地表移动与变形
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第一章地表移动和变形规律第一节开采引发的岩层和地表移动一、开采引发的岩层移动和破坏(一)岩层移动和破坏进程在地下煤层被采出前,岩体在地应力场作用下处于相对平稳状态。
当部份煤层被采出后,在岩体内部形成一个采空区,其周围岩体应力平稳状态受到破坏,引发应力从头散布,从而使岩体产生移动、变形和破坏,直至达到新的平稳。
随着工作面的推动,这一进程不断重复。
这是十分复杂的物理、力学转变进程,也是岩层产生移动和破坏进程,这一进程和现象称为岩层移动(Strata Movement)。
为了便于明白得,以近水平煤层开采为例,说明岩层移动和破坏进程和应力状态的转变。
本地下煤层开采后,采空区直接顶板岩层在自重应力及上覆岩层重力的作用下,产生向下的移动和弯曲。
当其内部应力超过岩层的应力强度时,直接顶板第一断裂、破碎,接踵冒落,而老顶岩层那么以梁、板的形式沿层面法向方向移动、弯曲,进而产生断裂、离层。
随着工作面向前推动,受到采动阻碍的岩层范围不断扩大。
当开采范围足够大时,岩层移动进展到地表,在地表形成一个比采空区范围大得多的下沉盆地,如图1-1所示。
由于岩层移动和破坏的结果,使采空区周围应力从头散布,形成增压区(支承压力区)和减压区(卸载压力区)。
在采空区边界煤柱及其边界上、下方的岩层内形成支承压力区,其最大压力为原岩应力场的3~4倍。
由于支承压力的作用,使该区煤柱和岩层被紧缩,有时被压碎,煤层被挤向采空区。
如图1-2所示。
由于增压的结果,使煤柱部份被压碎,支承载荷的能力减弱,于是支承压力峰值区向煤壁深处转移。
在回采工作面的顶、底板岩层内形成减压区,其应力小于采前的正常压力。
由于减压的结果,使下部岩层发生弹性恢复变形。
上部岩体由于受下部岩体移向采空区的结果,可能在顶板岩层内形成离层,而底板岩层在采空区范围内卸压,在煤柱范围内增压,两种压力作用的结果,可能显现采空区地板向采空区隆起的现象。
(二)岩层移动和破坏的形式在岩层移动进程中,采空区周围岩层的移动和破坏形式要紧有以下几种:1.弯曲弯曲是岩层移动的要紧形式。
地表移动和变形的基本概念1、移动盆地主断面:经过移动盆地最大下沉点作的沿煤层走向或倾向的竖直剖面,称为移动盆地的主断面。
2、移动盆地边界:地表受采动影响的边界线,称为移动盆地边界。
目前一般以下沉10mm的点作为圈定移动盆地边界的依据。
3、地表非充分采动和充分采动:随着开采面积的扩大,地表移动盆地的面积和下沉值也随着增大,当最大下沉点只有一个,移动盆地为尖底的碗型时,称为非充分采动;当最大下沉点为一片,最大下沉值不在增加,移动盆地呈平地时,称为充分采动。
4、采动系数:采空区倾斜或走向方向的实际长度与地表达到充分采动时同一方向上的最小长度之比,称为采动系数。
倾斜和走向方向采动系数的符号为n1和n2。
地表充分采动时,采空区倾斜和走向方向的最小长度一般可用采空区平均深度H0表示。
因此采动系数的计算公式为:n1=K1D1H0;n2=K2D2H0;其中:K1,K2为小于1的系数,具体数值根据本矿实测资料求得。
D1,D2为采空区沿倾斜和走向方向的实际长度。
当n1和n2等于或大于1时,地表为充分采动,否则为非充分采动。
5、地表移动的全向量:地表点在空间上移动的最初和最终位置的连线,称为地表移动的全向量。
移动全向量有方向性,可分解为垂直和水平分量。
6、地表下沉:地表移动全向量的垂直分量为地表下沉。
地表下沉符号为W,充分采动最大下沉值为W u,非充分采动最大下沉值为W m。
7、地表水平移动:地表移动全向量的水平分量,称为地表水平移动。
地表水平移动的符号为u,充分采动最大水平移动为u0,非充分采动最大水平移动为u m。
8、地表倾斜:移动盆地内一线段两端点的下沉差与此线段长度之比,称为此线段的地表倾斜。
地表倾斜的符号为i,充分采动最大倾斜为i0,非充分采动最大倾斜为i m。
9、地表曲率:移动盆地内两相邻线段的倾斜差与此两线段长度的平均值之比,称为此二线段的地表曲率。
使地表向上凸起的为正曲率(取正号),使地表凹入的为负曲率(取负号),地表曲率的符号为K,充分采动最大曲率为K0,非充分采动最大曲率为K m。
济阳煤矿首采区地表移动与变形规律分析陈英,将成(新汶矿业集团公司地质测量处,山东新泰271219)摘要该文通过对济阳煤矿首采区五层煤、七层煤的4个工作面的开采后地表观测站观测资料进行分析,求出地表移动变形参数,认识和总结济阳煤矿初采和复采情况下的地表移动变形规律,对本井田和相似条件的矿井开采具有指导和借鉴作用。
关键词首采区位移反分析地表移动参数中图分类号TD325+.4文献标识码P济阳煤矿位于黄河北煤田靳家井田,可采煤层较多储量丰富,但可采煤层以薄煤层为主,地表下巨厚松散层达300m以上,采矿条件较为特殊,区域内可借鉴的岩移资料缺乏。
该井田首采区位于井田北部工广以东,为单翼采区,地面标高+22 +27m,东西走向1500 1600m,南北宽600 700m,首采区5、7煤层可采储量174.6万t。
地面有3个村庄,前街村800户2900人,解家营村320户1120人,刘岗子村280户1008人,房屋多为砖石结构。
首采区先采5煤层后采7煤层,垮落法管理顶板,5层煤布置1502工作面,走向长为944 1024m,倾向宽165m,平均煤厚1.2m,煤层平均倾角7ʎ,平均埋深482m。
7层煤布置有1703、1704、1705三个综采工作面,平均埋深515m,走向长808 1370m,3个面倾向总宽300m,平均煤厚1.0m,煤层平均倾角7ʎ,地表为村庄和农田,地面高程为22.9m。
1观测站设置及观测情况按照规程及设计要求,该观测站共设3条观测线,受地形限制沿采区地面公路、机耕路调整布设。
近似走向方向布设37个测点;沿近似倾向方向布设2条测线95个测点;控制点布设4组共11个控制点。
观测站自2007年6月开始观测,采动前进行了2次全面观测,采动期进行了5次全面观测,采动稳定后进行了1次全面观测,单独的水准测量共进行了33期。
1.1五层煤采动后地表移动变形情况五层煤开始阶段持续时间为63d左右,活跃阶段持续85d左右,下沉衰退期持续时间为6个月左右。
孟津煤矿生产系统专业名词汇编孟津煤矿2019年3月12日目录孟津煤矿生产系统专业名词解释 (3)一、地测防治水系统 (3)(一)地质专业名词解释 (3)(二)测量专业名词解释 (5)二、防突系统 (8)三、生产系统 (14)四、机电系统 (16)五、通风系统 (18)(一)通风 (18)(二)瓦斯 (22)(三)爆破 (22)(四)密闭、防灭火 (23)孟津煤矿生产系统专业名词解释一、地测防治水系统(一)地质专业名词解释1.老空:是指采空区、老窑和已经报废井巷的总称。
2.采空区:是指回采以后不再维护的空间。
3.火烧区:是指出露或者接近地表的煤层经过氧化燃烧,并伴随其高温引起顶底板岩层的物化特征发生变化,形成的空间区域。
4.水淹区域:是指被水淹没的井巷和被水淹没的老空的总称。
5.矿井正常涌水量:是指矿井开采期间,单位时间内流入矿井的平均水量。
一般以年度作为统计区间,以“m3/h”为计量单位。
6.矿井最大涌水量:是指矿井开采期间,正常情况下矿井涌水量的高峰值。
主要与采动影响和降水量有关,不包括矿井灾害水量。
一般以年度作为统计区间,以“m3/h”为计量单位。
7.突水:是指含水层水的突然涌出。
8.透水:是指老空水的突然涌出。
9.离层水:是指煤层开采后,顶板覆岩不均匀变形及破坏而形成的离层空腔积水。
10.安全水头值:是指隔水层能承受含水层的最大水头压力值。
11.防隔水煤(岩)柱:是指为确保近水体安全采煤而留设的煤层开采上(下)限至水体底(顶)界面之间的煤岩层区段。
12.探放水:是指包括探水和放水的总称。
探水是指采矿过程中用超前勘探方法,查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方等水体的具体空间位置和状况等情况。
13.放水:是指为了预防水害事故,在探明情况后采用施工钻孔等安全方法将水体放出。
14.垮落:是指由采煤引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围。
15.导水裂隙带:是指垮落带上方一定范围内的岩层发生断裂,产生裂隙,且具有导水性的岩层范围。
一、基础知识(一)岩层与地表移动特征一、岩层移动及其特征采出煤炭后,上覆岩层被破坏,当H>25M时,即开采深度是采高的25倍时,在回采空间上方形成竖三带。
图23-1。
1、垮落带:分为二部分,不规则垮落带和规则垮落带。
1)不规则的:岩层破坏严重,已失去原有的层次,破碎杂乱,并堆积于煤层底板之上。
2)规则的:垮落,但呈巨块,失去连续性,大体上保持原有的层次。
3)高度:与岩性、采高有关,一般为采高的3~5倍;2、断裂带或导水断裂带在垮落带之上,岩层有许多裂隙,但仍保持原有的岩层层次。
断裂呈垂直或斜交岩层层面,或平行层面(离层),因有透水性,也称为导水断裂带。
高度:与上覆岩性有关,为采高的9~35倍;3、弯曲带或整体移动带位于断裂带之上一直到达地表,其岩层移动是成层的、整体性地,最下部分可能出现离层和不导水的细微断裂。
岩层移动具有分带性特征,会随地质和采矿条件的变化而变化。
采用充填技术,则无冒落带(跨),当煤层厚或距地表近时,无弯曲带。
二、地表移动特征1、地表移动及移动盆地1)、地表移动:采用长壁垮落时,随采区面积的增大,岩石移动范围也随之增大。
当采空区的面积扩大到一定范围时,岩层移动发展到地表,使地表产生移动与变形,这一活动称为地表移动。
2)移动盆地:当采煤工作面采完,地表移动稳定后,采空区上方地表形成沉陷区域,形成一个中间下沉近似相等,边缘下沉量少的一个移动盆地。
(煤层水平,矩形的采空区,地表呈椭圆形,以10mm下沉为界)图23-2。
2、移动盆地的形成过程及种类1)形成过程1、2、3 非充分采动;4 充分采动;5 超充分采动2)种类:三种,非充分采动、充分采动、超充分采动3、移动盆地的主断面及其特征1)主断面:最终移动盆地的最大下沉点沿煤层走向或倾向作断面,称为移动盆地的主断面。
有走向主断面和倾向主断面。
2)特征:在主断面上,用各种夹角来表示其特征。
(1)边界角:在充分采动或接近充分采动的条件下,以下沉值为10mm的点作为边界点(移动盆地主断面上)a,将a与采空区边界点b连线,与水平线在煤柱一侧的夹角为边界角;当地表有松散层时,以松散体上部下沉10mm处开始,先将边界点沿松散层移动角ϕ的方向投到基岩面上作为a点。
矿山开采沉陷学:研究煤矿地下开采引起的岩层与地表移动规律、移动变形控制方法及相关问题的科学。
它是一个工程技术研究领域,也是矿山测量、采矿工程学科的专业方向之一。
开采沉陷:矿层地下开采引起的岩层移动、松散层移动、地表移动现象和过程。
岩层移动:地下有用矿物被采出以后,开采区域周围岩体原有的应力平衡状态受到破坏,使岩体产生变形、位移和破坏的现象和过程。
地表移动:当开采的面积达到一定范围之后,岩层的移动和变形将发展到地表,引起地表的移动、变形和塌陷的现象和过程。
岩层移动六种形式:弯曲、煤的挤出(片帮)、垮落(冒落)、底板岩层的隆起、岩石沿层面的滑移、垮落岩石的下滑。
弯曲:岩层沿层面法向一次向采空区方向的弯曲。
煤的挤出(片帮):煤壁在支承压力作用下压碎向采空区突出的现象。
岩层的垮落(冒落):顶板岩层受上覆岩层压力弯曲而拉伸破坏,从岩体中垮落。
底板岩层的隆起:在煤层采出后,底板在垂直方向减压,水平方向受压,导致底板向采空区方向隆起。
岩石沿层面的滑移:倾斜煤层时,岩石在自重力的作用下,除产生沿层面法线方向的弯曲外,还会产生沿层面下坡方向的移动。
垮落岩石的下滑:倾斜煤层时,采空区上部垮落的岩石下滑充填下方采空区。
岩层移动分区:充分采动区、最大弯曲区、岩石压缩区、垮落带、断裂带(裂隙带)、弯曲带、底板采动导水破坏带、底板阻水带、承压水导升带。
地表移动的四种形式:下沉盆地、裂缝与台阶、塌陷坑、采动滑移或滑坡。
下沉盆地:受影响地表从原有的标高向下沉降,从而在采空区上方形成一个比采空区范围大得多的沉陷区域,也称“地表下沉盆地”。
裂缝与台阶:地表产生的延伸性裂缝,裂缝两侧地表有时还会有一定的落差而形成台阶。
塌陷坑:边缘较陡、塌陷深度大的漏斗状或沟槽状塌陷坑。
常发生在浅部开采急倾斜煤层或特厚煤层时。
采动滑移或滑坡:采动滑移是指地下开采引起的山区地表附加移动;采动滑坡是指地下开采引起的坡体整体性大面积滑动或坍塌。
充分采动:地表最大下沉值不随采区尺寸增大而增大的临界开采状态。
三下采煤第一节建筑物下采煤我国的多数煤矿不同程度地存在建筑物压煤的问题,建筑物下开采对煤炭工业的可持续发展具有重要的意义。
一、地表移动与变形对建筑物的影响地下开采对地表建筑物的损害主要是由采动引起的地表在处臵方向的移动变形(下沉、倾斜、曲率、扭曲),伴随着力系的重新建立,水平方向的移动与变形(水平移动、水平拉伸与压缩变形)以及地表平面内饿剪切变形造成的。
不同性质的地表变形与变形对建筑物的影响是不同的。
采动引起地表产生的移动与变形,破坏了建筑物与基础之间的出示平衡状态。
伴随着力系的重新建立,使建筑物结构中产生附加应力,从而导致建筑物的变形,当这些变形超过了建筑物的抗变能力时,建筑物就被破坏。
一般来讲,建筑物在地表沉陷过程中要经受地表动态移动与变形的影响,如下图:《采矿学》404页1.开采沉陷对建筑物的损害(1)下沉一般来讲,当建筑物所处的地表出现均匀下沉时,建筑物的结构不回产生附加应力,因此对其本身也就不回带来损害,但当地表下沉量过大,地下水位又很高的时候,将造成建筑物周围长期积水或受潮,改变了建筑物所处的环境降低了地基的强度,就会影响建筑物的使用,甚至是建筑物破坏或废弃。
(2)倾斜地表的倾斜将引起建筑物的歪斜,导致建筑物的重心偏离,产生附加力矩,承载结构内部将产生附加应力,使基础承载压力重新分布。
倾斜对底面积小而高度大的建筑物损害明显。
(3)曲率曲率变形将原来建筑物的基础由平面变为曲面,破坏了建筑物荷载与基础力间的初始平衡状态。
在正负曲率下分两种情况,一种是建筑物全部切入地基,另一种是部分切入地基。
如图所示:《采矿学》405在正负曲率作用下,地基反力重新分布,而使建筑物墙壁在竖直面内受到附加的弯矩和剪力的作用,其值超过建筑物基础和上部结构的极限时,建筑物就会出现裂缝。
在正负曲率变形作用下,建筑物产生倒八字型裂缝,裂缝的最大宽度在其上端;在负曲率的作用下,建筑物产生正八字形裂缝,裂缝的最大宽度在其下端。
采煤沉陷地表移动变形规律分析张宏升(甘肃煤炭工业学校,甘肃 白银 730913)摘 要:通过实地观测及对观测资料的分析,求得地表移动基本规律和有关移动参数,反映地表移动规律,进一步获得各种采矿因素对采动过程的影响规律,并利用这些规律来指导开采工作,为有效治理和预防灾害提供必要的技术参数和理论数据。
关键词:采煤沉陷;地表变形;规律;中图分类号:TD327 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2016)05-00133-3The Analysis of Surface Subsidence Regularity in Mining AreaZHANG Hong-Sheng(Gansu Provincial Coal Industrial School,Baiyin 730913,China)Abstract: Through field observations and analysis of observation data, the basic law of surface movement and related parameters are obtained, and the effect laws of surface movement is reflected in the thick and hard coal seam . The influence of various mining factors on mining process is obtained, and using these rules to guide mining. The necessary technical and theoretical data is provided for management and disaster prevention.Keywords: minning subsidengce;surface deformation;regularity;2000年以后,红会矿区改用综采放顶煤开采技术,由于一次采全高,采厚大,覆岩破坏程度大大加剧,岩石及地表下沉速度加快,引起地表移动及持续时间大大缩短,加之开采不断延伸,开采沉陷对矿井生产建设引起的影响和危害已较为明显,防治工作也将成为一项长期而艰巨的任务。
工程建设与环境工程地质问题分析随着我国城市化进程的加快,城市地下工程的重要性越来越突出,伴随地下工程建设的环境工程地质问题也越来越多。
通过对地下工程建设特点的分析,认为环境工程地质问题主要包括地面变形、地下水环境变异和生态环境恶化.随着我国城市化进程的加快,城市地下工程的重要性越来越突出,伴随地下工程建设的环境工程地质问题也越来越多。
通过对地下工程建设特点的分析,认为环境工程地质问题主要包括地面变形、地下水环境变化和生态环境恶化。
这些问题严重影响了城市居民的生活和生产。
研究城市地下工程建设中预防环境工程地质问题的途径和措施,更有利于社会和谐和国民经济的稳定增长。
关键词:地下工程施工;环境工程;地质问题随着现代城镇的发展,地下室、地下车库、地下商业街、地铁等地下工程不断建设,以完善城市功能。
然而,地下工程建设引起的地质问题越来越受到公众的关注。
地下工程的建设受周围环境的制约,但也影响其周围环境。
因此,探索地下工程建设中的环境工程地质问题具有重要意义。
1环境工程地质问题及原因1.1表面移动和变形地下工程建设中的环境工程地质问题主要是地表移动和变形。
地表的移动和变形引起周围建筑物不同程度的坍塌和开裂,主要受埋深、断面尺寸、施工方法和自然因素的影响。
随着城市建设技术的不断提高,地下工程的施工技术和方法也取得了很大的进步。
目前,在线应用主要包括现场测量、模型试验和理论分析,旨在减少地下工程对地表的副作用。
1.2地下水环境的变化地下水环境的变化是由地下岩土的形状和结构的变化引起的。
而且地下水是借助于岩土体作为载体流动的,地下工程施工的稳定措施必然会引起围岩和土体的结构性变化,因此地下水的径流和补给要不断调整以适应,当调整无法继续时,就会造成地质灾害。
1.3地下室围岩失稳地下工程施工中,不可避免地会对围岩和土体产生不同程度的影响,岩土体的稳定性和平衡状态会在自重作用下被破坏,施工过程中容易发生滑坡等事故,因此地下工程开挖过程中往往会出现围岩失稳现象[1]。
⑴评估区地表移动变形预测采用倾斜长壁、走向长壁为主的采煤方法,顶板管理采用全部垮落法,设计工作面长度150—260m ,推井长度1800—2800m ,属充分采动。
国内外采矿经验认为,当煤层采深采厚比小于30时,煤采出一定面积后,会引起岩层移动并波及到地表,其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的不连续特征,地表变形剧烈,煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。
当采深采厚比介于30—100之间,地层中没有较大地质破坏情况下,煤采出一定面积后,会引起岩层移动并波及到地表,其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的连续性和一定的分布规律,常表现为地表移动盆地。
上组煤层埋深及采深采厚比特征见下表。
表3—4 上组煤采深采厚比特征表采深采厚比特征表明,当上组煤层联合采出后,将会引起岩层移动并波及到地表,局部地段地表变形剧烈,煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。
为定量评估开采上组煤层后地表变形特征,下面依据国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称《规程》)中的经验公式,对煤层开采后地表最大移动、变形和倾斜值进行计算。
采用公式如下:地表移动与变形极值计算:最大下沉值:Wmax=Mqcos α 最大曲率值:Kmax=±1.52 2maxr W 最大倾斜值:Imax=rW max最大水平移动值:Umax=b Wmax 最大水平变形值:εmax=±1.52brW max式中:q—下沉系数M—煤层采空区厚度(m)r—主要影响半径,其值为采深与影响角正切值tgβ之比α—煤层倾角b—水平移动系数本矿无实测的地表移动变形基本参数数据,本次评估中煤层厚度、埋深采用《煤矿资源储量核实报告》中的数据,其它参数根据根据覆岩性质及顶板单向抗压强度在《规程》P222附表5-3中选择经验参数。
根据《选煤厂改扩建可行性研究报告(修改)》,在方案适用期内,开采北一采区(5#)、北二采区(2#煤)和北三采区(3#+4#)。
覆岩离层注浆条件下的地表移动与变形预计方法研究随着城市化进程的加快,地下空间的利用越来越广泛,而地下空间的建设离不开地下工程的施工。
在地下工程施工过程中,地表移动与变形是一个常见的问题,而覆岩离层注浆是一种常用的地下工程支护方式。
本文将探讨在覆岩离层注浆条件下的地表移动与变形预计方法的研究。
一、覆岩离层注浆的原理覆岩离层注浆是一种地下工程支护方式,其原理是在地下工程施工过程中,通过注浆的方式将地下空间与地表之间的空隙填充,从而达到支护的目的。
在注浆过程中,注浆材料会充分填充地下空间与地表之间的空隙,从而增加地下空间的稳定性,减少地表移动与变形的发生。
二、地表移动与变形的预计方法在覆岩离层注浆条件下,地表移动与变形的预计方法主要有以下几种:1. 数值模拟法数值模拟法是一种常用的地表移动与变形预计方法,其原理是通过建立地下工程的数值模型,模拟地下工程施工过程中的变形情况,从而预测地表移动与变形的发生。
数值模拟法可以考虑多种因素对地表移动与变形的影响,如地下水位、地下岩土的力学性质等。
2. 监测法监测法是一种直接观测地表移动与变形的方法,其原理是在地下工程施工过程中,通过设置监测点对地表移动与变形进行实时监测,从而预测地表移动与变形的发生。
监测法可以直接观测地表移动与变形的情况,具有较高的准确性。
3. 经验法经验法是一种基于经验的地表移动与变形预计方法,其原理是通过对历史地下工程施工过程中的地表移动与变形进行总结归纳,建立经验模型,从而预测地表移动与变形的发生。
经验法具有简单易行、成本低等优点,但其预测结果的准确性较低。
三、结论在覆岩离层注浆条件下,地表移动与变形的预计方法主要有数值模拟法、监测法和经验法。
不同的预计方法具有不同的优缺点,应根据具体情况选择合适的方法进行预测。
同时,在地下工程施工过程中,应加强监测与管理,及时发现并处理地表移动与变形问题,确保地下工程的安全稳定。