀測工作</p&

64、gt;<p>　　常規(guī)地表移動觀測站的觀測工作可分為：觀測站的連接測量，全面觀測，單獨進行的水準測量，地表破壞的測定和編錄。而GPS地表移動觀測站的觀測工作主要包括GPS控制測量，GPS-RTK全面觀測，單獨進行的水準測量，地表破壞的測定和編錄。</p><p><b>　　3.2.1連接測量</b></p><p>　　1.GPS平面控制測量</

65、p><p>　　GPS平面控制測量在此即為觀測站的平面連接測量。主要確定觀測站控制點坐標。根據(jù)礦區(qū)已有控制點資料，所給三個控制點（棗樹坡、雙線桿、主斜井）坐標均為該礦獨立坐標系下坐標，見表3-2。在此基礎(chǔ)上布置D級GPS網(wǎng)，連測觀測站控制點A、B、C、D，其網(wǎng)形見圖3-2。</p><p>　　圖3-2 GPS網(wǎng)形示意圖</p><p>　　表3-2 GPS控制點測量

66、成果表</p><p><b>　　2.水準觀測</b></p><p>　　在走向觀測線兩端分別布設E1、E2、E2，S1、S2五個水準點，將控制點C的GPS高程作為已知高程，建立觀測站的高程系統(tǒng)。使用蘇一光NAL232水準儀，按三等水準測量要求沿觀測站布設路線施測。采用單程兩次儀器高法形成閉合水準路線，水準路線如圖3-3所示。</p><p&g

67、t;<b>　　圖3-3水準路線圖</b></p><p>　　采用自編VB水準網(wǎng)嚴密平差軟件求得每公里觀測高程中誤差為±3.9mm。各水準點高程見表3-3。</p><p>　　表3-3水準點高程成果表</p><p><b>　　3.2.2全面觀測</b></p><p>　　采用為了

68、準確地確定工作測點在地表移動開始前的空間位置，在設站地區(qū)未采動影響之前，獨立進行的兩次全面觀測。分別采用GPS-RTK技術(shù)、水準儀進行平面和高程測量。本觀測站首次觀測時間為2011年6月5日，此時井下已推進8.8m，該工作面采深460m，根據(jù)各大礦區(qū)相關(guān)資料及后期觀測數(shù)據(jù)表明，此時井下開采還未能波及地表，即此時的觀測滿足設站地區(qū)未受采動影響條件，在此說明。</p><p>　　1.GPS-RTK全面觀測</

69、p><p>　　采用GPS-RTK技術(shù)，于6月5日上午、下午對觀測站的平面位置獨立進行了兩次全面觀測。所使用儀器為華測X90 GNSS，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表3-4。</p><p>　　表3-4華測X90 GNSS主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　山區(qū)野外測量條件下，觀測人員在操作儀器時，流動站對中桿易傾斜。工程實踐中，流動站對中誤差是人為因素誤差的主要來源，一般流動站的

70、安置基本采用2m高對中桿，桿的微小偏斜將會造成流動站天線相位中心相對測點偏離很大。研究表明，當2m對中桿傾斜0.1°時，平面坐標將偏離3.5mm，傾斜0.3°時偏離10.5mm，傾斜1°時將達到31.4mm。為克服測量過程中對中桿易傾斜的缺點，本次測量采用了任意傾斜位置多次測量的方法，如圖3-4所示。測量過程中每測點測量10次：基本豎直測量兩次、小角度（約15°）傾斜測量8次。將所得的10個數(shù)據(jù)按

71、附有參數(shù)的條件平差模型進行解算，得到最終該測點的三維坐標，平差結(jié)果表明，測點平面坐標中誤差為±13mm。</p><p>　　圖3-4 RTK測量方法示意圖</p><p>　　2.各測站水準高程的觀測</p><p>　　在進行平面坐標觀測的同時，使用水準儀，按三等水準測量的精度要求進行高程測量。采用單程兩次儀器高法，在兩地表移動觀測站之間架設水準儀，逐

72、點施測，由控制點C開始測量至水準點E1，形成附合水準路線。</p><p>　　獨立進行了兩次全面觀測，兩次測得同一點的平面坐標差小于10mm，同一點的高程差值也均小于10mm，取兩者平均值作為原始數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3.2.3日常觀測</b></p><p>　　日常觀測工作，指的是首次和末次全面觀測之間適當增加的水準測量工作

73、，在回采工作面推進一定距離(相當于0.1平均開采深度，即工作面回采46m)，在預計可能首先移動的地區(qū)，選擇幾個工作測點，每隔一段進行一次水準測量（又稱巡視測量），如果發(fā)現(xiàn)測點有下沉的趨勢，即說明地表已經(jīng)開始移動。在移動過程中，要進行日常觀測工作，即重復進行水準測量。日常觀測的水準測量可四等水準測量實施。重復水準測量的時間間隔，視地表下沉的速度而定。為了確定礦區(qū)GPS-RTK的測量高程和水準高程測量的差異和規(guī)律，在日常觀測中，分別用水準儀

74、和GPS-RTK同時測量。</p><p>　　目前83201工作面加密水準測量已觀測了6次。同時GPS-RTK同步觀測了4次。每次觀測時間及工作面推進位置見表3-5和圖3-5a。由圖可見工作面回采362.8m后，跳過800m繼續(xù)開采，致使造成觀測站移動的開采工作面僅為前期所推進的362.8m，實際工作面平均采深為520m，煤層底板在開切眼和停采線處高，中間低，相對中部平均傾角為4°。如圖3-5b所示即

75、為影響觀測站移動的實際工作面。</p><p>　　表3-5 工作面推進位置及觀測時間</p><p><b>　　(a)設計工作面</b></p><p><b>　　(b) 實際工作面</b></p><p>　　圖3-5 工作面推進位置及觀測時間示意圖</p><p>

76、;　　3.3地表破壞的記錄</p><p>　　第1期、第2期觀測時地表無明顯變形破壞。第3期（2011.11.8）觀測時地表開始出現(xiàn)變形破壞：工作面兩側(cè)上方地表公路的伸縮縫被拉寬，約增大1cm；此時位工作面東邊界上方的橋及其路面變形較明顯，該橋為石砌拱橋、跨度較?。?.5m），能安全使用，相關(guān)部門只對其路面進行了重修。導致布于該橋及路面處的點h23、h24、h25遭到破壞，測量過程中只恢復了其高程值。第5期（2

77、012.2.17）觀測時，地表變形加?。汗ぷ髅鎯蓚?cè)上方地表公路的伸縮縫約被拉寬3cm，見圖3-6；石砌拱橋西側(cè)路面受擠壓鼓起，鼓起高度約38cm，見圖3-7。第6期（2012.7.3）觀測時，工作面推進362.8m，距龍王廟村約190m，房屋受到一定損害，不修或小修后可繼續(xù)使用。</p><p>　　圖3-6 公路伸縮縫被拉寬 3-7 公路受壓縮變形鼓起 </p>

78、<p>　　3.4最大下沉點的移動軌跡</p><p>　　3.4.1平原地區(qū)最大下沉點移動軌跡</p><p>　　地表點與工作面相對位置不同，移動軌跡不同。以下給出平原地區(qū)近水平煤層開采地表最大下沉點的移動軌跡[3]：</p><p>　　圖4-8 平原地區(qū)最大下沉點移動軌跡</p><p>　　第Ⅰ階段：當工作面由遠處向A

79、點推進、移動波及到A點時，地表下沉速度由小逐漸變大，A點的移動方向與工作面推進方向相反；</p><p>　　第Ⅱ階段：當工作面通過A點正下方繼續(xù)向前推進時，地表下沉速度迅速增大，并逐漸達到最大下沉速度，A點的移動方向近于鉛垂； </p><p>　　第Ⅲ階段：當工作面繼續(xù)向前推進，逐漸遠離地表點A后，點A的移動方向逐漸與工作面推進方向相同；</p><p>　　第

80、Ⅳ階段：當工作面遠離地表點達到一定距離后，回采工作面對A點的影響逐漸消失，點A的移動停止。穩(wěn)定后A點的位置不一定在其起始位置的正下方，一般略微偏向回采工作面停止位置一側(cè)。</p><p>　　3.4.2山區(qū)最大下沉點移動軌跡</p><p>　　地表點的移動主要發(fā)生在松散層，因此地表的移動和地形有關(guān)。山區(qū)地表的移動受開采和地形的共同影響，其移動軌跡與平原地區(qū)不同。</p>&

81、lt;p>　　根據(jù)最大下沉點h21號點的各期觀測數(shù)據(jù)得到其移動軌跡圖：</p><p>　　圖4-9 山區(qū)最大下沉點移動軌跡</p><p>　　第Ⅰ階段：當工作面由遠處向A點推進、移動波及到A點時，地表下沉速度由小逐漸變大，A點的移動方向與工作面推進方向相反，此階段與平原地區(qū)相似；</p><p>　　第Ⅱ階段：當工作面通過A點正下方繼續(xù)向前推進時，地表下沉

82、速度迅速增大，并逐漸達到最大下沉速度，A點的移動受地形影響指向下坡方向且移動量很大； </p><p>　　第Ⅲ階段：當工作面繼續(xù)向前推進，逐漸遠離地表點A后，點A的移動方向逐漸近于鉛垂方向，移動量變??；</p><p>　　第Ⅳ階段：當工作面遠離地表點達到一定距離后，回采工作面對A點的影響逐漸消失，點A的移動停止。穩(wěn)定后A點的位置不在其起始位置的正下方，而是偏向下坡方向。</p&g

83、t;<p>　　3.4.3最大下沉點移動軌跡比較分析</p><p>　　通過比較分析移動軌跡特征可知，兩種地形條件下，最大下沉點在開始階段和結(jié)束階段的移動特征相似，中間階段則有所不同。地表點的移動是由基巖移動引起的，而地表點的移動和松散層密切相關(guān)。平原地段近水平煤層開采時，松散層的移動和基巖移動形式一致，而在山區(qū)地段，受地形因素影響，地表點在移動過程中存在沿山坡下坡方向的重力分量，導致水平移動發(fā)生

84、變化，山區(qū)地表下沉與水平移動可看作是平原情況下的地表下沉、水平移動分量與傾斜地表滑移在下沉、水平移動方向分量的疊加。如圖4.3所示，設地表任意點A0受采動影響后向采空區(qū)方向的移動向量為A0A1，向地表傾斜方向的移動向量為A0A2。則傾斜地表總的移動向量為：</p><p>　　A0 A = A0 A1 + A0 A2 （3-2）&

85、lt;/p><p>　　將各移動向量投影到移動盆地主斷面上分解為垂直分量W和水平分量u，則</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　圖4-10 傾斜地表移動向量疊加示意圖</p><p>　　顯然，W、u分別為傾斜地表的下沉和水平移動，W1、u1和W2、u2分別為開采和地表滑移兩個向量所產(chǎn)生的下沉

86、和水平移動。根據(jù)已有的山區(qū)觀測資料，W1、u1主要取決于地質(zhì)采礦條件和上覆巖層的性質(zhì)，與平地下沉和水平移動規(guī)律相似，W2、u2與地表的傾角、傾向以及表土層性質(zhì)和點的位置有關(guān)。</p><p>　　3.5地表移動觀測站數(shù)據(jù)的處理</p><p>　　首先對野外測得數(shù)據(jù)進行檢查核實，經(jīng)檢查無誤后采用現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理方法，對水準數(shù)據(jù)進行平差處理，對GPS-RTK所得平面數(shù)據(jù)進行解算。整個觀測周期內(nèi)，

87、由于在山區(qū)，條件較平原相對復雜，部分測點遭到了破壞。其中由于修路原因，處在作面正上方的h23、h24、h25、v1、v2、v3、v7、v9、v11點遭到破壞，根據(jù)實地情況，對點h23、h24、h25進行了高程的恢復，但其平面精確坐標（水平位移）無法得到。</p><p>　　觀測數(shù)據(jù)經(jīng)平差處理后，便可計算觀測線上各測點和測點間的移動和變形。移動和變形的計算主要包括：各測點的下沉和水平移動，相鄰兩測點間的傾斜和水平

88、變形，相鄰三點的曲率變形。由于觀測線呈曲線布設，其兩測點間的傾斜與相鄰三點的曲率示意圖見3-11。</p><p>　　圖 311 兩測點間的傾斜與相鄰三點的曲率意圖</p><p>　　83201工作面地表沉陷盆地特征如下圖3-12所示</p><p>　　圖3-12 83201工作面地表沉陷盆地特征</p><p><b>

89、　　3.5.1下沉曲線</b></p><p>　　各點的下沉以本次與首次的標高差表示，單位mm，則第m次觀測n點的下沉Wn為</p><p>　　Wn = Hn 0 - Hn m （3-4）</p><p><b>　　式中，</b></p><p

90、>　　Hn 0，Hn m——分別為首次和第m次觀測時n點的高程。</p><p>　　圖3-13為各期下沉曲線圖</p><p>　　圖3-13 h線各期下沉曲線圖</p><p>　　由于受到山區(qū)地形的影響，地表下沉曲線并不以采空區(qū)中心線對稱，最大下沉點偏向上坡方向；曲線在13、14、15號點附近出現(xiàn)了凸起，13、14、15號點位于山谷，在下沉過程中由于

91、受到兩側(cè)山體的擠壓而抬升；總的來看，曲線基本形狀及特征性質(zhì)與平原相似。</p><p><b>　　3.5.2傾斜曲線</b></p><p>　　地表下沉盆地沿某一方向的坡度叫傾斜，用i表示，單位mm/m，則n號點與n+1號點中點處的傾斜，即相鄰兩點間的傾斜為</p><p><b>　?。?-5）</b></p&

92、gt;<p><b>　　式中，</b></p><p>　　xn、yn；xn+1、yn+1——分別為n號點和n+1號點的平面坐標；</p><p>　　Wn，Wn+1——分別為n號點和n+1號點的下沉量。</p><p>　　圖3-14為各期傾斜曲線</p><p>　　圖3-14 h線沿觀測線各期傾

93、斜曲線圖</p><p>　　傾斜曲線基本以采空區(qū)中心呈反對稱；隨著工作面的推進，下沉盆地繼續(xù)增大，兩個最大傾斜值也不斷增加，工作面上方的最大傾斜值也隨工作面向前移動；動態(tài)最大傾斜值大于靜態(tài)最大傾斜值；在達到下沉充分后，工作面上方的最大值相對于工作面的位置固定，最大值也趨于穩(wěn)定。</p><p><b>　　3.5.3曲率曲線</b></p><p

94、>　　觀測線下沉的彎曲程度叫曲率，用K表示，單位mm/m2，則n -1號點與n+1號點中點處的曲率，即n -1號點至n+1號點之間的曲率為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　in+1~n，in~n-1——分別為n+1號點至n號點和n號點至

95、n-1號點的傾斜；</p><p>　　xn-1、yn-1；xn+1、yn+1——分別為n-1號點和n+1號點的平面坐標。</p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　xn、yn；xn+1、yn+1——分別為n號點和n+1號點的平面坐標；</p><p>　　Wn，Wn+1——分別為n號點和n+1號點

96、的下沉量。</p><p>　　圖3-15 觀測線各期曲率曲線圖</p><p>　　圖3-15 h線沿觀測線各期曲率曲線圖</p><p>　　由于受山區(qū)地形地貌影響，曲率變化形態(tài)復雜，呈現(xiàn)跳躍式分布形態(tài)，谷值與峰值交替出現(xiàn)，而平原地區(qū)充分采動時曲率曲線關(guān)于采空區(qū)中心對稱，存在兩個最大負曲率和兩個最大正曲率值；平原地區(qū)充分采動時最大下沉點處曲率為零，而山區(qū)最大下

97、沉點位于山坡上坡方向，受滑移影響存在較大的曲率值；山區(qū)上坡方向曲率變化程度明顯大于下坡方向；移動穩(wěn)定后最大曲率值位于山坡半山腰略偏向上坡方向處；動態(tài)最大曲率值大于穩(wěn)定后靜態(tài)最大曲率值。</p><p>　　3.5.4水平移動曲線</p><p>　　下沉盆地內(nèi)，某點沿某一水平方向的位移叫水平移動，用U表示，單位mm，則第m次觀測n點的沿基線方向的水平移動為</p><p

98、><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　xn m、yn m ；xn 0、yn 0——分別為第m 次觀測時和首次觀測時 n 號點的平面坐標。</p><p>　　圖3-16為東西方向水平移動</p><p>　　圖3-16 h線各期東西

99、方向水平移動曲線圖</p><p>　　沿公路布設未出現(xiàn)山區(qū)曲型的滑移，基本符合平原水平移動規(guī)律。從曲率圖中看到h16點處水平移動為零，平原條件下該水平移動應向北移動，分析其原因有兩個，一是主要為點位于山谷，受兩側(cè)山體擠壓而向東移動；二是東北方向為河流，受采動影響后向河流方向移動。</p><p>　　圖3-17 為東西方向水平移動</p><p>　　圖3-17

100、 h線各期南北方向水平移動曲線圖</p><p>　　南北方向水平移動曲線h47-h43點向北，出現(xiàn)異常，平原應該向采取中心移動，即南北方向水平移動為向南移動，該處產(chǎn)生異常原因是北側(cè)為溝谷，向溝谷方向滑移。</p><p>　　3.5.5水平變形曲線</p><p>　　下沉盆地內(nèi)兩點間單位長度的水平移動差稱之為水平變形，以ε表示，單位為 mm/m。</p&g

101、t;<p>　　則n號點與n+1號點中點處的水平變形，即 n 號點至 n+1 號點間沿基線方向的水平變形為</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中，符號及其下標意義同上。</p><p>　　圖3-18為各期東西方向水平變形曲線</p><p>　　圖3-18 h線各期東

102、西方向水平變形曲線圖</p><p>　　圖3-19為各期東西方向水平變形曲線</p><p>　　圖3-19 h線各期東西方向水平變形曲線圖</p><p>　　山區(qū)水平變形曲線既不與曲率曲線類似，也不關(guān)于采空區(qū)中心對稱，這與平原地區(qū)區(qū)別很大；最大下沉點處水平變形值不為零；移動穩(wěn)定后，水平變形為零的區(qū)域位于山峰和山腰中間某處；由此可見，山坡滑移對水平變形影響很

103、大。</p><p>　　4 概率積分法預計參數(shù)的求取</p><p>　　根據(jù)我國各礦區(qū)的實際情況在預計方法中選擇合適的預計模型，對于一般地質(zhì)采礦條件下的預計，其精度是能滿足沉陷治理工程需要的。對于存在特殊地質(zhì)采礦條件時，仍然沒有較成熟的預計方法，實際工程中一般采用數(shù)值模擬和物理模擬作定性或半定量的分析。本系統(tǒng)所面向的主要是在深厚含水松散層（松散層厚 150-300m，松散層厚占采深的

104、60％-80％）條件下的地表移動變形規(guī)律，主要適用于淮南礦區(qū)以及全國類似條件礦區(qū)（如徐州、大屯、淮北和宿東等礦區(qū)），經(jīng)過多年實踐證明，采用概率積分法是十分有效的。</p><p>　　4.1概率積分法基本原理</p><p>　　概率積分法就是根據(jù)隨機介質(zhì)理論，把開采引起的地表移動看作隨機事件，用概率積分（或其導數(shù)）來表示微小單元開采引起地表移動和變形的預計公式（影響函數(shù)），從而用疊加原理

105、計算出整個開采引起的地表移動和變形。由于概率積分法具有一定的理論基礎(chǔ)，預計參數(shù)通過實測資料求得，且對一個礦區(qū)參數(shù)相對穩(wěn)定，參數(shù)變化遵循一定的規(guī)律。同時概率積分法可適用于任意形狀工作面、地表任意點的移動和變形預計，使用方便，適應性強，預計精度高，因此在我國得到了廣泛應用，成為我國當前主導的預計方法。概率積分法是以正態(tài)分布函數(shù)為影響函數(shù)用積分式表示巖層與地表下沉盆地的方法，適用于常規(guī)的巖層與地表移動與變形計算。概率積分法就是根據(jù)隨機介質(zhì)理論

106、，把開采引起的地表移動看作隨機事件，用概率積分（或其導數(shù)）來表示微小單元開采引起地表移動和變形的預計公式（影響函數(shù)），從而用疊加原理計算出整個開采引起的地表移動和變形。由于概率積分法具有一定的理論基礎(chǔ)，預計參數(shù)通過實測資料求得，且對一個礦區(qū)參數(shù)相對穩(wěn)定，參數(shù)變化遵循一定的規(guī)律。同時概率積分法可適用于任意形狀工作面、地表任意點的移動和變形預計，使用方便，適應性強，預計精度高，因此在我國得到了廣泛應</p><p>

107、　　4.1.1隨機介質(zhì)及其移動的規(guī)律</p><p>　　作為開采沉陷的研究主體的巖體可以用兩種完全不同的介質(zhì)模型來模擬：一種是連續(xù)介質(zhì)模型，一種是非連續(xù)介質(zhì)模型。連續(xù)介質(zhì)模型認為：在移動過程中，介質(zhì)始終保持其連續(xù)性，介質(zhì)單元之間的聯(lián)系關(guān)系保持不變；非連續(xù)介質(zhì)模型認為：在移動過程中，介質(zhì)的連續(xù)性受到破壞，介質(zhì)之間原有的聯(lián)系關(guān)系發(fā)生變化，單元相互分離并發(fā)生性對運動。由于巖體中有一系列原生的和開采引起的裂隙面和其他非

108、連續(xù)面，所以用非連續(xù)介質(zhì)模型研究開采沉陷問題是適當?shù)摹?lt;/p><p>　　J.李特威尼申等應用非連續(xù)介質(zhì)力學中的顆粒體介質(zhì)力學來研究巖層及地表移動問題，認為開采引起的巖層和地表移動的規(guī)律與作為隨機介質(zhì)的顆粒體介質(zhì)模型所描述的規(guī)律在宏觀上相似。</p><p>　　作為隨機介質(zhì)的顆粒體介質(zhì)，在研究其移動規(guī)律時可抽象為圖4-1所示理論模型。該理論模型認為，介質(zhì)是有類似于砂?；蛳鄬碚f很小的巖

109、塊這樣的介質(zhì)顆粒組成的。顆粒之間完全失去聯(lián)系，可相對運動。顆粒介質(zhì)的運動用顆粒的隨機移動來表征，并把大量的顆粒介質(zhì)移動看作是隨機過程。</p><p>　　圖4-1作為隨機介質(zhì)的顆粒體介質(zhì)的理論模型</p><p>　　用數(shù)學歸納法可以求得圖 4-1 中任意（x,z）方格內(nèi)散體移動的概率為：</p><p><b>　?。?-1）</b><

110、;/p><p>　　4.1.2概率積分法預計模型</p><p><b>　　1. 坐標系統(tǒng)</b></p><p>　　1）坐標系統(tǒng)觀測站在設計時常常是在國家大地坐標系或當?shù)鬲毩⒆鴺讼迪?，而概率積分法預計公式中的 x、y 是在相對于工作面的特定坐標系下的坐標，因此在變形預計和參數(shù)預計時需將國家大地坐標或當?shù)刈鴺宿D(zhuǎn)換到特定坐標系下【24】</

111、p><p>　　概率積分法中計算任意點下沉時采用的坐標系如圖 4-2 所示：以工作面水平投影的左邊界和下邊界的交點作為坐標原點；X 軸沿地表指向采空區(qū)，Y 軸沿傾向指向上山方向，從而建立直角坐標系（以下簡稱計算坐標系）</p><p>　　圖4-2概率積分法坐標系建立及坐標變換示意圖</p><p>　　2）坐標變換設在當?shù)刈鴺讼迪麓cA坐標為A（XA,YA）；在計算