开采沉陷知识总结Word文档格式.docx

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充分采动或接近充分采动的情况下，下沉值最大的地表点从移动开始到移动稳定所持续的时间。

移动角（下山、上山移动角）：

在充分采动或接近充分采动的条件下，（在倾向主断面上）地表移动盆地主断面上三个临界变形值中最外的一个临界变形值点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧（向下山、上山方向）的夹角。

走向（倾向）采动程度系数（）：

表示走向（倾向）不是充分采动时使倾向（走向）主断面上移动或变形值减小的倍数。

采动系数：

采空区倾斜方向或走向方向的实际长度与地表达到成分采动时相应方向上最小长度之比。

充分采动角：

在充分采动条件下，在地表移动盆地的主断面上，移动盆地平底的边缘（在地表水平线上的投影点）和同侧采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。

最大下沉角：

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（在地表水平面上的投影点）的连线与水平线之间在煤层下山方向一侧的夹角。

开采影响传播角：

倾斜煤层开采时，拐点不是位于计算边界的正上方，而是向下山方向偏移。

偏移后的拐点与同侧计算边界的连线与水平线在下山方向一侧的夹角。

开采沉陷预计：

对一个计划进行的开采，在开采进行以前，根据其地质条件和选用的预计函数，参数，预先计算出受此开采影响的岩层和地表的移动和变形的工作。

预计参数：

预计函数中用到的一系列数据，这些参数是根据所预计的那个开采的地质采矿数据和因数确定。

概率积分法：

是因其所用的移动和变形预计分工中含有概率积分而得名。

开采沉陷的模拟研究方法：

是把岩体抽象简化成某一种理论或物理的模型，对模型中的煤层模拟实际情况进行“开采”，通过计算或观测模型中岩体由于开采引起的移动和变形，来研究开采沉陷规律或解决与开采沉陷有关的实际工程问题的一种方法。

相似常数：

两相似系统某一种对应量比值为一常数，此常数为这种量的相似常数。

相似准数：

两相似系统间的数量关系或特征。

单值条件：

将一个具体现象与同类现象中其他现象相区别的具体条件，也就是将普通现象的通解转变为具体现象的特解的具体条件。

保护煤柱：

指专门留在井下不予采出的，旨在保护上方岩层内部和地表的上述保护对象不受开采影响的那部分煤炭。

围护带：

建筑物周围的受保护范围。

条带开采：

将被开采的煤层划分为比较正规的条带形状，采一条留一条，使留下的的条带煤柱足以支撑上覆岩层的重量，而地表只产生较小的移动和变形。

防水安全煤岩柱：

在水体底界面至煤层开采上限之间所留设的防水中的水溃入井下的煤和岩层块段。

安全煤岩柱：

在煤层至水体底面垂直距离很近的条件下，必须在水体和煤层开采上限之间留设一定垂深的岩层块段和煤层。

防塌煤岩柱：

在松散粘土层和已经疏干的松散含水层底界面与煤层开采上限之间为防止泥砂塌入采空区而保留的煤和岩层块段。

防砂煤岩柱：

在松散弱含水底界面至煤层开采上限之间为防止流沙溃入井下而保留的煤和岩层块段。

典型曲线法：

是一种用无因次的典型曲线表示移动盆地主断面上的移动和变形的方法。

负指数函数法：

使用负指数函数表示地表下沉剖面函数的方法。

主要影响半径：

将x=+-r的地表点与煤壁相连，其连线与水平线之间所夹的锐角。

半盆地长：

最大下沉点至下沉盆地边界的平距。

类比法：

时把与本矿区煤田特征和开采条件相似的矿区的参数作为本矿区的参数。

垂直剖面法：

作沿煤层走向和倾向的垂直剖面，在剖面图上确定煤柱边界宽度，并投影到平面图上而得保护煤柱边界的方法。

垂线法：

先作受保护面积边界的垂线，利用公式计算垂线长度，再在平面图上量出垂线长度，从而确定保护煤柱边界的方法。

全柱开采：

就是在受保护对象的范围内，有限制的进行大面积全面开采，并在煤柱内部形成开采边界，以最大限度的减少开采对受护建筑物的有害影响。

协调开采：

利用两个煤层同时开采所产生的地表变形相互抵消的原理。

地下水：

赋存在地球岩石圈中，积聚在岩石空隙中的水。

潜水位：

潜水面上任意点的绝对标高。

承压水：

一般充满与两个隔水层之间并承受净水压力的水。

不需要维修能保证建筑物正常使用所允许的地表最大变形值称为～

临界开采面积：

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—岩体向下移动，不产生脱落。

特点：

出现裂缝或断裂，但保持层状形式和连续性。

（2）冒落—岩体部分下落，向下移动的现象。

不在保持其原有的层状性，岩体积增大。

（3）片帮—采空区边界矿体在支撑压力的作用下，一部分被挤向采空区的现象。

（4）底板的隆起—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—特点：

上山垮落岩石充填下山采空区，因而上山移动增加，下山移动减少。

（6）岩石沿层面滑移—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。

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—垮落带高度；

m—采出矿层厚度；

K—岩石碎胀系数；

α—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。

特征：

（1）岩体内裂隙多，但仍保持层状结构

（2）裂隙带高度与岩性密切相关：

硬，高，软，低

冒落带+裂缝带=冒落裂缝带（导水裂隙带）软弱岩石：

9～12m（m为开采厚度）；

中硬岩石：

12～18m；

坚硬岩石：

18～28m。

弯曲带

弯曲带指的是裂缝带之上直至地表的整个岩系。

1）保持整体性和层状结构，2）移动过程连续而有规律，不存在或极少存在离层裂缝。

3）在竖直面内，各部分的移动值相差很小。

4）H弯＞＞H裂（当H大时）

三者的关系：

从采空区往上：

冒落带→裂缝带→弯曲带H小，m大时，可能只有冒落带和裂缝带条带、充填开采时，无冒落带或断裂带，只有弯曲带

4.岩层移动典型图示：

近水平煤层—层状弯曲，倾斜煤层—层状弯曲并沿层面向下滑移，急倾斜煤层—煤层底板发生移动。

急倾斜煤层—上盘岩层以悬弯曲形式移动岩，层沿层面错动，岩层在露头出形成台阶状盆地

5．地表移动和破坏的形式：

地表移动盆地，裂缝及台阶，塌陷坑

6．静态地表移动盆地三个区域：

移动盆地中间区域，移动盆地内边缘区，移动盆地外边缘区。

7．移动主断面特征是在主断面上地表移动盆地的范围最大；

地表移动的最充分移动量最大。

8．移动盆地内移动和变形的指标：

下沉，倾斜，曲率，水平移动，水平变形

1、下沉地下水位低时，均匀下沉对建筑物无影响地下水位高时，对建筑物有影响

2、倾斜

（1）对高而底面积小的建筑物影响大建筑物内应力重分布→建筑物破坏、倒塌

（2）使排水系统坡度变化（3）使公路、铁路坡度变化

3、曲率正曲率：

顶部开裂，裂缝上宽下窄，倒八字裂缝

负曲率：

底部开裂，裂缝下宽上窄，正八字裂缝和水平裂缝

4、地表水平变形使建筑物基础受拉或受压

5、建筑物临界变形值

对建筑物有影响的变形主要有：

倾斜、曲率、水平变形

根据长期的观测得到：

i=3mm/mk=0.2mm/m2ε=2mm/m作为标准，大于这些值，建筑物损害，小于这些值，建筑物不损害，因而称为临界变形值。

9．观测站类型按观测站设置地点不同可以分为:

地表移动观测站，岩层内部观测站，专门观测站。

按时间长短：

普通观测站与短期观测站。

按布网形式：

网状观测站、剖面线状观测站。

设计原则：

观测线的位置应设在主断面上；

观测线的长度一定要大于移动范围；

设站地区在观测期间不受邻近开采的影响；

测点密度要适当，视开采深度和设站目的确定密度；

控制点要设在移动范围之外，不受开采影响；

设在移动范围内的观测点与地表同步移动。

将被开采的煤层。

地点选择：

依设站目的，从简单条件到复杂条件。

设计方法：

确定观测站位置；

观测线长度的确定；

测点数目及密度。

观测工作：

连接测量；

全面观测；

日常观测工作（只测水准）地表移动时间：

在充分采动或接近充分采动的情况下，下沉值最大的地表点从移动开始到移动稳定所持续的时间，称为地表移动持续时间用T表示。

开始阶段：

下沉量达到10MM的时刻，此时移动开始速度达到1.67MM/D；

活跃阶段：

下沉速度大于1.67MM/D时的阶段，危险变形阶段；

衰退阶段：

下沉速度刚小于1.67MM/D时起至六个月内下沉累计不超过30MM时止的阶段。

10．开采沉陷预计的内容：

（1）地表移动变形值预计

（2）岩体内部移动变形值预计（3）建筑物移动变形值预计（4）多工作面多煤层开采时岩层和地表变形预计11．开采沉陷预计方法的途径：

基于实测资料的经验方法；

理论模拟法；

影响函数法。

12.开采沉陷研究方法：

模拟研究法，实测研究法13.相似材料模拟方法的实质：

根据相似原理，将矿山岩层以一定比例缩小，用相似材料做成模型，然后在模型中模拟煤层开采，观测模型上岩层的移动和破坏的情况，根据模型上出现的情况分析，推测实地岩层所发生的情况。

14.两系统相似，归纳起来基本上是三类：

几何相似。

运动学相似。

动力学相似15.保护煤柱留设方法：

垂直剖面法；

垂线法；

数字标高投影法。

16.地表移动和变形引起的建筑物裂缝：

斜裂缝，墙身顶部书香裂缝，窗台墙上竖向裂缝，勒脚上竖向裂缝，窗间墙上水平裂缝，砖过梁上竖向裂缝。

17.正曲率引起倒八字裂缝，负曲率引起正八字裂缝18.条带开采的类型：

走向条带与倾斜条带；

冒落条采和充填条采；

定采留比条采和变采留比条采19.矿区水体大致分为：

地表水和地下水20.煤层倾角对覆岩破坏的影响：

水平煤层及缓倾斜；

开采倾斜煤层；

开采急倾斜煤层21.解决水体下采煤问题措施：

采矿措施，建筑结构措施22.水体处理措施：

疏降水体；

处理水体补给来源23.建筑下采煤防护措施：

采矿措施，建筑结构措施24.地表移动和破坏形式：

地表移动盆地、裂缝及台阶、塌陷坑。

25.开采空间周围岩层的移动形式：

弯曲、岩层的垮落（冒落）、煤的挤出（片帮）、岩石沿层面的滑移、垮落岩石的下滑（或滚动）、底板岩层的隆起。

三、简答题

1.什么是开采沉陷预计，其目的是什么？

（P116）

（1）对一个计划进行的开采，在开采进行以前，根据其地质采矿条件和选用的预计函数、参数，预先计算出受此开采影响的岩层和（或）地表的移动和变形工作，称为开采沉陷预计。

（2）开采沉陷预计对开采沉陷理论的研究和生产实践都有重要意义。

①在理论研究生的作用在于，利用预计的结果可以定量地研究受开采影响的岩层与地表移动在时间上和空间上的分布规律。

②对指导建筑物下、铁路下、水体下的开采实践具有重要的作用。

2.岩层移动稳定后，覆岩采入影响分为哪几个带？

各影响带的主要特征是什么？

（P25—P27）

（1）冒落带：

①随着煤层的开采，其直接顶板在自重力的作用下，发生法向弯曲，当岩层内部的拉应力超过岩石的抗拉强度时，便产生断裂、破碎成块而垮落，冒落岩块大小不一，无规则地堆积在采空区内；

②冒落岩石具有一定的碎胀性，冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、砂、泥土通过。

冒落岩石的体积大于冒落前的原岩体积；

③冒落岩石具有可压缩性；

④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。

实践中可用下式近似估算冒落带高度：

h=m/[（k-1）cosα]。

（2）裂隙（或称断裂）带：

该带内岩层产生较大的弯曲、变形及破坏，其破坏特征是，裂缝带内岩层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂，而且产生顺层理面的离层裂缝。

（3）弯曲（又称整体移动）带：

①弯曲带内岩层在自重力的作用下产生层面法向弯曲，在水平方向处于双向受压缩状态，因而其压实程度较好，一般情况下具有隔水性，特别是当岩性较软时，隔水性能更好，成为水下开采时的良好保护层，当透水的松散层在弯曲带内就不能起到这种作用；

②弯曲带内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。

在竖直面内，各部分的移动值相差很小；

③弯曲带内的高度主要受开采深度的影响

。

3.影响地表移动盆地分布规律的地质采矿因素有哪些？

（P95-P104）

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。

4.采矿引起开采空间周围岩层移动的主要形式有哪些？

每种移动形式具备的条件是什么？

（P23-P24）

（1）弯曲：

当地下煤层采出后，上覆岩层中的各个分层，从直接顶板开始沿层理面的法线方向，依次向采区方向弯曲，直到地表。

（2）岩层的垮落（或称冒落）：

采区煤层采出后，直接顶板岩层弯曲而产生拉伸变形，拉伸变形超过岩石的允许抗拉强度。

（3）煤的挤出（又称片帮）：

煤层采出后，采空区顶板岩层内出现悬空，其压力便转移到煤壁（或煤柱）上，增加煤壁承受的压力，形成增压区，并且煤壁上有附加荷载的作用。

（4）岩石沿层面的滑移：

倾斜煤层中，岩石的自重力方向与岩层的层理面不垂直。

（5）垮落岩石的下滑（或滚动）：

煤层采出后，采空区为冒落岩块所填充。

当煤层倾角较大，而且开采是自上而下顺序进行，下山部分煤层继续开采而形成新的采空区。

（6）底板岩层的隆起：

煤层地板岩石很软且倾角较大，在煤层采出后，底板在垂直方向减压，水平方向受压。

地表移动盆地划分的三个边界：

移动盆地的最外边界、危险移动边界、裂缝边界。

水平煤层开采时地表达到充分采动时地表移动盆地特征：

1）移动盆地位于采空区正上方，以采空区中央对称，盆地中心与采空区中心水平投影点一致。

2）移动盆地的之平底位于采空区中央上方3）拐点位于开采边界正上方或偏向采空区一侧一段距离。

和超充分采动相比，盆地内不会出现中性区域，只有一个位于采空区中心正上方的最大下沉点。

倾斜煤层非充分采动时，地表移动盆地的特征：

1）移动盆地不与采空区中央对称，工作面上山方向盆地比下山方向陡，开采影响范围小，整个盆地偏向下山方向2）最大下沉点偏向下山方向3）移动盆地在走向方向上对称于倾斜中心线4）上山方向盆地拐点偏向采空区内侧，下山方向盆地拐点偏向采空区外侧。

地表移动盆地主断面及特征：

通过地表移动盆地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。

非充分采动只有一个主断面，超充分采动有无数个主断面；

α≈0时，主断面过采空区中央，α＞0时，倾斜主断面过采空区中央，走向主断面偏向下山方向特征：

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。

地表移动盆地内移动和变形的指标：

下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形、扭曲、剪切变形。

临界值的定义、大小和作用：

建筑物不需要维修、仍能保持正常使用所允许的地表最大下沉值，成为临界变形值。

砖木结构建筑物的一组临界变形值为：

倾斜，曲率，水平变形。

用这个指标可以圈定危险移动边界，在圈定的范围以外，为地表移动和变形对建筑物不产生明显损害的地带，在圈定的范围以内，为地表移动和变形对建筑物将产生有害影响的地带。

绘图并简述水平煤层非充分（或充分采动）采动时主断面内的地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形曲线的分布规律：

1、非充分采动

1）下沉曲线：

特征点：

盆地边界点A、B，下沉值；

最大下沉点O，位于采空区正上方；

拐点E，地表下沉曲线上凹凸变化点，一般位于采空区边界上方并略偏向采空区一侧，其偏移距称为拐点偏距，拐点处下沉不等于最大下沉值的一半。

下沉曲线在地表最大下沉点O处下沉值最大，自盆地中心至盆地边缘下沉值逐渐减小。

2）倾斜曲线盆地边界点至拐点间倾斜渐增，拐点至最大下沉点间的倾斜渐减，在最大下沉点处倾斜为零。

在拐点处倾斜最大，有两个方向相反的最大倾斜。

3）曲率曲线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位于边界点和拐点之间，负极值位于最大下沉点处。

4）水平移动曲线（移动盆地内各点水平移动方向都指向盆地中心。

）盆地边界点至拐点间的水平移动渐增，拐点至最大下沉点间水平移动渐减，最大下沉点水平移动为零；

在拐点处的水平移动最大，有两个方向相反的最大水平移动。

5）水平变形曲线有三个极值，两个正极值（最大拉伸值）和一个负极值（最大压缩值）位于最大下沉点处；

盆地边界点和拐点处水平变形为零；

盆地边缘区为拉伸区，盆地中部为压缩区。

2、充分采动

与非充分采动相比，1）倾斜、水平移动曲线没有明显变化；

2）最大下沉值已达到该地质采矿条件下的最大值；

3）采空区中央ε、K均为0，出现了两个最大负曲率值和两个最大压缩变形值；

4）拐点处下沉为最大下沉之半。

设置变形缝的作用：

设置变形缝就是将建筑物自屋顶至基础分成若干个彼此互不相连，长度较小，刚度较好，自成变形体系的独立单体，这样一来，可以减小地基反力分布不均匀对建筑物的影响，提高建筑物适应地表变形的能力，减少作用于建筑物的附加应力。

相似材料混合物必须满足下列要求：

（1）材料的某些力学性质与岩石相似

（2）在模拟过程中材料的力学性能比较稳定（3）改变材料配比可使材料的力学性质变动范围较大（4）便于制作模型，凝固时间短（5）原料来源广泛，成本低廉

铁路下采煤本身的特点：

（1）铁路是延伸性的建筑物，相互之间联系密切

（2）以恶露可以在不中断铁路氤氲的条件下，用起道，拔道，调整轨缝（串轨）等一系列维修方法最大限度地消除线路的移动和变形（3）线路突然的局部的陷落，对列车的危害极大（4）铁路线路是在承受列车的动荷载作用下工作的。

开采沉陷预计方法分类：

1、途径：

影响函数法；

理论模型法（连续与非连续介质模型）2、预计手段：

解析法；

图解法；

电子计算机法3、采用的函数：

剖面函数、影响函数建筑物裂缝类型：

斜裂缝、墙身顶部竖向裂缝、窗台墙上竖向裂缝、勒角上竖向裂缝、窗间墙上水平裂缝、砖过梁上竖向裂缝建筑物防护措施：

1、采矿措施：

全柱开采、择优开采、协调开采、连续开采、充填法开采、条带法开采2、建筑结构措施：

变形缝、钢拉杆、钢筋混凝土圈梁、基础联系梁、钢筋混凝土锚固板、堵砌门窗洞、变形补偿沟导水裂缝带及其按岩层开裂程度分区：

采空区上方的冒落带和裂缝带都是透水的，为了适应水体下采煤的需要，把它们合称为导水裂缝带。

分为四区：

冒落性破坏区、严重开裂去、一般开裂去和微小开裂区。

铁路下采煤技术措施：

地面线路维修措施：

加宽路基，保证路基稳定性；

起道，消除下沉、倾斜、曲率的影响；

拨道，消除横向水平移动；

串轨，消除纵向水平移动。

安全开采措施：

减小地表下沉值、防止地表突然下沉、合理布置采空区（线路位于下沉盆地主断面上，并与工作面推进方向平行；

不要留设孤立的残存煤柱）。

地表塌陷区造地复田方法：

利用煤矸石造地复田，利用电厂粉煤灰造地复田，利用湖泥、河泥造地复田。

塌陷区综合治理：

造地复田、塌陷区疏干、平整土地、挖深垫浅、发展水产和养殖业。

地表移动盆地主断面的特征：

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。

水平煤层开采时地表达到充分采动的地表移动盆地，特征：

1，地表移动盆地位于采空区的正上方。

2，地表移动盆地的形状与采空区对称。

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或略有偏移。

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，所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，而且最大下城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，地表移动盆地的特征：

1，在倾斜方向上，移动盆地的中心偏向采空区的下山方向，和采空区中心不重合。

2，移动盆地与采空区的相对位置，在走向方向上对称于倾斜中心线，而在倾斜方向上不对称，煤层倾角越大，这种不对称性越加明显。

3，移动盆地的上山方面较陡，移动范围较小，下山方面较缓，移动范围较大。

倾斜煤层充分采动时，移动盆地出现平底，充分采动区内的移动和变形特点与水平煤层充分采动区内相似。

急倾斜煤层开采时，地表移动盆地的特征：

1，地表移动盆地形状的不对称性更加明显。

2，最大下沉值不是出现在采空区中心正上方，而是大致位于采区下边界上方。

3，地表的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。

观测站设计包括编写设计说明书和绘制设计图两