（固体力学专业论文）深部金属矿开采三维地表移动及其影响分析.pdf

摘要 摘要 地下金属矿开采，必然会导致地表发生相应的移动与变形。而当地表的变形超过某 一范围时，就会破坏地表的建筑物。因此，针对目前地下开采活动影响，对地表的移动 与变形进行预测分析，有着及其重要的现实意义。 本文针对深部金属矿地下大面积开挖而引起的地表移动与变形问题，主要运用了随 机介质理论对其进行预测分析。在现有的地表移动与变形的二维表达式的基础之上，给 出地表下沉、倾斜、曲率和水平应变的三维计算公式。并结合我国东部地区某大型地下 矿山的实际开采情况，运用理论表达式来预测地表的三维移动变形。并与实测资料进行 对比分析。 在对工程参数处理的过程中，还结合该矿山的各开采中段的实际开、闭段时间和地 表下沉测量值，重点探讨了两个重要的工程参数，即下沉系数和主要影响角的正切值， 研究了随着开采深度的增加，它们的变化规律。在对研究结果分析的基础之上，运用优 化软件分析出最适合此规律的经验函数表达式。然后，再运用此经验表达式，对矿山的 后期开采引起的地表移动变形进行预测。 与此同时，本文还运用a n s y s 软件对深部矿体开挖地表下沉进行二维模拟分析， 同时对覆岩内部应力场的变化趋势进行了模拟分析，获得了有价值的结果。 关键词地下开采随机介质理论岩体移动变形参数a n s y s a b s t r a c t a b s t r a c t t h eg r o u n dm o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o nd u et ou n d e r g r o u n dm i n i n go fm e n t a lo r ei sa n i m p o r t a a te n g i n e e r i n gp r o b l e mi nr o c km e c h a n i c sa n di n i i l i i 坞s c i e n c e s b u tw h e nt h eg r o u n d d e f o r m a t i o ns u r p a s s e ss o m es c o p e ，t h eb u i l d i n g so nt h eg r o u n ds u r f a c ew i l lb ed e s t r o y e d t h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt op r e d i c ta n da n a l y z et h eg r o u n dm o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o n w i 也t h ei n f l u e n c eo ft h eu n d e r g r o u n dm i n i n g a c c o r d i n gt og r o u n ds u r f a c ed i s p l a c e m e n ta n dd e f o r m a t i o nd u et ot h eu n d e r g r o u n d m i n i n gi nd e e pm e t a lo r e ，t h es t o c h a s t i cm e d i u mt h e o r yi su s e dt op r e d i c ta n da n a l y z et h i s p r o b l e mi nt h i sp a p e r o nt h eb a s e do ft h et w o - d i m e n s i o n a lf o r m u l a so ft h em o v e m e n ta n d d e f o r m a t i o no ft h es u r f a c e ，t h et h r e e - d i m e n s i o n a if o r m u l a so ft h es e t t l e m e n t ，i n c l i n e d ，t h e c u r v a t u r ea n dt h eh o r i z o n t a ls t r a i na r eg i v e n a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lm i n i n g ，t h et h e o r e t i c a l f o r m u l a sa l eu s e dt op r e d i c tt h et h r e e - d i m e n s i o n a lm o v e m e n t si ns o m el a r g eu n d e r g r o u n d m i n el a i di nt h ee a s t e r na r e ao fo u rc o u n t r y a tl a s t ，i tm a k e sac o m p a r i s o nb e t w e e nt h e t h e o r e t i c a lr e s u l t sa n dt h ef i e l dm e a s u r e m e n t s i nt h ep r o c e s so fd e a l i n g 、i t l lt h ee n g i n e e r i n gp a r a m e t e r s ，t h et w oi m p o r t a n te n g i n e e r i n g p a r a m e t e r s ，t h a ta r et h es u b s i d e n c ef a c t o ra n dt h et a n g e n to ft h em a i ni n f l u e n ta n g l e ，a l e d i s c u s s e d w i t ht h ei n c r e a s i n gd e p t ho ft h em i n e ，t h ev a r i a b l er u l e so ft h e s et w op a r a m e t e r s a r er e s e a r c h e d b a s e do nt h ea b o v er e s u l t s ，t h eo r i g i ni su s e dt oa n a l y z et h ee m p i r i c a lf u n c t i o n f o r m u l at h a ti ss u i tf o r t h er u l e s a n dt h e n ，u s i n gt h i se m p i r i c a lf u n c t i o nf o r m u l ap r e d i c t st h e g r o u n dm o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o nd u et ou n d e r g r o u n dm i n i n g i nt h ef u t u r e a tt h es a m et i m e ，t h ea n s y ss o f t w a r ei su s e dt os i m u l a t ea n da n a l y z et h es u r f a c e s u b s i d e n c ea n dt h ev a r i a b l et e n d e n c yo ft h es t r e s sf i e l di nt h eo v e r l y i n gs t r a t ad u et o u n d e r g r o u n dm i n i n gi nt h ed e e pm e t a lo r e a n ds o m e v a l u a b l er e s u l t sa r eo b t a i n e d k e yw o r d ：u n d e r g r o u n dm i n i n g ；s t o c h a s t i cm e d i u m ；g r o u n dm o v e m e n t ；p a r a m e t e r ；a n s y s i i 河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了致谢。 作者签名： 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文属于 1 、保密d ，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方格内打“、”) 作者签名： 导师签名： 日期：邃年上月l 日 日期：a 堕l 年一月上日 保护知识产权声明 本人为申请河北大学学位所提交的题目为( 搦翰同蠡多够移黟彩愧嗲矛艄 论支，是我个人在导师磕蠢) 指导并与导师合作下最得的缶究成果，。研完工作及取得 了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定的各项法律、行政法规以及河北 大学的相关规定。 本人声明如下：本论文的成果归河北大学所有，未经征得指导教师和河北大学的书 面同意和授权，本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内容。如果违反 本声明，本人愿意承担相应法律责任。 声明人： 作者签名： 导师签名： 日期：妻堑年厶月上日 日期：函泣年上月上日 第1 章绪论 第1 章绪论 如今，由于国民经济快速发展，需要大量的能源，如：煤、石油、铁矿和铜矿等， 以及采矿企业的生存和发展，导致建筑物下、铁路下及水体下( 即“三下) 采矿活动 逐渐广泛地开展起来。“三下开采活动引起地表沉陷( 包括下沉、倾斜、曲率、水平 移动、水平变形及非连续变形等形式) ，对地面建筑物、铁路及水体等产生破坏影响， 严重威胁着人民的生命及财产安全。因此，研究由于地下开采而引起的地表沉陷有着重 大的实际意义。 1 1 国内外的研究现状及发展动态 岩石及地表移动的理论研究始从于十九世纪末，但是，它的长足发展却是在第二次 世界大战后。在战后的短短2 0 年的时间里，岩石及地表移动的研究已经比较深入并系 统化了，在这期间形成了许多观点不同的学派，建立了许多系统的理论。从各个不同的 观点出发，研究了开采影响下岩石移动的规律，尤其是地表移动的空间和时间规律。其 中尤其以水平矿层开采的问题研究得比较多。比较著名的有布德雷克一克诺泰代表德几 何学派【l 】、阿维尔申及沙武斯维奇代表的连续介质力学派，以及李特维尼申代表的随机 介质学派等等。 我国对开采沉陷理论的研究是从二十世纪5 0 年代开始的，经过广大科技工作者几 十年的不懈努力，积累了大量的实测资料，在借鉴外国先进技术、经验的基础上，再加 上工程技术人员的创新改进，我国已经逐渐形成了完全符合我国工程实际情况的一系列 开采岩体移动分析理论，如李文秀教授提出的模糊数学方法【州；颜容贵教授根据影响 半径随点的位置的变化而变化，并依据直线传播原理，以平地概率积分法为基础，推导 出山区地表移动与变形预计的山区概率积分法【7 】；刘广容教授从力学的角度研究表土层 滑移问题，根据表土层采动受力的弹塑性性质，导出了山区地表附加移动与变形预计的 计算公式，即被称之为采动应力应变分析法；以及工程技术人员常用的“概率积分法 便是我国著名学者刘宝琛、廖国华等在波兰学者李特威尼申的随机介质理论的基础上发 展起来刚引，目前已经成为较成熟的，应用广泛的开采岩体移动预计方法之一。 然而，到目前为止，研究岩石与地表移动的规律，以及确定它们的主要参数的根本 方法是进行岩石及地表移动和变形的现场实测。由于现场观测岩层及地表移动是一项困 河北大学t 学硕十学位论文 难、长期、费用很大的工作；因此，岩石移动的模型研究很受人们注意【9 1 。模型观测的 周期短，且可按需要进行重复试验。因此，不论从论证理论结果或解决实际问题的观点 出发，科研工作者都应该依靠计算机，注重模型试验。 1 2 地表移动和变形的计算方法 目前国内外使用较多的方法有： ( 1 ) 、理论法 它包括：随机介质理论法【1 0 1 8 】；几何理论法。这两种理论法因都是概率积分函数计 算，所以又可以称之为概率积分法。除此之外，还有一种弹塑性理论法【1 9 】【2 0 】。 ( 2 ) 、典型曲线法 典型曲线主要是依据大量实测曲线综合整理分析而得。 ( 3 ) 、剖面函数法 它包括：负指数函数和影响函数【2 1 】【2 2 】两种。 1 3 工程参数确定方法 确定地表移动参数的方法常用的有： ( 1 ) 、工程类比法 利用现场实测数据，参照地表移动基本规律求取参数。具体求解步骤为： 、根据仪器观测中所获得的实际资料( 特别是第一次和最后一次观测的结果) 绘 出各种移动与变形曲线，从而确定各种移动和变形值； 、在主断面图上根据移动和变形曲线与采空区相对位置，便可确定各种角值。 、根据一个观测站或一个矿区所得到的观测资料而求得的参数值，只能代表局部 或者一个矿区在该地质采矿条件下地表移动与变形特征，是局部个别现象，它属于感性 认识阶段。为了提高到理性认识，进行地表移动与变形的预计工作，从而指导生产实践， 还必须对大量实际观测资料进行综合分析，从中找出地表移动与变形的某些普遍规律以 及与某些因素的数量关系。 ( 2 ) 、p 系数法 利用岩性综合评价系数p 值与地表移动参数的关系求取参数。 ( 3 ) 、神经网络预测法制 神经网络是在现代神经科学研究成果的基础上，依据人脑基本功能特征，试图模仿 2 第1 章绪论 生物神经系统的功能或结构而发展起来的一门新型信息处理系统或计算体系。它可以将 多种因素作为一个整体加以考虑，具有自组织、自学习和强容错性能力，具有同时能处 理确定性和不确定动态非线性信息的能力，可以建立复杂的非线性映射关系。因此在岩 石力学、采矿工程等领域得到了越来越广泛的应用 用神经网络预测地下采矿引起的地面下沉，一般采用多层前馈神经网络，用可以得 到的数据给予训练和测试，把开采参数和观测点的坐标作为输入变量，而把地表下沉作 为输出变量，用训练好的神经网络预测出开挖后的地表下沉参数。 ( 4 ) 、遗传规划预测【2 7 1 遗传规划是一种新型的搜索寻优方法；它仿照生物界进化和遗传的过程。通过选择、 复制、交换和突变等遗传操作，逐步迭代而逼近问题的最优解。遗传规划的求解过程是 一个在适应度指导下的自适应的非线性搜索过程，其解决问题的程序就是在许许多多的 可行的计算机程序组成的解空间中，寻找出一个具有最佳适应度的计算机程序。具体到 岩体移动中的参数预测问题，就是要找出影响岩体移动参数的诸因素与岩体移动主要参 数值之间的关系表达式，达到预测岩体移动参数的目的，以便于更准确地对岩体移动进 行预计分析。 1 4 研究地下开挖地表移动的意义 伴随着社会的发展和生产技术的进步，地下开采事业日渐发展，各种金属和非金属 矿，煤和石油的地下开采量都很大。目前，世界上每年从地下采出的矿物，仅原煤一项 就达十亿吨以上。每采出一亿吨原煤起码要在地下形成一亿立方米以上的采空区。矿体 采出以后，其上岩石失去了支撑，原有的内部平衡被破坏，这将会引起矿体周围岩体原 始应力重新分布，而在此过程之中，必然导致上覆岩体移动和变形，最后在地表形成一 个比采空区大得多的下沉盆地。受开采影响的采动沉陷地区的地表形态将被改变，原有 地形图失效，各种地面物体都将受到下沉、倾斜、曲率、水平移动及水平变形等破坏性 影响，严重威胁着人民的生命、财产安全。 要做好各种工民用建筑物、构筑物的防护工作，首先要总结采动沉陷规律，确定沉 陷范围以及可能产生的地表移动变形值，即预计出开挖后地表任意点的下沉、倾斜、曲 率、水平移动及水平变形值，对照建筑物的允许变形值确定建筑物受开采影响可能产生 的破坏程度，然后根据受保护对象的用途、保护等级、结构特点、建造质量等确定所需 3 河北大学t 学硕十学位论文 采取的保护措施包括井下开采措施和地面防护措施。由此可见，研究如何在最大限度的 保护建筑物免受或少受开采损害的条件下，最大限度的采出有用矿床，就成为一个有着 十分重大意义的问题。 1 5 本文的研究内容 ( 1 ) 、本文主要运用随机介质力学理论，在地下开挖地表移动变形的二维计算表达 式的基础之上，给出地表移动的三维计算公式，亦即：下沉、曲率、水平位移和水平应 变的计算公式，并且用这些推导出来的表达式来预n 4 , 官庄铁矿由开挖而引起的地表变 形值的大小。 ( 2 ) 、结合各开采中段的实际开、闭段时间和下沉测量值，来研究两个重要的工程 参数：下沉系数和主要影响角的正切值随开挖深度的关系。并且在分析的基础之上，利 用已有的实测资料，运用优化方法分析出最适合的经验函数表达式。然后，再运用此式 来预测随着开采深度的加大，下沉系数和主要影响角的正切值的变化规律。 ( 3 ) 、运用a n s y s 对地下深部矿体开挖进行二维模拟分析。具体主要的分析思路是： 对所研究的区域进行“三带”划分，再分别研究各带的模型参数，进而实现对采空区的 二维模拟分析。 ( 4 ) 、运用现场实测值确定出工程参数值，并将之带入到推导出的三维地表变形各 项计算表达式来预测地下开挖地表移动的各项分析指标值。同时运用m a t l a b 软件进 行编程，画出地表变形的二维及三维图形，从而根据建筑物的保护等级【2 8 1 来确定安全生 产的措施，以达到保护地表建筑物的安全和指导地下安全生产之目的。 4 第2 章基本概念与理论 第2 章基本概念与理论 2 1 地表移动与变形的一般规律 2 1 1 地表最终移动盆地 大量的观测资料表明：当采空区范围较小且开采深度较大时，其上覆岩体的移动可 能不涉及到地表，反之，当采空区范围较大采深较小时，其上覆岩体的移动便可能涉及 到地表，受采动的地表从原有的标高往下沉降，在采空区上方形成一个比采空区面积大 得多的洼地，即地表移动盆地。移动盆地和采空区的相对位置取决于矿层的倾角。当开 采水平矿层时，移动盆地在采空区上部对称分布，若采空区为长方形时，移动盆地大致 成椭圆形；当开采倾斜矿层时，移动盆地偏向下山方向，只在走向主断面上，移动盆地 在采空区上部对称分布。 所谓“地表最终移动盆地，是指采空区上方岩体移动完全停止后形成的地表移动 盆地。水平矿层最终移动盆地直接位于采空区上方呈椭圆形，并与采空区相互对称，移动 盆地边缘的界限取决于测量的精度，一般以地表1 0 r a m 下沉等高线为移动盆地的边界线。 2 1 2 非充分采动与充分采动 所谓非充分采动与充分采动都是指某种地质采矿条件，它主要决定于采空区尺寸 ( 长和宽) 与采深的比值。 0 3 、 i a廿 c d - - f 作面推进方向 图2 - 1 充分与非充分采动说明图 根据实际观测资料，并以图说明如下：当采空区尺寸小于采深时( 如图中工作面推 进到曰点) ，岩体内充分采动区( a o b ) 的最高点( 0 点) 达不到地表，此时下沉值( 形) 不出现最大值，最终移动盆地的剖面形状是“碗形盆地 ，如图2 - 1 中1 2 下沉曲线，这 s 河北大学t 学硕十学何论文 样的开采条件叫做“非充分采动 ；当采空区尺寸近似于采深时( 如图中工作面推进到c 点) ，岩体内充分采动区( ad 1 c ) 的最高点( q 点) 刚好达到或稍超过地表，此时移 动盆地中心的下沉值( 职) 达到最大值，最终移动盆地的剖面形状仍然是“碗形盆地， 如图中1 3 下沉曲线，这样的开采条件叫做“充分采动 ；当采空区尺寸继续增大，超过 开采深度较多时( 如图中工作面推进到d 点) ，其充分采动区( a 0 3 d ) 的最高点( 0 3 点) 大大超过地表，此时移动盆地的中央地段( a d 2 ) 的下沉值均达到最大值，故在盆地 的中央出现平底，使得最终移动盆地的剖面形状是呈“盘形盆地 ，如图中1 4 下沉曲线， 这样的开采条件仍称为“充分采动 。由上分析可见，在相同的地质条件下充分采动时 地表下沉值总是大于非充分采动时的地表下沉值。 2 1 3 采空区覆岩的“三带型 特点 当最终移动盆地形成后，岩体即停止移动，此时采空区覆岩可按其破坏程度由下往 上分为三个带【2 9 】【3 0 1 ，如图2 2 所示。 原始地表 一弋 2 时，取2 2 ( 上覆岩层为坚硬岩层) s = ( - 0 1 9 0 3 5 1 9 ( u 协) ) h ，r nl o h o 1 4 时，取1 4 ( 上覆岩层为中硬岩层) ( 2 8 ) s = ( 一0 1 4 0 4 0 1 9 ( u 协) ) h ，ml o h o o 9 时，取0 9 ( _ t 2 覆岩层为软弱岩层) s 值为负时，表示拐点移向采空区一侧；s 值为正时，表示拐点移向矿柱一侧。 2 2 4 水平移动系数b 水平移动系数是指充分采动时( 半无限开采) 最大水平移动值与最大下沉值之比，即： b = 丝 ( 2 9 ) 矿 通过对实测资料的分析得出覆岩的岩性对b 系数的影响很小，主要随矿层倾角的 变化而变化。用有限元法和数理统计法计算得到的水平移动系数与矿层倾角的关系为： b o = ( 1 + o 0 0 8 6 a ) b 。( 2 1 0 ) 式中6 b 开采倾斜矿层走向方向的水平移系数； 6 c 开采水平矿层充分采动的水平移动系，b o = o 3 ； 口矿层倾角，度。 式( 2 - 1 0 ) 适用于矿层倾角口- 45 5 。按( 2 - 1 0 ) 式计算的不同倾角的水平移动系数6 0 值列于 表2 6 中。 表2 _ 6 不同倾角口的水平移动系数值 2 2 5 达到充分采动条件的回采区段尺寸 通常，当矩形回采区段某一个方向的尺寸达到，= 2 r 时认为沿该方向达到了充分 采动条件，即 t o = = 2 r + 2 s ，米( 2 1 1 ) 1 4 第2 章基本概念与理论 式中 乞、t o 分别为回采区段达到充分采动条件的尺寸和实际尺寸 2 3 地表移动参数的确定方法 利用地表移动实测资料，可以确定出地表移动的四个基本参数：下沉系数巧，主要 影响角正切t a n p ，水平移动系数b 和拐点移动距s 。确定地表移动参数的方法有直接法 和p 系数法。 直接法，就是直接利用现场实测数据，参照地表移动基本规律和概率积分法的基本 原则求取参数。p 系数法则是利用岩性综合评价系数p 值与地表移动参数的关系求取参 数。 2 3 1 直接法 ( 一) 下沉系数r 在求取下沉系数时，经常遇到充分采动与非充分采动条件两种情况。当实测得到的 是充分采动条件的最大下沉值时( 缸) ，下沉系数7 7 可按( 2 1 ) 式直接计算。当实测得 到的是非充分采动条件的最大下沉值( 吃) 时，需先将非充分采动的实测最大下沉值 换算成充分采动的最大下沉值嘤，按( 2 1 ) 式求得下沉系数矽o ，然后利用表2 4 计算出 r 值。即 当回采区段一个方向为非充分采动时： 哦= 导 协 式中 吃当回采区段一个方向为充分采动，另一方向为非充分采动的实测最大下 沉值； 口非充分采动剖面( y ) 最大下沉点的下沉值与充分采动的最大下沉值之比。 当回采区段两个方向均为非充分采动时： 吃= 矗 协 式中 略实测最大下沉值； a 非充分采动剖面( 工) 最大下沉点的下沉值与充分采动的最大下沉值之比。 当回采区段一个方向为充分采动，另一非充分采动方向的两拐点间距大于1 5 r 时， 河北大学t 学硕十宁位论文 可利用该剖面的最大倾斜值吐( 与充分采动的最大倾斜值磁相差小于0 0 0 0 9 t m 。) ，或 当该剖面一端的最大正曲率位置到另一端的拐点的距离大于1 5 r 时，利用实测最大曲率 值k ( 与充分采动的最大曲率k 盟相差小于o 0 0 5 k 一) 计算充分采动的最大下沉值： w 嗍o l = 盛， ( 2 - 1 4 ) 形o t ：丝兰： ( 2 1 5 ) “ 1 5 2 式中 ，由实测移动和变形曲线确定的主要影响半径。7 ( 二) 主要影响角正切t a n p 通常，先确定主要影响半径，再按( 2 1 6 ) 式求取主要影响角正切，即 t a l l ：旦 ( 2 1 6 ) ， 主要影响半径，的确定： 1 、充分采动时 当回采区段两个方向的尺寸均已达到充分采动条件时，利用实测移动和变形曲线确 定主要影响半径两端点( 一端为x = 0 ，即拐点，另一端x = ，y g ) 。拐点按既暑o = 去形啦， 或正：。= 、 枷= u m a x 、如o = 0 、= o 值确定，x = ，点按巧，= o 0 4 3 t , 哦， 或足= ：t o 1 7 8 k m 珏、“h = 0 0 4 3 u , 。、g 卜，= o 1 7 8 e , 。、 暇，= 0 0 0 6 w m 缸，或 取。= 0 9 9 4 吒值确定。 利用充分采动的实测最大移动和变形值，亦可按下式直接确定主要影响半径： ，：坠( 2 1 7 ) r2 ( 2 - 1 8 ) ，：鳖 ( 2 1 9 ) 易 ，：坠 ( 2 2 0 ) 垅啦 式中的既瓤、足哪、“一、占眦分别为实测最大下沉值、警大倾斜值、最大曲率 1 6 第2 章基本概念与理论 值、最大水平位移值和最大水平变形值。 2 、单向非充分采动时 当回采区段尺寸沿倾斜方向( j ，方向) 为非充分采动，沿走向方向( x 方向) 为充分采动 时，可用下述两种方法确定主要影响半径。 1 ) 、利用沿走向的移动和变形曲线 此时仍可用两个方向均为充分采动时的方法确定主要影响半径( 应注意此时所用的 实测最大移动和变形值小于两个方向均为充分采动的最大值) 。 ， 2 ) 、沿非充分采动方向确定主要影响半径 初步确定主要影响半径( 用类比法或按( 2 - 7 ) 式确定t a n f l ) 和拐点位置0 、0 ( 拐点移 动距按式( 2 8 ) 确定) ，然后再计算出充分采动的最大下沉值哦、最大倾斜值毪、最大 曲率值k 兰。利用另一边迭加影响未波及到的移动和变形曲线部分，按不同盆地位量应 该有的( 理论值) 移动和变形值所在位量的间距，经计算得主要影响半径。 3 、双向非充分采动时 当回采区段两个方向均为非充分采动时，可以用试算法确定主要影响半径。 首先初步确定t a n p 值、主要影响半径、开采影响传播角、拐点移动距及最沉下大 值吧。然后计算倾斜剖面或走向剖面的下沉值，并乘以系数或c ：，再与实测值进 行比较。当计算值与实测值相符时，初步确定的基本参数认为是合理的。当计算值与实 例值不符时，需对初步确定的基本参数加以调整。即当迭加后的各点下沉值均大于或小 于实测值时，调整下沉系数；当迭加后的下沉曲线与实测下沉曲线形状相似，仅错开一 个距离时，调整拐点移动距：当迭加的下沉曲线形状与实测曲线形状差别较大时，应调 整主要影响半径。 ( 三) 拐点移动距s 1 、充分采动时 当回采区段尺寸沿走向和沿倾斜两个方向均为充分采动时，下沉值为o 5 睨瓤处即 为地表下沉盆地拐点位置( 或最大倾斜值，曲率值为零的位置) 。由盆地拐点按秒角( 最大 下沉角) 作直线与矿层的交点至开采边界的距离即为拐点移动距。 2 、单向非充分采动时 当回采区段尺寸沿一个方向为非充分采动，另一方向为充分采动，充分采动方向的 1 7 闸北大学丁学硕十学位论文 拐点移动距s ，可利用该方向的移动和变形曲线按上述充分采动时的方法确定。而非充 分采动方向的拐点移动距s ，则按试算法确定。 3 、双向非充分采动时 当回采区段尺寸沿两个方向均为非充分采动时，按试算法确定拐点移动距s 。 ( 四) 水平移动系数b 1 、充分采动时 当回采区段两个方向的尺寸均为充分采动时，按( 2 2 1 ) 式，而当一个方向的尺寸为 非充分采动时，则按( 2 2 2 ) 式计算水平移动系数b 。 一 b = 笋 ( 2 - 2 1 ) 。 、7 或6 = 老 ( 2 2 2 ) 式中 “一、彬嗽当回采区段两个方向尺寸均为充分采动时的最大水平移动值和 最大下沉值； “一0 、吃当回采区段一个方向尺寸为充分采动，另一个方向为非充分采 动时，充分采动剖面的最大水平移动值和最大下沉值。 2 、非充分采动时 当仅有非充分采动方向的实测值时，不管另一方向是否为充分采动，水平移动系数 b 可按下式计算： 6 ：釜协2 3 ， 式中“；、互吩别为非充分采动剖面i 点的实测水平移动和倾斜值； ，由实测移动和变形曲线确定的主要影响半径； 以选取“；、正值点的个数。 2 3 2p 系数法 利用岩性综合评价系数p 值与地表移动参数的关系( 式2 1 至2 1 1 ) 求取参数。 2 4 影响岩层移动过程的主要因素 根据研究得知，岩层移动在性质及其参数的大小方面均受着许多地质及采矿等因素 l r 第2 章基本概念与理论 的影响。这些因素主要分为两方面：一方面，地质及地势因素；另一方面，采矿技术因 素。 2 4 1 地质及地势因素 l 、岩石的物理力学性质、组成成分及层位情况：岩石的物理力学性质，特别是其 强度，对于岩层移动过程起着很大的影响。上覆岩层的强度愈大，各分层的厚度愈大， 则使这些岩层移动时所要求的采空区面积也就愈大，岩石的变形和破坏的过程也就更 长。 在倾斜和急倾斜矿层开采的情况下，根据岩层埋藏的层位不同，就会影响到地表露 头处是否出现层离裂缝，如由厚度不大的各分层所组成的软弱岩层，被分层厚度很大的 坚硬岩层所复盖，则在二者的接触处将会出现层离裂隙。这种层离现象在煤矿或金属矿 都可能见到。 2 、开采深度、矿体的倾角及厚度：随着开采厚度的增加，其冒落带和裂隙带高度愈 大，移动与变形过程愈激烈，故移动与变形值也就愈大；在开采过程中，随着开采深度 的增加，下沉速度减小，地表移动范围增大，扩展到地表所需时间增长，但移动和变形 值变化不大，故地表移动和变形比较平稳，盆地变得平缓。据实际观测资料表明，在正 常情况下，采深小于5 0 米时，地表移动时间仅2 3 个月，采深为5 0 0 - 6 0 0 米时，总的 地表移动时间为粥年，其中活跃阶段为一年左右。可见地表移动和变形值与采厚成正 比，与采深成反比。为了综合考虑两方面的影响，常以深厚比作为衡量开采条件对地表 移动和变形影响的估计指标，显然深厚比愈大，地表移动变