变形监测作业 第7章-开采沉陷预测理论和方法 图文
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名词解释:1.半无限开采:沿着工作面推进方向x 区间0到正无穷上被开采,而沿垂直工作面推进方向的开采尺寸足够大,使之达到充分采动。
(1.2--1.4H )2.主要影响半径:半无限开采主要的地表移动和变形均发生在r x -=~r +的范围之内,称r 为主要影响半径。
2.下沉盆地的角度参数: 边界角:开采达到或接近充分采动是,移动盆地主断面上盆地边界点和采空区边界点连续与采空区外侧水平线的夹角移动角:开采达到或接近充分采动时,移动盆地主断面上临界变形点和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角。
下山、上山和走向方向的移动角分别用β、γ和δ来表示;i=± 3.0mm/m ;E=±2.0mm/m ;K=±0.2×10-3/m 。
裂缝角:开采达到或接近充分采动时,采空区上方地表最外侧位置裂缝和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角最大下沉角:在移动盆地的倾斜主断面上,采空区的中点与地表下沉盆地中点的连线与矿层下山方向水平线的夹角3.启动距:地表开始移动式工作面推进距离地表开始移动:观测地表下沉值达到10mm地表移动时间:从地表开始移动到地表停止移动的持续时间。
分为启动。
活跃。
衰减阶段,1.67mm/d ,百分之854.减沉开采:是通过改变采场顶板管理方法控制顶板下沉量,达到减缓地表沉陷量5.协调开采:根据开采引起地表移动变形分布规律,通过合理的开采布局,开采顺序,方向时间等方法,减缓开采地表变形值6.变形缓冲沟:是在建筑物周围地表挖掘的一定深度的沟槽。
沟深超过基础底面深200--300mm ,沟槽不小于600m ,沟外缘建筑物外侧1--2m7.变形缝:是将建筑物从屋顶到地基分成若干长度较小,刚度较大,自成变形体系的独立单元8安全开采上限:安全开采边界的标高9.安全开采深度:地表至安全开采边界的距离,即地面标高与安全开采上限的标高之差10.安全煤岩厚度:水体地面向下至安全开采上边界水平面之间的距离11.“三下”采煤:是指在建筑物下、铁路和公路下、水体下进行开采。
开采沉陷知识总结名词解释开采沉陷:有用矿体被采出以后,开采区域周围的岩体原始应力平衡状态受到破坏,应力重新分布,达到新的平衡。
在这过程中,使岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的破坏现象。
地表移动:采空区面积扩大到一定围后,岩层移动到地表,使地表产生移动变形,在地表沉陷的研究中称这一过程和现象为地表移动。
岩层移动:局部区域矿体被采出后,(在岩体部形成一个空洞)其周围应力平衡状态遭到破坏,引起应力的重新分布,直到达到一个新的平衡,这是一个十分复杂的物理,化学变化过程,也是岩层产生移动和破坏的过程,这一过程和现象称为岩层移动。
下沉盆地:在开采影响波及到地面时,受采动影响地面由原有的标高向下沉降,从而在采空区上方形成了一个比采空区面积大的沉陷盆地。
充分采动:地下煤层采出后,地表下沉值达到了地质条件下应有的最大值,此时的采动为充分采动。
临界开采:正好达到其最大值。
地表移动盆地主断面:将地表移动盆地主断面上,移动盆地平底边缘在地表水平线上的投影同采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。
临界变形值:建筑物不需要维修仍能够保持正常使用所允许的地表最大变形值。
边界角:在充分或接近充分采动条件下,地表移动盆地主断面上盆地边界点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
裂缝角:在充分或接近充分采动条件下,地表移动盆地主断面上,移动盆地最外侧的地表裂缝至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
松散型移动角:用岩层移动角自采空区边界划线与基岩松散层相交线于一点,同地表下沉值为10MM的点相连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
观测站:在研究对象上按一定要求设立的一系列测点,这些测点统称为观测站。
起动距:地表开始移动时工作面的推进距离称为起动距。
超前影响:在工作面推进过程中,工作面前方的地表受采动影响而下沉,这种现象称为超前影响。
超前影响角:将工作面前方地表开始移动的点与当时工作面的连线,此连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
超前影响距:开始移动的点到工作面的水平距离称为超前影响距。
第七章矿山开采沉陷预测开采沉陷预计:根据已知的地质采矿条件在开采之前预先算出地表可能产生的移动和变形叫开采沉陷预计预计参数:指在预计函数中所用到的一系列数据按预计方法的形式:①剖面函数;②影响函数;③典型曲线(一)(1)充分采动条件下地表最大下沉值Wmax=qmcosαm——煤层法向开采厚度,mm;α——煤层的倾角;q}——充分采动条件下的下沉系数影响最大下沉值的因素:1)采厚;2)岩性;3)倾角;4)开采方法及顶板管理方法;5)采空区尺寸大小;6)采动次数;7)采深等(2)非充分采动条件下的最大下沉值Wmax=qmcosα.k√n1n2k——系数,取2~3n1,n2——沿倾向和走向的充分采动程度系数n1=D1/D01,n2=D2/D02D1,D2分别是采空区沿倾向和走向的长度;D01,D02分别为地表达到充分采动时采空区的临界长度当倾向和走向的充分采动程度系数n1,n2同时等于或大于1时,地表达到充分采动,计算时取n1=n21=1,否则为非充分采动(二)最大水平移动值预测在充分采动或接近充分采动条件下,最大水平移动:(1)走向方向Umax =bWmaxUmax——最大水平移动;b——水平移动系数,b=0.2~0.3(2)倾向方向Umax= bαWmax表土层较薄时:bα=b+0.7cotθ表土层较厚时:bα=b+0.7(tanɑ-h/(H0-h)),其中H0——平均开采深度;θ开采影响传播角;h——表土层厚度,P=0概率积分法作为开采沉陷的研究主体——岩层可以用两种完全不用的介质模型来模拟:一种是连续介质模型,另一种是非连续介质模型基本假定:(1)岩体是各向同性的、均质的、不连续介质,开采引起的各方向移动与方向无关(等影响原理):(2)承认线性迭加原理(3)弯曲带内的岩体只产生形变而不发生体积变化;(4)移动稳定后地表下沉盆地的体积等于采出体积单元开采:开采厚度和宽度均为无穷小单位的开采单元盆地:单元开采形成的盆地单元下沉:单元盆地中的下沉单元水平移动:单元盆地中的水平移动平面问题:指某一方向开采是无限(一般是充分采动),在另一个方向的开采可以是无限的(充分采动),也可以是有限的(非充分采动)半无限开采:指在平面问题中,开切眼一侧的煤层未被开采,而其他方向的煤层已全部采出有限开采:指在平面问题中,一个方向无限开采,另外一个方向有限开采参数r的意义(最大倾斜处的下沉为最大下沉值的一半)rβ——主要影响角;tanβ——主要影响角正切主要影响角:将x=±r的地表点与煤壁相连,其连线与水平线之间所夹得锐角β称为主要影响角水平煤层半无限开采主断面地表移动与变形计算公式下沉:Wmax=mqcosɑ倾斜变形:imax=Wmax/r曲率:Kmax=±1.52Wmax/r²水平移动:Umax=bWmax水平变形:εmax=±1.52bWmax/r移动及变形曲线的平移拐点偏距:由于采空区悬顶的作用,使地表下沉曲线的拐点距离煤壁有一定的距离,该距离称为拐点偏距①当四周未开采时,l=l0 -2S走,L=L0-S上-S下②当倾向方向两侧已经开采时,L=L0+S上+S下注意:当周围无老采空区时,拐点偏向采空区内侧;当周围有老采空区时,拐点偏向采空区外侧例一:枣庄田屯煤矿开采2024工作面,H0=31米,m=1.45米,α=12°,采宽100米,属充分采动,参数为:q=0.76,tanβ=2.2,s=4(米),b=0.36预计采后地表移动变形最大值和主断面上距边界内外10米A,B两点的移动变形。
煤炭高校“十二五”规划教材变形监测及沉陷工程学邓喀中、谭志祥、姜岩、戴华阳、师芸、徐良骥编内容提要本书分为两篇。
第一篇为工业与民用建(构)筑物变形监测及控制技术,包括工业与民用建(构)筑物变形规律、变形监测控制网设计及监测方法、变形监测数据处理及变形控制技术。
第二篇为矿山开采沉陷及控制技术,包括矿山开采沉陷规律及观测站设计、矿山开采沉陷预测、开采沉陷的数值模拟与物理模拟法、建构筑物保护煤柱设计及损害评定方法、建构筑物下采煤技术、水体下(上)采煤技术、开采沉陷对环境的影响及其治理等。
本书为煤炭高校测绘工程专业本科生教材,也可共有关专业研究生、生产技术人员、设计人员和科学研究人员参考。
前言具有矿业特色高校的测绘工程专业大都开设《变形监测与沉陷工程学》课程,原使用教材为1991年何国清等编写的《矿山开采沉陷学》,已不能满足现有大纲教学的要求。
本书是在该教材基础上,为适应教学改革、学科发展需要,删减、合并了部分内容,并增加了工业与民用建筑物的变形监测网设计、变形监测方法和数据处理、变形控制技术等内容,为煤炭高校“十二五”规划教材。
本书涉及面较广,学生在学习本课程前,一般应先学习以下课程:数字测绘技术、高等数学、普通物理、线性代数、概率论与数理统计、矿井地质、煤矿开采、矿山测量、卫星导航及定位技术、弹性力学、误差理论与测量平差等。
全书共分两篇。
第一篇为工业与民用建(构)筑物变形监测及控制技术,包括:变形体变形规律、变形监测网设计、变形监测方法、变形监测数据处理及工程变形控制技术。
第二篇为矿山开采沉陷及控制技术,包括矿山开采沉陷的基本概念、规律、变形观测站设计、开采沉陷预计理论、建筑物下、水体下、线性构筑物下开采技术、井筒煤柱开采及开采沉陷对环境的影响,可根据实际需要进行选修。
本书由邓喀中主编。
参加编写有:邓喀中(前言、第一章、第八章),谭志祥(第五章、第九章、第十章、第十一章)、姜岩(第七章)、戴华阳(第二章、第六章)、师芸(第三章、第四章)、徐良骥(第十二章)。
充分采动角:是指在充分采动的情况下,在地表移动盆地的主断面上,移动盆地平底的边缘在地表水平线的投影点和同侧采空区边界线与煤层在采空区一侧的夹角。
主断面:通常将地表移动盆地内通过地表最大下沉点,所做的沿煤层倾向和走向的垂直断面称为移动盆地的主断面。
最大下沉角:在倾斜主断面上,由采空区的中点和移动盆地最大下沉点,在基岩上投影点的连线与水平线之间沿煤层下山方向一侧的夹角。
边界角:在充分采动或接近充分采动的情况下,地表移动盆地主断面上盆地边界点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为边界角。
移动角:在充分采动或接近充分采动的情况下,地表移动盆地主断面上三个变形中最外边的一个临界变形值点,至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为移动角。
裂缝角:在充分采动或接近充分采动的情况下,地表移动盆地主断面上,移动盆地最外侧的地表裂缝至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为裂缝角。
启动距:通常把地表开始移动(下沉为10mm )时的工作面推进距离称为启动距。
超前影响:在工作面推进过程中,工作面前方的地表受采动影响下沉,这种现象称为超前响。
最大下沉滞后距离:当地表达到充分采动后,在地表下沉速度曲线上,最大下沉速度点的位置总是滞后回采工作面一固定距离,此距离称为最大下沉滞后距离。
最大下沉滞后角:把地表最大下沉速度点,与相应的回采工作面连线和煤层在采空区一侧的夹角,称为最大下沉速度滞后角。
预计参数:是指预计函数中用到的一系列数据,这些数据是根据所预计的那些工作面的地质采煤条件确定的。
下沉系数:下沉系数q 与开采的顶板控制方法有关,若本矿区没有实测下沉系数,也可以根据类比的方法确定。
其可用公式表示为αmcos q 0W = 拐点偏距:在走向半无限开采中,实际开采边界与计算机边界之间沿煤层的平距称为拐点偏距。
水平移动距离:指地表最大水平移动值和最大下沉值的比值建立典型曲线的步骤1.根据某矿区的地质采煤条件,将各观测站分为若干组。
开采沉陷地表移动变形监测及规律分析煤炭资源是我国国民经济和社会发展的基础性能源与重要原材料。
近年来,由于煤炭资源的高强度开采,所造成的地表沉降和环境问题也日益显现,为满足矿井安全开展’三下’采煤工作的需要,恢复与重建矿区生态环境,对矿区的地表移动沉陷进行持续的监测显得极为重要。
对于传统的地表监测方法来说,其工作周期长、劳动强度大且覆盖面积也有限,不能适应矿区生产的要求。
随着我国第三代“北斗”卫星导航定位系统的组网,GNSS技术的精度得到了很大的提高,与之相关的自动化监测设备、CORS-RTK技术等在矿山测量中应用也得到了推广。
受矿区地理环境的影响,地表移动沉陷的规律也较复杂,同时,由于GNSS技术受高程精度限制较大。
因此,本文针对朱集东矿1222(1)工作面的地表移动变形规律及探究CORS-RTK技术在矿山测量中应用的精度及RTK高程、高差代替四等水准测量的可行性。
本文所做的工作和成果如下:通过对朱集东矿1222(1)工作面进行资料收集、选点埋石、外业数据采集、数据整理等工作,结合矿山开采沉陷理论及矿山开采沉陷综合数据处理与分析软件MISPAS软件、HGO等进行外业数据进行计算及分析,求取地表移动变形参数,绘制了地表移动变形图,分析了地表移动变形规律等。
通过对1222(1)工作面附近村庄的监测点观测,结合“三下”采煤的相关理论和要求,求取村庄监测点的移动变形量,采用村庄三维变形显示系统软件简称“3DMS软件”对村庄监测点的移动变形进行可视化显示,在此基础上分析村庄变形规律及变形趋势。
通过对高程系统理论知识的学习,对高程转换模型进行研究,建立了二次曲面模型、多面函数模型、BP神经网络模型三种高程转换模型,并采用1222(1)工作面前期静态数据训练,验证了高程转换模型的精度和可靠性,在此基础上对外业采集的CORS-RTK数据进行高程转换,将转换后的高程、高差与四等水准测量的高程、高差进行对比,探究了 RTK高程在矿山开采中代替四等水准测量的可行性。
从采空区到地表覆岩坏范围逐渐增大,破坏强度逐渐减弱,划分为三带:跨落袋,裂隙带和弯曲下沉带;五区:垂坠下移区,垂直上移区,垂直与水平移动区,地板下移区和开采支撑压力区。
覆岩移动破坏形式:弯曲,跨落,片帮,滑移,滚动,底鼓。
主断面:是指与开采边界方向垂直,并通过地表最大下沉值的垂直剖面。
稳态移动盆地划分为三个区域:中性区,压缩区和拉伸区下沉盆地的角度参数:边界角:开采达到或接近充分采动是,移动盆地主断面上盆地边界点和采空区边界点连续与采空区外侧水平线的夹角;移动角:开采达到或接近充分采动时,移动盆地主断面上临界变形点和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角;裂缝角:开采达到或接近充分采动时,采空区上方地表最外侧位置裂缝和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角;最大下沉角:在移动盆地的倾斜主断面上,采空区的中点与地表下沉盆地中点的连线与矿层下山方向水平线的夹角。
启动距:地下开采达到一定范围之后,岩层移动开始波及地表,通常降地表开始移动时工作面的推进距离。
启动距通常约为平均采深的1/4-1/2.地标移动时间:从地表开始移动(下沉量大于等于10mm)到地表移动停止*连续6个月内地表下沉量小于等于30mm)d 持续时间。
影响地表移动变形的主要地址采矿因素:1.岩石力学性质对覆岩移动破坏的影响,2岩石力学性质对开采沉陷分布的影响3松散层对地表移动的影响4矿层倾角的影响5采深与采高的影响6开采方法和顶板管理的影响7开采范围的影响8开采速度的的影响9重复采动的影响。
移动变形规律:1.当覆岩中的关键层位于覆岩的中上部时,关键层的断裂失稳对地表移动变形的变化影响很大;2.通常开采速度越快,地表的移动变形越小;3.当开采速度小于2m/d-3m/d时,开采期间的短期的停滞对地表保护物影响不大;4.采动地表动态变形与采深采高比H/m有关。
开采沉陷预计理论有:影响函数方法,理论模型方法,经验方法半无限开采:沿着工作面推进方向x 区间0到正无穷上被开采,而沿垂直工作面推进方向的开采尺寸足够大,使之达到充分采动。