ch地表沉陷的一般规律实用实用教案

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1、 地表沉陷规律是指地下开采引起的地表移动和变形的大小、空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。 主要内容：(1)水平、缓倾斜煤层以及急倾斜煤层开采沉陷的分布规律；(2)沉陷稳定后(又称静态(jngti)及工作面推进过程中(又称动态)的分布规律；(3)简单地质条件和复杂地质条件下的分布规律等。 目前，以水平煤层和缓倾斜煤层开采的、沉陷稳定后的和简单地质条件下的分布规律研究较为充分，其它方面尚在不断深入研究之中。所以本章主要介绍： 1.移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律； 2.采动过程中(动态)主断面内移动和变形分布规律； 3.移动盆地稳定后全面积的移动和变形分布规律； 4.地质采矿因素对地表

2、沉陷的影响； 5.复杂地质条件对地表沉陷的影响。第1页/共146页第一页，共147页。第一节 地表移动盆地(pnd)稳定后主断面内移动和变形分布规律 本节所述的规律是指地表移动盆地稳定后主断面内的移动和变形分布规律，并且是典型化和理想化了的。它要满足以下几个条件： 1深厚比HM(开采深度与开采厚度之比值)大于30。在这样的条件下，地表移动和变形在空间和时间上都具有明显的连续特征和一定的分布规律； 2地质采矿条件正常，无大的地质构造(如大断层和地下溶洞等)，并采用正规循环的采煤(ci mi)作业； 3属于单一煤层开采，并不受邻区开采影响。第2页/共146页第二页，共147页。第一节 地表移动盆地

3、稳定后主(hu zh)断面内移动和变形分布规律 地表(dbio)移动盆地稳定后的移动和变形分布规律与许多地质采矿因素有关。如：煤层倾角（）、开采厚度（m）、开采深度（H）、采区尺寸（D）、采煤方法、顶板管理方法、松散层厚度（h）等。 如果开采均系采用走向长壁式采煤、全部垮落法管理顶板，并且开采厚度均相同，那么影响分布规律的地质采矿因素主要就是煤层倾角、采区尺寸和开采深度。而采区尺寸和开采深度之比，可决定地表(dbio)的采动程度。 下面根据不同的采动程度和煤层倾角的变化情况，讨论地表(dbio)移动和变形的分布规律。第3页/共146页第三页，共147页。第一节 地表移动(ydng)盆地稳定后主

4、断面内移动(ydng)和变形分布规律 一、水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分(chngfn)采动时主断面内地表移动和变形分布规律 判别：水平煤层开采时的采动程度可用走向充分(chngfn)采动角3来判别。当用3 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(chngfn)采动。 （一）下沉曲线 下沉曲线表示地表移动盆地内下沉的分布规律。设沿主断面方向为x轴，下沉曲线为 W(x)=F(x) 在讨论分布规律时，先要确定下沉曲线上的三个特征点： 第4页/共146页第四页，共147页。第一节 地表移动盆地(pnd)稳定后主断面内移动和变形分布规律1最大下沉点o：下沉值最大。在水平煤层开采时

5、，在采区中央正上方。2盆地边界点A、B：据走向边界角0作边界点A、B，此处下沉值为零。3拐点E：拐点是指下沉曲线(qxin)凹凸的分界点。拐点从理论上讲应位于工作面开采边界的正上方，但由于工作面边界附近的顶板并不切煤壁冒落或呈阶状弯曲，存在悬顶距，因此在四周没采情况下，拐点E不在工作面开采边界的正上方而是略偏向采空区一侧。在地表达充分采动条件下，拐点处的下沉值约为最大下沉值的一半。 第5页/共146页第五页，共147页。 下沉曲线分布规律：在地表最大下沉点O处下沉值最大，自盆地(pnd)中心至盆地(pnd)边缘下沉值逐渐减小，在盆地(pnd)边界点A、B处下沉值为零。第一节 地表(dbio)移

6、动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律第6页/共146页第六页，共147页。第一节 地表移动盆地稳定后主断面(dun min)内移动和变形分布规律（二）倾斜曲线 倾斜曲线表示地表移动盆地内倾斜的变化规律，倾斜为下沉(xi chn)的一阶导数： 倾斜曲线分布规律为：盆地边界点至拐点间倾斜渐增，拐点至最大下沉点间倾斜渐减，在最大下沉点处倾斜为零。在拐点处倾斜最大，有两个方向(fngxing)相反的最大倾斜。第7页/共146页第七页，共147页。第一节地表移动盆地稳定后主断面(dunmin)内移动和变形分布规律（三）曲率(ql)曲线 曲率曲线是表示地表移动盆地内曲率的变化规律，曲率曲线可表示为倾斜(

7、qngxi)的一阶导数或下沉的二阶导数：第8页/共146页第八页，共147页。第一节 地表(dbio)(dbio)移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律 曲率曲线分布规律为： 1曲率曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负极值，正极值称最大正曲率，位于边界点和拐点之间，负极值称最大负曲率，位于最大下沉(xi chn)点处。 2盆地边界点和拐点处曲率为零。 3盆地边缘区为正曲率区，盆地中部为负曲率区。第9页/共146页第九页，共147页。第一节地表移动盆地稳定后主(huzh)断面内移动和变形分布规律(四)水平移动曲线 水平移动曲线表示地表(dbio)移动盆地内水平移动分布规律，用U(x)表示。

8、移动盆地内各点的水平移动方向都指向盆地中心。 大量的实测资料表明，水平移动曲线与倾斜曲线相似。因此，可得下式：B水平(shupng)移动系数，B=0.130.18H。第10页/共146页第十页，共147页。第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形(bin xng)(bin xng)分布规律 水平移动曲线分布规律为：盆地边界点至拐点间水平移动渐增，拐点至最大下沉点间水平移动渐减，最大下沉点处水平移动为零；在拐点处水平移动最大，有两个(lin )方向相反的最大水平移动。第11页/共146页第十一页，共147页。第一节地表(dbio)移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律（五）水平变形曲线(q

9、xin) 水平变形曲线(qxin)表示地表移动盆地内水平变形分布规律，水平变形曲线(qxin)与曲率曲线(qxin)相似。是水平移动的一阶导数：B水平(shupng)移动系数，B=0.130.18H。第12页/共146页第十二页，共147页。第一节 地表(dbio)(dbio)移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律水平变形分布规律为： 1.水平变形曲线有三个极值(j zh)，两个相等的正极值(j zh)和一个负极值(j zh)，正极值(j zh)称为最大拉伸值，位于边界点与拐点之间，负极值(j zh)称为最大压缩值，位于最大下沉点处。 2.盆地边界点和拐点处水平变形为零。 3.盆地边缘区为拉

10、伸区，盆地中部为压缩区。第13页/共146页第十三页，共147页。第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形(binxng)分布规律二、水平煤层(或沿煤层走向主断面)充分采动时主断面内移动和变形分布规律 判别：当用3 角作的两直线刚好交于地表时，此时地表为充分采动。 地表刚达到充分采动时和非充分采动时相比，它们的不同之处在于： 1最大下沉值已达到该地质采矿条件下之最大值。 2倾斜、水平移动曲线没有明显变化(binhu)。 3曲率或水平变形曲线在采区中心拐点、边界点为零；在边界点和拐点之间达到最大拉伸；在拐点和采区中心之间达到最大压缩变形。第14页/共146页第十四页，共147页。第一节地表移动

11、(ydng)盆地稳定后主断面内移动(ydng)和变形分布规律三、水平煤层(或走向主断面)超充分采动时主断面内移动和变形分布规律 判别：当用3 角作的两直线在地表交于o1和o2两点，o1和o2间出现平底时，地表达到超充分采动。 地表达到超充分采动时和非充分采动时相比(xin b)，不同之处在于： 1下沉曲线中部平底上各点下沉值相等，并达到该采矿地质条件下的最大值。 2在平底部分内，倾斜、曲率、水平变形均为零或接近于零；各种变形主要分布在采空区边界上方附近。 3最大倾斜和最大水平移动位于拐点处；最大正曲率、最大拉伸变形位于拐点和盆地边界点之间；最大负曲率、最大压缩变形位于拐点和最大下沉点o之间。第

12、15页/共146页第十五页，共147页。第一节地表移动(ydng)盆地稳定后主断面内移动(ydng)和变形分布规律四、倾斜（1555）煤层(micng)非充分采动时移动和变形分布规律 判别(pnbi)：利用下山充分采动角1和上山充分采动角2确定充分采动程度。 用0、0确定上下山盆地边界点，用最大下沉角确定最大下沉点。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律第16页/共146页第十六页，共147页。第一节地表移动盆地(pnd)稳定后主断面内移动和变形分布规律1下沉曲线、倾斜曲线和曲率曲线： 下沉曲线失去对称性，如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；最大下沉点向下山方向偏离(pi

13、nl)，其位置用最大下沉角确定。 下沉曲线(qxin)的两个拐点与采空区不对称，而偏向下山方向。随着下沉曲线(qxin)的变化，倾斜曲线(qxin)和曲率曲线(qxin)也相应发生变化。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律第17页/共146页第十七页，共147页。第一节地表移动盆地稳定(wndng)后主断面内移动和变形分布规律2水平移动曲线： 在倾斜煤层开采时，随着煤层倾角的增大，指向上山(shn shn)方向的水平移动值逐渐增大，而指向下山方向的水平移动值逐渐减小。 倾斜(qngxi)煤层非充分采动时地表移动变形分布规律第18页/共146页第十八页，共147页。第一节地表移动盆地(pnd

14、)稳定后主断面内移动和变形分布规律3水平变形(bin xng)曲线：最大拉伸变形(bin xng)在下山方向，最大压缩变形(bin xng)在上山方向，水平变形(bin xng)为零的点与最大水平移动点重合。4水平移动曲线和倾斜曲线不相似，水平变形(bin xng)曲线和曲率曲线不相似。倾斜煤层(micng)非充分采动时地表移动变形分布规律第19页/共146页第十九页，共147页。第一节地表(dbio)移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律五、急倾斜（55）煤层非充分采动时移动和变形分布规律1下沉盆地非对称性十分明显，下山方向的影响范围(fnwi)远远大于上山方向的影响范围(fnwi)。2随

15、着煤层倾角的增大，最大下沉点位置逐渐移向煤层上山方向。3在松散层较薄的情况下，可能只出现指向上山方向的水平移动。急倾斜煤层非充分(chngfn)采动时地表移动变形规律第20页/共146页第二十页，共147页。第一节地表移动盆地稳定(wndng)后主断面内移动和变形分布规律煤层(micng)倾角小于90o煤层(micng)倾角接近90o4.随着煤层倾角的增大，倾斜剖面形状由对称的碗形逐渐变为非对称的瓢形。当煤层倾角接近90o时，下沉盆地剖面又转变为比较对称的碗形或兜形。急倾斜煤层开采后的下沉盆地形态第21页/共146页第二十一页，共147页。第一节 地表移动盆地稳定后主(hu zh)(hu zh

16、)断面内移动和变形分布规律5当开采厚度大、开采深度小、煤层顶底板坚硬(jinyng)不易冒落而煤质又较软时，开采后采空区上方之煤层易沿煤层底板滑落。这种滑落可能一直发展到地表，使地表煤层露头处出现塌陷坑。急倾斜煤层开采(kici)后地表出现塌陷坑第22页/共146页第二十二页，共147页。第二节 采动过程(guchng)(guchng)中的地表移动和变形的一般规律 一、研究采动过程中地表移动变形分布规律的必要性 地下煤层采出后引起的地表沉陷是一个时间和空间过程。随着(su zhe)工作面的推进，不同时间的回采工作面与地表点的相对位置不同，开采对地表点的影响也不同。地表点的移动经历一个由开始移动

17、到剧烈移动，最后到停止移动的全过程。在生产实践中经常会遇到下述情况，即仅仅根据稳定后(或静态)的沉陷规律还不能很好地解决实际问题，必须进一步研究移动变形的动态规律。第23页/共146页第二十三页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动(ydng)(ydng)和变形的一般规律 例如，在超充分采动条件下，地表(dbio)下沉盆地出现平底，在此平底范围内地表(dbio)下沉相同，地表(dbio)变形等于零或接近于零，但不能认为在此区域内的建筑物不受到破坏，因为在工作面推进过程中该区域内的每一个点均要经受动态变形的影响，虽然这种动态变形是临时性的，但它同样可以使建筑物遭到破坏。/在建筑物下采煤时，需

18、要随时确定建筑物受采动影响的开始时间和在不同时期的地表(dbio)移动变形量，以便对建筑物采取适当措施。如加强观测、加固、临时迁出或改变用途等。在铁路下采煤时，需根据动态变形规律确定铁路维修范围，预计铁路上部建筑起垫量等。在进行协调开采时，根据动态变形规律可以更合理地安排回来工作面之间的相互关系等。第24页/共146页第二十四页，共147页。第二节 采动过程中的地表(dbio)(dbio)移动和变形的一般规律 二、地表点的移动(ydng)轨迹 1当工作面由远处向A点推进、移动波及到A点时，地表下沉速度由小逐渐(zhjin)变大，A点的移动方向与工作面推进方向相反，此为移动的第阶段；采动过程中地

19、表点移动轨迹（一）移动轨迹与工作面位置的关系第25页/共146页第二十五页，共147页。第二节 采动过程(guchng)(guchng)中的地表移动和变形的一般规律 2.当工作面通过(tnggu)A点正下方(2处)继续向前推进时，地表下沉速度迅速增大，并逐渐达到最大下沉速度，A点的移动方向近于铅垂方向，此为移动的第阶段；采动过程中地表(dbio)点移动轨迹3.当工作面继续向前推进，逐渐远离地表点A后，点A的移动方向逐渐与工作面推进方向相同，此为移动的第阶段；第26页/共146页第二十六页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般(ybn)(ybn)规律 4.当工作面远离地表点达到一

20、定距离后，回采工作面对A点的影响逐斯消失，点A的移动停止，此为移动的第阶段。5.稳定后，点A的位置并不一定在其起始位置的正下方，一般(ybn)赂微偏向回采工作面停止位置一则。此为移动的第阶段。采动过程(guchng)中地表点移动轨迹时为直线。（二）与工作面推进的速度的关系 速度越大，弧线弯曲程度越小，当第27页/共146页第二十七页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形(bin (bin xng)xng)的一般规律 三、工作面推进过程中超前影响（一）起动距 在走向主断面上，工作面由开切眼推进一定距离到达A 点后，岩层(yncng)移动开始波及到地表，如图。通常把地表开始移动时工作面的

21、推进距离称为起动距。 地表开始下沉是以观测地表点的下沉值达到10mm为标准。起动距的大小主要(zhyo)和开采深度及岩石的物理力学性质有关。一般在初次采动时，起动距约为 1/4H01/2 H0。第28页/共146页第二十八页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般(ybn)(ybn)规律 工作面推进过程(guchng)中的超前影响（二）超前影响(yngxing)、超前影响(yngxing)角、超前影响(yngxing)距1.超前影响 如右图所示，当工作面推进至B点时，得下沉曲线W1，工作面前方1点开始受采动影响而下沉；当工作面推进的距离约为1.21.4Ho，即推至C点时，得下沉曲

22、线W2，地表2点开始受影响而下沉。从这里可以看出，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。第29页/共146页第二十九页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动(ydng)(ydng)和变形的一般规律 式中 l超前影响距； H0平均开采(kici)深度。工作面推进(tujn)过程中的超前影响3.超前影响距 开始移动的点到工作面的水平距离L称为超前影响距。2.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线，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为超前影响角(The angle of advance influence) ，用表示。第3

23、0页/共146页第三十页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般(ybn)(ybn)规律 （1）采动程度 非充分采动时，角值随着开采面积的增大而减小；充分采动后，值基本趋于定值；地表移动稳定(wndng)后，角等于边界角0。（2）工作面推进速度 值随着工作面推进速度增大而增大。 掌握了超前影响规律，就可以在工作面推进过程中，确定(qudng)工作面在任意位置时的地表影响范围。 工作面推进过程中的超前影响4.影响超前影响角大小的因素 （3）采动次数 重复采动时的超前影响角比初次采动时小。第31页/共146页第三十一页，共147页。第二节 采动过程(guchng)(guchng)中的

24、地表移动和变形的一般规律 四、工作面推进过程(guchng)中的下沉速度（一）下沉(xi chn)速度的计算式中 Wm第m次测得的n号点的下沉量，mm； Wm+1第m+1次测得的n号点的下沉量，mm； t两次观测的间隔天数。单位，mm/d；（二）下沉速度的变化规律 在采动过程中，各点的下沉速度并不相等。将各点下沉速度绘制成曲线，称为下沉速度曲线。第32页/共146页第三十二页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形(bin (bin xng)xng)的一般规律 从图上可以看出：1在非充分采动时，随着采空区面积的增大，地表各点的下沉速度逐渐增大，最大下沉速度也增加。2在充分采动条件下，下

25、沉速度的最大值到达该地质采矿条件下最大值。下沉速度的最大值与工作面相对(xingdu)位置保持不变，这称为最大下沉速度滞后现象。 工作面推进过程中的下沉速度曲线(qxin)，横坐标表示为x，纵坐标表示为v(x)。1，2为非充分采动时下沉速度曲线(qxin)；3，4为充分采动时下沉速度曲线(qxin)。第33页/共146页第三十三页，共147页。第二节 采动过程中的地表(dbio)(dbio)移动和变形的一般规律 （三）最大下沉速度滞后距离和最大下沉速度滞后角 当地表达到充分采动后，在地表下沉速度曲线上，最大下沉速度总是滞后于回采工作面一个固定距离，这个固定距离称为最大下沉速度滞后距（The d

26、istance of delay），用L表示。这种现象称为最大下沉速度滞后现象。 把地表最大下沉速度点与相应的回采工作面连线，此线和煤层(micng)（水平线）在采空区一侧之夹角，称为最大下沉速度滞后角（The angle of delay) ，用 来描述。其公式如下： 最大下沉(xi chn)速度的点是地表移动最剧烈的点。掌握了地表最大下沉(xi chn)速度滞后角的变化规律，便可确定在回采过程中对应地表移动的剧烈区，这对采动地面保护具有重要的实践意义。第34页/共146页第三十四页，共147页。第二节 采动过程(guchng)(guchng)中的地表移动和变形的一般规律 初次(ch c)采

27、动： 重复(chngf)采动： 式中 D1工作面斜长，m； m采厚，m； 煤层倾角，(o)； Ho平均采深，m； c工作面推进速度，md。五、地表移动持续时间 下沉值最大的地表点从移动开始（下沉量达到10mm时刻）到地表移动停止（连续六个月内地表下沉量w30mm）的持续时间称为地表移动持续时间。（一）影响最大下沉速度的因素 我国一些矿区的实测资料表明，最大下沉速度与覆岩性质、推进速度、深厚比、采动程度有关。覆岩性质愈软、推进速度愈大，深厚比愈小，则下沉速度愈大。重复采动时的最大下沉速度比初次采动时大。第35页/共146页第三十五页，共147页。第二节 采动过程中的地表(dbio)(dbio)移

28、动和变形的一般规律 有些文献认为地表最大下沉速度与地表最大下沉值、开采(kici)深度、覆岩性质以及工作面推进速度有关，其经验公式为：式中 K下沉速度(sd)系数；V工作面推进速度(sd)，md； H0平均采深，m；Wmax本工作面地表最大下沉值，mm。我国部分煤矿地表下沉速度系数K实测值第36页/共146页第三十六页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形(bin (bin xng)xng)的一般规律 1开始阶段：从移动开始至下沉速度刚达到1.67mmd时刻止的阶段为移动开始阶段。2活跃阶段：下沉速度大于1.67mmd的阶段，也称危险(wixin)变形阶段。3衰退阶段：下沉速度刚小于

29、1.67mmd时起至地表移动稳定的阶段为移动衰退阶段。 地表(dbio)最大下沉点的下沉速度及下沉曲线（二）地表移动的三个阶段l第37页/共146页第三十七页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形(bin (bin xng)xng)的一般规律 地表(dbio)最大下沉点的下沉速度及下沉曲线 直线l反映整个移动过程中地表最大下沉(xi chn)点至各时刻工作面水平距离的变化关系。它与下沉(xi chn)曲线对照，可知地表最大下沉(xi chn)点的下沉(xi chn)速度的变化与工作面的位置之间的关系。当工作面推过该点一段距离后，该点的下沉(xi chn)速度才能达到最大。从而可求出滞

30、后距L，据下式可求得最大下沉(xi chn)速度滞后角。（三）最大下沉速度滞后角和滞后距求取l第38页/共146页第三十八页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般(ybn)(ybn)规律 六、工作面推进过程中地表移动(ydng)和变形的变化规律 当工作面停采后，水平移动仍在继续，最大水平移动值仍继续增加，直至地表(dbio)移动稳定为止。(二）倾斜变化规律 工作面推进过程中倾斜变化规律与水平移动变化规律基本相同。采动过程中地表水平移动曲线变化规律（一）水平移动的变化规律 随着工作面的推进，采空区面积不断增大，水平移动的最大值逐渐增大，水平移动值等于零的点随着工作面的推进而向前移

31、动。当达到充分采动时，开切眼一侧的水平移动渐趋稳定，水平移动值等于零的点不再向前移动。当达到超充分采动时，水平移动值等于零的区域扩大。第39页/共146页第三十九页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般(ybn)(ybn)规律 （四）水平变形的变化规律 回采工作面推进(tujn)过程中的地表水平变形变化规律与曲率变形变化规律基本相同。采动过程(guchng)中地表曲率变形曲线变化规律（三）曲率的变化规律 当工作面未到达充分采动时，在开切眼上方地表的最大凸曲率，由小到大逐渐增加，而最大凹曲率先由小到大逐渐增加，然后又由大变小。当地表达到充分采动时，在盆地中央曲率为零，盆地内出现两

32、个最大凹曲率点。当达到超充分采动时，曲率变形零值区不断扩大，形成一个区域。第40页/共146页第四十页，共147页。第二节 采动过程中的地表移动和变形(bin (bin xng)xng)的一般规律 在地表移动过程中只是移动和变形值由小到太逐渐发展，没有正负曲率变形互相交替变换及拉伸(l shn)和压缩变形互相变换的现象。采动过程中垂直于工作面推进方向的断面上下沉(xi chn)、水平移动和水平变形的变化规律（五）垂直于推进方向断面上地表移动与变形的变化规律第41页/共146页第四十一页，共147页。第三节地表下沉盆地稳定后全面积开采沉陷(chnxin)分布规律 在解决建筑物和铁路下采煤问题时，

33、由于建筑物和铁路往往不在地表下沉盆地主断面位置(wi zhi)上，按主断面计算方法计算不能满足要求，因此研究下沉盆地全面积开采的沉陷规律有其实际的意义。第42页/共146页第四十二页，共147页。第三节地表下沉盆地稳定后全面积开采(kici)沉陷分布规律xy0第43页/共146页第四十三页，共147页。第三节地表下沉盆地稳定(wndng)后全面积开采沉陷分布规律地表(dbio)下沉盆地下沉等值线一、下沉(xi chn)等值线 下沉(xi chn)等值线呈近似圆形分布，在圆形中心处下沉(xi chn)值最大，在同一方向上离中心愈远下沉(xi chn)值减小。第44页/共146页第四十四页，共14

34、7页。第三节地表下沉盆地稳定后全面积开采(kici)沉陷分布规律二、倾斜等值线 除了与点的位置有关外，还与给定方向有关。沿走向和倾斜方向的倾斜和水平移动(ydng)等值线全面积分布均为两组椭圆，实线的一组表示正值，虚线的一组表示负值。椭圆长轴方向与所指定的方向垂直。 第45页/共146页第四十五页，共147页。第三节地表下沉(xichn)盆地稳定后全面积开采沉陷分布规律三、水平移动等值线 与给定方向有关。沿走向和倾斜方向的倾斜和水平移动等值线全面积分布均为两组椭圆，实线的一组表示正值，虚线(xxin)的一组表示负值。椭圆长轴方向与所指定的方向垂直。第46页/共146页第四十六页，共147页。第

35、三节地表下沉盆地稳定后全面积开采(kici)沉陷分布规律四、曲率(ql)等值线 与给定方向有关。沿走向和倾斜方向的倾斜和水平移动等值线全面积分布均为四组椭圆，实线的一组表示正值，虚线的一组表示负值。椭圆长轴方向与所指定的方向垂直。第47页/共146页第四十七页，共147页。第三节地表下沉(xichn)盆地稳定后全面积开采沉陷分布规律五、水平变形等值线 与给定方向有关。沿走向和倾斜方向的倾斜和水平移动等值线全面积分布(fnb)均为四组椭圆，实线的一组表示正值，虚线的一组表示负值。椭圆长轴方向与所指定的方向垂直。第48页/共146页第四十八页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)沉陷

36、的影响 多年的实践经验表明，开采沉陷的分布规律取决于地质和采矿因素的综合影响。这些地质和采矿因素中，一类是人们无法对其产生影响的，称为自然地质因素；另一类为采矿技术因素。波兰一些学者曾对这些地质采矿因素进行了分类，如图所示。只有正确地认识和掌握这些因素的影响，才能合理有效地解决矿山(kungshn)生产中所遇到的实际问题，才能进一步地改进移动预计方法。第49页/共146页第四十九页，共147页。第四节地质采矿因素对开采(kici)沉陷的影响第50页/共146页第五十页，共147页。第四节 地质采矿因素(yn s)对开采沉陷的影响 开采沉陷的分布规律取决于地质和采矿因素的综合影响。本节主要说明下

37、列七种地质采矿因素对开采沉陷的影响。 1覆岩力学性质、岩层层位的影响； 2松散层对地表移动特征的影响； 3煤层倾角的影响； 4开采厚度(hud)与开采深度的影响； 5采区尺寸大小的影响； 6重复采动的影响； 7采煤方法及顶板管理方法的影响。第51页/共146页第五十一页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)(kici)沉陷的影响 一、覆岩力学(l xu)性质、岩层层位的影响 岩石可分为坚硬（f8）、中硬（f=38）和软弱（f3）三种类型。岩石力学(l xu)性质对层状矿体开采引起的岩层和地表沉陷影响很大。在大面积开采影响下，覆岩的移动和破坏有以下五种形式：1覆岩力学(l xu)性

38、质对覆岩移动和破坏的影响 （1）覆岩均为坚硬、中硬、软弱岩层或其互层，不存在极坚硬岩层，开采后容易冒落时，形成“三带”型变形，地表为连续性变形。 （2）覆岩中大部分为极坚硬岩层，覆岩产生切冒型变形，地表则产生突然塌陷的非连续变形。大面积暴露之后，矿柱的支撑强度不够，产生突然的破坏，地表移动剧烈。第52页/共146页第五十二页，共147页。第四节 地质(dzh)(dzh)采矿因素对开采沉陷的影响 （3）覆岩中均为极众弱岩层或第四纪土层，覆岩产生抽冒型变形(bin xng)，地表出现漏斗型塌陷坑。 （4）覆岩中仅在一定位置上存在厚层状极坚硬岩层，覆岩产生拱冒型变形(bin xng)，地表产生缓慢的

39、连续型变形(bin xng)。 （5）覆岩中均为厚层状极坚硬岩层，不发生任何冒落而发生弯曲变形(bin xng)，地表只发生缓慢的连续型变型。 2层位对地表移动和变形的影响 岩层对层位是指岩层之间的组合关系。层位对岩层和地表沉陷也有很大影响。如果有很厚的软岩层覆盖(fgi)于硬岩层之上，则硬岩层所产生的断裂及破坏将被软岩层所掩盖和缓冲，软岩层就像缓冲垫一样，使基岩的不均匀移动得到缓和。第53页/共146页第五十三页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 3覆岩力学性质对开采沉陷分布规律的影响(yngxing)（1）下沉曲线形状 顶板岩层愈坚硬，悬

40、顶距愈大，拐点偏移距愈偏向采空区一侧。（2）地表下沉值的影响(yngxing) 上覆岩层愈坚硬，地表下沉愈小。如果上覆岩层为第四纪土层为主，并且厚度大，则下沉系数接近于1。4覆岩性质对岩层和地表裂缝形成与特征的影响(yngxing) 若上覆岩层为塑性大的粘土，拉伸变形超过610mm/m，如果上覆岩层为塑性小的粘土，拉伸变形超过23mm/m 。第54页/共146页第五十四页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采沉陷(chnxin)(chnxin)的影响 5覆岩性质和层位对冒落带、导水裂隙带高度的影响 覆岩的破坏(phui)高度与覆岩的岩性及力学结构特征有密切的关系。 （1）对于坚硬坚硬型顶板(

41、从直接顶到老顶全为坚硬岩层)，导水裂缝带高度最大，一般可达采厚的1828倍。 （2）对于软弱软弱型顶板，稳定性差，导水裂缝带最大高度一般为采厚的912倍。 （3）对于软弱坚硬型顶板以及坚硬软弱型顶板，由于具体情况不同，导水裂缝带高度发展也是不同的。（下面看几个图例，再具体解释一下。）第55页/共146页第五十五页，共147页。煤层(micng)顶底板岩性拄状图第56页/共146页第五十六页，共147页。层序层序层序层序柱状柱状柱状柱状厚度厚度厚度厚度（m m m m）岩层岩层岩层岩层岩性岩性岩性岩性1 1 1 125.025.025.025.0沙土层沙土层沙土层沙土层风化层风化层风化层风化层风

42、积沙，砾石，风化层风积沙，砾石，风化层风积沙，砾石，风化层风积沙，砾石，风化层2 2 2 27.47.47.47.41 1 1 1-2-2-2-2煤层火烧区煤层火烧区煤层火烧区煤层火烧区3 3 3 31.11.11.11.1泥岩、炭质泥岩、煤线泥岩、炭质泥岩、煤线泥岩、炭质泥岩、煤线泥岩、炭质泥岩、煤线4 4 4 414.814.814.814.8老顶软基岩老顶软基岩老顶软基岩老顶软基岩14.9m14.9m14.9m14.9m较松散块状粉砂岩较松散块状粉砂岩较松散块状粉砂岩较松散块状粉砂岩5 5 5 50.10.10.10.1煤线煤线煤线煤线6 6 6 64.24.24.24.2老顶老顶老顶老

43、顶关键层关键层关键层关键层12.9m12.9m12.9m12.9m中粒砂岩中粒砂岩中粒砂岩中粒砂岩7 7 7 74.54.54.54.5砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩8 8 8 82.42.42.42.4粉砂岩粉砂岩粉砂岩粉砂岩9 9 9 90.30.30.30.3砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩101010101.51.51.51.5细砂岩细砂岩细砂岩细砂岩111111114.44.44.44.4直接顶直接顶直接顶直接顶砂质泥岩、泥岩、煤线砂质泥岩、泥岩、煤线砂质泥岩、泥岩、煤线砂质泥岩、泥岩、煤线121212124.04.04.04.0煤层煤层煤层煤层2 2 2 2-2-2-2-2煤层煤

44、层煤层煤层131313131.81.81.81.8底板底板底板底板砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩普采工作面煤系地层(dcng)典型柱状第57页/共146页第五十七页，共147页。冒落带裂隙(li x)带第58页/共146页第五十八页，共147页。冒落带裂隙(li x)带第59页/共146页第五十九页，共147页。第60页/共146页第六十页，共147页。工作面被压坏的液压支架(zhji) 第61页/共146页第六十一页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 二、松散层对地表移动特征的影响1.当基岩为水平或近似水平时，松散层移动形式和基岩移动形式

45、基本一致，水平移动呈对称分布。2.当岩层(yncng)倾斜时，水平移动指向上山方向量增大。基岩沿法向弯曲。水平移动均指向上山方向。由于摩擦力的作用，基岩移动带动松散层产生指向上由方向的水平移动。 当松散层很厚时，基岩移动产生的水平移动在松散层内传递时衰减而达不到地表。这时地表就只有由于松散层垂直弯曲而引起的水平移动。根据经验，当松散层厚度大于75Wmtg（Wm为地表最大下沉值，为煤层倾角）时，就不能到达地表。第62页/共146页第六十二页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 松散层对水平(shupng)移动的影响 （1）基岩移动引起的松散层水平

46、(shupng)移动曲线 （2）松散层垂直弯曲引起的松散层水平(shupng)移动曲线 （3）地表最终水平(shupng)移动曲线第63页/共146页第六十三页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)沉陷的影响 三、煤层倾角的影响(yngxing)1.对地表沉陷分布规律的影响(yngxing) 在水平和近水平煤层条件下，地表沉陷的分布对采空区是对称的，随着倾角的增大，这种对称性逐渐消失。2.对覆岩和地表的移动形式、破坏发展过程以及破坏分布状态的影响(yngxing)。 （ 1） 在 水 平 及 缓 倾 斜(qngxi)煤层(035)开采条件下：岩层移动形式主要为沿岩层的法向弯曲和崩

47、落。冒落带、导水裂缝带最终呈马鞍形，地表下沉盆地为对称的碗形和盘形。第64页/共146页第六十四页，共147页。第四节 地质(dzh)(dzh)采矿因素对开采沉陷的影响 （2）在煤层倾角在3554之间时：岩层(yncng)移动的形式除有法向弯曲外，还伴随有沿层面的剪切移动和岩石下滑，覆岩破坏部分呈抛物线形态，地表下沉盆地为四周非对称的碗形或盘形。第65页/共146页第六十五页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)(kici)沉陷的影响 （3）当煤层倾角在5475之间时：冒落到采空区内的煤和岩块，除了单块滚动外，还会成堆地沿煤层倾斜方向滑动。冒落带、导水裂缝带呈椭圆形，地表(dbi

48、o)下沉盆地则呈兜形或瓢形。第66页/共146页第六十六页，共147页。第四节 地质采矿因素(yn s)(yn s)对开采沉陷的影响 （4）当煤层倾角在7590之间时：底板岩层会产生滑移(hu y)，底板一侧的地表也会出现许多的裂缝或形成台阶状盆地。在煤层倾角接近90时，下沉盆地剖面形状又转为比较对称的碗形或兜形。第67页/共146页第六十七页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)(kici)沉陷的影响 3.对地表移动(ydng)参数的影响（1）对下山移动(ydng)角和下山边界角0的影响 随着煤层倾角的增大，地表移动(ydng)盆地在采区下山方向扩展更远，采区下边界的移动(yd

49、ng)角和边界角均减小。 即K1、k2随着(su zhe)矿区岩石强度的增大而增大。当煤层倾角6070时，、0不再随的增大而减小。第68页/共146页第六十八页，共147页。第四节 地质(dzh)采矿因素对开采沉陷的影响 （2）对最大下沉(xi chn)角的影响 90-k 式中K为系数。它与岩性有关，不同矿区K值有所不同。 当6070时，角不再随煤层倾角(qngjio)的增大而减小，而是随着煤层倾角(qngjio)的增大而增大但不大于90第69页/共146页第六十九页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采沉陷(chnxin)(chnxin)的影响 （3）对水平移动值的影响 随着煤层(micn

50、g)倾角的增大，向上山方向的水平移动值将增大。这在松散层对地表移动特征的影响中巳叙述过，不再详细介绍。这里仅简要地就最大水平移动值相对于最大下沉值的变化来说明煤层(micng)倾角的影响。 在水平和缓倾斜煤层(micng)开采时，一般地表最大水平移动值为 U。(0.30.4)W。急倾斜煤层(micng)开采，地表最大水平移动值可能大于地表最大下沉值。第70页/共146页第七十页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)(kici)沉陷的影响 四、开采厚度与开采深度的影响1.开采厚度的影响 开采厚度对上覆岩层及地表的沉陷过程的性质有重要的影响。采厚越大，冒落带、导水裂缝(li fng)

51、带高度越大，地表移动变形值也越大，移动过程表现得越剧烈，因此，移动和变形值与采厚成正比。第71页/共146页第七十一页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 2.开采深度的影响(yngxing) 随着采深的增加，地表各项变形值减小。可见，在其它条件相同的情况下，地表各项变形值是与采深成反比。一般用深厚比H/m来衡量。 开采深度还对地表最大下沉速度和移动持续时间有影响(yngxing)。开采深度较小时：地表下沉速度大，移动持续时间较短；开采深度较大时：地表下沉速度小，移动比较缓慢、均匀，而移动持续时间则较长。第72页/共146页第七十二页，共147

52、页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 五、采区(ci q)尺寸大小的影晌 采区尺寸的大小可影响(yngxing)地表的充分采动程度。充分采动程度常用宽深比DH来表示。我国实测资料表明（在一般情况下）： 式中 D1、D3：采空区沿倾向和走向的实际长度。 Ho平均采深。第73页/共146页第七十三页，共147页。第四节 地质采矿因素(yn s)(yn s)对开采沉陷的影响 充分采动程度还可用采动系数n1、n3来表示。/采动系数，就是采空区倾斜方向或走向方向的实际长度与地表(dbio)达到充分采动时相应方向上最小长度之比。/采动系数的计算公式以表示为： 式中

53、n1倾斜方向(fngxing)采动系数； n3走向方向(fngxing)采动系数； K1，K3小于1的系数，由实测资料确定。K1、K3主要与覆岩性质有关，一般是坚硬岩层时为0.7，中硬岩层时为0.8，软弱岩层时为0.9。第74页/共146页第七十四页，共147页。第四节 地质(dzh)(dzh)采矿因素对开采沉陷的影响 根据(gnj)nI和n2，可以判别地表是否达到充分采动： （1）n1I，n31：双向均为非充分采动； （2）n11，n31：倾向未达充分采动，走向已达超充分采动； （3）n1I，n21：倾向已达超充分采动，走向为非充分采动； （4）nI1，n3I：双向均达充分采动； （5）nl

54、I，n3I：双向均达超充分采动。第75页/共146页第七十五页，共147页。第四节 地质(dzh)(dzh)采矿因素对开采沉陷的影响 重复采动是指岩层和地表已经受过一次开采的影响而产生移动、变形和破坏之后，再一次经受开采（开采下部煤层，或下分层，或同一(tngy)煤层的下一个工作面）的影响，使得岩层和地表又一次受到采动，这种采动称为重复采动。第76页/共146页第七十六页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 重复采动时地表移动的特点：地表移动和变形分布及其参数值都和初次(ch c)采动有显著变化，即移动过程剧烈，地表下沉值增大，地表移动速度加大

55、等。 这种变化称为重复采动时岩层与地表移动过程的加剧。 重复采动对岩层和地表移动的影响有如下方面：第77页/共146页第七十七页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)(kici)沉陷的影响（一）连续的移动变形值增大 在同样的地质采矿条件下，如果是初次开采，引起的岩层和地表移动值相对来说比较小；如果是第二次或第三次或更多次的开采，引起的移动相变形值相对来说就比较大。 移动变形值增大的原因是岩层受到初次采动后在冒落带和裂缝带内有许多空隙，这些空隙在重复采动作用下，有一部分转化为地表下沉。所以，有人(yu rn)把初次采动后岩体内的这些空隙称为“潜在下沉”。 在重复采动作用下，这种“潜

56、在下沉”被重新“活化”而下沉，从而加剧了岩层和地表移动与变形。第78页/共146页第七十八页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响（二）非连续的破坏增加 在重复采动时，经受初次开采破坏的岩体可能进一步破碎，使岩层和地表的破环程度加剧，破坏范围加大，采深不大时地表还会出现裂缝，使地表不连续，甚至出现大断裂或台阶(tiji)。而且，地表的这种非连续破坏常常是突然出现的，对地面建筑物、铁路等危害极大。由此，在重复采动时要特别注意加强对地表非连续破坏的观测和整治工作。第79页/共146页第七十九页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)(ki

57、ci)沉陷的影响（三）使地表移动参数发生变化 复采时与初采时相比边界角减小510，移动角减小1015，地表下沉速度增加，移动持续时间缩短。 复采时工作面推进过程中的参数也有变化，比如(br)：起动距减小，超前影响角减小，最大下沉速度滞后角增大。第80页/共146页第八十页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 重复采动时下沉系数增大，其增大的机理，有的文献提出以下看法：煤层(micng)初次开采时形成的采出空间分三部分，第一部分是冒落带内岩石的碎胀；第二部分是上覆岩层在弯曲下沉过程中产生离层裂缝；第三部分是地表下沉。第81页/共146页第八十一页

58、，共147页。第四节 地质采矿因素对开采沉陷(chnxin)(chnxin)的影响 重复采动时，上覆岩层已经历过冒落、裂缝、弯曲、离层和下沉等移动和变形，岩层的原始状态遭到破坏，岩层强度减弱，可以认为整个岩层变“软”了。所以，当重复采动时，冒落带还没有得到充分发展，上覆岩层即迅速弯曲下沉，这样就使冒落带减小，地表(dbio)下沉值增大。 由于岩层比原始状态变“软”了，重复采动时岩层移动过程中产生的离层裂缝比初次(ch c)开采时要小，同时第一次开采时岩层内产生的离层裂缝又发生闭合，这种离层裂缝的闭合就引起地表下沉值的增大。第82页/共146页第八十二页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(

59、kici)(kici)沉陷的影响七、采煤方法及顶板(dngbn)管理方法的影响 开采实践证明，采煤方法和顶板(dngbn)管理方法是影响围岩应力变化、岩层移动、覆岩破坏的主要因素。目前在煤矿应用较为普遍的方法有长壁垮落法、长壁充填法和煤柱支撑法等。第83页/共146页第八十三页，共147页。第四节 地质采矿因素(yn s)(yn s)对开采沉陷的影响一、垮落法 垮落法（又称冒落法）是目前采用最普遍(pbin)、使覆岩破坏最严重的一种顶扳管理方法。采用垮落法管理顶板进行长壁工作面开采时，顶板岩石一般都要发生冒落和开裂性破坏，并在岩层内部成形“三带”。当深厚比较大时，能促使上覆岩层迅速而平稳地移动

60、，表下沉量达到最大，因而下沉系数也较大。第84页/共146页第八十四页，共147页。第四节 地质(dzh)(dzh)采矿因素对开采沉陷的影响二、充填法 用充填法采煤，对覆岩的破坏较小，一般只引起开裂性破坏而无冒落性破坏，能够减小地表移动量，并使地表移动和变形更为均匀。 充填法的效果主要与所采用的充填方法、充填材料、充填体的压缩率及顶板下沉速度(sd)有关。 采用不同的充填方法和充填材料，充填体的压缩率是不同的。水砂充填法充填体的压缩率最小；风力充填法充填体的压缩率较大；手工充填法的充填体压缩率最大。因而用不同的充填法进行开采对覆岩的破坏性影响也是不同的。第85页/共146页第八十五页，共147

61、页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)(kici)沉陷的影响三、煤柱支承法 煤柱支承法管理顶板，一般是在顶底板岩层比较坚硬的情况下采用。煤柱支承法常见的有条带法、房柱法和刀柱法等。 从影响覆岩破坏的观点来看，煤柱支承法管理顶板有两种情况： 第一种是保留的煤柱面积较大，煤柱能够支承住覆岩的全部重量，使其不发生破坏，如条带法、房柱法等。 第二种情况是保留的煤接面积较小，煤柱支承不住(b zh)顶板，如刀柱法等。当采空区扩大到一定范围后，刀柱被压垮，覆岩发生冒落性和开裂性破坏。在煤柱未能支承住顶板的情况下，覆岩破坏状况和最大高度几乎与垮落法管理顶板的效果是一样的，地表下沉量也明显增加。 第86页

62、/共146页第八十六页，共147页。（一）煤柱支承采煤方法分类 煤柱支承采煤方法根据煤柱的留设、回采特点可分为多种类型。（1）按照留设煤柱所起的作用可以分为： A.部分回采方式煤柱起永久支承作用，用以支撑上覆岩层，煤柱的尺寸(ch cun)根据具体情况确定。 B.全部回采方式回收大煤柱时，局部留小煤柱，小煤柱起临时支撑作用，以利安全采煤。回采后，小煤柱随即压垮，顶板及上覆岩层相继垮落。第四节地质(dzh)采矿因素对开采沉陷的影响第87页/共146页第八十七页，共147页。（2）按照是否回收房间煤柱，可分为： A.房式不回收房间煤柱； B.房柱式回收房间煤柱。（3）按照煤柱形状，可分为： A.切

63、块式方形或矩形煤柱； B.肋条式肋条形煤柱； C.条带式长条形煤柱。（4）按照工作面布置及顶板管理，可分为： A.房柱式房式，房柱式采煤方法(fngf)； B.短壁式介于柱式、壁式体系之间的采煤方法(fngf)。第四节地质采矿因素(yns)对开采沉陷的影响第88页/共146页第八十八页，共147页。 房柱式开采(kici)方法，在美国、澳大利亚、加拿大、印度、南非等国家已获得广泛应用。美国的井工开采(kici)，84%的煤是由这种采煤方法采出的。澳大利亚、印度等也均以柱式开采(kici)为主，长壁开采(kici)仅占10%左右。第四节地质采矿因素对开采沉陷(chnxin)的影响第89页/共14

64、6页第八十九页，共147页。（二）煤柱支承采煤方法的优点和缺点 与长壁式开采相比，煤柱支承采煤方法有如下主要优点： （1）设备投资少。一般一套房柱式采煤设备的价格为长壁综采的1/51/6。因此(ync)，房柱式采煤方法的设备投资较低。 （2）采掘合一，建设期短，出煤快。 （3）设备运转灵活，搬迁快。 （4）巷道压力小，便于维护，出矸量少。 （5）留煤柱控制顶板，有利于保护地表，减少地表治理费用。第四节地质采矿(cikung)因素对开采沉陷的影响第90页/共146页第九十页，共147页。 但是，煤柱支承采煤方法也存在以下缺点： （1）资源回收率比较低。在美国，采用传统的房柱式开采一般回收率为50

65、60%左右。在某些条件下，采用全部回收方式（现代房柱式）开采，回收率可达70%以上。目前，回采(huci)率低的缺点正在被克服。 澳大利亚采用汪格维里采煤方法，在采深300500m条件下，回采(huci)率达到80%以上。我国神府东胜矿区采用汪格维里采煤方法取得了较高的回采(huci)率，一般可达7585%。 （2）通风条件差。由于进回风巷道并列，通风构筑物多，漏风大。第四节地质采矿因素对开采(kici)沉陷的影响第91页/共146页第九十一页，共147页。第四节地质采矿因素(yns)对开采沉陷的影响 （三）全部回收方式（现代房柱式）开采 全部回收式房柱式采煤(ci mi)方法由于回收率高，在

66、国际上得到较快的发展。美国经过多年的不断改进，已经形成了以连续采煤(ci mi)机为中心的现代房柱式采煤(ci mi)方法。 50年代末期，在美国房柱式采煤(ci mi)方法的基础上，澳大利亚和南非引进美国连续采煤(ci mi)机，结合具体条件试验成功了一种采煤(ci mi)方法。在澳大利亚，这种采煤(ci mi)方法是首先在汪格维里煤层试验成功的，因此称为“汪格维里”（Wongawilli）采煤(ci mi)方法。在南非，类似的方法首先在西格玛矿试验成功，称为“西格玛”采煤(ci mi)方法。第92页/共146页第九十二页，共147页。第四节地质采矿因素对开采(kici)沉陷的影响 近年来，

67、以连续采煤机为核心的现代房柱式采煤方法在我国神府、东胜、黄陵等埋深不大的矿区得到推广应用，取得了月产上10万吨、回采率达到80%左右的良好效果。 “汪格维里”和“西格玛”采煤方法的采区区段划分和区段内煤柱切割及回收方式与传统房柱式采煤方法不同，煤柱回收后，顶板类似长壁工作面一样充分冒落，使房柱回采避开支承压力(yl)峰值区。 因此，这两种方法成为现代房柱式采煤方法的典型代表。第93页/共146页第九十三页，共147页。（四）煤柱支承采煤方法适用条件 （1）开采深度适中； （2）近水平薄及中厚煤层； （3）顶板中等稳定以上； （4）底板平整，不太软，且保持(boch)无积水。 （5）煤质较硬；

68、（6）瓦斯含量小； （7）煤层不宜自燃； （8）非近距离煤层组开采。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响第94页/共146页第九十四页，共147页。第四节地质采矿(cikung)因素对开采沉陷的影响（五）刀柱式长壁采煤方法 刀柱式长壁采煤方法，又称为长壁留煤柱支撑采矿方法。这种方法在山西雀儿山煤矿和陕西神木县大砭窑煤矿采用。目前，在我国陕北的神府和榆林地区采用还比较广泛(gungfn)。 刀柱式长壁采煤方法，其工作面一般采用长壁式布置，工作面长度一般150m左右。当工作面推进到直接顶的极限垮落步距时停采，留煤柱控制顶板，所留煤柱称为控顶煤柱。 根据顶板条件，

69、开采条带推进距离一般814m，煤柱尺寸小于一次连续推进距离，一般在68m。依次类推，当工作面推进到煤柱支撑顶板的采区极限范围后，留20m左右的隔离煤柱，分割顶板垮落区，防止大面积垮落。第95页/共146页第九十五页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响（六）条带开采法 在我国煤拄支撑常采用条带开采法，它的实质(shzh)是采一条，留一条，用留下的煤柱来支撑顶板。第96页/共146页第九十六页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采沉陷(chnxin)(chnxin)的影响 条带开采只要尺寸选得合适，地表不会出现波浪形下沉(xi chn)盆地，而是

70、出现单一平缓的下沉(xi chn)盆地。其它变形的分布规律与全采（不留条带全部采出）相似。 力学模型分析与实测结果说明，当开采宽度小于I3采深时，地表不会出现波浪形下沉(xi chn)盆地，而呈现单一的下沉(xi chn)盆地。（见下页图示。）第97页/共146页第九十七页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采沉陷(chnxin)(chnxin)的影响第98页/共146页第九十八页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响（3）条带煤柱应力分布变化(binhu)的一般规律 条带煤柱应力分布变化(binhu)的一般规律大体可以分为七个阶段： （a）回

71、采之前，煤层受上覆岩层均布载荷；第99页/共146页第九十九页，共147页。第四节 地质采矿因素(yn s)(yn s)对开采沉陷的影响 （b）煤柱一侧采空，煤柱边缘出现小的塑性区，形成支承(zh chn)压力，支承(zh chn)压力峰值不大于煤柱的极限强度。第100页/共146页第一百页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 （c）煤柱两侧采空，若煤柱具有足够的宽度和强度(qingd)，保持稳定支撑状态，煤柱上的应力分布为“马鞍形”。煤柱两侧均有一定宽度的的塑性区，煤柱边界支撑能力为零，峰值应力不大于煤柱极限强度(qingd)。第101页/共

72、146页第一百零一页，共147页。第四节 地质(dzh)(dzh)采矿因素对开采沉陷的影响 （d）受周围(zhuwi)其它条带采动影响，煤柱两侧塑性区扩展，煤柱核区应力上升但小于峰值应力，峰值应力达到煤柱极限强度，应力分布仍然为“马鞍形”，此时称为“极限马鞍形”分布。第102页/共146页第一百零二页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 （e）随着充分采动程度的增加，煤柱两侧塑性区进一步扩大，核区中心(zhngxn)应力达到煤柱极限强度，核区应力形成平台形分布。此时，如果核区中心(zhngxn)应力稍有上升，煤柱将迅速失稳，故“平台形”应力分布

73、是煤柱由稳定向失稳转过渡的标志。第103页/共146页第一百零三页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 （f）煤柱开始屈服，两侧塑性区连通，煤柱失去核区，支撑能力迅速下降。煤柱核区中心应力(yngl)小于原始煤柱极限强度，应力(yngl)分布形态呈现“拱形”。第104页/共146页第一百零四页，共147页。第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 （g）煤柱以蠕变状态继续破坏，支撑能力继续下降，核区应力小于原岩应力，拱形(n xn)应力呈瘫软式下降，直至煤柱被压溃。第105页/共146页第一百零五页，共147页。

74、第四节 地质采矿(ci kung)(ci kung)因素对开采沉陷的影响 对于控顶煤柱，由于煤柱宽度小，煤柱的应力分布应当 (yngdng)为 平台型比较合理。从控顶煤柱优化设计角度，可以采用煤柱“平台形”应力分布为临界条件，确定煤柱的载荷，本方法称为“平台载荷法”。（4）条带煤柱的载荷(zi h) 煤柱“平台形” 临界体积载荷分布第106页/共146页第一百零六页，共147页。第四节 地质(dzh)(dzh)采矿因素对开采沉陷的影响 假设煤柱四周的塑性区宽度相同，采区上覆岩层自重由采区煤柱承担(chngdn)，煤柱附加垂直应力分布符合体积载荷平衡原理，有如下体积载荷平衡关系： 式中：Vp煤柱

75、塑性区的体积载荷，kg; Vc煤柱核区的体积载荷，kg; Vz由煤柱支撑的覆岩载荷，kg。第107页/共146页第一百零七页，共147页。第四节 地质采矿因素对开采(kici)(kici)沉陷的影响 大量的研究表明，条带开采通过煤柱向底板传递载荷，会导致煤柱基础产生不同程度的下沉。煤柱间相对沉降差值的大小与煤柱的绝对沉降值相比，对于顶板破坏的影响更加明显。 煤柱的不均匀沉降将引起部分(b fen)煤柱首先卸载，其载荷发生转移，导致其它煤柱载荷升高而逐渐破坏，最终导致顶板失稳。 因此，设计煤柱时要保证煤柱的形状、尺寸和分布的规则性。第108页/共146页第一百零八页，共147页。第五节 复杂地质

76、(dzh)条件对地表沉陷的影响 在地质条件复杂（如断层、褶曲、山区条件下开采和露天矿等）的情况下，地表移动和变形分布的正常规律被改变，表现出特殊的规律性。本节主要就断层、向斜构造和山区开采的岩层移动问题进行讲述(jingsh)。目前，在这些方面研究得还很不够，尚有待于今后进一步深入探讨。第109页/共146页第一百零九页，共147页。 一、断层对开采沉陷规律的影响（一）断层对开采沉陷的影响 如果所采煤层的上覆岩层中有断层存在，这就可能引起断层的上下盘沿断层面相对移动。当断层倾角大于20，断层落差大于10m时，断层对开采沉陷影响明显。主要表现在两方面：一是断层露头处地表产生台阶状裂缝(li fn

77、g)；二是改变沉陷的影响范围。下面分别说明在垂直断层走向和沿断层走向的剖面上的影响情况。第五节复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)的影响第110页/共146页第一百一十页，共147页。第五节 复杂地质(dzh)(dzh)条件对地表沉陷的影响1在垂直断层走向的剖面上 根据断层面倾角和工作面基岩(j yn)移动角之间的相对关系分三种情况： （1）断层面倾向和工作面基岩(j yn)移动角倾向一致，断层面倾角小于基岩(j yn)移动角。 此时，断层位于工作面影响范围之外。在采空区上方岩层移动过程中，在某些因素影响下促使断层面的极限平衡道到破坏时，则岩层沿着断层面发生滑动，其结果在断层露头处地表产生台

78、阶，同时地表移动范围增大。第111页/共146页第一百一十一页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)(chnxin)的影响第112页/共146页第一百一十二页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表(dbio)(dbio)沉陷的影响（2）断层面倾向与基岩移动角倾向一致，断层面倾角大于基岩移动角。 此时整个断层位于工作面开采(kici)后的覆岩移动范围内。当井下工作面开采(kici)后，由于断层两侧的岩层在移动过程中发生滑动，致使断层露头处地表很快形成台阶，所形成的台阶与台阶的高差一般也大于第一种情况的台阶。同时，采空区上方地表移动范围缩小。第113页/共146页第一百一十

79、三页，共147页。第五节 复杂地质(dzh)(dzh)条件对地表沉陷的影响第114页/共146页第一百一十四页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)(chnxin)的影响（3）断层面倾向(qngxing)与工作面移动角倾向(qngxing)相反 当井下工作面回采后，上覆岩层发生移动(ydng)，由于在ab处岩层不连续，采空区上方岩层移动(ydng)变形一般不能传递到a，而终止于ab附近。于是，露头处（a处）产生宽度较大的台阶状裂缝，移动(ydng)范围缩小。 此时，断层面与移动角的影响线相交，断层面的上部位于工作面的采动影响范围内，断层面的下部位于工作面的采动影响范围外。

80、第115页/共146页第一百一十五页，共147页。例如：枣庄矿务局枣庄煤矿4113工作面中通过横五断层。横五断层落差2030m，断层面倾角70，断层倾向与该处岩层(yncng)移动方向相反。当工作面推进到断层附近时，断层露头(lu tu)处地哀很快就出现台阶状裂缝，台阶落差达0.2m，位于台阶处的房屋遭到严重破坏（如右图所示）。第116页/共146页第一百一十六页，共147页。第五节 复杂地质条件(tiojin)(tiojin)对地表沉陷的影响2在沿断层走向的剖面上 在沿断层走向的剖面上，断层露头(lu tu)处的台阶是以主断面为中心向两侧逐渐变小，断层的破坏作用逐渐衰减。其影响范围l按下式计

81、算： lH0ctg0 式中 l为影响(yngxing)范围； H0为平均采深； 0为走向边界角。第117页/共146页第一百一十七页，共147页。第五节 复杂(fz)(fz)地质条件对地表沉陷的影响（二）断层对地表移动与变形产生影响的原因 断层对地表移动变形产生影响的原因在于断层带处岩层的力学强度大大低于周围岩层的力学强度。 由于采动引起的应力的集中作用，致使断层露头处成为岩层变形集中的有利位置。在上覆岩层发生移动与变形的同时，岩层还沿着(yn zhe)断层面发生滑动，于是在断层露头处的地表就出现台阶状的破坏。 同时，由于断层的变形集中作用，也使盆地内移动与变形的正常分布发生改变。在断层露头处

82、的地表变形加剧，大大超过其正常值，位于断层露头两侧附近的地表变形变得缓和小于其正常值。第118页/共146页第一百一十八页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表(dbio)(dbio)沉陷的影响 利用断层对地面影响的规律(gul)，可指导地面建筑物的合理布置。 也就是说，在断层露头位置禁止修建新的建筑物，在断层带上的原有的建筑物，一般不采取加固措施而进行拆除， 而在断层露头两侧地表的变形缓和地带，则对建筑物影响很小，原有建筑物可进行加固，也可盖新的建筑物。第119页/共146页第一百一十九页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表(dbio)(dbio)沉陷的影响（三）台阶的特征与大小1台阶

83、形成的过程 断层影响最初反映到地表的是裂缝，裂缝逐渐增大而成槽沟，随着(su zhe)开采强度的增大，在断层露头处靠近采区一侧的地表下沉和水平移动相应加剧，逐渐形成向采空区方向的台阶。第120页/共146页第一百二十页，共147页。第五节 复杂地质(dzh)(dzh)条件对地表沉陷的影响2台阶下错的方向 一般情况下台阶下错总是(zn sh)朝向正在开采的采空区方向，当工作面邻近老采空区时，台阶下错有可能朝向老采区的方向。 3影响台阶大小的因素 我国一些(yxi)矿区的资料表明，断层露头台阶的大小受下列因素的影响： 第121页/共146页第一百二十一页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷

84、(chnxin)(chnxin)的影响 （1）在地表(dbio)下沉盆地中断层露头台阶，距最大下沉点近时，落差大，距最大下沉点远时，落差小。 （2）断层面倾角大时，落差大；倾角小时，落差小。 （3）断层落差大时，台阶落差大；断层落差小时，台阶落差小。 在开采深度小于500m的情况下，断层落差大于810m时，可能出现台阶；断层落差小于810m时，或不出现台阶，或出现落差很小的台阶。 （4）最大下沉值大时，台阶落差大；最大下沉值小时，台阶落差小。第122页/共146页第一百二十二页，共147页。第五节 复杂地质条件(tiojin)(tiojin)对地表沉陷的影响4台阶尺寸的估算 台阶尺寸是台阶的高

85、差（落差）与宽度(kund)（缝宽），它反映该处地表变形的剧烈程度。因此，正确计算台阶尺寸是很重要的。下面是据实际资料求得的经验公式：式中 W台阶高度（台阶落差(luch)或下沉差）； b系数，0.00005； A开采煤层的截面积，m2。（1）第123页/共146页第一百二十三页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表(dbio)(dbio)沉陷的影响（2）式中 W台阶高度（台阶落差(luch)或下沉差）； 断层倾角； k断层影响系数（P107）； Wm地表下沉盆地内最大下沉值，mm； l地表下沉盆地半盆地长，m； x断层露头到最大下沉点的距离，m。 第124页/共146页第一百二十四页，共1

86、47页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)(chnxin)的影响（3）式中 U台阶的水平移动差（即，台阶宽度(kund)）； W台阶高度（台阶落差或下沉差）； F断层面倾角。第125页/共146页第一百二十五页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)(chnxin)的影响二、有向斜构造时的地表移动特征 向斜上方地表会出现台阶。台阶的位置与出现的时间、采空区位置、煤层倾角(qngjio)、岩体和煤层磨擦角以及向斜轴埋深等因素有关。第126页/共146页第一百二十六页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)(chnxin)的影响1两翼倾角(qng

87、jio)、1小于最弱接触面的磨擦角 最弱接触面：煤层与顶板或岩层的物理力学性质有明显变化的层分界面。 地层的移动(ydng)规律与开采单斜煤层时完全相同，只是在向斜轴露头部分产生台阶状裂缝。第127页/共146页第一百二十七页，共147页。第五节 复杂地质(dzh)(dzh)条件对地表沉陷的影响2两翼(lingy)倾角、1大于最弱接触面的磨擦角 开采A 、A1部分时，岩层移动都不波及对方岩层，地表移动规律与单斜开采相同。 上山方向(fngxing)可能产生台阶，台阶的落差不大于最大下沉值的1/7。 当采区边界上山深度大于HB时，可能不出现台阶。第128页/共146页第一百二十八页，共147页。

88、第五节 复杂地质条件(tiojin)(tiojin)对地表沉陷的影响 HS 可按下表确定(qudng)； n开采煤层的层数。第129页/共146页第一百二十九页，共147页。第五节 复杂(fz)(fz)地质条件对地表沉陷的影响在开采a1点以下煤层(micng)时，在OE段可能产生台阶。当开采到g点以下 煤 层 (micng)时，向斜另一翼上方的岩层全部采动影响，尤其在A点可能产生台阶。g点位置可由L和d来确定。L点可根据H来确定。第130页/共146页第一百三十页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)(chnxin)的影响3而1 AO1段的开采不可能引起另一翼沿软弱面的移

89、动而开采另一翼BO1时，g点以上煤层开采与一般单斜开采相同，g点以下AO区域内可能出现台阶(tiji)，g点可按上次方法得到。第131页/共146页第一百三十一页，共147页。第五节 复杂地质条件(tiojin)(tiojin)对地表沉陷的影响三、山区地表移动(ydng)及变形特征 开采影响下的山区地表移动(ydng)规律与平地的移动(ydng)规律有明显的不同。山区采动地表的移动(ydng)除了有一般的地表移动(ydng)形式外，还可能有两种形式：一种是滑坡；一种是滑移。 滑坡指的是该地区本来就存在滑坡条件或有古老滑坡，由于开采影响诱发滑坡或引起新的滑动。这种滑坡的移动(ydng)量和移动(

90、ydng)速度都较大，移动(ydng)方向不一定指向山坡下方。在多雨且坡度较大的山区，这种滑坡可能形成泥石流。开采引起的滑坡是属于工程地质和水文地质的问题，应采取工程地质和水文地质手段来解决。 第132页/共146页第一百三十二页，共147页。第五节 复杂地质(dzh)(dzh)条件对地表沉陷的影响 滑移指的是开采引起(ynq)的地表移动过程中表土层或风化层在重力分量的作用下沿山坡向下的缓慢滑动。它是与采动沉陷过程同时发生的，其移动量、移动方向和移动范围取决于地表倾角、倾向、移动盆地位置及附近的微地貌。 一般来说，这种滑移的移动量和移动速度与采动影响的大小有关，且滑动方向总是指向山坡的倾斜方向

91、。开采引起(ynq)的山坡表土层或风化层在采动沉陷过程中的滑移属于地表移动范畴，是山区地表移动最普通的现象。下面讨论不发生滑坡的山区地表移动特征和滑坡对工程的影响。第133页/共146页第一百三十三页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)(chnxin)的影响（一）山区地表移动特征(tzhng)1.山区地表移动除了有向采空区移动的分量外，还有向山坡下方滑移的分量。 在缓倾斜煤层条件下，山区地表滑移主要发生在风化表土层内，因而在基岩与风化表土层接触面上有较大的错动。 第134页/共146页第一百三十四页，共147页。第五节 复杂(fz)(fz)地质条件对地表沉陷的影响2由于

92、坡度变化和地形起伏导致出区滑移(hu y)产生波动。 在山坡上，因拉（推）应力作用产生向下坡方向的滑移(hu y)，进而引起向下坡方向的水平移动和下沉。 在坡间平地或山谷地带，由于滑移(hu y)形成挤压，结果使地表上升。实际观测资料表明，山间平地或沟谷处的最终下沉值，比相同件下平地的下沉值要小。 第135页/共146页第一百三十五页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表(dbio)(dbio)沉陷的影响3山区的水平移动与平地的水平移却有明显的不同。 由于地表的倾向和倾角不同，水平移动曲线形状有很大差异，可分为四种情况。现在仅就沿走向半盆地上，地质采矿条件(tiojin)基本相同的情况分别进

93、行介绍：第136页/共146页第一百三十六页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表(dbio)(dbio)沉陷的影响地表倾向与下沉盆地倾向相同时，半盆地的水平移动全为正值，但数值比一般平地(pngd)条件下的数值大，且盆地中心处不为零。第137页/共146页第一百三十七页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表(dbio)(dbio)沉陷的影响地表倾向与下沉盆地倾向相反时，可呈两种情况： 地表倾角较大时，半盆地的水平移动(ydng)全为负值，且愈向盆地中心负值愈大，如ua曲线。 地表倾角较小时，拐点附近水平移动可能出现正值，其它位置上仍为负值(f zh)，如ub曲线。第138页/共146页第

94、一百三十八页，共147页。第五节 复杂地质(dzh)(dzh)条件对地表沉陷的影响地表坡度在数值和方向上都有变化时，水平移动也有相应的变化。地表倾向与下沉盆地倾向相同时，水平移动正向递增(dzng)（向右移）；倾向相反时，水平移动负向递增(dzng)（向左移），其增减幅度与地表倾角成正比。第139页/共146页第一百三十九页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)(chnxin)的影响观测线与地面等高线方向一致时，水平移动规律与平地条件下的相似(xin s)，但水平移动系数b偏小。第140页/共146页第一百四十页，共147页。第五节 复杂地质条件对地表沉陷(chnxin)

95、(chnxin)的影响4.山区地表的移动范围一般都比平地的大。 由于滑移引起(ynq)的水平移动、水平变形及移动边界接近平地或沟谷时地表上升。 其增大的范围，下坡方向约0.51.0r，上坡 (shn p)方 向 为0.20.5r（r为主要影响半径），反映在移动角上（上、下），下坡方向约减小2025，上坡(shn p)方向约减小510。第141页/共146页第一百四十一页，共147页。第五节 复杂(fz)(fz)地质条件对地表沉陷的影响（二）滑坡对地面建筑物和井巷工程的影响 在山区，由于采动影响，不但引起地表下沉，而且还诱发滑坡。这类滑坡，能对工业和民用建筑物的安全(nqun)造成威胁。 滑坡的

96、成因：要形成滑坡，必须(bx)具备斜坡、薄弱面和临空面三个条件，缺一不可。第142页/共146页第一百四十二页，共147页。第五节 复杂地质条件(tiojin)(tiojin)对地表沉陷的影响第143页/共146页第一百四十三页，共147页。思考题 1.水平煤层（或沿煤层走向主断面）非充分(chngfn)采动时地表移动盆地主断面内下沉曲线特征? 2.缓倾斜煤层以及急倾斜煤层开采沉陷的分布规律 3.什么叫起动距？ 4.什么叫超前影响、超前影响角,超前影响距? 5.工作面推进过程中（又称动态）地表移动变形分布规律； 6. 简述简单地质条件和复杂地质条件下的地表移动变形分布规律。 第144页/共14

97、6页第一百四十四页，共147页。第145页/共146页第一百四十五页，共147页。感谢您的欣赏(xnshng)！第146页/共146页第一百四十六页，共147页。内容(nirng)总结地表沉陷规律是指地下开采引起的地表移动和变形的大小、空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。判别(pnbi)：水平煤层开采时的采动程度可用走向充分采动角3来判别(pnbi)。这种现象称为最大下沉速度滞后现象。（4）nI1，n3I：双向均达充分采动。目前在煤矿应用较为普遍的方法有长壁垮落法、长壁充填法和煤柱支撑法等。垮落法（又称冒落法）是目前采用最普遍、使覆岩破坏最严重的一种顶扳管理方法。感谢您的欣赏第一百四十七页，共147页。