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1、煤矿开采地表沉陷规律一、地表移动和破坏的形式二、地表移动盆地的形成及特征三、地表移动的角量参数四、 地表移动的变形参数五、地表移动变形参数分析六、开采沉陷预计方法一、地表移动和破坏的形式地表移动盆地地表裂缝及台阶煤层露头处附近漏斗状塌陷坑 二、地表移动盆地的形成及特征1、地表移动盆地的形成H1W12W23W345W4 W52、充分采动与非充分采动 充分采动地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大而增加。 非充分采动地表最大下沉值随开采区域尺寸增大而增加 。非充分采动时的地表移动盆地 临界充分采动时的地表移动盆地 临界开采尺寸 ，1.21.4倍采深 超充分采动时的地表移动盆地 3、地表移动盆地特征
2、主断面通过盆地内最大下沉点沿煤层倾向 或走向的垂直剖面（1）近水平煤层地表移动盆地 倾向临界充分采动非充分采动下沉曲线特征主断面上的地表下沉 曲线分为三段。采空区上方的内缘区 下沉曲线呈凹形 煤柱上方的外边缘区 下沉曲线呈凸形 下沉曲线的凹凸或内 外边缘区分界点称为 拐点 。拐点偏移距。（2）缓倾斜和倾斜煤层地表移动盆地 移动盆地 在倾向方 向上与采 空区不对 称 。盆地 、最大下 沉值 和拐 点均下移 。（3）急倾斜煤层地表移动盆地 非对称性更加明显， 整个盆地及最大下沉 值向采空区下边界方 向偏移， 地表最大水平移动值 大于最大下沉值， 煤层底板岩层也移动在移动盆地主断面上，将 地表下沉曲
3、线上的最大下 沉点或盆地平底边缘点投 影在地表水平线上，该投 影点和采空区边界的连线 与煤层底板在采空区一侧 的夹角叫充分采动角 。 下山方向的充分采动角1 上山方向的充分采动角2 走向方向的充分采动角3三、地表移动的角量参数1、充分采动角2、边界角、移动角和裂隙角 移动盆地的最外边 界 一般取下沉为10mm的点 为边界点 ACBD 移动盆地危险边界 倾斜i=3mm/m 水平变形= 2mm/m 曲率K=0.2mm/m2 ACBD 移动盆地裂缝边界 A“C“B“D“松散层移动角松散层 第四纪、第三纪未成岩的冲积层、洪积 层和残积层的统称 松散层移动角 ，一般取45。 当有松散层时，应先以松散层移
4、动角 将边界点投影到基岩面，再与开采边界 连线确定移动角。急倾斜煤层边界角、移动角、裂隙角 急倾斜煤层的顶板、底板边界角移动角和裂隙角3、最大下沉角 在移动盆地倾向主 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 =90-K K=0.50.8 四、地表移动的变形参数空间问题 平面问题 在主断面上用数学方法研究任意一点的向量横向（X） 纵向（y）开采引起的地表移动是复杂的时间-空间现象 。一点的移动矢量是空间位置（x、y、z）和 时间（t）的函数 。 垂直移动（Z） 水平移动描述地表移动盆地内移动和变形的主要指标 下沉 水平移动 倾斜 曲率 水平
5、变形 1、下沉 W主断面内地表移动 向量的铅直分量 W=W（x） 最大下沉值在盆地中央 下沉曲线凹凸分界的拐点处，下沉值约为 最大值的一半。2、水平移动 U地表移动向量的水平分量123456789x03302 34567891U=U（x）,有两组方向不同的水平移动规定:正值的水平移动与x轴的正方向一致 负值的水平移动与x轴的负方向一致 水平移动1点 U1=0 5点 U5=0 9点 U9=0 U坐标向下 为正Uox+-123456789x03302 34567891边界点和采空区中点的水平移动为零； 边界点和采空区中点之间有极值。3、倾斜 i倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，单位 为mm/m，i
6、坐标轴向下为正123456789x03302 3 4567891倾斜是地表下沉的一阶导数倾斜的正负号 有两组方向不同的倾斜 边界点和最大下沉点之间的倾斜必然有正极值和负极 值存在。倾斜的正负号的物理意义 垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向与 x轴正向相同时，倾斜为正； 杆状物倾倒的趋向与x轴负向相同时倾斜为 负。0303x w195372468oHrUox+-iox+-水平移动U（x）和倾斜i（x）的变化趋势同步水平移动U（x）和倾斜i（x）Uox+-iox+-B一个有单位的比例系数4、曲率K 地表单位长度内倾斜的变化，单位为 mm/m2或10-3/m。 曲率坐标轴向上为正 .曲率BAxBA
7、xiox+-Kox+-K1=0 K3=0 K5=0 K7=0 K9=0曲 率0303xw195372468o Hr 倾 斜曲率正负号的物理意义 正曲率的物理意义 是地表下沉曲线在 地面方向凸起或在 煤层方向下凹 负曲率的物理意义 是地表下沉曲线在 地面方向下凹或在 煤层方向凸起 5、水平变形 单位长度上水平移动的变化，单位：mm/m坐标向上为正iox+-Kox+-水平 变形0303xw195372468o Hr水平 移动 1=0 3=0 5=0 7=0 9=0水平变形正负号的物理意义 水平变形正值 的物理意义为 地表受拉伸变 形 负值的物理意 义为地表受压 缩变形。 两个相等的正极值和两个相
8、等的负极值正极值为最大拉伸值，位 于边界点和拐点之间；负极值为最大压缩值，位 于两个拐点之间；盆地边界点、拐点和中点处 水平变形为零；盆地边缘区为拉伸区，中部 为压缩区水平变形的变化规律地表移 动盆地 内五项 指标变 化规律五项指标之间的关系 ( )( )( )( )( )2222dxWdBxdxdWBxUdxWdxKdxdWxixWW=e非充分和 超充分采动条件下水平煤层(或有一定倾角的 煤层沿走向) 主断面内地表移动与变形规律倾斜煤层移动与变形规律1-下沉 2-倾斜 3-曲率 4-水平移动 5-水平变形1、上山部分的下沉曲 线比下山部分的下沉曲 线要陡，范围要小；最 大下沉点偏向下山方向
9、。2、水平移动曲线和倾 斜曲线不相似，水平变 形曲线和曲率曲线不相 似。3、指向上山方向的水 平移动大于指向下山方 向的水平移动。4、最大拉伸变形在下 山方向，最大压缩变形 在上山方向。五、 地表移动与变形参数分析（一）地表移动变形参数的影响因素（二）地表移动速度和持续时间（三）最大下沉值与下沉系数（四）主要影响半径与主要影响角（五）水平移动系数（六）拐点偏移距（一）地表移动与变形参数的影响因素1、煤层地质条件煤层厚度、倾角、埋深、断层2、覆岩与地层条件岩性、厚度与组合关系，关键层特征，表 土层厚度、山地、地下水3、开采技术条件重复开采、采空区处理、开采速度、开采 范围（二） 地表移动速度和持
10、续时间岩层移动变形 在 空间时间 剧烈程度下沉速度反映 地表设测点AA 地表移动速度和持续时间顶板管理 方法矿区地表移动延续时间（月）总时间开始阶段活跃阶段衰退阶段垮落法枣庄8152焦作8152开滦191108阜新132.563充填法新汶295511010181827阜新55102025部分充填 法北票172.55.59枣庄8.512.55地表移动延续时间 地表移动持续时间岩层移动时间岩层移动时间主要与采深和岩性有关 采深H（m） 时间（年） 100 0.7 1 100200 12 200300 23下沉系数：最大下沉量与煤层采高的比值下沉系数与覆岩岩性有关下沉系数与采空区处理方法有关下沉系数
11、与重复采动有关下沉系数与采深有关（三）最大下沉与下沉系数岩性坚坚硬中硬软软弱下沉系数0.270.540.550.850.861.00部分煤矿实测的地表下沉系数变化范围 采空区处理方法与采空区处理方法下沉系数全部垮落法0.40.95带状充填法(外来材料)0.550.70干式全部充填法(外来材料)0.40.50风力充填法0.300.40水砂充填法0.060.20采空区处理方法与矿矿区初次采动动下沉 系数重复采动动下沉 系数 淮南0.70.9 峰峰0.80.9-1.0 本溪0.70.8 阜新0.65-0.70 鹤岗鹤岗0.65-0.7 平顶顶山0.65-0.77 枣枣庄0.59-0.7重复采动对地表
12、下沉系数影响采深对的影响 采深小 , 较大局H（m）平顶山局80140 1402000.77 0.65 枣庄局100 1000.7 0.59非充分采动条件下地表最大下沉值 W0=mcos确定的方法 1、按L0/Lc / 2、按L/H0 / 确定的方法1l0/lc或L0/Lc0.10.20.30.40.5/0.000.480.640.770.85l0/lc或L0/Lc0.60.70.80.91.0/0.940.970.980.991.00开采充分程度(l0/lc)或(L0/Lc)与(/)的关系 确定的方法2L为开采区域长 度或宽度按开采影 响传播角0向地 面的投影长度H0为平均采深 确定的方法2
13、（四）主要影响半径和主要影响角 （开采影响范围）主要影响半径x=r处的地表移动和变形x W（x）i （x）K（x）-r0.0062W00.0432i00.178K0r0.9938W00.0432i0-0.178K0主要影响角主要影响角：开采边 界点与主要影响半径 边界点的连线与水平 线所夹的锐角 （与下山方向岩层移动 角含义不同） r，影响范围变 小 r 影响范围变大主要影响角正切tg取值tg常见值为1.32.5，一般为2大小主要决定于上覆岩层的岩性，岩层 坚硬时，tg较小，岩层软弱时，tg较大 。 一般情况下，坚硬岩层的tg为1.21.91 ，中硬岩层为1.922.4，软弱岩层为 2.413
14、.54。（五）水平移动系数水平煤层 一般b=0.3，变化范围大致在0.20.4 倾斜煤层b b=b(1+0.0086) （六）拐点偏移距拐点处下沉为最大下沉的一半，倾斜和水平移动值最大，曲率和水平变形值为零。覆岩越硬，拐点偏移距越大。采深越大，拐点偏移距越大。预计内容 影响范围最大变形、移动值及位置主断面内地表移动和变形值地表任意点变形和移动值地层内岩体任意点变形和移动值 预计目的 建筑物的破坏程度应采取的相应措施六、开采沉陷预计方法动态预计：某时的移动和变形 W、 i 、U、K、t静态预计：稳定后的移动和变形 W、i、U、K、 主要方法 静态预计地表移动和变形预计方法 典型曲线法剖面函数法理
15、论模拟法概率积分法地表移动和变形预计方法 一、典型曲线法基于地表下沉实测资料，综合成反映所测 矿区主断面内下沉分布规律的地表下沉典 型曲线、数据或表格，据此预测该矿区新 开采工作面开采沉陷。使用条件： 适用于规则采空区上方的地表 移动和变形预计。制作典型（无因次）曲线所作的典型下沉曲线与采深和煤层厚度无关,只 与最大下沉值和位置有关采前大量布置测点，实测实测X(m)0X1X2X3Xm Wx (mm) W0W1W2W3W mY(m)0y1y2y3ym Wy(mm )W0W1W2W3W mW03 3 00oX1X2X3Xm.Xm+1.Wx Hy1y2.典型（无因次）曲线的制作采后处理数据：O点为最大下沉点，座标轴指向盆地边界 以X/L和Y/L为横坐标， 坐标单位为0.1、0.2、 0.3、.1.0 以WX/W0和Wy/W0为纵坐标，坐标单位为0.1、0.2、 0.3、 .1.0盆地半长L1、L2或L3由0、0、0、1、2、3定 做典型图和表（无因次）典型（无因次）曲
