变形监测课程设计

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1、王亚亚 矿山开采沉陷观测站设计 矿山开采沉陷观测站矿山开采沉陷观测站设计设计 某矿某矿 62006200 工作面工作面观测站设计观测站设计 班级 测绘班级 测绘 1212 1 1 姓名 王亚亚姓名 王亚亚 学号 学号 0712282507122825 2014 4 26 王王亚亚 矿山开采沉陷观测站设计 1 目目 录录 一 一 建立观测站的目的和要求建立观测站的目的和要求 2 2 二 二 设站地区的地形 地物及地质采矿条件设站地区的地形 地物及地质采矿条件 2 2 三 观测站设计时所采用的开采沉陷参数观测站设计时所采用的开采沉陷参数 2 2 四 四 测区已有地形图 测区已有地形图 2 2 五

2、五 地表移动观测线位置 长度确定地表移动观测线位置 长度确定 4 4 六 六 确定观测点间距 测点编号确定观测点间距 测点编号 5 5 七 七 工作测点和控制点的构造及其埋设方法工作测点和控制点的构造及其埋设方法 6 6 八 八 观测站与矿区控制网连接设计观测站与矿区控制网连接设计 6 6 九 九 观测站日常观测方案观测站日常观测方案 7 7 十十 观测站成果整理方法观测站成果整理方法 7 7 十一 十一 观测站经费估算观测站经费估算 1010 十十二二 观测站设计图纸 观测站设计图纸 1111 王王亚亚 矿山开采沉陷观测站设计 2 矿山开采沉陷观测站矿山开采沉陷观测站设计设计 一 一 建立观

3、测站的目的和要求建立观测站的目的和要求 某矿 6200 工作面西部 西南部有后鲍店村 中鲍店村 为研究地 下开采对村庄的影响及地表移动变形规律和参数 拟在该矿 6200 工作 面设置地表移动观测站 进行地表移动观测 通过观测获得地表移动 动态参数和角值参数 同时 监测地下开采对建筑物的影响 二 二 设站地区的地形 地物及地质采矿条件设站地区的地形 地物及地质采矿条件 6200 工作面位于六采区东北部 是该采区设计开采 2 层煤的第一 个工作面 北部 东部分别为 3 煤的一采区 1308 1310 1312 采空区 和二采区 2310 2311 2312 采空区及未开采区域 南部 西部尚未开 采

4、 6200 工作面基本沿倾向布置 为刀把型 倾向长为 623 820m 走向宽为 46 129m 煤层厚度 0 70 1 33m 平均 1 10m 煤层倾 角 4 19 6 第四系平均厚度 196 16m 工作面标高为 233 303 m 2 煤与下伏 3 煤的层间距一般为 21m 6200 工作面上方地表地势平坦 标高为 43m左右 冻土深度 0 4 m 三 三 观测站设计时所采用的开采沉陷参观测站设计时所采用的开采沉陷参数数 根据现场实测 求得本区域实测地表移动参数为 走向移动角 750 上山移动角 750 下山移动角 750 0 6 表土移动角 450 充分采动角 1 2 3 550 最

5、下沉角 900 0 5 四 测区已有地形图四 测区已有地形图 王王亚亚 矿山开采沉陷观测站设计 3 王王亚亚 矿山开采沉陷观测站设计 4 五 五 地表移动观测线位置 长度确定地表移动观测线位置 长度确定 1 观测线位置 长度的确定 1 倾斜观测线位置 长度的确定 工作面短轴方向即东西方向是煤层走向方向 此时过工作面东西短轴方向的 中点所作的南北方向断面就是倾向主断面 倾向范围计算 地表移动盆地沿倾向范围的确定 最外边界 工作面平均标高H 233 303 2 268m 工作面平均厚度 0 H 268 43 311m 表土平均厚度 1 h 196 16m 排除表土层厚度 2 h为 114 84m

6、22 1 1 114 84114 84 tan30 772 tantan753 732 hh xm x 11 2 2 196 16 tan196 16 tantan45 hh xm x 倾斜观测线距工作面边界的距离 12 196 1630 772226 932xxm 地表移动盆地平底边缘距停采线 0 3 tan H x 0 3 311 217 79 tantan55 H xm 地表移动盆地最外边界距盆地平底 即最大下沉区域 边缘 123 30 772 196 16217 79444 722xxxm 所以倾斜观测线长度应大于 444 722m 2 走向观测线位置 长度的确定 为充分研究 6200

7、 工作面的采动对地表的影响 走向观测线布设如设计图所 示 走向观测线为走向主断面的观测线 研究地表在走向主断面方向上的变形 王王亚亚 矿山开采沉陷观测站设计 5 因为倾向方向充分采动 采用充分采动角确定 走向范围计算 0 3 tan H x 0 3 311 217 79 tantan55 H xm 2 4 tan h x 2 4 114 84114 84 30 722 tantan753 732 h xm 1 5 tan h x 1 5 196 16 196 16 tan1 h xm 走向观测线距工作面边界的距离 0 3 311 217 79 tantan55 H xm 走向观测线需经过最大下

8、沉点 所以走向观测线要经过地表移动盆地的平底 走向观测线距工作面边界的距离 0 3 311 217 79 tantan55 H xm 可知 走向观测 要布设在停采线以北 217 79m之外 此外要距东北侧采空区一段距离 工作面短轴方向即东西方向是煤层走向方向 此时只要过走向主断面方向地 表沉陷的最大波及范围做关于工作面南北长轴中垂线的位置方向就是走向主断 面 45 30 722 196 16226 932 xxm 走向主断面上地表下沉盆地的影响范围 45 129355 932 xxm 所以走线观测线长度应大于 355 932m 六 确定观测点间距 测点编号六 确定观测点间距 测点编号 王王亚亚

9、 矿山开采沉陷观测站设计 6 观测点数目及其密度 根据开采深度确定观测点的密度 观测点间距 开采深度 m 点间距离 m 小于 50 5 50 100 10 100 200 15 200 300 20 300 400 25 400 以上 35 对于特殊观测站 可以根据研究目的 确定观测点的间距 如建筑物观测站 一般点间距就小得多 由于煤层平均采深 0 H 233 303 2 43 311m 可以确定观测点的间距 根据走向开采深度 300 400m确定点间距为 25m 并对观测点编号1 30 及其控制点R1 R3 倾斜开采深度 300 400m确定点间 距为 25m并对倾斜观测点编号 31 51

10、及其控制点R4 R6 测点的编号一般规 定为 在倾斜观测线上自下山向上山方向顺序增加 在走向观测线上按工作面推 进方向顺序增加 由于 6200 上半部分受北部 东部与东北部采空区的影响 只能在观测线一端设点 控制点不能少于三个 且工作测点的最外端点至控制点 的距离及控制点间的距离为 50 100m 七 工作测点和控制点的构造及其埋设方法七 工作测点和控制点的构造及其埋设方法 控制点和工作点一般用混凝土灌注 或者用预制的测桩埋设 埋点要求 在观测期间能可靠保存 并和地表牢固结合 不受冻害影响 便于观测 如果标志露出地面不易被破坏时 则采用露出式比较方便 一 般高出地面 10 20cm 在潜水位较

11、高地区 应考虑测点下沉后被淹没的可能 一般预留今后加高的装置 在冻土地区 控制点地面应在冻土线 0 5m以下 该 地冻土深度为 0 4m 且本地区地形平坦 可将控制点埋在地表以下 0 9m以 下 费用低 埋点时 在标定的位置上挖一直径为 0 2 0 3m 深不小于 0 6 m的坑 用于混凝土灌注 中间用直径为 16 20mm的铁杆作标志 在标志顶部 加工成球面 并钻一深 3 5mm 直径小于 2mm的孔 作为测点标志中心 也 可用直径 20 30mm的铁杆 直径为 50mm的铁管作标志 在冻土地区 标志浇 灌深度应在冻土线以下 0 3 0 5m 使标志周围与冻土隔离 周围填紧土石 为 王王亚亚

12、 矿山开采沉陷观测站设计 7 检验控制点受外界条件影响在高度上是否有变动 应定期从矿区水准对观测点作 水准测量 如果水准基点离观测站较远 在观测站附近 1 2km处 至少埋设两 个水准基点 八 观测站与矿区控制网连接设计八 观测站与矿区控制网连接设计 1 连接测量 在观测站地区被采动之前 确定观测站R1 R6 与开采工作面 6200 之间 的相对位置关系 分别选取观测站R1 R6 中的几个控制点与矿区控制网之间 进行的联系测量 设站后 10 15 天进行二次测量 两次间隔小于 5 天 点间误差 7cm 平 面测量用全站仪按 5 导线进行 高程测量使用DS3 水准仪按三等水准测量要 求进行 应当

13、独立进行两次 2 全面观测 全面观测是确定观测点的初始位置及高程 在连测后 地表开始移动之 前 独立进行两次全面观测 采动前 两次观测时间间隔两次间隔 5 天 高差 10mm 支距差 30 mm 边长差 4mm 三等水准 取平均值作为观测站的原始观测 即初始观 测 数据 同时 按实测数据 将各点展绘在观测站设计平面图上 活跃阶段 4 次 间隔 0 0 07 H t C 峰局 0 0 065 H t C 0 H 311m 四等水准 全面观测方法 高程测量 采用闭合水准测量 按照三等水准测量精度 平面位置测量 GPS方法 仪器选用 3DSZ水准仪 GPS接收机等 九 观测站日常观测方案九 观测站日

14、常观测方案 1 观测时间间隔确定 每次观测的内容 观测站的观测程序观测站的观测程序 观测时间 观测内容 观测时间 观测内容 设站后 10 15 天 与矿区控制网连测 地表移动活跃期 全面观测 加 密水准测量 采动影响前 全面测量 预测 地表移动衰退期 水准测量 地表移动初期 水准测量 地表移动稳定后 全面观测 2 点位 水准测量方法 仪器 精度要求 观测方法 四等闭合水准 仪器选用DSZ3 水准仪 精度要求 偶然中误差M 5 0mm 全中误差 10mm 3 其它测量内容 如地表裂缝观测 王王亚亚 矿山开采沉陷观测站设计 8 1n n i 记录地表裂缝 塌陷的形态和时间 每次观测时相应工作面位置

15、 实际采 厚 工作面推进速度 顶板垮落情况 煤层产状 地质构造 水文条件等 注意 移动活跃阶段 水准测量必须在一天内完成 十 观测站成果整理方法十 观测站成果整理方法 观测站连测成果的内业整理方法与常规测量成果整理方法一样 最后计算出 观测站控制点的平面坐标和高程 检验是否在允许的误差范围之内 1 观测成果的计算 内业成果的整理 各种改正数计算 如采用的是全站仪 应进行仪器常数 气象等改正 如 果采用钢尺量边 应进行比长 温度 倾斜 支距 垂曲等改正 外业成果的可靠性检验 计算分析各类观测误差 如果观测成果误差在允 许范围内 进行平差处理 如果观测成果误差不在允许范围之内 要分析 原因和重新进

16、行测量 各点各次观测高程 坐标计算 移动变形采用如下公式计算 m次观测时n点的下沉 式中 n W n 点的下沉值 mm 0n H nm H分别为首次和m次观测时点的高程 mm n号点至n 1 号点间的倾斜 式中 n号点至n 1 号点间的倾斜 mm m 1n n l n号点至1n 号点首次观测时的水平距离 m 1n W n W n 1 号点和n号点的下沉量 mm n点附近的曲率 即n 1 号点至n 1 号点之间的曲率 1 1 1 1 1 1 2 nnn n nnn n nn n ii ll K 式中 1 1nn n K n号点附近的曲率 2 mm m 1 nn i 1n n i n 1 号点至n号点和n号点至n 1 号点的倾斜 mm m 1 nn l 1n n l n 1 号点至n号点和n号点至n 1 号点首次观测的水平距离 m n号点的水平移动 采用全站仪观测时 按下式计算 0nnnm WHH 1 1 1 nn n n n n WW i l 王王亚亚 矿山开采沉陷观测站设计 9 11 cossin1000 nnmnnmn UXXYY 式中 n U n号点的水平移动 mm nm X nm