矿山开采沉陷学(知识点整理)
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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。
矿山开采沉陷学_中国矿业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.采煤沉陷上覆岩层破坏形成的“三带”,由下至上依次为()答案:垮落带、裂隙带、弯曲带2.下面关于日常观测的说法正确的有()答案:及时记录地表裂缝情况_首次末全面观测之间的定期四等水准测量工作_日常观测周期视下沉速度而定3.以下选项为地表移动观测站布设需要遵循的设计原则的有()答案:观测线上应根据采深和设站的目的布置一定密度的测点_观测线的长度应大于移动盆地的范围_观测线的控制点应在移动盆地范围之外埋设牢固,在冻土区控制点的底面应在冻土线 0.5m 以下_沿主断面布设4.观测线移动和变形曲线图可以清楚地看出沿观测线(主断面)的地表移动和变形的分布特征及其发展过程答案:正确5.以下关于采动程度描述错误的是()答案:超充分采动条件下,对应采空区中心的正上方为地表移动盆地中心6.以下关于剖面线状地表移动观测站观测站描述正确的是()答案:剖面线状地表移动观测站一般都是沿主断面布设。
_剖面线状地表移动观测站各相邻观测点一定是相互通视的。
_剖面线状地表移动观测站通常由两条互相垂直且相交的观测线所组成。
7.以下关于观测站设计的内容说法错误的是()答案:设计图部分只需要包括观测线的平面位置图,沿观测线的断面图8.按照观测的时间可将观测站分为()答案:普通观测站、短期观测站9.地表移动观测站的观测工作按时间顺序分别为()答案:连接测量,全面测量,日常测量,全面测量10.以下关于观测点数量及密度说法错误的是()答案:为了以大致相同的精度求得移动和变形值及其分布规律,实际布点时观测点必须是等间距布设11.以下关于确定剖面观测线布设的位置和长度说法错误的是()答案:走向主断面都经过采空区中心点12.全面测量工作内容不包括()答案:记录地下开采及地质情况13. 6 个月观测地表各测点的累计下沉值小于(),表明地表稳定。
答案:30mm14.观测线上的测点数目及其密度,主要取决于()和设站的目的。
名词解释:1.半无限开采:沿着工作面推进方向x 区间0到正无穷上被开采,而沿垂直工作面推进方向的开采尺寸足够大,使之达到充分采动。
(1.2--1.4H )2.主要影响半径:半无限开采主要的地表移动和变形均发生在r x -=~r +的范围之内,称r 为主要影响半径。
2.下沉盆地的角度参数: 边界角:开采达到或接近充分采动是,移动盆地主断面上盆地边界点和采空区边界点连续与采空区外侧水平线的夹角移动角:开采达到或接近充分采动时,移动盆地主断面上临界变形点和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角。
下山、上山和走向方向的移动角分别用β、γ和δ来表示;i=± 3.0mm/m ;E=±2.0mm/m ;K=±0.2×10-3/m 。
裂缝角:开采达到或接近充分采动时,采空区上方地表最外侧位置裂缝和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角最大下沉角:在移动盆地的倾斜主断面上,采空区的中点与地表下沉盆地中点的连线与矿层下山方向水平线的夹角3.启动距:地表开始移动式工作面推进距离地表开始移动:观测地表下沉值达到10mm地表移动时间:从地表开始移动到地表停止移动的持续时间。
分为启动。
活跃。
衰减阶段,1.67mm/d ,百分之854.减沉开采:是通过改变采场顶板管理方法控制顶板下沉量,达到减缓地表沉陷量5.协调开采:根据开采引起地表移动变形分布规律,通过合理的开采布局,开采顺序,方向时间等方法,减缓开采地表变形值6.变形缓冲沟:是在建筑物周围地表挖掘的一定深度的沟槽。
沟深超过基础底面深200--300mm ,沟槽不小于600m ,沟外缘建筑物外侧1--2m7.变形缝:是将建筑物从屋顶到地基分成若干长度较小,刚度较大,自成变形体系的独立单元8安全开采上限:安全开采边界的标高9.安全开采深度:地表至安全开采边界的距离,即地面标高与安全开采上限的标高之差10.安全煤岩厚度:水体地面向下至安全开采上边界水平面之间的距离11.“三下”采煤:是指在建筑物下、铁路和公路下、水体下进行开采。
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。
一、岩石1、岩石强度:在施力的轴向方向产生压缩变形,在垂直轴向的横向方向产生向外膨胀。
若在横向上也施加压力,则会限制其变形,减少总变形量。
2、岩层移动:①当地下煤层被采出后,采空区直接顶板岩层在自重力及其上覆岩层的作用下,产生向下的移动和弯曲。
当其内部拉应力超过岩层的抗拉强度极限时,直接顶板首先断裂、破碎、相继冒落,而老顶板岩层则以梁或悬臂梁弯曲的形式沿层理面法线方向移动、弯曲、进而产生断裂、离层。
随着工作面向前推进,受采动影响的岩层范围不断扩大。
当开采范围足够大时,岩层移动发展到地表,在地表形成一个比采空区大得多的下沉盆地。
②急倾斜煤层开采条件下,岩层移动的主要特征是岩石沿层面错动。
在采空区上边界上方,岩层和煤柱在自重力的作用下,顶板岩层在产生法向弯曲的同时,受沿层理面分力的作用而产生沿层理面向采空区的错动和滑落。
当煤层倾角接近和大于50°时,这种现象可扩展到煤层的底板岩层。
若煤层的顶、底板岩层强度均较小时,则可同时产生沿层理面的下滑。
二、移动稳定后采动岩层内的三带1.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。
冒落带可分为不规则冒落和规则冒落两部分。
冒落岩石具有一定的碎胀性,冒落岩块间空隙较大;冒落带的高度主要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。
薄煤层开采时冒高较小,一般为采出厚度的1.7倍左右。
顶板岩石坚硬时,冒落带高度为采出厚度的5~6倍;顶板为软岩时,冒落带的高度为采出厚度的2~4倍。
ℎ=m(k−1)cosαH,冒落带高度;m,采出煤层厚度;k,岩石碎胀系数;α,煤层倾角岩石的碎胀系数取决于岩石性质,坚硬岩石碎胀系数较大,软岩碎胀系数较小。
碎胀系数值恒大于1,一般在1.05~1.80之间。
2.裂缝带(断裂带)在采空区上覆岩层产生裂缝、离层及断裂,但仍保持层状结构的那部分岩层为裂缝带。
裂缝带位于冒落带和弯曲带之间。
安徽理工大学矿山特殊开采知识点讲解矿井特殊开采技术1.充填法沉陷控制技术有哪些?2.什么是下沉系数?(p44)充分采动时,地表最大下沉值与煤层法线厚度在铅轴方向的投影长度的比值。
3.什么是超充分采动?(p14)地表有多个点的下沉值达到最大值的采动状态成为超充分采动。
4.在观测站设置时应该注意哪些问题?(p193)1)设站地区的地形、地物及地质采矿条件。
2)观测站的位置及长度的确定,测点及控制点的数目、位置及其编号。
3)工作测点和控制点的构造及其埋设方法观测应该注意的问题:1)观测线设计在移动盆地的主断面上2)观测线长度应该大于移动盆地的范围3)观测期间不受临近采区的影响4)观测站的控制点在移动盆地范围之内,埋没牢固,在冻土区应该在冻土线0.5m以内。
另外:1)原始数据不得涂改转抄2)字迹清楚,不得连环涂改3)项目填写清楚,不得空页4)观测不得抓、靠脚架5)一测回间,不得整平5.开采预计时需要考虑哪些地质采矿条件?1)煤层的法向开采厚度m,煤层倾角a2)采区上、下山边界3)走向主断面和平均深度等4)采区走向长、倾向长5)顶板管理方法,上覆岩层性质6)工作面形状和工作面推进长度等6.什么是起动距?(p26)在走向主断面上,工作面开切眼推进一段距离到达某点后,岩层移动开始波及地表。
通常把地表开始移动时工作面的推荐距离称为起动距。
7.垮落带岩层破坏的特点?(p6)1)分带性:在垮落带内,从煤层往上岩层破碎程度逐渐减小。
2)碎胀性:由于垮落带岩石破碎成块,岩块之间孔隙增大,体积膨胀。
3)可压缩性:垮落带岩石间的孔隙随着时间的推移和开采范围的加大,在上覆岩层压力作用下,在一定程度上可以得到压实,压实后的碎胀系数仍大于1。
4)垮落带高度取决于采厚、上覆岩层的岩性、碎胀系数和煤层倾角等。
8.什么是最大下沉角?(p19)在移动盆地的倾斜主断面上,采空区点和地表最大下沉点在地表水平线上投影点的连线与水平线在下山方向的夹角为最大下沉角。
开采沉陷复习题开采沉陷是指由于地下资源开采导致地表沉陷的现象。
在过去的几十年里,随着人类对矿产资源的需求不断增加,开采沉陷问题也日益凸显。
本文将从开采沉陷的原因、影响以及解决办法等方面进行探讨。
首先,我们来看一下开采沉陷的原因。
开采沉陷主要是由于地下资源的开采导致地下岩层的塌陷和坍塌。
当人们进行矿产开采时,常常需要通过采矿、挖掘等方式将地下的矿石或矿砂开采出来。
这个过程中,地下岩层的支撑力会受到破坏,导致地下空洞的形成。
随着时间的推移,这些地下空洞会逐渐扩大,最终导致地表的沉陷。
其次,开采沉陷对环境和社会经济带来了诸多影响。
首先,开采沉陷会导致地表的不稳定,给建筑物、道路等基础设施造成损坏。
特别是在沿海地区,由于地层的特殊性,开采沉陷会加剧海岸线的退缩,威胁到沿海城市的正常运行。
其次,开采沉陷还会导致地下水位下降,进而影响农田的灌溉和城市的供水。
此外,开采沉陷还会对生态环境造成破坏,影响动植物的生存和繁衍。
最后,开采沉陷还会对当地经济带来负面影响,由于地表的沉陷,土地价值下降,给当地的农业、旅游等产业带来困扰。
那么,如何解决开采沉陷问题呢?首先,我们可以通过科学规划和管理来减少开采沉陷的发生。
在开采前,应进行详细的地质勘测和工程设计,合理规划开采区域,避免对地下岩层的过度破坏。
其次,可以采用先进的开采技术和工程手段来减少地下空洞的形成。
例如,可以采用填充材料或加固材料来填补开采后的地下空洞,保持地下岩层的稳定。
此外,还可以通过地下水补给、人工抽水等方法来维持地下水位,避免地下水位下降导致的沉陷。
最后,政府和企业应加强监测和预警机制,及时发现和应对开采沉陷的问题。
总结起来,开采沉陷是一个严重的环境问题,对人类社会和自然生态造成了很大的影响。
为了解决开采沉陷问题,我们需要从科学规划、先进技术和监测预警等方面入手,共同努力保护地球资源和生态环境的可持续发展。
只有这样,我们才能实现资源开发与环境保护的双赢局面,为后代留下一个更加美好的世界。
矿井特殊开采技术1.充填法沉陷控制技术有哪些?2.什么是下沉系数?(p44)充分采动时,地表最大下沉值与煤层法线厚度在铅轴方向的投影长度的比值。
3.什么是超充分采动?(p14)地表有多个点的下沉值达到最大值的采动状态成为超充分采动。
4.在观测站设置时应该注意哪些问题?(p193)1)设站地区的地形、地物及地质采矿条件。
2)观测站的位置及长度的确定,测点及控制点的数目、位置及其编号。
3)工作测点和控制点的构造及其埋设方法观测中应该注意的问题:1)观测线设计在移动盆地的主断面上2)观测线长度应该大于移动盆地的范围3)观测期间不受临近采区的影响4)观测站的控制点在移动盆地范围之内,埋没牢固,在冻土区应该在冻土线0.5m以内。
另外:1)原始数据不得涂改转抄2)字迹清楚,不得连环涂改3)项目填写清楚,不得空页4)观测中不得抓、靠脚架5)一测回中间,不得整平5.开采预计时需要考虑哪些地质采矿条件?1)煤层的法向开采厚度m,煤层倾角a2)采区上、下山边界3)走向主断面和平均深度等4)采区走向长、倾向长5)顶板管理方法,上覆岩层性质6)工作面形状和工作面推进长度等6.什么是起动距?(p26)在走向主断面上,工作面开切眼推进一段距离到达某点后,岩层移动开始波及地表。
通常把地表开始移动时工作面的推荐距离称为起动距。
7.垮落带岩层破坏的特点?(p6)1)分带性:在垮落带内,从煤层往上岩层破碎程度逐渐减小。
2)碎胀性:由于垮落带岩石破碎成块,岩块之间孔隙增大,体积膨胀。
3)可压缩性:垮落带岩石间的孔隙随着时间的推移和开采范围的加大,在上覆岩层压力作用下,在一定程度上可以得到压实,压实后的碎胀系数仍大于1。
4)垮落带高度取决于采厚、上覆岩层的岩性、碎胀系数和煤层倾角等。
8.什么是最大下沉角?(p19)在移动盆地的倾斜主断面上,采空区中点和地表最大下沉点在地表水平线上投影点的连线与水平线在下山方向的夹角为最大下沉角。
(在移动盆地的倾斜主断面上,地表最大下沉点和采空区中点的连线与沿煤层下山方向水平线所成的锐角)9.影响最大下沉速度的因素有哪些?(p27)最大下沉速度与上覆岩层性质、推进速度、深厚比、采动程度有关。
矿山开采沉陷学第一章:1:在地下开采前,岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。
局部矿体被采出后,在岩体内部形成一个采空区,导致周围岩体应力状态发生变化,引起应力重分布,从而使岩体产生移动变形和破坏,直至达到新的平衡•随着采矿工作的进行,这一过程不断重复•它是一个十分复杂的物理、力学变化过程,也是岩层产生移动和破坏过程这一过程和现象称为岩层移动。
2:充分采动区COD位于采空区中部上方,其移动特征是:煤层顶板在上覆岩体重力作用下,先向采空区方向弯曲,然后破碎成大小不一的岩块向下冒落而充填采空区。
此后,岩层成层状向下弯曲,同时伴随有离层、裂隙、断裂等现象。
成层状弯曲的岩层下沉使冒落破碎的岩块逐渐被压实•移动结束后,此区内下沉的岩层仍平行于它的原始层位,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。
3岩层移动形式(一)弯曲,这岩层移动的主要形式.当地下开采后,从直接顶板开始沿层面法线方向弯曲,直到地表。
(二)岩层的垮落(或称冒落)•当煤层采出后,采空区附近上方岩层弯曲而产生拉伸变形。
当拉伸变形超过岩层的允许抗拉强度时,岩层破碎成大小不一的岩块,冒落充填于采空区。
此时,岩层不再保持其原有的层状结构。
这是岩层移动过程中最剧烈的形式,通常只发生在采空区直接顶板岩层中.(三)煤的挤出(又称片帮)。
采空区边界煤层在支承压力作用下,一部分被压碎挤向采空区,这种现象称为片帮。
由于增压区的存在,煤层顶底板岩层在支承压力作用下产生竖向压缩,从而使采空区边界以外的上覆岩岩层和地表产生移动。
(四)岩石沿层面的滑移。
在开采倾斜煤层时,岩石在自重力的作用下,除产生沿层面法线方向的弯曲外,还会产生沿层面方向的移动。
岩层倾角越大,岩层沿层面滑移越明显•沿层面滑移的结果,使采空区上山方向的部分岩层受拉伸,甚至剪断,而下山方向的部分岩层受压缩。
(五)垮落岩石的下滑(或滚动)。
煤层采出后,采空区为冒落岩块所充填•当煤层倾角较大,而且开采自上而下顺序进行,下山部分煤层继续开采而形成新的采空区时,采空区上部垮落的岩石可能下滑而充填新采空区,从而使采空区上部的空间增大下部空间减小,使位于采空区上山部分的岩层移动加剧,而下山部分的岩层移动减弱(六)底板岩层的隆起。
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。
v1.0 可编辑可修改矿山开采沉陷学第一章:1:在地下开采前,岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。
局部矿体被采出后,在岩体内部形成一个采空区,导致周围岩体应力状态发生变化,引起应力重分布,从而使岩体产生移动变形和破坏,直至达到新的平衡。
随着采矿工作的进行,这一过程不断重复。
它是一个十分复杂的物理、力学变化过程,也是岩层产生移动和破坏过程,这一过程和现象称为岩层移动。
2:充分采动区COD位于采空区中部上方,其移动特征是:煤层顶板在上覆岩体重力作用下,先向采空区方向弯曲,然后破碎成大小不一的岩块向下冒落而充填采空区。
此后,岩层成层状向下弯曲,同时伴随有离层、裂隙、断裂等现象。
成层状弯曲的岩层下沉,使冒落破碎的岩块逐渐被压实。
移动结束后,此区内下沉的岩层仍平行于它的原始层位,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。
3:岩层移动形式(一)弯曲,这岩层移动的主要形式。
当地下开采后,从直接顶板开始沿层面法线方向弯曲,直到地表。
(二)岩层的垮落(或称冒落)。
当煤层采出后,采空区附近上方岩层弯曲而产生拉伸变形。
当拉伸变形超过岩层的允许抗拉强度时,岩层破碎成大小不一的岩块,冒落充填于采空区。
此时,岩层不再保持其原有的层状结构。
这是岩层移动过程中最剧烈的形式,通常只发生在采空区直接顶板岩层中。
(三)煤的挤出(又称片帮)。
采空区边界煤层在支承压力作用下,一部分被压碎挤向采空区,这种现象称为片帮。
由于增压区的存在,煤层顶底板岩层在支承压力作用下产生竖向压缩,从而使采空区边界以外的上覆岩岩层和地表产生移动。
(四)岩石沿层面的滑移。
在开采倾斜煤层时,岩石在自重力的作用下,除产生沿层面法线方向的弯曲外,还会产生沿层面方向的移动。
岩层倾角越大,岩层沿层面滑移越明显。
沿层面滑移的结果,使采空区上山方向的部分岩层受拉伸,甚至剪断,而下山方向的部分岩层受压缩。
(五)垮落岩石的下滑(或滚动)。
煤层采出后,采空区为冒落岩块所充填。
当煤层倾角较大,而且开采自上而下顺序进行,下山部分煤层继续开采而形成新的采空区时,采空区上部垮落的岩石可能下滑而充填新采空区,从而使采空区上部的空间增大,下部空间减小,使位于采空区上山部分的岩层移动加剧,而下山部分的岩层移动减弱。
(六)底板岩层的隆起。
当底板岩层较软时,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。
3:岩层移动的三带(一)冒落带(Caving zone)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岩层产生破坏的范围。
冒落带内岩层破坏的特点为:冒落岩块大小不一;无规则地堆积在采空区内;冒落岩块间空隙较大,连通性好,易导水、导砂。
具:碎胀性、可压缩性。
分:不规则冒落带、规则冒落带(二)裂缝带(断裂带)(Fractured zone)裂缝带是指在采空区覆岩中产生裂缝、离层及断裂,但仍保持层状结构的那部分岩层。
位于冒落带之上。
其特征为:岩层不仅产生垂直于层理面的裂缝或断裂,还产生顺层理面的离层裂缝,易导水。
分:严重断裂带、一般断裂带、微小断裂带。
冒落带和裂缝带合称为冒落裂缝带,或导水裂缝带(Water conducted zone)。
(三)弯曲带(Sagging zone)(整体移动带)弯曲带位于裂缝带之上直至地表。
其移动特点为:岩层的移动过程是连续而有规律的,并保持其整体性和层状结构,不存在或极少存在离层裂缝;弯曲带顶面(地表)有时产生一些拉伸裂缝,一般到一定深度尖灭。
4:地表移动所谓地表移动,是指是指在采空区面积扩大到一定的范围后,岩层移动发展到地表,使地表产生移动和变形,这一过程和现象称为地表移动。
5:地表移动和破坏形式(一)地表移动盆地(Ground subsidence trough):在开采影响波及到地表以后,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面积大得多的沉陷区域,这种地表沉陷区域称为地表移动盆地,或下沉盆地。
(二)地表裂缝(Surface fracture)及台阶(step):在一定条件下,地表移动盆地外边缘拉伸变形区可能产生裂缝。
裂缝的深度、宽度与有无第四系松散层及其厚度、性质和变形值大小有关。
(三)塌陷坑(Subsidence cave)及塌陷槽开采缓倾斜煤层和倾斜煤层时,地表破坏主要是地表出现裂缝,但在某些特殊地质开采条件下,地表可能出现漏斗状塌陷坑或塌陷槽。
6:充分采动和非充分采动充分采动(full subsidence):是指地下煤层采出后,地表下沉值达到了该地质采矿条件下应有的最大值,此时称为地表达到充分采动,随着工作面的继续扩大,影响范围相应扩大,但地表最大下沉值不再增加,地表移动盆地将出现平底。
地表只有一点达到最大下沉值――刚达到充分采动――临界开采(Critical extraction)。
地表移动盆地呈碗形。
有多个地表点达到最大下沉值――超充分采动――超临界开采(Supercritial extraction),地表移动呈盘形。
采空区尺寸(长度和宽度)小于该地质采矿条件下的临界开采尺寸时,地表任意点的下沉值均未达到该地质采矿下应有的最大下沉值,称这种采动为非充分采动,此时地表移动盆地为碗形。
7:充分采动角充分采动的范围用充分采动角(以ψ表示)确定。
充分采动角的确定方法是:在充分采动的条件下,在地表移动盆地的主断面上,移动盆地平底边缘(在地表水平线上的投影点)v1.0 可编辑可修改和同侧采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角称为充分采动角。
下山方面的充分采动角以ψ1表示,上山方面的充分采动角以ψ2表示,走向方向的充分采动角以ψ3表示。
8:地表移动盆地的特征在移动盆地内,各个部位的移动和变形性质及大小不尽相同。
在采空区上方地表平坦、达到超充分采动、采动影响范围内没有大地质构造条件下,最终形成的静态地表移动盆地可划分为三个区域(图7b)移动盆地的中间区域(又称中性区域);移动盆地的内边缘区(又称压缩区域);移动盆地的外边缘区(又称拉伸区域)。
在刚达到充分采动和非充分采动时,盆地内不出现中间区域。
拐点:内外边缘区分界点、下沉曲线凹凸变化点。
水平煤层开采时地表达到充分采动的地表移动盆地,它有下列的特征:(1)地表移动盆地位于采空区的正上方。
盆地的中心(最大下沉点所在的位置)和采空区中心是一致的。
盆地的平底部分位于采空区中部正上方。
(2)地表移动盆地的形状与采空区对称。
矩形--椭圆形(3)移动盆地内外边缘区的分界点,大致位于采空区边界的正上方。
(4)在水平煤层开采的条件下,非充分采动和刚达到充分采动的地表移动盆地的特征和超充分采动的移动盆地特征相似,不同的是移动盆地内不出现中性区域,只有一个最大下沉点,且最大下沉点位于采空区中心的正上方。
倾斜煤层开采、地表未达到充分采动时,地表移动盆地有如下特征:(1)倾斜方向上,盆地中心(最大下沉点)偏向采空区下山方向。
(2)移动盆地与采空区位置不对称,倾角越大,不对称越明显。
在走向断面上,盆地特征与水平煤层类似。
(3)移动盆地上山方面较陡,移动范围小,下山方面较缓,移动范围大。
急倾斜煤层开采时,地表移动盆地有如下特征:(1)盆地形状不对称性更加明显。
(2)盆地明显偏向采空区下山方向;上边界上方开采影响达到煤层底板岩层,下山方面移动范围达到开采范围以外很远。
(3)地表最大下沉值大致位于采区下边界上方;地表最大水平移动值大于最大下沉值。
急倾斜煤层开采时不出现充分采动的情况。
9:主断面通常就将地表移动盆地内通过地表最大下沉点所作的沿煤层走向和倾向的垂直断面称为地表移动盆地主断面,沿走向的主断面称为走向主断面,沿倾向的主断面称为倾向主断面。
当走向达到充分采动,倾向未达到充分采动时,可作无数个倾向主断面,但只有一个走向主断面,反之成立。
实测表明,地表移动盆地主断面有下列特征:(1)在主断面上地表移动盆地的范围最大;(2)在主断面上地表移动最充分,移动量最大;(3)在主断面上,不存在垂直于主断面方向的水平移动。
10:最大下沉角所谓最大下沉角,就是在倾斜主断面上,由采空区的中点和地表移动盆地的最大下沉点(在基岩面上的投影)的连线与水平线之间在煤层下山方向一侧的夹角,以θ表示最大下沉角θ ,一般是通过实地观测求得,大量实测资料表明,最大下沉角除与岩性有关外,还与煤层倾角有关。
在倾斜或缓倾斜煤层条件下,θ值随煤层倾角的增大而减小。
一般用下式表示:θ = 90°- k×а式中k——与岩性有关的系数;а——煤层的倾角。
最大下沉角θ ,也可按下列公式近似计算:当а< 45 ° 时, θ = 90°-×а当а> 45°时, θ = 90°-~×а10:移动盆地主断面内的移动变形分析下沉地表点的沉降叫下沉,用w表示,是地表移动向量的垂直分量。
以本次与首次观测点的标高差表示,即w n=H n0-H nm式中w n──地表点的下沉(mm);H n0、H nm──表示地表n点首次和m次观测时的高程(mm)正值表示测点下沉,负值表示测点上升,它反映了一个点不同时间在垂直方向的变化量。
水平移动地表下沉盆地中某点沿某一水平方向的位移叫水平移动,用u表示。
以本次与首次测得的从该点至控制点水平距离差表示,即u n=L nm-L n0式中u n──地表n点的水平移动,mm;L n0、L nm──分别表示首次和m次观测时地表n点到观测线控制点R间的水平距离,mm。
水平移动正负号的规定是:在倾斜断面上,指向煤层上山方向的为正值,指向煤层下山方向的为负值;在走向断面上,指向右方向的移动为正,左方向的移动为负。
倾斜地表倾斜是指相邻两点在竖直方向的下沉差与其水平距离的比值,它反映了地表移动盆地沿某一方向的坡度,通常以i表示。
即式中i m-n──为m、n两点的平均倾斜变形,mm/m倾斜实际是两点间的平均斜率。
倾斜的正负号规定为:在倾斜断面上,指向上山方向的为正,指向下山方向的为负。
在走向断面上,指向右方向的为正,逆向走向方向的为负。
曲率地表曲率是两相邻线段的倾斜差与两线段中点间的水平距离的比值,它反映了观测线断面上的弯曲程度。
由下式计算:曲率有正负之分,地表下沉曲线上凸为正,下凹为负。
为了使用方便,曲率变形有时以曲率半径R表示,即:水平变形地表水平变形是指相邻两点的水平移动差与两点间水平距离的比值,通常用ε表示。
由下式计算水平变形代表了线段的拉伸和压缩,正值表示拉伸变形,负值表示压缩变形。
11:临界变形值临界变形值:建筑物不需要维修、仍能保持正常使用所允许的地表最大变形值。
i=3mm/m,ε=2mm/m,k=m2地表下沉和水平移动的影响地表大面积、平缓、均匀的下沉和水平移动对建筑物的影响很小,一般不会引起建筑物破坏,通常不作为衡量建筑物破坏的指标。