地表移动和变形预计

地表移动变形计算公式
地表移动变形计算涉及多个方面，包括下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等。

以下是一些相关的计算公式：
最大下沉值：Wmax=Mqcosa，其中M为煤层厚度，q为下沉系数，α为煤层倾角。

最大倾斜值：Imax=Wmax/r，其中r为主要影响半径。

最大曲率值：Kmax=1.52*Wmax/r。

最大水平移动值：Umax=b*Wmax，其中b为水平移动系数。

最大水平变形值：εmax=1.52bWmax/r。

以上公式主要用于预计煤层开采后的地表移动和变形情况。

其中，Wmax、Imax、Kmax、Umax和εmax分别代表最大下沉值、最大倾斜值、最大曲率值、最大水平移动值和最大水平变形值。

M、q、α、r和b则是相关的计算参数，需要根据具体情况进行确定。

请注意，这些公式是基于一定的假设和简化的，实际应用中可能需要根据具体情况进行调整和修正。

此外，地表移动变形计算还需要考虑其他因素，如地质条件、开采方式、采深采厚比等，因此建议在专业人员的指导下进行。

辽宁灯塔西马煤矿充填式开采地表变形预测题正义;柳东明;王振【摘要】针对建筑物保护煤柱的煤炭资源回收问题,根据西马煤矿具体地质采矿条件,选择概率积分法对西马峰村保护煤柱开采后引起地表移动变形进行预计;并以1326工作面似膏体充填开采结果为基础,计算出充填采区工作面的等效采高;预计结果表明,如按设计开采方案布置工作面,西马峰村建筑物损害等级为Ⅱ级,不符合预先制定的标准;将开采方案进行一定的调整后再进行预计,结果表明,西马峰村建筑物所处地表的移动变形值均在建筑物损坏等级Ⅰ级所规定的范围内,即建筑物在不用维修或简单维修的情况下可以正常使用,则西马峰村保护煤柱似膏体充填开采是可行的.【期刊名称】《中国地质灾害与防治学报》【年(卷),期】2014(025)004【总页数】6页(P66-71)【关键词】充填开采;概率积分法;开采沉陷预计;地表移动变形【作者】题正义;柳东明;王振【作者单位】辽宁工程技术大学,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学,辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】TD820 引言“三下”开采一般指建筑物、铁路、水体下矿体的开采［1-2］。

矿山生产过程中，通常在建筑物下、铁路下、水体下预留保护煤柱，不仅造成大量煤炭资源的积压，而且影响矿井生产的合理布局和接续。

我国“三下”资源储量巨大，据统计煤炭资源中，“三下”压煤约137.9×108t，其中建筑物下压煤量最大，约为94.63 × 108t［3-5］。

近年来，“三下”开采技术发展迅速，随着充填技术及充填工艺的不断发展，“三下”压煤充填开采已经成为一种必然趋势。

充填开采不仅能有效控制地表移动变形，而且资源回收率最高可达90%以上。

充填开采技术主要有似膏体充填、超高水材料充填和固体废物充填等，特别是似膏体充填开采技术在我国的矿井生产应用最为广泛。

沈阳焦煤集团西马煤矿在南一采区1326工作面、1327工作面成功地进行了似膏体充填开采，为该项技术应用于北翼充填采区西马峰村保护煤柱开采提供了宝贵的经验。

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范围后，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，（在岩体内部形成一个空洞）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，移动盆地内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。

1 1岩层移动：当部分煤层被采出后，在岩体内部形成一个采空区，其周围岩体应力平衡受到破坏，引起应力的重新分布，从而使岩体产生移动、变形和破坏。

直到达到新的平衡的过程和现象。

2岩层移动和破坏的形式：弯曲、垮落、煤的挤出、岩石沿层面的滑移、岩石的下滑、底板的隆起 3 “三带”：垮落带、断裂带、弯曲带（导水断裂带高度与岩性有关）4地表移动盆地：当地下工作面开采达到一定距离后（相当于采深的1/4~1/2时），开采影响到地表，受到采动影响的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大得多的沉陷区域，称为地表移动盆地，或下沉盆地。

5地表移动盆地的类型：（1）非充分采动下沉盆地、（2）充分采动下沉盆地、（3）超充分采动下沉盆地 6充分采动角Ψ：指在充分采动条件下，在地表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上的投影点和同侧采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。

7最大下沉角θ：最大下沉角就是在倾斜主断面上，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，常用θ表示。

实测资料表明，最大下沉角θ与覆岩岩性和煤层倾角α有关，在倾斜或缓倾斜煤层条件下（α＜60°~70°）,θ值随煤层倾角增大而减小。

一般表示为：θ=90°-k α式中 k —与岩性有关的系数；α—煤层倾角。

8地表移动盆地的三个区域及特点：（1）移动盆地的中间区域（地表下沉均匀，达到最大下沉值，不出现明显裂缝）、（2）移动盆地的内边缘区（地表下沉值不等，地面移动向盆地的中心方向倾斜，呈凹形，产生压缩变形，不出现裂缝）、（3）移动盆地的外边缘区（地表下沉不均匀，地面移动向盆地的中心方向倾斜，呈凸形，产生拉伸变形，超过一定数值产生拉伸裂缝）9地表移动盆地边界划分：（1）移动盆地的最外边界（是以地表移动变形为零的盆地边界点所圈定的边界，一般取下沉10mm 的点为边界点）（2）移动盆地的危险移动边界（以临界变形值确定的边界，范围内建筑物产生明显损害）移动盆地的裂缝边界（根据移动盆地最外侧的裂缝固定的边界）。

收稿日期:2018-01-04作者简介:平振红(1968-),男,山西壶关人,工程师,从事煤矿安全纠察工作。

doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2018.08.030高河能源分层充填开采技术及地表移动变形预计平振红袁平雅雯(长治市煤炭安全纠察支队,山西长治　046000)摘　要:针对高河能源“三下”压煤量大的问题,分析了分层充填开采的巷道布置,并在此基础上对充填开采后的地表沉陷进行预计。

结果表明:地表建筑物区域最大下沉75mm,倾斜变形最大1.3mm /m,最大水平变形0.8mm /m,建筑物变形值均在I 级损坏允许值的80%范围内,不会影响地面建构筑物安全和正常使用。

关键词:分层充填;巷道布置;地表移动变形中图分类号:TD325 文献标识码:B 文章编号:1005-2798(2018)08-0069-04 由于开采技术的制约,大多数煤矿在开采期间均保留了建筑物、铁路、水体等特殊构筑物下的煤炭,导致很大的资源浪费。

据统计,我国大型煤矿的压煤量大约有13Gt [1]。

随着开采强度的增加,我国东部和中部地区矿井已进入枯竭阶段,逐渐加大了对遗留煤体的开发力度[2]。

因此,目前急需有效的开采技术来开挖“三下”压煤,延长煤矿的服务年限。

其中,充填开采方法可以在煤炭开采后利用充填体来支撑上覆岩层,减少岩层的弯曲下沉量,从而减少地表的移动变形,达到保护地表建筑物、水体的目的。

目前充填体的材料主要有水砂、高水、矸石以及膏体,分别适用于不同条件的矿井[3-5]。

由于效果明显,已被广泛应用于现场,来开挖“三下”压煤[6]。

本文结合高河能源分层充填开采实践,分析了膏体充填开采的巷道布置,计算了充填开采后地表沉陷的相关参数,发现充填开采不会影响地面建构筑物安全和正常使用,为类似条件下地表建筑物下充填开采工作提供参考。

1　矿井地质条件高河能源核定生产能力750万t /a,地面村庄等建(构)筑物密集,“三下”压煤储量高达3.72亿t。

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。

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#）。