第2章采动地表移动变形预计

开采沉陷知识总结地表到充分采动时的采空区面积。

半无限开采：工作面煤壁一侧的煤层未被采动，而另一侧的煤层全部采空的开采情况。

填空（包含解释）1、岩层移动的形式：弯曲、冒落、片帮、底板隆起、滚动、岩石沿层面滑移（1）弯曲岩体部分下落，向下移动的现象。

特点：不在保持其原有的层状性，岩体积增大。

（3）片帮当底板角软时，在矿体采出后，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的现象。

（5）滚动在开采倾斜矿体时，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会产生沿层面方向的移动。

特点：岩层沿层面滑动，层间有错动。

2、岩层三个移动区特征：充分采动区（减压区），最大弯曲区，岩石压缩区。

（1）充分采动区移动特征是：1）下部岩体破碎成块状，上部岩体断裂、离层、裂隙；2）竖向方向受拉、横向方向受压，3）层内各点的移动向量与煤层法线方向一致，在同一层内的移动向量彼此相等；4）移动量最大。

（2）岩石压缩区（支承压力区）特征：沿层面方向受拉、层面法线方向受压。

（3）最大弯曲区（Ⅱ、Ⅱ’）特征：1）在此范围内岩层向下弯曲的程度（曲率）最大。

2）在层内产生沿层面方向的拉伸变形和压缩变形。

3、移动稳定后岩层内的三带：冒落带，裂缝带，弯曲带。

冒落带（垮落带）垮落带是指由采矿引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围。

、垮落带内岩层破坏特点是：（1）分带性（2）碎胀性，碎胀系数值恒大于1，一般在1、5～1、80之间。

（3）可压缩性（4）垮落带高度主要取决于采出厚度、上覆岩层的碎胀系数、岩性等，通常为采出厚度的3～5倍。

薄煤层开采时垮落高度较小，一般为采出厚度的1、7倍左右。

顶板岩石坚硬时，垮落带高度为采出厚度的5～6倍；顶板软弱时，垮落带高度为采出厚度的2～4倍。

实践中可用下式近似估算垮落带高度：h=m/(k-1)cosα式中 h采出矿层厚度；K矿层倾角。

（5）形态，随倾角不同而变化裂缝带（断裂带）在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层称为裂缝带。

1．“三带”的定义?答：冒落带是指用全部垮落法管理顶板时，回采工作面放顶后引起煤层直接顶板岩层产生破坏的范围。

裂缝带：在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层。

弯曲带：又称整体移动带，位于裂缝带之上直至地表。

2.地表移动盆地边界的确定（此题答案不确定）一、地表移动盆地边界的划分地表移动盆地划分成如下三个边界：(一)移动盆地的最外边界移动盆地最外边界是以地表移动和变形都为零的盆地边界点所固定的边界。

这个边界由仪器观测确定。

考虑到观测误差一般取下沉为10mm的点为边界点。

所以，最外边界实际上是下沉为10mm的点圈定的边界。

（图中ABCD）(二)移动盆地的危险移动边界危险移动边界是以盆地内的地表移动与变形对建筑物有无危害而划分的边界。

（图中A’B’C’D’）不同结构的建筑机能承受最大变形的能力不一样，所以各种类型的建筑物都应有对应的临界变形值。

在确定移动盆地内危险移动边界时，用相应建筑物的临界变形值圈定，会更接近于实际。

(三)移动盆地的裂缝边界裂缝边界是根据移动盆地内最外侧的裂缝圈定的边界。

3.地表移动观测站设计内容有哪些？答：观测站设计包括便携设计说明书和绘制设计图两部分工作。

设计说明书应包括下列内容：1)建立观测站的目的和任务2)设站地区的地形、地物及地质采矿条件3)观测站设计时所用的开采沉陷参数4)观测线的位置及长度的确定，测点及控制点的数目、位置及其编号5)工作测点和控制点的构造及其埋设方法6)观测内容及所用仪器，与矿区控制网的联测方法，精度要求，联测的起始数据，定期观测时间、方法及精度要求，有关地表采动影响的测定，编录方法。

7)经费估算：包括观测站所需材料、购地、人工等费用的预算8)观测成果的整理方法与分析步骤，所需获得的成果4.水平煤层(或沿煤层定向主颁)非充分采动时主断面内下沉曲线特征?答：判别：水平煤层开采时的采动程度可用走向充分采动角φ3来判别。

当用φ3 角作的两直线交于岩层内部而未及地表时，此时地表为非充分采动。

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。

A矿区采矿活动造成地面塌陷地质灾害预测作者：马少东来源：《山东工业技术》2018年第24期摘要：本文以12、13、14三个主采煤层的埋深、煤层厚度及煤层倾角三个关键因素为切入点，通过类比当地矿区其他地质条件相似矿的参数，采用概率积分法、极值法和叠加原理，对A矿区开采可能引起的地面塌陷的危险性进行了初步估算。

研究结果表明：该矿开采引起的地表变形严重程度为中度-重度破坏，采空区地面塌陷发生的可能性大，规模中等。

研究成果对A矿区矿山地质环境评价提供了参考。

关键词：概率积分法；地面塌陷；叠加原理DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.24.062A矿区地处黄土高原鄂尔多斯盆地南部，地形南高北低，为丘陵沟壑区，地貌类型为黄土丘陵和山地，基岩零星露头，地形起伏平缓，利于排水，坡度一般小于20°。

目前，该矿处于生产阶段，做好地面塌陷的预测工作，对保证矿山安全生产具有极为重要的意义。

1 煤层开采情况井田含煤地层为石炭系上统太原组（C3t），煤矿开采煤层为12、13、14煤层，各煤层特征如下：12煤层：煤层厚度0.95m～1.56m，平均厚度1.22m；13煤层：煤层厚度1.06m～1.71m，平均厚度1.41m；14煤矿：煤层厚度1.21m～2.49m，平均厚度1.83m。

煤层倾角均为25°～40°之间，平均倾角取32°，煤层采深一般在60～350m，埋藏相对较浅，总体上属结构简单的较稳定煤层。

2 地面塌陷预测2.1 影响因素的分析因煤矿主采12～14煤层，随着开采规模的扩大和全面垮落法的顶板管理方式，当煤层大面积采空放顶后，采空区净空加大，顶板弯沉，引起冒落带、裂隙带及整体移动带，当覆岩移动波及地表时，地表将出现有规律的移动变形，即为地表移动盆地。

地表移动盆地的形成和大小与煤层厚度、倾角以及开采的范围、开采方式等因素相关。

本次预测以煤层埋深、煤层厚度及煤层倾角三个关键因素，估算整个井田范围内煤层开采时可能造成的地表移动与最大变形量。

第二章保护煤柱留设第一节保护煤柱留设基础知识地下采煤引起岩层与地表产生沉陷、移动和变形，导致位于其影响范围内的井筒、巷道、地面建筑物和构筑物、地表水系及地下含水层等遭受不同程度的破坏。

为了保护有些重要的建筑物、水体等，使其免遭采动损害的影响，有时需要在井下留设保护煤柱。

保护煤柱：指专门留在井下不予采出的、旨在保护其上方岩层内部和地表的各种保护对象不受开采影响的那部分煤炭。

受保护对象包括：井筒、井下主要巷道和硐室、地面各类建（构）筑物、铁路、水体等。

留设保护煤柱的优点是能有效保护地表建（构）筑物，其缺点是：（1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限；（2）使采掘工作复杂化，增大掘进工作量，造成采掘关系紧张。

下列情况下需要留设临时性的或永久性的保护煤柱：（1）矿井工业场地及风井井口附近的建筑物、构筑物和其他重要设施；（2）国务院明令保护的文物、纪念性建筑物和构筑物；（3）采用不搬迁进行采煤在技术上不可行，而搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建筑物和构筑物；（4）煤层开采后，地表可能产生抽冒、切冒等形式的塌陷漏斗坑和突然陷落，对地基及上部建筑造成严重破坏的重要建筑物和构筑物；（5）所在地表下方潜水位较高，采后地表下沉将导致建筑物及其附近地面积水，而又不可自动排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的建筑物或构筑物；（6）对国民经济和人民生活有重大意义的、用其他保护方法不能确保安全的河(湖、海、水库) 堤坝、船闸、泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑工程。

一、保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理是在保护对象的下方留出一部分煤炭不开采，使其周围的煤炭的开采对保护对象不产生有危险性的移动和变形。

图2-1 保护煤柱留设原理图如图2-1：设煤层上方的地面有一建筑物，其受护面积为a0b0c0d0，为保护建筑物不受开采的有害影响，需要留设保护煤柱。

确定煤柱大小的方法具体如下：首先，通过建筑物中心作沿煤层走向和倾向的剖面图，如图所示。

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。

1502017年/第一期/一月（上）地下开采引起的地表移动变形分析侯晓兵张艺霞（安阳工学院河南・安阳455000）摘要山东省莱芜市小官庄铁矿由于长期的地下开采，地下已经形成一定范围的采空区，引起了地表的下沉和变形，对地上一定范围内的构筑物及人的安全造成了影响。

为了有效地减少和防止灾害的发生，准确地预测出地下开采引起的地表沉降值和水平变形值，采用了双曲正切函数和随机介质理论进行了计算分析，并与实测沉降数据进行了对比，确定了适用于该地层的正确参数，为今后开采过程中及开采完成后，对地表的影响范围、沉降及水平变形的预测提供了可靠的保证。

关键词地下开挖双曲正切函数法随机介质理论地表移动变形中图分类号：TD325，TU457文献标识码：ADOI:10.16400/ki.kjdks.2017.01.069Analysis of Ground Movement and Deformation due to Underground MiningHOU Xiaobing,ZHANG Yixia(Anyang Institute of Technology,Anyang,Henan 455000)Abstract Duo to the long term underground mining,the underground of Xiaoguanzhuang Iron Mine in Laiwu City,Shandong Province has formed a certain range of goaf,which caused the surface subsidence and deformation and posed a threat to the surface building and people in a large area.In order to reduce and prevent any case of disaster with accurate data,the hyperbolic tangent function model and the stochastic medium theory are adopted to make statistical analysis of surface subsidence value and the level deformation pared with the field data,the correct parameters can be settled which provides a guarantee for the prediction of influence on range of subsidence and deformation during the process or in the aftermath of mining.Keywords underground mining;hyperbolic tangent function;stochastic medium theory;ground movement and deformation 0引言近几十年来，随着勘探技术的不断发展与进步，在全国范围内地下开采工程越来越多，其开采的技术与方法也越来成熟。

矿区地表移动变形预计的基本理论和方法摘要: 本文从结合现有理论基础和实践经验，从各方面总结了矿区地表移动变形预计的基本理论和方法，重点介绍了概率积分法的基本原理和相关的预计公式。

概率积分法预计模型在我国开采沉陷的应用中是最普遍的，其预计精度较高，使用方便。

关键词：矿区地表移动变形预计;基本原理Abstract: this article from the theoretical basis and according to the practical experience, all in summarizes the surface deformation is expected to move in the basic theory and method, the paper focuses on the basic principle of probability integral method and the relevant formula is expected to. Probability integral method in our country mining subsidence prediction model of application is the most common, and its expected high accuracy, easy to use.Keywords: mining area is expected to surface movement deformation; Basic principle0 开采沉陷预计的基本概念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，也称岩层和(或)地表移动预计(或计算)，简称“预计”[1]。

预计时用到的地质采矿条件有：煤层的法向开采厚度（采高）m，煤层倾角a，采空区下山边界、上山边界、走向主断面上的开采深度以及平均的开采深度、、、，采空区走向长、倾向斜长，顶板管理方法，上覆岩层的性质，工作面形状和工作面推进进度等。