第2章 开采沉陷基本概念
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一、名词解释(共30分,每小题6分)1. 地表移动盆地:地下开采波及到地表,使受采动影响的地表从原有标高向下沉降,从而在采空区上方地表形成一个比采空区大得多的沉陷区域,这种地表沉陷区域称为地表移动盆地。
P52. 最大下沉角:地表最大下沉点与采空区中点的连线和水平线所成的锐角称为最大下沉角。
P103.边界角:在充分采动或接近充分采动的条件下,地表移动盆地主断面上盆地边界点(下沉为10mm)至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角称为边界角。
P144.条带开采:条带开采是一种部分开采方法,它是将要开采的煤层区域划分为比较正规的条带形状,采一条、留一条,使留下的条带煤柱足以支撑上覆岩层的重量,而地表只产生较小的移动和变形。
P1975.开采沉陷预计:对一个计划进行的开采,在开采进行以前,根据其地质采矿条件和选用的预计函数、参数,预先计算出受此开采影响的岩层和(或)地表的移动和变形的工作,称为开采沉陷预计。
P50二、简答题(每小题10分,共计40分)1.为保护地表建筑物采用的主要技术和开采方法有哪些?p141答:(1)开采方法:充填开采方法、部分开采方法、协调开采方法、岩层离充填减沉方法。
(2)建筑物加固方法:设置变形缓冲沟、设置变形缝、设置钢拉杆、设置钢筋混凝土圈梁、设置基础联系梁、设置钢筋混凝土锚固板、堵砌门窗。
2.试分析曲率变形对地表建筑物的影响。
P127答:曲率变形表示地表倾斜的变化程度。
建筑物位于正曲率(地表上凸)和负曲率(地表下凹)的不同部位,其受状态和破坏特征也不相同。
前者是建筑物中间受力大,两端受力小,甚至处于悬空状态,产生破坏时,其裂缝为倒“八”字形;后者中中间部位受力小,两端处于支撑状态,产生破坏时,其裂缝为“八”字形。
曲率变形引起的建筑物上附加应力的大小,与地表曲率半径、土壤物理力学性质和建筑物特征有关。
一般是随曲率半径的增大,作用在建筑物上的附加应力减小;随建筑物长度的增大、底面积增大,建筑物产生的破坏也加大。
深部开采沉陷规律研究与分析开采沉陷是深部矿产资源开采过程中最为重要的领域之一,开采后沉陷规律的研究与分析是科学决策开采比较充分及有效的前提之一。
本文就深部矿产资源开采沉陷的规律研究与分析进行深入的论述,并给出了具体的研究方法和分析案例。
一、深部矿产资源开采沉陷规律研究1、概念浅析施工开采的沉陷是长期的应力释放、地层改变以及外因影响所引起的矿山构造变化,它是影响矿山发展和安全生产的重要参数之一。
深部矿产资源开采沉陷规律是以深部矿产资源开采为主导,以其所带来的构造改变和地面沉陷运动为基本特征的地质现象。
对深部矿产资源开采沉陷规律研究可以更加深入、准确的了解深部开采所引起的构造改变及地面沉陷的规律及特征,为深部开采的质量控制、生产安全和地表沉陷的综合控制提供重要的理论依据和参考数据。
2、研究流程深部开采沉陷规律研究要求有全面、系统、深入的研究方法。
通常研究流程分为以下几个步骤:(1)突出研究对象的特性和规律:即定位和调查研究对象的特征并归纳汇总;(2)综合统计分析归纳:利用诸如数据处理、描述统计分析、图表绘制等方法,对归纳汇总的资料进行统计分析;(3)研究规律及其影响机理:深入探讨开采沉陷的规律及其影响机理,以及开采方式、技术措施等对矿山构造变化、地面沉陷及安全隐患及生态影响等的影响;(4)制定有效的预测与解决方案:根据研究得出的规律,运用预测与预报技术,结合实际情况,制定出有效的预测与解决方案,为矿山安全开采提供技术指导。
二、深部矿产资源开采沉陷规律分析1、测量技术测量技术是深部矿产资源开采沉陷规律分析的基础,我们可以通过垂直测量、水平测量以及数字测量等技术手段,来科学测量矿山构造特征及沉陷变化情况,从而对沉陷运动规律及外部因素的影响等深入分析。
2、数值模拟利用一定的数值模拟技术可以探索不同的长期沉陷规律,预测深部开采可能造成的地表沉陷情况。
数值模拟可以模拟矿山构造变化过程,从而更加精准的研究和预测深部开采沉陷规律。
1.开采沉陷:有用矿物被开采出来后,开采区域周围岩体的原始应力平衡状态受到破坏,应力重新分布,达到新的平衡,在此过程中,岩层和地表产生连续的移动变形和非连续的破坏,这种现象称为开采沉陷。
2.三下采煤:建筑物,铁路,水体下采煤的合称。
3.岩层移动的形式:弯曲,垮落,煤的挤出,岩层沿层面滑移,垮落岩石下滑,底板岩层隆起。
4.上三带:跨落带,断链带,弯曲带。
下三带:地板采动导水破坏带,地板阻水带,地板承压水导升带。
5.跨落带:是指由采煤引起的上覆岩层破裂并向采空区跨落得岩层范围。
特点:①垮落带县有分层性,它分为不规则垮落和规则垮落两部分。
在下部不规则垮落部分,岩层完全失去其原有层位,在靠近煤层附近,岩石破碎,堆积紊乱。
规则的垮落部分,垮落岩层基本保持其原有层位,处于不规则垮落部分之上。
②垮落带岩石具有一定的碎胀性,垮落岩块间的空隙较大,有利于水、砂、泥土通过。
垮落后岩石体积大于垮落前岩石体积。
③垮落岩石具有可压缩性,垮落岩块间的空隙随着时间的推移和工作面的推进在一定程度上可以压实,一般时间越长,压实性越好,但永远恢复不到垮落前原岩体的体积。
④垮落带的高度取决于采出厚度和上覆岩石的碎胀系数。
通常为采出厚度的3~5倍。
薄煤层开采时垮落带高度较小,一般为采出厚度的1.7倍。
顶板岩石坚硬时垮落带高度为采出厚度的5~6倍;顶板为软岩时,垮落带高度为采出厚度的2~4倍。
6.断裂带:是指在跨落带上方的岩层产生断裂或裂缝,但保持其原有层状的岩层范围。
特点:不仅发生垂直于层理面的断裂或裂缝,而且产生顺层理面的离层裂缝。
7.弯曲带:是指断裂带上方直至地表产生弯曲下沉的岩层范围。
特点:1.弯曲带内岩层在自重力的作用下产生沿层面法方向弯曲,在水平方向受双向压缩,压实程度较好,具有良好的隔水性;2.弯曲带内岩层的移动过程是连续有规律的,保持其整体性和层状结构,不存在或极少存在采动裂缝;3.弯曲带的高度主要受开采深度的影响。
8.地板踩动导水破坏带:是指煤层底板岩层受采动影响而产生导水裂缝的岩层范围,其深度为自煤层底板至采动导水裂缝最深处的发现距离。
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。