地表移动变形计算

浅析煤矿采空区地面塌陷的防治措施赵法锁，李明（长安大学地测学院 陕西西安 710054）摘要：地面塌陷对国民经济建设和人民生命财产造成的危害日益严重，应当提倡以防为主，防治结合的原则，本文详细介绍了煤矿采空区地面塌陷的预防、治理措施，并以陕西神府煤矿为例，治理灾害的同时，保护了生态环境，收到了良好的效果。

关键词：地面塌陷 预防措施 治理措施地面塌陷是地质灾害的一种，具有发生突然、地点隐蔽的特点。

多发育在人口相对较多、经济较发达的城镇或工矿区，对国民经济建设和人民生命财产造成的危害严重。

根据地面塌陷的形成机理我国一般将其分为岩溶塌陷、采空塌陷、黄土湿陷三种。

它们的形成除自然因素外，往往与人类的生产活动有着密切的关系[1]。

采空塌陷治理的目的，是为了减轻人为灾害，改善矿区生态环境，安全文明生产。

以往多是在塌陷区形成以后，已经造成了危害，才着手进行治理，这种“滞后”的治理行为，常常事倍功半，今后应当提倡以防为主，防治结合的原则。

在塌陷区形成之前，就采取“超前”防治措施，即在制定开采设计时就考虑预防措施，并在开采过程中认真实施，包括在采矿过程中所使用的各种“减塌技术和措施”等，如充填采矿法，条带采矿法，多煤层、多工作面协调采矿法以及井下支护和岩层加固措施等，采取这些措施能够大大减少矿区塌陷的范围、塌陷幅度，减缓塌陷的时间进程，减轻塌陷的危害程度。

1.煤矿采空区地面塌陷的预防措施[2]根据煤炭部关于“建筑物保护煤柱留设与压煤开采”第17条规定，地面塌陷区圈定也考虑该项颁布的各项技术指标，即倾斜3/i m m m =±，曲率30.210/k m -=±⨯，水平变形2/m m m ε=+。

开采矩形工作面时的地表移动和变形预计1)坐标系统的建立和变换 ①坐标系统的建立如图1所示，坐标系的建立，是在井上、下对照图1以工作面水平投影的左边界和下边界的交点作为坐标原点O '、X '、Y '轴分别平行于煤层走向和倾向，建立O X Y '''直角坐标系。

厚冲积层下地表沉陷与变形预计的方法的探讨摘要在厚冲积层下，地表沉陷与移动有自身的特点和变形规律，这些规律由上覆基岩和冲积层的综合影响所决定。

在将冲积层枧为随机介质。

而将基岩看成是粘弹性基础上的粘弹性粱的基础上。

建立了地表沉陷与变形预计的新方法（随机介质的模型）及计算公式。

通过实例分析。

证明该方法比较符合厚冲积下开采沉陷与变形的预计。

关键词岩层移动；地表沉陷；随机介质理论在建筑物下、铁路下、水体下和岩溶水体上开采，是目前国内外许多矿山经常遇到的技术问题。

为了提高矿产资源利用率，增加投资效益，人们早就开始了“三下”、“一上”开采的实践，并对其引起的岩层移动和地表沉陷进行了深入的理论研究。

但某些特殊地质条件下的地表移动规律还研究得不够，其中厚冲积层条件下岩层及地表移动规律是目前研究的主要问题之一。

在厚冲积层下．地表移动具有下沉系数偏大（一般均在0.8以上）、水平移动系数较大、和拐点偏距较小等特点，有其自身的变化规律。

本文采用两种介质模型，将冲积层视为随机介质，而将基岩看成是粘弹性基础上的粘弹性梁，从而建立了地表沉陷与变形预计的新方法及计算公式，对“三下开采”有重要的指导意义。

1 地表沉陷计算模型长期的理论研究和生产实践均表明，岩层移动和地表沉陷是一个复杂的时空发展过程，并与上覆岩层的性质密切相关。

在厚冲积层条件下，地表沉陷将由上覆基岩和冲积层的综合影响所决定。

以往人们在研究地表移动与变形等问题时，为了方便，常将上覆岩层过度简化，或是看作单一的松散介质，或是看成纯粹的弹性介质。

本文采用两种介质模型，将冲积层看成是随机介质，而将基岩看成是粘弹性基础上的粘弹性梁。

地下开采首先使基岩下沉，并在基岩与冲积层交接面上形成下沉盆地，这一下沉盆地可以认为是采空区向上传播的结果。

基岩面的下沉相当于形成了新的“采空区”，该“采空区”的范围及剖面形式由岩梁下沉曲线所确定。

由于将冲积层视为随机介质，便可根据“单元开采”的影响函数和迭加原理推导地表的下沉曲线方程，其计算模型如图1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。

复合面积置换率计算公式 复合面积置换率（Composite Area Displacement Rate）是一种计算方法，其目的是用于测量在地表运动或构造活动中产生的地球表面变形。该方法通常应用于地震研究、构造地质学、地壳运动测量等领域。

复合面积置换率的计算公式如下： ΔA = v * t * cosθ 其中，ΔA代表复合面积置换，v代表地块移动的速度，t代表时间，θ代表移动方向与地表法线的夹角的余弦值。

复合面积置换率的计算涉及到地块移动速度、时间和移动方向等因素。其中，地块移动速度是指地表变形发生的速率，通常由地震记录、GPS观测或卫星测高等手段获取。时间是指地表变形发生的时间段长度，通常由地震发生的时间间隔或者GPS观测的时间记录确定。移动方向是指地块相对于地表法线的移动方向，通常由地震震源机制解析或GPS观测数据分析得出。

复合面积置换率的计算基于地壳变形的原理。当地下构造活动引起地表运动时，地表上的某一点会发生上升或下降，并相应地引起周围地区的相对位移。复合面积置换率通过计算地块移动的速度、时间和移动方向，可以量化地表变形的强度和方向，提供有关地下构造活动和地壳运动的重要信息。 此外，复合面积置换率还可以结合地震震源机制解析、GPS时间序列分析、地形变追踪等方法，从不同角度研究地球的构造活动和地壳变形特征。例如，通过对地震发生前后地表变形的测量和计算，可以判断地震发生时的滑动面和断层面，进而预测地震的发生概率和危险性。同时，结合GPS观测和地壳运动模型，可以揭示地球内部的物质运动和构造变形特征。

在实际应用中，复合面积置换率的计算需要准确的地壳运动观测数据和地面测量网的建立。同时，还需要结合地质、地球物理学、地震学等多学科的知识，综合分析地下构造和地震活动的影响。只有在多种观测数据和分析方法的支持下，才能得到准确可靠的复合面积置换率计算结果。

总的来说，复合面积置换率是一种重要的地壳变形分析方法，可以用于地震研究、构造地质学和地壳运动测量等领域，通过计算地块移动的速度、时间和移动方向，量化地表变形的强度和方向，揭示地球内部的物质运动和构造变形特征。

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。

建设项目压覆矿产资源评估影响范围探讨摘要：本文主要介绍在建设项目压覆矿产资源评估过程中，如何确定影响范围。

依据技术规范，介绍围护带、纵向影响范围和移动角取值方法，最终确定影响区范围，达到压覆矿产资源评估工作目的。

关键词：压覆矿产；资源评估；影响范围；探讨1 前言随着我国经济水平不断发展，各类建设项目日益繁多，在项目建设过程中不可避免涉及到各类压覆矿产资源。

笔者通过多年工作经历，现对建设项目压覆矿产资源评估影响范围的确定方法进行探讨。

2 建设项目影响区范围构成根据《国土资源部关于进一步做好建设项目压覆重要矿产资源审批管理工作的通知》（国土资发（2010） 137号）第四条“建设单位应根据有关工程建设规范确定建设项目压覆重要矿产资源的范围……”，即建设项目影响区。

建设项目影响区是指能保证建设项目安全且不会影响该范围以外的矿产资源开采的范围，主要包括围护带（平面影响范围）、纵向影响范围、岩层移动角等内容。

3影响区范围取值3.1 围护带取值根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷矿柱留设与压矿开采规范》（安监总煤装〔2017〕66号）第三十三条之规定，按矿区构筑物重要性、用途及受开采影响的不同后果，将矿区范围内的构筑物保护等级划分为五级（建筑物参照该规范第十一条）。

根据不同的保护等级，确定对应围护带宽度。

此外，还应根据不同工程类型，按照相应保护法、保护条例之规定，综合确定围护带范围。

3.2 纵向影响范围取值根据建（构）筑物保护等级和下伏矿产资源开采情况，兼顾建设工程安全与资源开发利用确定纵向影响深度。

建（构）筑物之下的矿层开采将导致地面建筑变形，其变形值受矿层开采厚度、开采深度等因素影响。

采空区对各类工程影响及危害程度评价方法有定性评价和定量评价。

根据笔者多年经验，地表移动变形预计法评价场地稳定性是相对稳妥的一种评价方法。

3.2.1 地表移动变形预计法根据《矿山开采沉陷工程》、《煤矿采空区岩土工程勘察规范》及《采空区公路设计与施工技术细则》有关规定，采空区地表移动变形最大值可按下列公式计算：（1）最大下沉Wmax=mqcosα式中：Wmax为最大下沉值（mm）；q为下沉系数；m为矿层开采厚度（m）；为矿层倾角。

山区地下开采地表移动变形分析张玉根;安延伟;王永彬;闻磊;袁维;王伟【期刊名称】《石家庄铁道大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(030)004【摘要】地下开采引起的地表移动变形可对地表建(构)筑物产生损坏,地下开挖地表移动变形分析对地表建(构)筑物的安全评价有着重要的实际应用价值.利用概率积分法推导出山区地表移动变形的数学模型,分析山区地下开采地表移动变形特性,利用该数学模型对具体工程实例进行分析.研究结果表明:地表自然坡坡角不同时,最大水平拉伸变形不同,随着坡度的增加,最大水平拉伸变形减小;在靠近山脚处水平变形较大,水平移动系数对地表的水平变形影响显著.该数学模型可很好地分析山区地下开采地表移动变形,为矿区地表建(构)筑物的设计和施工提供了可靠的分析方法.【总页数】5页(P31-35)【作者】张玉根;安延伟;王永彬;闻磊;袁维;王伟【作者单位】中铁三局集团第二工程有限公司,河北石家庄050031;中铁三局集团第二工程有限公司,河北石家庄050031;中铁三局集团第二工程有限公司,河北石家庄050031;石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄050043;石家庄铁道大学土木工程学院,河北石家庄050043;石家庄铁道大学土木工程学院,河北石家庄050043【正文语种】中文【中图分类】TD26【相关文献】1.山区地表移动变形规律分析 [J], 黄珍珍;吴侃;徐靖2.地下开采引起的地表移动变形分析 [J], 侯晓兵;张艺霞3.山区地下开采地表移动变形分析 [J], 张玉根;安延伟;王永彬;闻磊;袁维;王伟;;;;;;4.基于MATLAB山区地表移动变形规律分析 [J], 苏楠5.地下开采与地表移动变形分析软件系统的开发及应用研究 [J], 邓辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

地下采矿引发地面塌陷范围预测研究摘要：地下采矿形成采空区，部分采空区未造成地表变形，对环境影响小，部分采空区则形成面塌陷灾害，造成恶劣后果，所以如何准确预测地表移动盆地范围，对周边地质环境、建筑及人员的安全有着十分重要的意义，本文根据新疆某煤矿做为实例，对采空区引发地面塌陷预测范围进行研究。

关键词：地质灾害地面塌陷计算模型预测分析一、前言地下矿层开采后，其上部岩层失去支撑，造成地面塌陷，形成凹地，随着采空区不断扩大，凹地不断发展形成凹陷盆地，即地表移动盆地，移动盆地范围要比采空区面积大得多，其位置形状与矿层倾角大小、地层岩性、采空位置有关，本文根据新疆某煤矿做为实例，对采空区引发地面塌陷预测范围进行研究。

二、矿山概况该煤矿主采大槽煤与正槽煤两层煤，煤层平均厚度分别为10.12m、2.64m。

受倒转向斜构造影响，向倾两侧煤层倾角有较大变化（见图1），原煤矿主要对向斜两翼的大槽煤及正槽煤进行开采，南翼开采深度100m-150m；向斜北翼开采深度为60-100m。

开采水平的标高为+1020m、+1070m、+1120m，回风水平标高为+1070m，垂高为50m。

矿山勘查阶段在充分收集矿山相关资料基础上，采取瞬变电磁及高密度电法等物探手段，查明了矿区采空区三维空间分布情况。

三、导水裂隙带计算图1 1-1勘探线地质剖面图本次采空区对地面变形的影响预测分析的理论基础为《矿区水文地质工程地质勘探规范》及《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》等关于地表移动盆地理论。

由于该煤矿的向斜两翼倾角不同，所以选计算公式时需根据实际情况有所区别:勘查区内的1－1’剖面南侧导水裂隙带的计算公式采用：式中：Hf—导水裂隙带最大高度（m）M—煤层厚度n—煤分层层数导水裂隙带计算结果勘查区内的1－1’剖面北侧及2－2’、 3－3’剖面导水裂隙带的计算公式采用：式中：Hf—导水裂隙带最大高度（m）M—累计采厚；h—采煤工作面小阶段垂高；导水裂隙带计算结果四、变形范围预测根据盆地移动理论，对地表变形范围不同地段采取以下公式进行计算：1、勘查区西侧南翼无土层覆盖采空区顶底板围岩变形宽度可以按以下公式计算：B=Hf×cosα+Hf×sinα×ctgβ2、勘查区中部南翼无土层覆盖采空区顶底板围岩变形宽度可以按以下公式计算：B=Hf×ctgα+Hf×ctgβ3、勘查区东部南翼土层覆盖采空区顶底板围岩变形宽度可以按以下公式计算：B=（Hf-h1）×ctgα+h1×ctgΦ+（Hf -h1）×ctgβ+h2×ctgΦ4、勘查区北翼采空区顶底板围岩变形宽度可以按以下公式计算：B=2×H3×ctgα+B1式中：B—采空区顶底板围岩变形地面投影宽度（m）Hf—导水裂隙带最大高度(m)α—采空区顶底板围岩移动角（本次取65°）β—采空区煤层倾角（°）h1、h2—上覆土层厚度（m）Φ—土层移动角（本次取45°）B1—采空区地面投影宽度（m）H3—北翼采空区最大采深（m）根据计算结果，预测向斜北翼可能发生地面变形区的宽度为100m-120m、长度为1500m，为稳定性较差的区域；向斜南翼可能发生地面变形区的宽度为180m-420m、长度为2400m，为稳定性较差的区域，见下图2。

第35卷 第2期岩土工程技术Vol35No2Apr ,20212021年 4月GeotechnicalEngineeringTechnique文章编号：1007-2993(2021)02-0128-06煤矿采空区场地地基稳定性及适宜性分析石 磊（江苏长江机械化基础工程有限公司,江苏南京210046）【摘要】结合一煤矿采空区场地作为新建高层住宅小区场地，通过开采条件、地表移动变形综合确定煤矿采空区的稳定性;采用工程类比法、采空区特征判别法、活化影响因素分析法、地表剩余变形判别法等判别采空区场地工程建设适宜性;建 议采空区场地采取吸收地表沉陷变形的柔性措施和抵抗地表沉陷变形的刚性措施来确保拟建建筑物的安全。

【关键词】煤矿采空区;地基变形;地基稳定性;建筑场地适宜性【中图分类号】TU 442【文献标识码】Bdoi ：103969/jissn1007-2993202102012Analysis on the Stability and Suitability of the Ground in GoafShiLei(Jiangsu Changjiang Mechanization Foundation Engineering Co. ,Ltd. ,Nanjing 210046 ,Jiangsu,China)【Abstract ] Agoafisproposedasthegroundofanewhigh-riseresidentialarea Thestabilityofcoalminegoafisdeterminedsynthetica l ybyminingconditionsandsurfacemovementdeformation Engineeringanalogymethod , goaffeaturediscriminationmeth ­od, activation influence factor analysis method, surface residual deformation discrimination method and other methods were used to de ­termine the suitability of goaf site construction. It is suggested that flexible measures to absorb surface subsidence deformation and rigidmeasures to resist surface subsidence deformation should be adopted to ensure the safety of the proposed building.【Key words ] coal m ine goaf ； foundation deformation ； foundation stability ； construction site suitability0引言随着我国城市化进程的加快，建设用地越来越紧张，因此开采煤炭资源遗留下来的采空区场地需 要利用。