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摘 要：文中对朱仙庄煤矿主副井塔架、井筒及工业广场地表沉降变形监测系统建立及监测成果进行简要陈述和分析，得出了一些有益的结论，对类同条件下煤矿高大建筑物及井筒监测工作提出了切实可行的建议，具有重要的参考价值。
关键词：变形监测 非采动沉降
0前言
随着矿井生产的持续进行，地下采水、长期载荷、受力不均衡等因素影响，引起地面沉降，造成井架（塔）基础及地面建筑有不同程度的沉降，这种不均衡沉降的影响会造成严重后果，一是造成地面井口设施与井筒相对位置的变化，甚至损坏井筒装备；二是地面不均匀的沉降会导致井口房、绞车房等地面建筑墙体开裂以及井架（塔）偏斜移位，这都会造成提升系统的相对几何关系出现偏差，为矿井安全生产带来严重隐患。
鉴于上述认识，对于立井井筒及井架的变形监测，必然要涉及到井塔沉降监测、井架倾斜监测以及地面沉降监测等方面的内容。工作的目的有两个：一是通过对地面沉降观测和井塔变形监测，及时为井筒的安全生产提供准确的预测和预报；二是系统研究地质背景不同的矿区地面沉降在时间和空间上的分布特征，从而为已建井筒破坏的预防和治理提供理论依据。
2 技术路线及监测系统建立
2.1确定监测等级
根据相应规范、现场条件及要求，本工程根据监测对象不同分别按照一等及二等变形测量要求进行监测。
一等变形测量，要求变形点高程中误差±0.3mm，坐标中误差±1.5mm，用于井筒、井架倾斜及沉降监测。二等变形测量，要求变形点高程中误差±0.5mm，坐标中误差±3.0mm，用于工业广场非采动沉降监测。
2.2选择仪器设备
①水准测量沉降观测选用电子水准仪徕卡DNA03，数量2台，精度0.3mm/km。
②水平位移监测全站仪选用徕卡TS06，数量1台，精度1″。
2.3控制网建立
2017年3月，淮北矿业集团勘探工程有限责任公司遵照《国家一、二等水准测量规范》（GB 12897-2006）国家二等水准的测量要求往返施测了“宿东Ⅲ5—朱仙庄矿基岩标”的水准路线，水准路线单程约5km。
经计算，各测段往返测高差不符值均满足限差要求，“宿东Ⅲ5—朱仙庄基岩标”往返测高差不符值：∑△= -1.6mm，限差为±8.9mm。
经过计算，本次测量成果：
宿东Ⅲ5 2013.12与2017.3测量成果均为25.568m，朱仙庄基岩2013.12测量成果为26.9925m，2017.3测量成果为26.9919不符值-0.6mm。
经过检测，朱仙庄基岩标与宿东Ⅲ5相对变化不大，继续作为矿工业广场沉降观测起算点使用。
2.4监测点埋设
（1）井塔（井架）上部倾斜变形监测点：分别在主副井井塔（井架）东西或南北各选一侧沿各条边地面两个控制点延长的方向刻画标志，并同时向下拨角，在井塔（井架）下部同一方向上刻画标志。共布设4对标志。标志采用锯条刻画，并以红漆标记。
（2）井塔（井架）沉降监测点主要埋设于井塔（井架）下端四角（井架斜撑基础）以及井壁上口锁口位置；工业广场重要建筑物沉降监测点主要布设在圆筒仓、绞车房、压风机房基础等重要建筑物上；非采动沉降监测点主要布设在各个井中十字中线方向的地面上（可利用已有十字基桩）。
建筑物上测点以测量专用测钉作标志，一端制成锲形或锥形，另一端弯成钩状，顶端为磨平圆。先利用电钻在墙体上钻出一约90厘米深洞，将测钉安入洞里，周边以强力胶将其固定，待稳固后再进行沉降观测。
3 监测方法及时间周期
（1）井塔（井架）上部倾斜监测
测量前，先利用全站仪测角法检核每条边上地面两个控制点与井塔（井架）下部标志是否在一条线上。然后置零，利用全站仪测小角法，将仪器向上拨角，瞄准井塔（井架）上部标志，测量出偏移的角度。再根据水平距离计算出偏移的距离。完成以上步骤为一测回观测。
重新整置仪站、镜站，精确定向，按以上程序进行第二个测回的观测。两测回测量不符值不得超过2mm。依次完成其余标志的测定。
每次测量均采用双人测量，并在测量中尽量将仪站远离井塔距离，避免因仰角过大，仪器轴系误差对测量结果造成较大影响。根据设计要求，监测周期为一季度一次。本年度分别在3月份、6月份、8月份以及11月份共进行四次测量。
（2）井塔（井架）下部及主要建筑物，工广非采动沉降监测
每次监测前，以基岩标（埋设控制点）为起算点对水准控制网进行检核测量。沉降观测严格按二等水准测量要求往返观测，采用徕卡公司生产的DNA03电子水准仪配合因钢条码尺定期对井塔（井架）基础、周边地表及重要建筑物埋设的沉降监测点进行二等水准测量，连续进行所有测段的往测（或返测），随后再连续进行该区段的返测（或往測）。
每次测量时，均固定观测人员，使用同一测量仪器设备，采用相同的观测方法和观测路线，在基本相同的环境条件下施测。根据设计要求，监测周期为一季度一次。本年度分别在3月份、6月份、8月份以及11月份共进行四次测量。
4 数据分析
4.1井塔（井架）顶部横向变形数据分析
4.2朱仙庄煤矿井筒、井架非采动沉降变形数据分析
朱仙庄矿工业广场非采动沉降变形数据分析方法同井筒、井架非采动沉降变形数据分析相同。
5 成果采用单位、成果应用效益或前景
朱仙庄煤矿共布设了37个沉降观测点，4个倾斜观测点。
（1）目前朱仙庄煤矿井塔井架及一些建筑物、地面点自2014年以来累计沉降变化量在0至15.9mm之间，本年度累计沉降变化量在-1mm至10.2mm之间，沉降量较大的点为工广东侧铁路煤仓上F8点。
（2）工业广场2个井塔井架差异沉降很小，主井最大差异沉降量为东侧南北方向2.4mm；副井最大差异沉降量为南侧东西方向0.3mm。主副井井塔（井架）上部倾斜观测值变化量在0.96mm至4.37mm之间。今后会继续根据设计的周期时间要求，延续井筒井架变形观测。
该系统监控井筒变形状况，辅以地面观测站的周期性观测，超前预防可能出现的安全事故，有力保障了矿井提升安全。安全是最大的效益，所以该研究的应用带给朱仙庄矿的经济效益是不可估量的。
通过该项技术的应用，不仅提高了井筒变形治理的科学手段，同时更有效为矿井安全生产保驾护航。
作者简介：
张燕海（1985-），男，山东东营人，工程师。
关键词：变形监测 非采动沉降
0前言
随着矿井生产的持续进行，地下采水、长期载荷、受力不均衡等因素影响，引起地面沉降，造成井架（塔）基础及地面建筑有不同程度的沉降，这种不均衡沉降的影响会造成严重后果，一是造成地面井口设施与井筒相对位置的变化，甚至损坏井筒装备；二是地面不均匀的沉降会导致井口房、绞车房等地面建筑墙体开裂以及井架（塔）偏斜移位，这都会造成提升系统的相对几何关系出现偏差，为矿井安全生产带来严重隐患。
鉴于上述认识，对于立井井筒及井架的变形监测，必然要涉及到井塔沉降监测、井架倾斜监测以及地面沉降监测等方面的内容。工作的目的有两个：一是通过对地面沉降观测和井塔变形监测，及时为井筒的安全生产提供准确的预测和预报；二是系统研究地质背景不同的矿区地面沉降在时间和空间上的分布特征，从而为已建井筒破坏的预防和治理提供理论依据。
2 技术路线及监测系统建立
2.1确定监测等级
根据相应规范、现场条件及要求，本工程根据监测对象不同分别按照一等及二等变形测量要求进行监测。
一等变形测量，要求变形点高程中误差±0.3mm，坐标中误差±1.5mm，用于井筒、井架倾斜及沉降监测。二等变形测量，要求变形点高程中误差±0.5mm，坐标中误差±3.0mm，用于工业广场非采动沉降监测。
2.2选择仪器设备
①水准测量沉降观测选用电子水准仪徕卡DNA03，数量2台，精度0.3mm/km。
②水平位移监测全站仪选用徕卡TS06，数量1台，精度1″。
2.3控制网建立
2017年3月，淮北矿业集团勘探工程有限责任公司遵照《国家一、二等水准测量规范》（GB 12897-2006）国家二等水准的测量要求往返施测了“宿东Ⅲ5—朱仙庄矿基岩标”的水准路线，水准路线单程约5km。
经计算，各测段往返测高差不符值均满足限差要求，“宿东Ⅲ5—朱仙庄基岩标”往返测高差不符值：∑△= -1.6mm，限差为±8.9mm。
经过计算，本次测量成果：
宿东Ⅲ5 2013.12与2017.3测量成果均为25.568m，朱仙庄基岩2013.12测量成果为26.9925m，2017.3测量成果为26.9919不符值-0.6mm。
经过检测，朱仙庄基岩标与宿东Ⅲ5相对变化不大，继续作为矿工业广场沉降观测起算点使用。
2.4监测点埋设
（1）井塔（井架）上部倾斜变形监测点：分别在主副井井塔（井架）东西或南北各选一侧沿各条边地面两个控制点延长的方向刻画标志，并同时向下拨角，在井塔（井架）下部同一方向上刻画标志。共布设4对标志。标志采用锯条刻画，并以红漆标记。
（2）井塔（井架）沉降监测点主要埋设于井塔（井架）下端四角（井架斜撑基础）以及井壁上口锁口位置；工业广场重要建筑物沉降监测点主要布设在圆筒仓、绞车房、压风机房基础等重要建筑物上；非采动沉降监测点主要布设在各个井中十字中线方向的地面上（可利用已有十字基桩）。
建筑物上测点以测量专用测钉作标志，一端制成锲形或锥形，另一端弯成钩状，顶端为磨平圆。先利用电钻在墙体上钻出一约90厘米深洞，将测钉安入洞里，周边以强力胶将其固定，待稳固后再进行沉降观测。
3 监测方法及时间周期
（1）井塔（井架）上部倾斜监测
测量前，先利用全站仪测角法检核每条边上地面两个控制点与井塔（井架）下部标志是否在一条线上。然后置零，利用全站仪测小角法，将仪器向上拨角，瞄准井塔（井架）上部标志，测量出偏移的角度。再根据水平距离计算出偏移的距离。完成以上步骤为一测回观测。
重新整置仪站、镜站，精确定向，按以上程序进行第二个测回的观测。两测回测量不符值不得超过2mm。依次完成其余标志的测定。
每次测量均采用双人测量，并在测量中尽量将仪站远离井塔距离，避免因仰角过大，仪器轴系误差对测量结果造成较大影响。根据设计要求，监测周期为一季度一次。本年度分别在3月份、6月份、8月份以及11月份共进行四次测量。
（2）井塔（井架）下部及主要建筑物，工广非采动沉降监测
每次监测前，以基岩标（埋设控制点）为起算点对水准控制网进行检核测量。沉降观测严格按二等水准测量要求往返观测，采用徕卡公司生产的DNA03电子水准仪配合因钢条码尺定期对井塔（井架）基础、周边地表及重要建筑物埋设的沉降监测点进行二等水准测量，连续进行所有测段的往测（或返测），随后再连续进行该区段的返测（或往測）。
每次测量时，均固定观测人员，使用同一测量仪器设备，采用相同的观测方法和观测路线，在基本相同的环境条件下施测。根据设计要求，监测周期为一季度一次。本年度分别在3月份、6月份、8月份以及11月份共进行四次测量。
4 数据分析
4.1井塔（井架）顶部横向变形数据分析
4.2朱仙庄煤矿井筒、井架非采动沉降变形数据分析
朱仙庄矿工业广场非采动沉降变形数据分析方法同井筒、井架非采动沉降变形数据分析相同。
5 成果采用单位、成果应用效益或前景
朱仙庄煤矿共布设了37个沉降观测点，4个倾斜观测点。
（1）目前朱仙庄煤矿井塔井架及一些建筑物、地面点自2014年以来累计沉降变化量在0至15.9mm之间，本年度累计沉降变化量在-1mm至10.2mm之间，沉降量较大的点为工广东侧铁路煤仓上F8点。
（2）工业广场2个井塔井架差异沉降很小，主井最大差异沉降量为东侧南北方向2.4mm；副井最大差异沉降量为南侧东西方向0.3mm。主副井井塔（井架）上部倾斜观测值变化量在0.96mm至4.37mm之间。今后会继续根据设计的周期时间要求，延续井筒井架变形观测。
该系统监控井筒变形状况，辅以地面观测站的周期性观测，超前预防可能出现的安全事故，有力保障了矿井提升安全。安全是最大的效益，所以该研究的应用带给朱仙庄矿的经济效益是不可估量的。
通过该项技术的应用，不仅提高了井筒变形治理的科学手段，同时更有效为矿井安全生产保驾护航。
作者简介：
张燕海（1985-），男，山东东营人，工程师。