浅谈车集矿主井井口房变形观测的设计
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中图分类号：TD214 文献标识码：A
摘 要：详细的介绍了车集矿主井井口房沉降观测的原因及设计原则，并对沉降观测的方法、要求及井口房趋于稳定的判断做了阐述，最后提出了在沉降观测中应注意的事项。
1 问题的提出
我矿主井井口房由于不均匀沉降导致墙体出现裂缝，局部裂缝宽十几个毫米，严重影响到主井井口房的安全使用，从去年下半年到现在已先后对房体下及周围地基进行两次注浆加固，注浆加固取得了一定的效果，从目前的情况来看，仍需要进行第三次注浆加固。注浆工作完成后，需要对注浆工程的效果进行客观、全面的综合评价，要想达到目的，在第三次注浆工程进行之前，须对主井井口房的变形观测进行设计，然后依据设计在开始注浆后同步进行观测，最终通过对沉降观测点观测数据的整理、分析和研究，对注浆加固工程从沉降观测的角度得到一个客观真实的评价。
2 沉降观测设计的原则
在做沉降观测设计时需遵循严谨、科学、适用、工作量小的原则。观测时，首先要根据主井井口房的变形现状、用途确定沉降观测精度的等级，其次结合注浆工程工艺特点，井口房承载情况等因素确定合理的观测周期。沉降观测的等级精度和观测周期是确定观测设计方案成败的要素。
2.1 沉降观测周期的确定
沉降观测的周期、次数应根据主井井口房的变形现状、用途、注浆工程的进度，钻孔注浆时的效果以及地基载荷变化情况等因素综合考虑。在第三次注浆工程开工之前，须进行第一次全面观测，在井口房打钻注浆过程当中根据工程进度情况初步考虑将观测周期确定为20天，施工期间若中途因故停工且时间超过一个月以上，则在复工之前增加一次观测；若在观测周期发现不均匀沉降量明显增大或裂缝变宽时，观测周期应缩短，注浆加固工程完工后观测周期调为一个月；如果沉降速度减缓，改为三个月观测一次。当判定井口房趋于稳定时结束观测工作。
2.2 沉降观测精度的确定
沉降观测数据的精度取决于被观测物的性质，结构，用途，服务年限及其对变形的敏感程度。对于主井井口房，按三等水准测量技术要求观测即可。具体技术指标要求见下表一和表二：
表一
等 级 mkm/mm 水准仪 水准尺 观测次数 路线闭合 /mm
三等 ±6 索佳DS3 木质双面（3m） 往返各1次 ±12
表二
等 级 视线
长度/m 前后
视距差/m 累积差/m 黑红面
读数差/m 黑红面高差之差/m
三等 75 33 6 2.0 3.0
3 沉降观测方法要求
3.1水准控制网及沉降观测点的布设
对水准基点的要求是：埋设在变形影响区域之外地基稳固的区域，并确保在整个沉降观测过程中不被破坏。主井井口房沉降观测的水准基点设在永淮公路与南风井路交叉点南侧，编号SG1 、SG2、SG3 。其中SG1作为观测的起算点，SG2、SG3点用作检核。受条件所限水准控制网布设为水准支线。
为了反映出注浆加固前、中、后主井井口房的准确沉降情况，变形观测点须设置在最能反映沉降特征且便于观测的位置，且对称分布。设点时一定要考虑观测点不能在打钻注浆期间被破坏而不能连续观测，从而使该点失去观测意义。根据井口房的结构特点，共设10个观测点。
3.2 仪器的选择和监测工作
主井沉降观测对精度要求相对较高，根据注浆加固工程的工艺特点及对沉降观测精度要求，确定按三等水准测量精度要求进行施测。按照《煤矿测量规程》规定：使用DS3索佳自动安平水准仪配合3m双面木质水准尺进行观测。除水准基点等固定点外，中间转点均加尺垫，在首次观测之前，须对所用仪器、水准尺进行检核，合格后方可投入使用。
为了保证观测的精度和观测数据的质量，在沉降观测过程中坚持“五定”原则，即水准基点和沉降观测点点位稳定；所用的仪器、工具要固定；观测人员要固定；观测时选择的外部观测条件（如天气状况、观测时间、温度、风力、成像清晰度等）基本一致；观测路线、程序要固定。通过采取“五定”原则，在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，做到各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所获得的观测数据更真实准确。
3.3 主井井口房趋于稳定的判断
在沉降观测过程中，由于受到人为、仪器、工具及自然条件的影响，必然会产生观测中的偶然误差。偶然误差的量的变化是随机的，是受观测等级精度限制的，如果量的变化超出三等水准观测精度要求，则需要重新观测，故观测中产生的偶然误差是在观测等级精度区间内的无规律变化的量。实践中发现，当被观测物的观测下沉量小于观测的偶然误差的量的绝对值时，那么被观测物的沉降量会出现正、负两种表现形式，且两种结果出现的概率基本相等。
由此可见，在对主井井口房进行沉降观测的过程中，当主井井口房的沉降量小于观测精度，并在观测精度区间内呈现正、负无规则变化曲线时，可判定主井井口房已处于基本稳定状态。
4 沉降观测中应考虑的几个问题
4.1 i角误差
i角误差是影响外业观测精度的主要误差，虽然经过i角的检验校正，但不可能完全消除，要保证使两轴完全保持平行是困难的。因此，当水准气泡居中时，视准轴仍不能保持水平，导致水准尺上产生读数误差，该误差的大小与视距的长、短成正比。即视距大误差越大。理论上在i角保持不变的情况下，如果一个测站上的前、后视距相等或一个测段前、后视距累积差为零，那么可以消除观测过程中产生的i角误差。但在实际作业中完全做到这一点是困难的。所以，必须按三等水准观测精度要求，将一个测站前后视距差控制在3米之内，累积差控制在6米之内，以减弱i角误差对外业测量工作的不利影响。
4.2 水准尺竖立不直问题
水准尺经检验校正合格后，便可实际作业。但在外业观测中，有时会出现水准尺立不直现象，造成读数变大，影响读数精度。故在观测时，一方面观测人员若发现尺子歪，应及时通知司尺人员扶正后读数；另一方面，司尺人员在立尺时一定要观察水准尺侧面上的圆水准器气泡，保证其居中。必要时采用尺撑，以避免因司尺人员疲惫而扶不正尺子或尺子抖动的现象发生。
4.3 观测数据的处理问题
通过对主井井口房的周期性观测，可获得大量观测资料，为了客观、真实地反映井口房下沉的趋势、规律和幅度，需要时对观测数据进行分析处理，除掉孤值，绘制以观测时间为横坐标，以累积沉降量为纵坐标的沉降点下沉曲线图，沉降点不必一个个绘制，仅选取有代表性的测点即可。此外，还需绘制沉降等值线图，传统的绘制方法费力、费时，且精度低，主观因素大，目前可考虑借助Arcview软件快速准确地绘制沉降等值线曲线图。
作者简介：
张建威，男，中国矿业大学采矿工程本科专业学历，一直在车集煤矿生产技术科从事矿井测量技术工作。