《采空区地面沉降》ppt课件

《《采空区地面沉降》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《采空区地面沉降》ppt课件（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、采空区、地面沉降,采空区,了解采空区的危害； 了解采空区地表移动规律及特征； 了解采空区地表移动和变形的预测； 掌握采空区的勘察评价原则和处理措施。,一、采空区 当地下矿层被采空后，便在地下形成了采空区，采空区上覆及周围岩体失去原有的平衡状态，从而发生移动、变形以至破坏。这种移动、变形和破坏在空间上由采空区逐渐向周围扩展，当采空区范围扩大到一定程度时，岩层移动就波及到地表，使地表产生变形和破坏（地表移动），地表从而出现地裂缝、塌陷坑和地表移动盆地等。,采空区分类 采空区根据开采现状分为老采空区、现采空区和未来采空区三类。 老采空区是指已经停止开采或岩层移动和地表变形已经稳定的采空区。 现采空区

2、是指地下正在采掘、岩层移动和地表变形仍然继续发展的采空区。 未来采空区是指地下赋存有开采价值矿层，计划开采而目前尚未开采的区域。,二、采空区上覆岩层变形与破坏 煤层采空后，上覆岩层失去了支撑，发生变形、弯曲、断裂，进而呈不规则的冒落下来，充填采空区。随着采空区面积的不断扩大，岩层的移动变形从煤层顶板向地表发展，最后在上覆岩层中形成三个破坏程度不同的区域。 1、冒落带：位于采空区矿层直接顶板岩层，在自重和上覆岩层的重力作用下，发生断裂破碎并塌落，堆积于采空区内，发生塌落的部分称冒落带。 2、裂隙带：位于冒落带上部的岩层在重力作用下，产生移动变形，所受应力超过本身强度，岩层产生裂隙或小断裂，但尚未

3、塌落，形成裂隙带。 3、弯曲带：裂隙带上部岩层在重力作用下，变形较小，所受应力尚未超过其本身强度，岩层仅发生连续平缓的弯曲变形，其整体性未遭受破坏，称为弯曲带。,三、采空区地表移动变形特征 连续的地表移动：在采深采厚比较大（一般大于25-30），无地质构造破坏和采用正规采矿方法开采的条件下，地表不会出现大的裂缝或塌陷坑，地表移动和变形在空间和时间上是连续的，开始地表形成凹地，随着采空区不断扩大，凹地不断扩展而形成较规则的移动盆地。 非连续的地表移动：当采深采厚比较小（一般小于25-30），或采深采厚比虽大于25-30，但地表覆盖层很薄，且采用高落式等非正规开采方法或上覆岩层受地质构造破坏时，地

4、表不出现较规则的移动盆地，而常出现不规则状大的塌陷坑和裂缝等，地表的移动和变形在空间和时间上都不连续。,地表移动盆地及特征 当地下开采影响到达地表以后，在采空区上方地表形成的凹地称地表移动盆地。当开采达到充分采动、地表变形已达稳定后的盆地称最终移动盆地。 中间区：位于采空区正上方，地表下沉均匀，地面平坦，一般不出现裂缝，地表下沉值最大。 内缘区：位于采空区外侧上方，地表下沉不均匀，地面向盆地中心倾斜，呈凹形，产生压缩变形，一般不出现明显裂缝。 外缘区：位于采空区外侧煤层上方，地表下沉不均匀，地面向盆地中心倾斜，呈凸形，产生拉伸变形，当拉伸变形值超过一定数值后，地表产生张裂缝。,地表最终移动盆地

5、具有以下特征： （1）地表最终移动盆地的面积，一般大于采空区的面积。采空区为长方形时，移动盆地大致为椭圆形。 （2）移动盆地和采空区的相对位置，与矿层的倾角大小有关。 当矿层倾角近水平或缓倾斜时，地表移动盆地位于采空区的正上方，盆地形状基本是对称的，盆地中间区中心与采空区的中心位置基本一致，地表最大下沉值位于采空区的中央部位，下沉均匀，不出现裂缝。 当矿层倾角较陡时，地表移动盆地是非对称的，矿层倾角越大，非对称性越明显。上山（逆矿层倾斜方向）边界上方地表移动盆地较陡，开采影响范围小；下山（矿层倾斜方向）边界上方地表移动盆地较平缓，开采影响范围较大。 移动盆地的中心及最大下沉点向下山方向偏离，倾

6、角越陡，偏离越多。,开采近水平或缓倾斜矿层时，走向和倾向主剖面均通过采空区中心，开采倾斜矿层时，倾向主剖面通过采空区中心，走向主剖面向下山方向偏离，矿层倾角越陡偏离越多,地表移动发展阶段 地表移动可划分出三阶段，即起始阶段、活跃阶段和衰退阶段。 起始阶段：地表下沉值达到10mm至下沉速度小于50mm/月的阶段； 活跃阶段：地表下沉速度大于50mm/月（急倾斜煤层大于30mm/月）； 衰退阶段：活跃阶段结束至连续六个月下沉值不超过30mm时为止。,一般采深小于100m，持续时间8-10个月；采深100-200m，持续时间12-24个月，采深200-300m，持续时间24-36个月。,垂直下沉,水

7、平位移,倾斜,水平变形,曲率,四、地表变形的度量,五、影响地表移动和变形的因素 1、矿层埋藏及赋存条件 矿层埋深越大(即开采深度越大)，变形扩展到地表所需的时间越长，地表的变形值也越小，变形比较平缓均匀。煤层厚度大，采空区的空间就大，会促使变形过程剧烈、增大变形值。矿层的倾角大，会促使水平移动值增大，地表出现裂缝的可能性增大，移动盆地和采空区的位置更不对称。 2、岩性因素 采空区上覆岩层强度高、分层厚度越大，产生地表变形所需的采空面积越大，破坏过程所需时间就越长。厚度大的坚硬岩层甚至长期不产生变形，强度低的薄层岩层，易产生较大的地表变形，且变形速度快，但地表变形均匀，常不出现裂缝。脆性岩层地表

8、易出现裂缝。塑性强厚度大的岩层，覆盖于硬岩层之上时，后者产生破坏会被前者缓冲或掩盖，但地表变形平缓，反之，地表变形很快，并会出现裂缝。岩层软硬相间且倾角较陡时，接触处易出现层离观象。地表第四纪堆积物厚，地表变形值增大，但变形平缓均匀。,3、地质构造因素 岩层节理裂隙发育，使促使变形加快，增大变形范围，扩大地表裂缝区。断层和薄弱带会破坏地表移动的现律，改变移动盆地的大小和位置，断层和薄弱带上的地表变形更加剧烈，常出现台阶状破坏，其两侧地表变形平缓。 4、地下水因素 地下水对抗水性弱的岩层起到加速变形的作用，扩大地表变形范围，增大地表变形值。 5、开采因素 矿层开采和顶板管理处置方法以及采空区的大

9、小、形状、工作面推进速度等均影响地表变形的形式、速度、变形值大小和分布。,六、地表移动和变形对建筑物的影响 地表平缓而均匀的下沉或水平移动对建筑物危害性不大，建筑物一般不会变形，不会有破坏危险。但地表过大的不均匀下沉和水平移动，容易对建筑物造成严重破坏。地表下沉虽均匀但下沉量较大，且地下水位又较浅时，容易引起地面积水，不但影响建筑物的使用，而且使地基土长期浸水，强度降低，严重时可使建筑物倒塌。地表下沉对铁路、公路、地上或地面各种管线以及工业生产工艺流程系统都有显著影响。 地表倾斜对高耸建筑物影响较大。它使高耸建筑物的重心发生偏斜，引起附加压力重分配，建筑物的均匀荷重将变成非均匀荷重，导致建筑结

10、构内应力发生变化而引起破坏。同时，地表倾斜会改变排水系统和铁路的坡度，造成污水倒灌和影响铁路的运营，后者严重时会发生事故。,地表曲率对建筑物有较大影响。在负曲率(地表下凹)作用下，建筑物的中央部分悬空，使墙体产生裂缝。如果建筑物长度过大，则在重力作用下，建筑物将会从底部断裂，使建筑物破坏。在正曲率(地表上凸)作用下，建筑物两端将会悬空，也能使建筑物开裂破坏甚至倒塌。 地表水平变形包括拉伸和压缩，两种变形对建筑物的破坏作用也很大，尤其是拉伸变形对建筑物的破坏更显著。建筑物抵抗拉伸的能力远小于抵抗压缩的能力，较小的拉伸变形就能使建筑物产生裂缝。压缩变形使墙体产生水平裂缝，并使纵墙褶曲、屋顶鼓起。

11、在充分采动条件下，位于地表移动盆地边缘区的建筑物要比中间区更易发生破坏。,2002年01月16日 山东临沂市临沂市平邑县卞桥镇石膏矿1993年6月建成，采用矿柱法开采，形成总面积约7万平方米的采空区。随着采空区不断扩大，矿柱承受不住越来越集中的地面压力，2000年2月份，井下采空区开始出现异常现象，地面居民房屋出现裂缝。2001年8月26日，井下一矿房周围采空区发生大塌陷，塌落面积达3325平方米。但由于提前防范，无人伤亡。目前，矿区附近的116户居民已全部迁离了危险地带。,不宜作为建筑场地的地段 （1）在开采过程中可能出现非连续变形的地段。在采深采厚比小于25-30，或虽大于25-30但地表

12、覆盖层很薄，且采用高落式等非正规开采方法或上覆岩层有地质构造破坏时，易出现非连续变形。与连续变形相比，非连续变形是没有规律的、突变的，地表易出现大的裂缝或陷坑，对地面建筑的危害要比连续变形大得多。 （2）处于地表移动活跃的地段。地表移动活跃阶段是一个危险的变形期，各种变形特征指标达到最大值，对地表建筑物危害最大 （3）特厚矿层和倾角大于55的厚矿层露头地段。 （4）由于地表移动和变形引起边坡失稳和山崖崩塌的地段。 （5）地表倾斜大于lOmm/m，地表曲率大于0.6mm/m2或地表水平变形大于6mm/m的地段。,下列地段作为建筑场地时，应评价其适宜性 （1）采空区采深采厚比小于30的地段； （2

13、）采深小、上覆岩层极坚硬，并采用非正规开采方法地段； （3）地表倾斜为3-1Omm/m，地表曲率为0.2-0.6mm/m2或地表水平变形为2-6mmm的地段。,七、采空区勘察 （1）勘察目的和任务 对老采空区主要查明采空区的分布范围、采厚、埋深、充填情况和密实程度、开采时间和开采方式等，评价上覆岩层的稳定性，预测残余变形的影响，评价采空区作为建筑场地的适宜性。 对现采空区和未来采空区尚应预测地表移动的规律，计算预测地表移动和变形特征值，并根据地表变形特征值和建筑物容许值，评价对建筑物的危害程度，制定建筑物保护和加固措施。 （2）勘察方法 采空区勘察主要通过搜集资料和调查访问，必要时辅以物探、勘

14、探和地表移动的观测等手段，以查明采空区特征和地表移动基本参数。,（3）勘察内容 地层岩性、地质构造和水文地质条件； 矿层分布、层数、厚度、深度、埋藏特征和上覆岩层岩性、结构； 开采范围、深度、厚度、时间和方法、顶板管理方法、开采边界、工作面推进方向和速度； 采空区塌落、密实程度、裂隙和积水等； 地表变形特征和分布，包括地表陷坑、台阶，裂缝的位置、形状、大小、深度、延伸方向及其与地质构造、开采边界和工作面推进方向等的关系； 现采空区和未来采空区的地表移动盆地的特征，划分中间区、内边缘区和外边缘区，预测地表移动和变形的特征值； 采空区附近的抽水和排水情况及其对采空区稳定的影响； 建筑物变形和防治措

15、施的经验。,一、地面沉降及危害 区域性地面沉降是指地层在自然或人为因素作用下发生固结压密变形或下沉，导致区域性地面标高下降的工程地质现象。 目前，世界上已有50多个国家和地区发生了不同程度的地面沉降，如墨西哥的墨西哥城、美国的洛杉矶、加利福尼亚和休斯敦、日本东京、大阪和名古屋等、泰国曼谷、意大利波河三角洲和威尼斯、英国柴郡、新西兰怀拉基以及澳大利亚拉特罗布谷地等，其中以美国、日本、墨西哥和中国比较严重。,第六节 地面沉降,地面沉降,区域性地面沉降是指地层在自然或人为因素作用下发生固结压密变形或下沉，导致区域性地面标高下降的工程地质现象。 目前，世界上已有50多个国家和地区发生了不同程度的地面沉

16、降，如墨西哥的墨西哥城、美国的洛杉矶、加利福尼亚和休斯敦、日本东京、大阪和名古屋等、泰国曼谷、意大利波河三角洲和威尼斯、英国柴郡、新西兰怀拉基以及澳大利亚拉特罗布谷地等，其中以美国、日本、墨西哥和中国比较严重。,美国有20多个州发生地面沉降，加利福尼亚州中部谷地52000km2范围中，超过1/4面积出现地面沉降，卡特迈市1930-1975年累积最大沉降量达9.0m。 日本发生地面沉降的面积，根据1981年统计资料，达952km2，相当于居住面积的12%，其中1128km2的面积处于海平面以下 墨西哥城的最大沉降量超过9m。 在过去的100年中，意大利的威尼斯城平均地面下沉达1米，而著名的市政大楼罗内丹宫已累积下沉了3.81米。地面标高仅1米左右，每当狂风骤起，海水便涌入市区，市内圣马可大广场一片汪洋。,我国地面沉降问题也十分突出，全国有50多座城市发生了不同程度地面沉降或地面裂缝。 上海是我国最早发现区域性地面沉降的城市，也曾是最严重的地区。从1921年发现地面下沉开始到19