煤矿开采引发地表变形的动态测量方法探析

许阳

摘要：在地下的煤炭层在被采掘出去以后，其煤层采空区域的顶板构架在地心引力的作用環境中必然和顶板上部的覆盖岩层及土体部分朝层理面的法线方向逐步产生移动状态，在地下作业面备连续性的予以推进过程以后，其煤层采空区域的顶板式岩层尾部可逐步产生断裂的状态，在这种岩层段中部区域开裂范围较窄的情况之下，会发生顶板部位岩层结构整个垮塌的状况，本文立足于实际状况，针对煤矿井下采掘导致的地表结构变形动态式检测的手段进行深入研究.以实现和广大同仁进行密切交流.进而共同提升的目标。

关键词：煤炭采掘；现场测量、地表形态改变；坐标确定

由地层结构本身产生的水平面上的变形而引发的损坏于地表现状的收缩趋势及拉伸趋势即是我们通常所言的地表水平面变形过程。因为促使地层结构产生拉伸趋势的驱动力过强，而且超出了建筑体本身抵抗拉伸力的容许区间，那么此时拉伸过程对地层结构所产生的损害性最为严重，即便在较窄范围的地表区域产生的轻微一动的拉伸过程均可能引发地表构筑体结构发生开裂的情况。通常最易导致在门窗部位或是洞口区域出现痕及缝隙情况，因为那些区域是建筑体结构强度最脆弱的区域。用砖石料砌筑的地面构筑体其本身最易发生水平方向的裂缝情况，其竖向状态的围墙及横向状态的围墙可把门洞结构挤压成菱形状态，或是引发屋顶凸出。地面构筑体受到破坏的后果一般是和其自身的建造构架、施工材料、结构形态及坚固品质存在着极为密切的关联性。在这里最为关键性的原因是缘自于构筑体结构本身的平面性尺寸及刚度性能大小。其地表结构所产生的变形必将对地表构主体的基础结构造成水平方向的附加作用力。

一、煤矿井下采掘导致地表结构产生变形结果的根本性致因和运作机理

（1）当煤矿地表结构开始产生纵向变形的情况下，其便对地面构筑体的基础结构造成不均衡的反向支撑力，且由此导致附加型剪应力及附加型弯矩，其所导致的附加型作用力可对地表构筑体造成很大程度的影响。一般条件下，在地表结构受到移动过程之后并且由此导致处在稳步下陷状态中的构筑体，在实施采掘的操作环节中，其必然持续受到地表层本身持续动态化变形的负面干扰作用，由于其本身会产生拉伸应力的原因，在作业面脱离地面构筑体的时间间隔超出允许数值的时候，其建筑结构体又能复原到始态。

（2）迁移的方向和区间。在针对地表结构产生变形的理论学说中，其移动型角度是最为关键的角度数值。其移动转角在岩土结构层的工程建造环节中是说针对处在移动着的重点性盆地断裂层面上的临界变化数值的煤层采空区及各点之间的连接线及水平方向线之间的相夹角度。依托数据仿真的运算结果而得出，因为采掘煤层的层次数目及采掘过程中的中段区域存在着很大的不同性，其岩层结构的强度性质亦完全不会一样，自然其移动转角也是会不同了。倘若在矿区地面上部存在着松散型的岩层结构时，亦会出现松散型层移的动态夹角。在对相关的数值进行模拟过程以前，须优先选取精准的计算公式去进行数据验算及比照，达到岩层滑移夹角的具体数值。

二、煤矿井下采掘造成的地表结构变形的数据分析

现在国际上最为高科技的数值型仿真运算法是当属于目前比较流行且实用的FLAC运算原理，其基本运算原理是和离散元运算结构相类似，然而FLAC运算原理所运用的节点区域发生滑移达到连续化的条件是：其可以对连续型的工艺介质变化实施大区域变形化分析，是极为匹配仿真型地应力的构建与分布、岩层边坡和锚索结构设置等等。如果选取动态型的测试手段：在矿山井下采煤工程建设环节中，煤炭采掘的生产过程本身即为一项极为繁杂的力学动态变化过程。其涵盖着诸多的机动性变化因素，此类因素均可对其造成严重影响。因为数值仿真运算的结果一般均只是作为效果评判的时候对其进行运用。因此在模拟运算的环节中，误认为的去构建力学结构模型和原始结构的关联关系及精密性水平，其所构建的动力学数据动态化模型不可过于繁杂，只要可以具体的展示岩石结构体的最原始力学特点及采掘的作业历程即足够了。

（1）对矿岩层结构性质的预设：设定矿岩结构为多项均质及同性的库伦型弹塑仿真模型。

（2）对于运算模型实施预设：对井下矿产采掘是属于一项空间结构型的问题，应该运用三维空间的计算模式。但通常情况，在同样的情况下，二维数值的模拟结果与三维模拟的结果很相近，因此，计算简化模型时常采用二维平面模型。

（3）简化煤层的结构：为了模拟起来更方便，对巷道工程的每一煤层的开挖步数等部会考虑。

三、煤矿开采后所引发的地表变形动态测量方法

为了满足《煤矿测量规程》里的相关规定，在每次对煤矿的观察测量结束后，应对其观测结果进行反复的检查，然后进行计算，以保证观测结果的正确性。做完上述工作就可以开始计算各线与点之间移

动的变形量，主要包括：各测量点的水平移动与下沉位置，相邻两侧点之间的倾斜的水平变形和相邻两线的曲率变形，以及观测点的下沉速度等等。要观测点某一时刻的下沉，应该该时刻所观测到的测高点与首次所观测到的测高点相算得出高程之差。

四、结语

地表变形的原因主要来自于井下的开采情况，覆盖岩的特征对其也有一定的影响，在选择流变参数的时候应该具体的体现地下的开采状况以及岩层的构成特点等，促使进一步增强流变参数的可靠性。因此，动态测量方法在研究开采力学结构上具备极大的优势。endprint