第3章采动覆岩内部移动变形预计
- 格式：ppt
- 大小：217.50 KB
- 文档页数：14
下载文档原格式
合集下载
交通运输部公路工程标准规范制修订项目采空区公路设计指南(送审稿)审查汇报材料
日本高速公路总里程9507公里，日本 国内高速公路设计主要执行《日本高等级 公路设计规范》，规范中并未针对采空区 公路建设问题做专门的规定。
查询中未发现日本交通运输省颁布针 对采空区公路建设的相关技术指南、标准 及规范。
3.4 英国
英国煤炭开采历史悠久，产量曾居世界第一位，为英国 工业革命提供强有力的能源基础。第一次世界大战后，英国 煤炭工业逐渐衰退，产量下降。1947年煤炭工业国有化后， 煤炭产量有所回升，但随后发生的伦敦烟雾事件(1956年)， 以及北海油田的开发(1980年)，能源消费结构发生变化，英 国煤炭竞争力越来越弱，廉价进口煤大量涌入，煤炭工业每 况愈下，英国煤炭主要用于发电。英国煤矿开采机械化水平 高，采煤技术及安全水平一直处于世界前列。
备注
本表依 据函调和 实地考察 调研成果 综合分析 编制。
4.2 调研方式及成果
（2）调研成果
山西省公路采空区调研情况
项目名称
太旧高速 祁临高速 太祁高速 长晋高速 晋焦高速 太长高速 汾离高速 离军高速 阳候一期 阳候二期 大同香炉寺隧道 太旧二通道 忻保高速
晋城西北环高速
晋城一级路 合计
采空区分布累 积长度（m）
桥隧及路基工程处治设计标准
工程 类型
水固比
路基 桥隧
1:1 1:1.2
1:1 1:1.2
注浆材料配合比
水泥 1.5 1.5
4 国内调研情况
4.1 调研目的
了解和掌握我国公路采空区的分布情况、 采空区的处治方法、经济指标及采空区处治后 公路运营情况，总结国内公路采空区勘察、设 计、施工及检测等方面的工程经验。
高平至新乡高速公路七一煤矿采空区地表裂缝
临汾至吉县高速公路卧龙沟煤矿地表裂缝
查询中未发现日本交通运输省颁布针 对采空区公路建设的相关技术指南、标准 及规范。
3.4 英国
英国煤炭开采历史悠久，产量曾居世界第一位，为英国 工业革命提供强有力的能源基础。第一次世界大战后，英国 煤炭工业逐渐衰退，产量下降。1947年煤炭工业国有化后， 煤炭产量有所回升，但随后发生的伦敦烟雾事件(1956年)， 以及北海油田的开发(1980年)，能源消费结构发生变化，英 国煤炭竞争力越来越弱，廉价进口煤大量涌入，煤炭工业每 况愈下，英国煤炭主要用于发电。英国煤矿开采机械化水平 高，采煤技术及安全水平一直处于世界前列。
备注
本表依 据函调和 实地考察 调研成果 综合分析 编制。
4.2 调研方式及成果
（2）调研成果
山西省公路采空区调研情况
项目名称
太旧高速 祁临高速 太祁高速 长晋高速 晋焦高速 太长高速 汾离高速 离军高速 阳候一期 阳候二期 大同香炉寺隧道 太旧二通道 忻保高速
晋城西北环高速
晋城一级路 合计
采空区分布累 积长度（m）
桥隧及路基工程处治设计标准
工程 类型
水固比
路基 桥隧
1:1 1:1.2
1:1 1:1.2
注浆材料配合比
水泥 1.5 1.5
4 国内调研情况
4.1 调研目的
了解和掌握我国公路采空区的分布情况、 采空区的处治方法、经济指标及采空区处治后 公路运营情况，总结国内公路采空区勘察、设 计、施工及检测等方面的工程经验。
高平至新乡高速公路七一煤矿采空区地表裂缝
临汾至吉县高速公路卧龙沟煤矿地表裂缝
采高变化对覆岩移动变形的影响分析
以， 只模 拟采 高对覆 岩移 动变形பைடு நூலகம்的影 响 ＿ １ ｊ 。
物理力 学参 数 ， 如表 １ 所示。
１ ． ２ 数值模 拟 结果及分 析
模 型 在 方 向 （ 即 工 作 面 倾 向 方 向 ）上 取 ２ ２ ８ ｍ， 在 ｌ ， 方向（ 即走 向方 向 ） 上取 １ ０ ０ ０ ｍ， 在ｚ 方向（ 即采 深 ） 上取 ５ ０ ０ ｍ， 其 中煤 层位 于 Ｚ＝ ２ ０～
大也 逐 渐增加 。
关键 词 煤层采 高
覆 岩移 动 变形 影 响分析
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎｆ ｌｕｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ Ｍｉ ｎｉ ｎｇ Ｈｅ ｉ ｇ ｈｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｍｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｄｅ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｏｖ ｅ ｒ ｂｕｒ ｄｅ ｎ
２ ６ ｍ处 ， 数 值计算模 型见 图 １所示 。 为探 讨 开采 高 度变 化 对 上覆 岩层 移 动 的影 响 ，
煤 矿工作 面不 同采 高条件 下覆岩 的移 动变形 是
不 一样 的 ， 造 成 的覆 岩裂 隙带 高度也 是不 同 的 ， 研 究 采 高变 化对 覆岩移 动变 形 的影 响对 于分析 水体 下采
影 响上覆 岩层 破 坏 的 因素 有 许 多 ， 包 括 上 覆 岩 层 力学性 质 和结构 特征 、 采 煤方 法和 顶板管 理方法 、 煤 层倾 角 、 开 采面积 与厚度 、 时间 因素 以及重 复采 动 等 。河南 新 登 煤 矿 ３ １ ０ ７ １工 作 面 为 综 采 放 顶 煤 开 采， 煤层 倾 角小 ， 工 作 面 长 度 和 采 深 变化 不 大 。所
．
ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ３ １ ０ ７ １ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ａ ｌ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｘｉ ｎ ｄ ｅ ｎｇ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ． Ｔｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｉ ｌ －
物理力 学参 数 ， 如表 １ 所示。
１ ． ２ 数值模 拟 结果及分 析
模 型 在 方 向 （ 即 工 作 面 倾 向 方 向 ）上 取 ２ ２ ８ ｍ， 在 ｌ ， 方向（ 即走 向方 向 ） 上取 １ ０ ０ ０ ｍ， 在ｚ 方向（ 即采 深 ） 上取 ５ ０ ０ ｍ， 其 中煤 层位 于 Ｚ＝ ２ ０～
大也 逐 渐增加 。
关键 词 煤层采 高
覆 岩移 动 变形 影 响分析
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎｆ ｌｕｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ Ｍｉ ｎｉ ｎｇ Ｈｅ ｉ ｇ ｈｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｍｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｄｅ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｏｖ ｅ ｒ ｂｕｒ ｄｅ ｎ
２ ６ ｍ处 ， 数 值计算模 型见 图 １所示 。 为探 讨 开采 高 度变 化 对 上覆 岩层 移 动 的影 响 ，
煤 矿工作 面不 同采 高条件 下覆岩 的移 动变形 是
不 一样 的 ， 造 成 的覆 岩裂 隙带 高度也 是不 同 的 ， 研 究 采 高变 化对 覆岩移 动变 形 的影 响对 于分析 水体 下采
影 响上覆 岩层 破 坏 的 因素 有 许 多 ， 包 括 上 覆 岩 层 力学性 质 和结构 特征 、 采 煤方 法和 顶板管 理方法 、 煤 层倾 角 、 开 采面积 与厚度 、 时间 因素 以及重 复采 动 等 。河南 新 登 煤 矿 ３ １ ０ ７ １工 作 面 为 综 采 放 顶 煤 开 采， 煤层 倾 角小 ， 工 作 面 长 度 和 采 深 变化 不 大 。所
．
ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ３ １ ０ ７ １ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ａ ｌ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｘｉ ｎ ｄ ｅ ｎｇ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ． Ｔｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｉ ｌ －
矿山压力及岩层控制之7.采场岩层移动与控制
矿山压力与岩层控制——采场岩层移动与控制主讲：李成伟采场岩层移动与控制C ONTENTS 第七章岩层移动引起的采动损害概述1岩层控制的关键层理论2上覆岩层移动规律3工作面底板破坏与突水4岩层移动控制技术5一、岩层移动引起的采动损害概述我国煤矿90%以上是井工垮落法开采。
垮落法采煤，开采以后必然引起岩体向采空区移动，将造成采动损害及相关问题，主要表现为：（1）形成矿山压力显现，引起采场和巷道围岩变形、垮落和来压，需对采取支护措施维护采场与巷道的生产安全。
（2）形成采动裂隙，引起周围煤岩体中的水和瓦斯的流动，导致井下瓦斯与突水事故，需要对此进行控制和利用。
1.煤层开采产生的相关问题一、岩层移动引起的采动损害概述（3）岩层移动发展到地表引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏，当地面潜水位较高时，地表沉陷盆地内大量积水，农田无法耕种村庄被迫搬迁，引发一系列环境、经济和社会问题。
（4）由于开采对围岩的破坏，为了保护矿井生产安全，需要留设大量的煤柱，我国煤炭采出率低。
一、岩层移动引起的采动损害概述2.煤矿绿色开采理念2016年3月，国家发改委、国家能源局联合印发2016-2030能源技术革命创新行动计划；在煤炭无害化开采技术创新方面提出绿色开发与生态矿山建设，重点在绿色高效充填开采、绿色高效分选、采动损伤监测与控制、采动塌陷区治理与利用、保水开采、矿井水综合利用及深度净化处理、生态环境治理等方面开展研发与攻关。
煤炭开采岩层移动排 放 水地表塌陷土地与建筑物损害瓦斯事故排放瓦斯污染环境地下水资源流失与突水事故煤与瓦斯共 采保水开采充填开采排放矸石煤巷支护矸石井下处 理煤炭地下气 化占用农田污染环境绿色开采●“高效安全、高采出率、环境协调”绿色开采技术体系膏体材料充填超高水材料充填矸石干式充填一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用被保护层组保护层地面钻井071421283504080120160200时间/d 抽采量/m 3/m i n20406080100抽采浓度/%抽采瓦斯量抽采瓦斯浓度远距离保护层开采（100～110m ）地面钻井抽采法一、岩层移动引起的采动损害概述一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用压缩转运✓瓦斯发电✓瓦斯罐装利用一、岩层移动引起的采动损害概述●煤炭地下气化煤炭地下气化是指其不将煤炭采出地面，而将其在地下直接气化，即将地下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术。
2021《矿压》主要知识点(1)
《矿山压力与岩层控制》主要知识点第一讲绪论●基本概念：●矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力称为矿山压力。
●矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，称为矿山压力显现。
●矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法均叫做矿山压力控制。
●采场围岩控制：●巷道围岩控制：●研究和学习矿山压力与岩层控制的意义。
第二讲采场上覆岩层结构与顶板破断规律（第三章）●基本概念：顶板●底板：●上覆岩层（覆岩）：●直接顶●基本顶（老顶）●直接底●关键层；●直接顶初次跨落、●基本顶初次破断与周期破断；●岩石碎胀系数。
●直接顶初次跨落前的离层机理及其危害。
●直接顶跨落后的碎胀特性及其对矿压影响。
●基本顶破断规律与破断距计算。
●采动覆岩“大结构”的内涵及主要假说。
● 砌体梁假说及“砌体梁”结构的失稳形式及稳定条件。
● 基本顶破断面角度对“砌体梁”结构稳定性的影响。
关键层破断后的岩块互相挤压有可能形成三铰拱式的“砌体梁”平衡结构，此结构平衡将取决于咬合点的挤压力是否超过该咬合点接触面处的强度极限，在一定条件下可能导致岩块随着回转而形成变形失稳；另外即是咬合点处的摩擦力与剪切力的相互关系，当剪切力大于摩擦力时形成滑落失稳，在工作面的表现形式为顶板的台阶下沉。
防止“砌体梁”结构的滑落失稳条件：咬合点处的摩擦力大于剪切力，ϕtan ⋅≤T R 根据“砌体梁”结构受力分析，，即，岩块长度要大于2～2.5倍岩块厚度。
防止“砌体梁”结构的变形失稳条件：回转变形形成的咬合点的挤压力小于该咬合点接触面处的抗压强度极限。
根据“砌体梁”结构受力分析，结构回转下沉量小于一定值⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅-⋅=∆K K n h 311 ● 通常通过触矸来实现。
⎝⎛⋅-⋅=∆Kn h 311●基本顶弹性基础破断的反弹与压缩特征。
●岩层控制关键层理论的主要学术思想。
第三讲采场矿山压力显现基本规律（第二章、第四章）基本概念：基本顶初次来压：基本顶（老顶）悬露达到极限跨距发生初次断裂，断裂的基本顶岩块回转下沉，从而导致工作面顶板急剧下沉和支架阻力普遍增大现象，称为基本顶（老顶）初次来压。
开采沉陷知识总结
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.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。
开采沉陷学
2）根据连通性的好坏，裂缝带一般导水、但不利于砂、 泥土通过。
3）冒落带和裂缝带合称为两带，又称为冒落裂缝带或 导水裂缝带。
4）导水裂缝带高度与岩性有关。 5）裂缝带随着工作面推进距离的增加，当采空区扩大
到一定范围时，裂缝带的高度达到最大。
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
弯曲带指的是裂缝带之上直至地表的整个岩 系。其岩层移动和破坏特征：
（一）对地表移动盆地形态的影响
• 在水平和近水平矿层开采条件下，地表移动盆地是 以采空区中心对称的椭圆。在倾斜矿层开采条件下， 地表移动盆地为偏向下山方向的非对称椭圆，形状 为碗形或盘形。随着倾角的增大，这种非对称性增 大，当矿层倾角接近90°时，又成为对称的椭圆， 地表移动盆地为碗形或兜形。
1.4岩层与地表移动与地质采矿 条件的关系
影响开采沉陷分布规律的地质和采矿因素
1.4岩层与地表移动与地质采矿 条件的关系
覆岩力学性质、岩层层位的影响
• 组成岩层的岩石可分为坚硬（f>6）、中硬（f=3~6）和软弱 （f<3）三种类型。
• 1．在覆岩坚硬的条件下，岩层及地表移动具有如下特征： • 采空区悬顶面积大、地表易产生非连续性变形。 • 岩层及地表下沉量小，拐点平移距大。 • 急倾斜矿层开采条件下，地表易出现塌陷坑或塌陷漏斗。 • 移动角较大。 • 导水裂缝带高度较大。 • 在覆岩较弱的情况下，有与以上相反的特征。
第1章 地表移动和变形的规律
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
岩层移动和破坏过程
采空区上覆岩层移动和破坏示意图 采空区影响范围内影响带的划分示意图
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
岩层移动和破坏的形式 1．弯曲 2．垮落，又称冒落 3．矿体的挤出，又称片帮 4．岩石沿层面的滑移 5．岩石的下滑 6．底板的隆起
3）冒落带和裂缝带合称为两带，又称为冒落裂缝带或 导水裂缝带。
4）导水裂缝带高度与岩性有关。 5）裂缝带随着工作面推进距离的增加，当采空区扩大
到一定范围时，裂缝带的高度达到最大。
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
弯曲带指的是裂缝带之上直至地表的整个岩 系。其岩层移动和破坏特征：
（一）对地表移动盆地形态的影响
• 在水平和近水平矿层开采条件下，地表移动盆地是 以采空区中心对称的椭圆。在倾斜矿层开采条件下， 地表移动盆地为偏向下山方向的非对称椭圆，形状 为碗形或盘形。随着倾角的增大，这种非对称性增 大，当矿层倾角接近90°时，又成为对称的椭圆， 地表移动盆地为碗形或兜形。
1.4岩层与地表移动与地质采矿 条件的关系
影响开采沉陷分布规律的地质和采矿因素
1.4岩层与地表移动与地质采矿 条件的关系
覆岩力学性质、岩层层位的影响
• 组成岩层的岩石可分为坚硬（f>6）、中硬（f=3~6）和软弱 （f<3）三种类型。
• 1．在覆岩坚硬的条件下，岩层及地表移动具有如下特征： • 采空区悬顶面积大、地表易产生非连续性变形。 • 岩层及地表下沉量小，拐点平移距大。 • 急倾斜矿层开采条件下，地表易出现塌陷坑或塌陷漏斗。 • 移动角较大。 • 导水裂缝带高度较大。 • 在覆岩较弱的情况下，有与以上相反的特征。
第1章 地表移动和变形的规律
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
岩层移动和破坏过程
采空区上覆岩层移动和破坏示意图 采空区影响范围内影响带的划分示意图
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
岩层移动和破坏的形式 1．弯曲 2．垮落，又称冒落 3．矿体的挤出，又称片帮 4．岩石沿层面的滑移 5．岩石的下滑 6．底板的隆起
(完整word版)《矿山开采沉陷学》复习题
《矿山开采沉陷学》复习题一、名词解释1.地表移动盆地主断面：地表移动盆地内通过最大下沉点（或者说移动盆地的中心）所作的沿煤层走向的垂直断面。
（P35）2.临界开采面积：地表到充分采动时的采空区面积。
3.防砂安全煤岩柱：在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之间为防止流砂溃入井下而保留的煤和岩层块段。
（P321）4.垮落带（冒落带）：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。
（P26）5.移动角：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三个临界变形值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。
（P43）6.地表移动起动距：地表开始移动时工作面的推进距离。
（P85）7.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。
8. 超前影响角：将工作面前方地表开始移动（即下沉10mm）的点与当时工作面的连续，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
（P85）二、填空题三、简答题1.什么是开采沉陷预计，其目的是什么？（P116）（1）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）地表的移动和变形工作，称为开采沉陷预计。
（2）开采沉陷预计对开采沉陷理论的研究和生产实践都有重要意义。
①在理论研究生的作用在于，利用预计的结果可以定量地研究受开采影响的岩层与地表移动在时间上和空间上的分布规律。
②对指导建筑物下、铁路下、水体下的开采实践具有重要的作用。
2.岩层移动稳定后，覆岩采入影响分为哪几个带？各影响带的主要特征是什么？（P25—P27）（1）冒落带：①随着煤层的开采，其直接顶板在自重力的作用下，发生法向弯曲，当岩层内部的拉应力超过岩石的抗拉强度时，便产生断裂、破碎成块而垮落，冒落岩块大小不一，无规则地堆积在采空区内；②冒落岩石具有一定的碎胀性，冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、砂、泥土通过。
矿山开采沉陷学(名词解释)
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。
煤矿开采地表沉降与岩石移动规律的观测研究
煤矿开采地表沉降与岩石移动规律的观测研究发布时间：2022-07-24T05:54:30.781Z 来源：《工程管理前沿》2022年第3月5期作者：陈亮[导读] 本文从煤矿开采对地表移动的观测、对岩层移动钻孔的观测陈亮（淮北矿业股份有限公司临涣煤矿，安徽淮北 235136）摘要：本文从煤矿开采对地表移动的观测、对岩层移动钻孔的观测、地表和岩层变形预计参数的确定，以及综合观测运用实例等几方面的分析，进而可确定开采工作面地面沉陷量和岩移的规律等参数。
又可进一步为本矿开采地面塌陷沉降和岩石移动规律提供参考数据，并为全面合理、安全开采和地面沉陷建筑物保护奠定基础。
关键词：煤矿开采；地表沉陷；岩层移动；观测研究引言：煤矿开采期间，由于挖掘与采出破坏了周围岩体内部的原始应力平衡，致使岩层产生移动、变形和破坏。
随着大面积的不断开采，进而造成地表出现沉陷。
为实时测量沉陷情况，可在回采工作面上建立地表岩层移动观测站，通过收集实测所得的各类数据，根据原有的矿井地质资料再经科学系统的研究分析，进而可以确定岩层与地表变形的预计参数，以便为地面建筑物的保护和井下生产提供可靠的技术数据。
1.对地表移动的观测对于地表移动的观测，可以先设置观测站，再开展观测工作与资料的整理。
①设置地表观测站：这分三种：回采单一工作面、回采多个工作面和网状观测站。
②观测工作：在观测站设置10d后，就可开展具体观测工作。
一是连接观测。
根据地面控制网和观测站具体位置情况，并按照《规程》对近井点的测量要求，可用敷设经纬仪导线的方法进行。
测定观测线一个控制点的平面坐标与高程，其余的控制点则按5s导线侧角方法侧角和观测线边长丈量的结果求得。
二是全面测量。
内容有各测点的水准测量、测点间距离的丈量和测点偏离观测线的支距测量。
在测量过程中，要进行多次的全面测量，间隔时间可参照下式计算得出。
另外，要在地表移动前和稳定后分别进行两次全面测量。
三是巡视测量。
为确定地表移动与稳定的时间，要进行局部水准测量。
多煤层开采覆岩移动及地表变形规律的相似模拟实验研究
多煤层开采覆岩移动及地表变形规律的相似模拟实验研究张志祥;张永波;赵志怀;张利民【摘要】以离石-军渡高速公路下伏康家沟煤矿采矿地质条件为原型,采用相似材料模拟实验方法,对多煤层开采引起的覆岩移动及地表变形规律进行了研究.相似模拟实验结果表明:多煤层开采条件下,随着煤层累计采厚的增加,采空区"三带"覆岩下沉量和采空区地表沉降量、地表倾斜变形、地表水平位移及地表曲率变形都呈增大趋势,采空区上覆岩体更加破碎,地表变形更加强烈.研究成果可为高速公路下伏多煤层采空区的治理设计提供依据.%Taking geological conditions of Kangjiagou coal mine under Lishi-Jundu freeway as a prototype, similar material simulation was carried out for examining the behavior of overlying rock movement and surface deformation with multi-coal seam mining. The results show that under the condition of multi-coal seam mining, with the increase of total thickness of coal seam, the overlying rock subsidence of three zones of gob and surface subsidence, surface lean deformation, surface level movement, surface curvature deformation all show an increasing tendency, the overlying rock of gob is more broken, the surface deformation is more intense. The results provide the basis for the treatment design of gob with multi-coal seam under freeway.【期刊名称】《水文地质工程地质》【年(卷),期】2011(038)004【总页数】5页(P130-134)【关键词】多煤层开采;覆岩;相似模拟;采空区;变形【作者】张志祥;张永波;赵志怀;张利民【作者单位】太原理工大学水利科学与工程学院,太原,030024;太原理工大学水利科学与工程学院,太原,030024;太原理工大学水利科学与工程学院,太原,030024;山西省交通设计研究院,太原,030012【正文语种】中文【中图分类】TD325.+2煤炭开采过程中产生的一系列覆岩移动及地表变形规律，受到了学者们的高度重视，如刘秀英等［1］采用相似模拟实验研究了辛置煤矿2204工作面采空区覆岩的移动规律;刘瑾等［2］进行了采深和松散层厚度对开采沉陷地表移动变形影响的数值模拟研究;孙光中等［3］采用数值模拟和相似材料模拟对巨厚煤层开采覆岩运动规律进行了研究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
岩 性 坚 硬 中 硬 软 弱 极 软 弱 计算公式之一（m）
Hf 100 m 8.9 1.2 m 2.0 100 m 5.6 1.6 m 3.6 100 m 4.0 3.1 m 5.0
计算公式之二（m）
H f 30 m 10
Hf
H f 20 m 10
3.2 采动引起覆岩内部的移动变形规律
采动引起覆岩内部的移动变形规律是指岩层内 部的弯曲下沉带的移动和变形而言。图 3.3 给出 了在采深 H=700m ；主要影响角正切 tg=2.0 ；充 分下沉系数=0.8；采高 m=2.8m；水平移动系数 b=0.3；拐点偏移距 d=0.1H条件下由理论计算的 岩层内部移动变形分布形态。 由图可知，采动引起岩层内部在裂隙带和弯曲 下沉带范围的移动变形与地表移动变形相比具有 下列特点：
Hc mw K 0 1cos
（3-30） K0— 垮落岩石的残余
（3-31）
式中 w—垮落过程中顶板的下沉值。
（2）统计经验公式
当矿层顶板为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层 时，垮落带最大高度的统计经验公式列于表3-1中。计 算公式中的第二项为中误差，m为累计厚度，单层开 采厚度不超过1.0～3.0m，累计采厚不超过15m。
3.3.1 缓倾斜及中倾斜矿层（0～54）
1）垮落带高度
（1）理论计算公式
若矿层覆岩内存在极坚硬岩层，矿层回采后能形成悬顶， 而开采空间及垮落岩层本身的空间只能由碎胀的岩石 填满，这种条件下垮落带最大高度可由下式计算：
m Hc K 0 1cos
式中 m—矿层开采厚度，m； 碎胀系数； —矿层的倾角。 若矿层顶板为坚硬、中硬、软弱和极软弱岩层或其互 层时，开采空间和垮落岩层本身的空间可由顶板的下 沉和垮落岩石的碎胀来填满。其垮落带的最大高度为：
H z r ( z) tg z
在整个厚为H的沿层内，其各个组份的岩性总是复杂多变的， 对应于岩层厚度（H-z ）的岩性总是随 z变化，故岩层内 部的主要影响角正切tg（z）始终是变化的，并为厚度与 采深的相对比值及岩石力学性质的函数，取下列函数形式：
（3-5） ①当n=1tg（z）= tg，主要影响半径在岩体内部呈线性 变化；②当n>1 ，tg（z） tg，离地表往下越接近采空 区，则tg（z）越大，开采主要影响范围的边界在岩体内 呈向上鼓起的曲线；③当n1 ，tg（z） tg，离地表往 下越接近采空区，则tg（z）越小，开采主要影响范围的 边界在岩体内呈向下凹的曲线，如图3.1所示：
表3-1 冒（垮）落带最大高度的统计经验计算公式
计算公式（m） 覆岩岩性（单向抗拉强度及主要岩石名称）
坚硬（40～80Mpa，石英砂岩、石灰岩、砂质 页岩、砾岩） 中硬（20～40Mpa，砂岩、泥质灰岩、砂质页 岩、页岩） 软弱（10～20Mpa，泥岩、泥质砂岩）
Hc
100 m 2.5 2.1 m 16 100 m 2.2 4.7 m 19
H tg z H z
n 1
tg
图3.1 覆岩内部移动变形范围 a) n1, b) n>1
将式（3-5）代入式（3-4），可得岩体内部的主要影响半径表达式为： H z H z n （3-6） r ( z) r
tg z Hn
由半无限开采条件下的地表移动规律得： r' b 2 将式（3-6）对z取偏导数，并以z=0代入上式可得： （3-7） 由上式可见，指数n地表水平移动系数b及地表主要影响范围角的 正切值。 由此可得岩体内部的水平移动系数为：
表3-3 急倾斜矿层开采垮落带和导水裂隙带最大高度的统计经验计算公式
覆岩岩性 坚硬
垮落带高度（m）
导水裂隙带高度 （m）
Hf
Hf
H c 0.4 ~ 0.5H f H c 0.4 ~ 0.5H f
100mh 8.4 4.1h 133
100mh 7.3 7.5h 293
中硬、软弱
Hc
Hc
100 m 1.5 6.2 m 32
极软弱（ 10Mpa ，铝土岩、风化泥岩、粘土、 砂质粘土）
Hc
100 m 1.2 7.0 m 63
2) 导水裂隙带高度 当矿层顶板为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层 时，导水裂隙带最大高度（ Hf ）的统计经验公式列于 表3-2中。 表3-2 导水裂隙带最大高度的统计经验计算公式
第3章采动覆岩内部移动变形预计
Xi`an University of Science and Technology Yu Xueyi
重点☞：
①预计采动引起岩体移动和变形的基本表达式； ②应用概率积分法预计岩层内部移动变形的参 数演变； ③岩体内部移动变形的分布规律及其开采引起 覆岩内部的破坏高度计算方法
Hf
H f 10 m 10
Hf
100 m 3.0 5.0 m 8.0
3.3.2 急倾斜矿层（55～90）
当矿层顶板为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层时， 急倾斜矿层开采形成的冒落带和导水裂隙带最大高度（Hc、 Hf）的统计经验公式列于表3-3中。式中h为开采阶段垂高。
（3-4） 由式（ 3-4 ）可知，分子（ H-z ）是 z 的线性函数，若 tg （z）为常数，则r(z)也为z的线性函数，即岩体内部的 主要影响半径 r(z) 在岩体内部随 z 呈线性变化。一般情 况下，对于某一特定开采，可以认为对应与采深H的整 个岩层的综合岩性是稳定的，故处于地表的主要影响 范围角正切可以取一定值tg。
3.1 层状矿体开采的岩体内部位移场 3.1.1 采动覆岩内部点的下沉
矿体采出 采空区上方的岩层便会产生移动和变形 从顶板到地表依次形成冒落带、裂隙带和弯曲带。移动过 程连续而有规律。 岩体内部以地表面作为上部边界面，地表移动和岩体移 动必然有内在联系，因此，我们仍然采用分析地表移动基 本规律所采用的随机介质方法。完全引用分析地表移动的 基本参数，即、tg、d、b、、r等。 在平面问题中有限开采又可用两个半无限开采影响的叠 加求得。岩体内部移动规律的研究同样以平面问题的半无 限开采影响为基础。 在半无限开采条件下，地表最终稳定下沉盆地的形成过 程也就是从顶板直至地表的岩体内部移动的最终稳定的传 播过程。从岩体内部到地表的最终稳定的下沉盆地具有同 一类型的剖面方程，r(z)是岩体内部下沉盆地过渡到地表 下沉盆地的最基本的参数。
关于导水裂隙带的最大高度的详细确定请参考第十章之表 10-5～10-7的计算公式。
谢 谢！
r ' ( z) nr H z b( z) 2 2 H
n1
n 2b tg
将式（3-7）代入可得：
H z b( z ) b H
n 1
（3-8）
根据式（3-8）做{0,1}与{0,1}，作无因次比较分析， ①当n=1时，②当n>1 时，b(z)<b ，③当n<1时，b(z)>b
3.1.2 岩体内部的主要影响半径及水平移动
Байду номын сангаас系数
r(z) 随 z 变 化 。 在 地 表 ， z=0 ， r(z) 具 有 最 大 值 ， r(z=0)=r ；在采空区上方， z=H ， r(z) 具有最小值。 r(z) 为z的单调函数。地表和顶板的值是此函数必须满足的 两个边界条件。岩体内部主要影响半径r(z)可写为：
（1）从下至上影响范围逐渐增大，破坏强度逐渐减弱，主 要影响半径以非线性变化； （2）拐点位置由下至上逐渐向采空区方向移动； （3）曲率与水平变形值逐渐远离拐点位置。
3.3覆岩破坏的最大高度
岩体（非均值体、结构复杂、物理力学性质差距 甚远、遭受过地质构造的作用）因而覆岩的最 大破坏高度具有较大的差异。 覆岩的破坏高度（岩性、开采高度、顶板管理方 法、矿层倾角、开采方法等因素。）点位置。
Hf 100 m 8.9 1.2 m 2.0 100 m 5.6 1.6 m 3.6 100 m 4.0 3.1 m 5.0
计算公式之二（m）
H f 30 m 10
Hf
H f 20 m 10
3.2 采动引起覆岩内部的移动变形规律
采动引起覆岩内部的移动变形规律是指岩层内 部的弯曲下沉带的移动和变形而言。图 3.3 给出 了在采深 H=700m ；主要影响角正切 tg=2.0 ；充 分下沉系数=0.8；采高 m=2.8m；水平移动系数 b=0.3；拐点偏移距 d=0.1H条件下由理论计算的 岩层内部移动变形分布形态。 由图可知，采动引起岩层内部在裂隙带和弯曲 下沉带范围的移动变形与地表移动变形相比具有 下列特点：
Hc mw K 0 1cos
（3-30） K0— 垮落岩石的残余
（3-31）
式中 w—垮落过程中顶板的下沉值。
（2）统计经验公式
当矿层顶板为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层 时，垮落带最大高度的统计经验公式列于表3-1中。计 算公式中的第二项为中误差，m为累计厚度，单层开 采厚度不超过1.0～3.0m，累计采厚不超过15m。
3.3.1 缓倾斜及中倾斜矿层（0～54）
1）垮落带高度
（1）理论计算公式
若矿层覆岩内存在极坚硬岩层，矿层回采后能形成悬顶， 而开采空间及垮落岩层本身的空间只能由碎胀的岩石 填满，这种条件下垮落带最大高度可由下式计算：
m Hc K 0 1cos
式中 m—矿层开采厚度，m； 碎胀系数； —矿层的倾角。 若矿层顶板为坚硬、中硬、软弱和极软弱岩层或其互 层时，开采空间和垮落岩层本身的空间可由顶板的下 沉和垮落岩石的碎胀来填满。其垮落带的最大高度为：
H z r ( z) tg z
在整个厚为H的沿层内，其各个组份的岩性总是复杂多变的， 对应于岩层厚度（H-z ）的岩性总是随 z变化，故岩层内 部的主要影响角正切tg（z）始终是变化的，并为厚度与 采深的相对比值及岩石力学性质的函数，取下列函数形式：
（3-5） ①当n=1tg（z）= tg，主要影响半径在岩体内部呈线性 变化；②当n>1 ，tg（z） tg，离地表往下越接近采空 区，则tg（z）越大，开采主要影响范围的边界在岩体内 呈向上鼓起的曲线；③当n1 ，tg（z） tg，离地表往 下越接近采空区，则tg（z）越小，开采主要影响范围的 边界在岩体内呈向下凹的曲线，如图3.1所示：
表3-1 冒（垮）落带最大高度的统计经验计算公式
计算公式（m） 覆岩岩性（单向抗拉强度及主要岩石名称）
坚硬（40～80Mpa，石英砂岩、石灰岩、砂质 页岩、砾岩） 中硬（20～40Mpa，砂岩、泥质灰岩、砂质页 岩、页岩） 软弱（10～20Mpa，泥岩、泥质砂岩）
Hc
100 m 2.5 2.1 m 16 100 m 2.2 4.7 m 19
H tg z H z
n 1
tg
图3.1 覆岩内部移动变形范围 a) n1, b) n>1
将式（3-5）代入式（3-4），可得岩体内部的主要影响半径表达式为： H z H z n （3-6） r ( z) r
tg z Hn
由半无限开采条件下的地表移动规律得： r' b 2 将式（3-6）对z取偏导数，并以z=0代入上式可得： （3-7） 由上式可见，指数n地表水平移动系数b及地表主要影响范围角的 正切值。 由此可得岩体内部的水平移动系数为：
表3-3 急倾斜矿层开采垮落带和导水裂隙带最大高度的统计经验计算公式
覆岩岩性 坚硬
垮落带高度（m）
导水裂隙带高度 （m）
Hf
Hf
H c 0.4 ~ 0.5H f H c 0.4 ~ 0.5H f
100mh 8.4 4.1h 133
100mh 7.3 7.5h 293
中硬、软弱
Hc
Hc
100 m 1.5 6.2 m 32
极软弱（ 10Mpa ，铝土岩、风化泥岩、粘土、 砂质粘土）
Hc
100 m 1.2 7.0 m 63
2) 导水裂隙带高度 当矿层顶板为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层 时，导水裂隙带最大高度（ Hf ）的统计经验公式列于 表3-2中。 表3-2 导水裂隙带最大高度的统计经验计算公式
第3章采动覆岩内部移动变形预计
Xi`an University of Science and Technology Yu Xueyi
重点☞：
①预计采动引起岩体移动和变形的基本表达式； ②应用概率积分法预计岩层内部移动变形的参 数演变； ③岩体内部移动变形的分布规律及其开采引起 覆岩内部的破坏高度计算方法
Hf
H f 10 m 10
Hf
100 m 3.0 5.0 m 8.0
3.3.2 急倾斜矿层（55～90）
当矿层顶板为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层时， 急倾斜矿层开采形成的冒落带和导水裂隙带最大高度（Hc、 Hf）的统计经验公式列于表3-3中。式中h为开采阶段垂高。
（3-4） 由式（ 3-4 ）可知，分子（ H-z ）是 z 的线性函数，若 tg （z）为常数，则r(z)也为z的线性函数，即岩体内部的 主要影响半径 r(z) 在岩体内部随 z 呈线性变化。一般情 况下，对于某一特定开采，可以认为对应与采深H的整 个岩层的综合岩性是稳定的，故处于地表的主要影响 范围角正切可以取一定值tg。
3.1 层状矿体开采的岩体内部位移场 3.1.1 采动覆岩内部点的下沉
矿体采出 采空区上方的岩层便会产生移动和变形 从顶板到地表依次形成冒落带、裂隙带和弯曲带。移动过 程连续而有规律。 岩体内部以地表面作为上部边界面，地表移动和岩体移 动必然有内在联系，因此，我们仍然采用分析地表移动基 本规律所采用的随机介质方法。完全引用分析地表移动的 基本参数，即、tg、d、b、、r等。 在平面问题中有限开采又可用两个半无限开采影响的叠 加求得。岩体内部移动规律的研究同样以平面问题的半无 限开采影响为基础。 在半无限开采条件下，地表最终稳定下沉盆地的形成过 程也就是从顶板直至地表的岩体内部移动的最终稳定的传 播过程。从岩体内部到地表的最终稳定的下沉盆地具有同 一类型的剖面方程，r(z)是岩体内部下沉盆地过渡到地表 下沉盆地的最基本的参数。
关于导水裂隙带的最大高度的详细确定请参考第十章之表 10-5～10-7的计算公式。
谢 谢！
r ' ( z) nr H z b( z) 2 2 H
n1
n 2b tg
将式（3-7）代入可得：
H z b( z ) b H
n 1
（3-8）
根据式（3-8）做{0,1}与{0,1}，作无因次比较分析， ①当n=1时，②当n>1 时，b(z)<b ，③当n<1时，b(z)>b
3.1.2 岩体内部的主要影响半径及水平移动
Байду номын сангаас系数
r(z) 随 z 变 化 。 在 地 表 ， z=0 ， r(z) 具 有 最 大 值 ， r(z=0)=r ；在采空区上方， z=H ， r(z) 具有最小值。 r(z) 为z的单调函数。地表和顶板的值是此函数必须满足的 两个边界条件。岩体内部主要影响半径r(z)可写为：
（1）从下至上影响范围逐渐增大，破坏强度逐渐减弱，主 要影响半径以非线性变化； （2）拐点位置由下至上逐渐向采空区方向移动； （3）曲率与水平变形值逐渐远离拐点位置。
3.3覆岩破坏的最大高度
岩体（非均值体、结构复杂、物理力学性质差距 甚远、遭受过地质构造的作用）因而覆岩的最 大破坏高度具有较大的差异。 覆岩的破坏高度（岩性、开采高度、顶板管理方 法、矿层倾角、开采方法等因素。）点位置。