[发明专利]一种煤炭资源井工开采的土地破坏特征的立体监测方法

说明书

技术领域

本发明属于工程环境的监测技术领域。具体涉及一种煤炭资源井工开采的土地破坏特征的立体监测方法。

背景技术

据有关专家预测，到2050年我国煤炭资源在我国一次性能源消耗的比例仍会保持在50%的水平，煤炭资源在为国民经济发展提供动力的同时，其开采活动也对土地资源造成了不同程度的破坏，诸如地裂缝、土地塌陷、土地压占、水土流失等，由此引发的破坏土地的面积超过了500万hm²，土地复垦与土地修复的工作业已提升至国家战略发展的层面。

根据我国现有相关法律法规的规定，煤炭的开发主体必须承担破坏的土地修复责任，通过一定的工程技术手段，对受损的土地进行整治，因地制宜，使其达到可利用的状态，且尽量复垦为耕地，因此，受损土地的破坏特征首先必须调查清楚。由于我国煤炭资源的分步范围广泛，不同区域煤炭的赋存条件相对复杂，形成几种典型的分布特征，诸如，西部风沙区、黄土沟壑区、西南山地区、中东部高潜水位矿区等，开采工艺也呈现多样性，土地受损特征呈现明显的差异性。

近些年，我国煤炭行业呈现出战略西移的发展态势，山西、陕西、内蒙古、宁夏以及新疆五省的煤炭产量占全国总产量的比重达到了70%，千万吨矿井、矿井群以及亿吨矿区已然形成。特别在我国西部风沙区的神东矿区，大采高、超大工作面、快速开采等现代高强度开采技术不断更新与应用，使得该地区的土地破坏特征表现出新的特征，工作面回采时间短、迁移速度快、变形更加集中，开采对土地破坏的影响周期进一步缩小，部分受损因子呈现出自修复的现象。然而，该方面的研究却相对缺乏，特别是开采全过程中土地破坏的原始数据的获取以及累计明显存在不足，尚不能形成该地区的生态修复指导建议，从而导致部分修复工作的失效。因此，需解决如下难题：

（1）针对西部风积沙煤矿区的快速开采、土地破坏变形迁移速度快等特点，应该建立新的符合开采工艺的地表监测方法，在此基础上，确定监测对象、监测手段以及观测方案；

（2）风积沙等松散层的存在对土地破坏特征的影响也较为明显，因此，应该建立涵盖松散层在内的土地破坏特征的立体监测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种煤炭资源井工开采的土地破坏特征的立体监测方法，建立了覆盖地面以及部分上覆岩层在内的立体监测系统，能够获取采煤沉陷地分层的移动变形规律和地裂缝发育特征。该方法包括：在下沉盆地地面上建立观测基准站，进行网型优化配置，利用现代测量手段获取开采过程中地表移动变形规律；在此基础上，优选地裂缝观测区域，布设简易的加密观测站，在采动过程中，在加密观测站之间布设位移传感器阵列，根据位移的相对变化量，获取开采过程中地裂缝的发育特征；在观测基准站旁边布设刚性测斜管，利用测斜仪建立地面以下不同层位的移动变形规律，同时为地裂缝发育规律的研究提供丰富的原始数据。该方法可为西部风积沙浅埋深煤矿区的土地破坏特征的立体监测提供一种途径。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种煤炭资源井工开采的土地破坏特征的立体监测方法，包括以下步骤：

（1）建立观测基点与坐标控制体系：煤炭资源开采之前，分别沿工作面走向中心线和倾向方向，在上方地面等间距建立多个观测基点，其间距d₁的取值范围为10-30m；观测基点所覆盖的范围必须超过下沉盆地的边界；观测基点的平面坐标采用多台GPS接收机同步静态测量方式获取，高程则采用水准测量的方式获得；

（2）布设简易的加密观测站：在步骤（1）的基础上，选择适宜的地裂缝观测区域，按一定间距d₂平行走向中心线布设简易的加密观测站，形成多条裂缝观测线；同一条裂缝观测线上加密观测站的间距d₃应相等；

（3）布设刚性测斜管：在走向中心线的观测基点的周围分别布设刚性测斜管，每节测斜管的长度为2.0-4.0m，刚性铰接；在布设之前，先进行钻孔取土，钻孔孔径为10-20cm，钻孔深度大于松散层的厚度；

（4）布设位移传感器阵列：在采动过程中，根据开采进度，确定工作面掘进位置与加密观测站之间的相对关系，利用邻近加密观测站快速的标定新出现地裂缝的空间位置；在发育明显的地裂缝的开裂最大处及转向位置分别布设位移传感器；次日，标定新的观测对象，重复上述工作，直到工作面掘进位置超过裂缝观测区域的边界为止；