中国石化集团华北油气分公司石油工程监督中心 河南省郑州市 450000
[摘要]主要介绍陕蒙接壤地区的大牛地气田石拉乌素煤矿重叠区地表沉降研究情况，简要阐述了沉降观测的必要性、观测方法和过程、得出结论和建议，主要有：了解工区概况；重叠区地表沉降研究的必要性；采煤沉陷导致的地表裂缝及其分布；地表沉陷对地形、地貌的影响；地表沉降对诱发地质灾害的影响；地表沉降对大牛地气田的影响。项目依据。沉降观测意义、原理，观测方法的选取；观测精度的要求。沉降观测的成果及精度分析；结论和建议。
[关键词]大牛地气田；重叠区地表沉降；沉降观测；观测精度；成果及精度分析
1.工区概况
华北油气分公司鄂尔多斯盆地大牛地气田地处陕西省榆林市榆阳区、神木县与内蒙古自治区伊金霍洛旗、乌审旗交界地区，范围涵盖陕蒙2省(区)4县(市)9乡镇。
大牛地气田位于毛乌素沙漠东部，地势相对较为平坦，地面被沙地和沙丘覆盖。石拉乌素煤矿属于兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司，石拉乌素井田(探矿权)东西长约9.4km，南北宽约7.35km，面积69.11km。
2.重叠区地表沉降研究的必要性
2.1采煤沉陷导致的地表裂缝及其分布
石拉乌素煤矿开采煤层厚度较大，煤层埋深较浅，工作面推进速度较快，采煤过程中工作面回采和接续方向会出现明显裂缝，当采空区地表为风沙地貌时，以固定或半固定沙丘为主，沉陷裂缝易于闭合，沉陷区一般不会出现永久性裂缝，当采空区地貌类型为滩地时，采区边界、工作面停采面附近会出现永久性裂缝，对地表的损害相对较大。
2.2地表沉陷对地形、地貌的影响
矿井的开采会对地表形态和地表标高产生一定的影响，陡坡区影响相对较大，平坦区影响相对较小，根据矿区地形来看，可能不会对地形地貌产生较大影响。
2.3地表沉降对诱发地质灾害的影响
井田内工业设施少，地貌类型以风沙地貌为主，地势相对较为平坦，不属于地质易发灾害区，采煤诱发的地质灾害可能性较小，通过对地表出现的裂缝进行及时填充，及时的对矿区进行沉降观测，当出现地表沉降时采取相应的措施，可以防范风险，达到安全生产。
2.4地表沉降对大牛地气田的影响
矿区内及外围有大牛地气田的气井存在，可能会对气井造成一定的损害，大牛地气田作为华北油气分公司的上产主战场，2019年产量已达到40亿方天然气，共采的局面给天然气开发留下了较大隐患，特别是煤矿开采后留下的采空区可能会造成地面下陷，因而可能会造成区内天然气生产井井壁弯曲变化以至天然气泄漏，危及环境及生产安全。
为确保天然气生产安全，全面实时了解煤矿开采区地面沉降情况，及时发现问题并采取措施，华北油气分公司决定具体实施石拉乌素煤矿沉降观测项目。
3.项目依据
《全球定位系统(GPS)测量规范》 GB/T 18314-2001
《地面沉降调查与监测规范》DZ/T 0283-2015
《工程测量规范》GB50026-2007
华北油气分公司有关要求
4.沉降观测的意义、原理
4.1沉降观测的意义及目的
地基的变形在一定范围内是安全的，如果不均匀沉降，特别像是大牛地工区，位于煤矿开采区内的天然气井，就有可能使天然气井发生弯曲变形、井壁裂缝造成天然气汇漏，对区内环境、人员等造成极大损失。因此，其意义在于及时了解区域内地质的稳定性，为安全珍断提供必要的信息，通过对变形数据的分析处理，掌握区域内地质情况，以便于及时发现问题并采取相关措施，保证区域内天然气井的生产安全；在另一层面上，也能够更好的理解变形的机理，反馈为重叠区内安全生产、施工设计及科学研究提供可靠资料。
4.2沉降观测原理
作为天然气开采、煤矿开采的重叠区，为了解区内的地质变形情况，在矿区内布设一定量的监测点，定期对这些点进行测量，计算这些点的位置、高程，将不同时期测量的位置、高程进行比较，从而求得监测点该时间段内的位置、高程变化，也就是该点的位置变化、高程变化——沉降量，可以用下式表示。
△H＝Hi（j+1）-Hi（j）
式中：△H——沉降量
H——监测点测量定高程
i——监测点号
j——观测期数
在正常作业中，当数值△H>0时，表明地层抬升，当数值△H<0时，表明地层下沉。经过周期性的观测，根据监测点高程变化的实际情况，及时获取区域地质抬升或下沉情况，为后期的安全生产及措施提供资料。
4.3 观测方法的选取
常用的沉降观测方法主要有以下几种：○1水准测量，这种方法最常用，也是精度最高的一种观测方法；○2液体静力水准测量；○3电磁波测距三角测量方法，这种测量适宜高差较大，精度要求低，需固定测站点进行测量；○4利用GPS技术进行沉降观测。
利用GPS定位技术自动化程度高，布网简单，观测周期短，精度高，采用合理的数据处理策略可获得高精度的高程数据。
具体工作中采用什么方法进行沉降观测，以该方法能够反映观测区域的沉降量为基本要求，一般，我们要求观测方法的分辩率能够达到沉降量的1/10为指标进行选择，并且要考虑在实际工作中的方便性和适宜性等。
在大牛地气田石拉乌素煤矿沉降观测中，依据要求的数据精度、工作的方便性及适宜性，我们选取利用GPS定位技术对沉降点进行观测。
4.4观测精度的要求
变形监测的等级及精度要求一般取决于变形体设计时确定的变形允许值大小和变形监测的目的，一般认为，如果监测目的是为了使变形值不超过变形允许值，从面确保工程安全，则其变形测定中误差应小于变形允许值的1/10—1/20；如果监测的目的是为了研究其变形过程，则其观测精度还应更高，本项目的沉降观测预警值设定为10cm。
监测精度要求如下：
a)特级GPS网平均边长20km—30km,观测精度应符合下表精度要求。
5.沉降观测的成果及精度分析
大牛地气田石拉乌素煤矿沉降观测共布设了12个沉降监测点，截止2019 年 11月 1日共观测了 15期。为保持观测资料的有效性和连续性，各沉降点的资料分析均根据实测情况进行。
石拉乌素煤矿各沉降监测点截止2019年11月 1日，其平均沉降量为4 mm，最大累积沉降量为17 mm，最小累积沉降量为0 mm。由数据看出该区域的沉降趋势变化不大。
6.结论和建议
在第11期的监测中点位抬升相对较大，而本期观测是在区域下雨后进行的，以后各期观测又逐步回落至正常值范围，分析后认为，应该是观测区域地势相对较低，下雨后雨水渗入地下，随着地下水层的升高，在水压的涨压下，至使各观测高程有了抬升，后随着雨水逐步减少，各监测点也逐步回落至正常值水平，由此可以说明在天气出现较大变化时不宜进行沉降观测，特别是大雨后更可能会引起监测点高程的抬升，偏离该区域正常的沉降量值，误导人们对该区域沉降量的判断。
结合数据可以看出，各监测点沉降速率总体稳定，沉降速率在监测允许范围之内。
参考文献
[1] 中华人民共和国国土资源部,《地面沉降调查与监测规范》DZ/T 0283-2015.
[2]中华人民共和国国家标准,《全球定位系统(GPS)测量规范》 GB/T 18314-2001.
[3]中华人民共和国国家标准,《工程测量规范》GB50026-2007.
[4] 中国石化集团华北油气分公司有关要求.
作者简介：
姓名：杨小博性别：男 出生年月：1985.2职称：工程师 研究方向：石油工程