《开采损害学》课程讲义1

开采损害学课程讲义 授课对象 采矿工程专业 2001 级一 二班 西安科技大学能源学院 采矿工程系 余学义 2004 年 9 月 1 课程名称 开采损害学 课时 72 授课对象 采矿工程专业 2001 级一 二班 学分 4 教材 余学义 张恩强编著 开采损害学 煤炭工业出版社 2004 09 主要参考书 1 何国清等编 矿山开采沉陷学 徐州 中国矿业大学出版社 1989 2 颜荣贵编 地基开采沉陷及其地表建筑 北京 冶金工业出版社 1995 3 国家煤炭工业局 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 北 京 煤炭工业出版社 2000 4 沈光寒等编 特殊开采的理论与实践 北京 煤炭工业出版社 1998 5 林肇信等主编 环境保护概论 北京 高等教育出版社 1999 6 韦冠俊编 矿山环境保护 北京 冶金工业出版社 1990 7 赵经彻 何满朝编 建筑下煤炭资源可持续开采战略 徐州 中国矿业大学出版 社 1997 8 煤炭科学院北京开采所编著 煤矿地表移动与覆岩破坏规律及应用 北京 煤炭 工业出版社 1981 9 中国矿业学院等编 煤矿岩层与地表移动 北京 煤炭工业出版社 1981 概述 概述 1 课程基本内容与解决的问题 开采引起覆岩及地表沉陷的基本规律 地表沉陷预计理论 概率积分法 地表沉陷观测与实验室研究方法 建 构 筑物 水体 道路管线下开采 减损控制开采方法 开采引起土地 水资源 环境损害问题 矿山环境治理及综合评价 2 我国能源结构 2 按人均能源资源占有量分析 我国 2000 年人均煤炭可采储量 90t 人均石油剩余可采 储量 3t 人均天然气剩余可采储量 1080m3 分别是世界平均水平 165t 23t 和 24988m3 的 54 9 11 和 4 3 是美国 903t 13t 和 17025m3 的 9 7 23 1 和 6 3 是经合组织国家 404t 10t 和 12048m3 的 22 3 30 和 9 0 煤炭占我国一次性能源 的 70 左右 煤炭进口增加 从国外进口煤炭已由过去的 2001 年 200 万吨左右 增加到 2002 年的 1081 万吨 3 能源开发与环境的问题 列举神东矿区 榆神矿区 山西各矿区 陕西渭北矿区等 事例 4 能源开发的可持续性 清洁生产 废物利用 资源的破坏及回采率 土地损害 水 资源损害 荒漠化等问题 第一章覆岩与地表移动规律第一章覆岩与地表移动规律 重点 重点 覆岩覆岩 三带三带 特征及在开采损害中的重要性特征及在开采损害中的重要性 覆岩与地表移动规律与特点覆岩与地表移动规律与特点 地表沉陷盆地类型及其移动角值含义地表沉陷盆地类型及其移动角值含义 影响地表沉陷盆地的主要因素影响地表沉陷盆地的主要因素 1 1 概述 1 冒落带 冒落带也称垮落带 是指岩层母体失去连续性 呈不规则岩块或似层状巨块向采空区冒 落的那部分岩层 2 裂隙带 裂隙带又称裂缝带 裂隙带位于冒落带之上 具有与采空区相通的导水裂隙 但连续性 未受破坏的那一部分岩层 3 弯曲带 弯曲带又叫整体移动带 是指裂隙带顶部到地表的那部分岩层 弯曲带基本呈整体移动 特别是带内为软弱岩层及松散土层时 4 覆岩移动破坏形式 采动上覆岩层移动破坏形式 按开采空间岩层的移动形式可概括为以下六种 1 弯曲弯曲 这是岩层的主要移动形式 当地下矿物采出后 上覆岩层中的各分层即开 始沿岩层层面的法线方向 向采空区依次弯曲 2 垮 冒 落垮 冒 落 矿层采出后 直接顶板岩层弯曲而产生拉伸变形 当其拉伸变形超过 岩石的允许抗拉强度时 直接顶板及其上部的部分岩层便与整体分开 碎成块度不同的岩块 无规律地充填采空区 3 煤的挤出 片帮 煤的挤出 片帮 矿层采出后 采空区顶板岩层内出现悬空 其压力便转移到煤 3 壁 或煤柱 上 增加煤壁承受的压力 形成增压区 煤壁在附加荷载的作用下 一部分煤被 压碎 并挤向采空区 这种现象称为片帮 4 岩石沿层面滑移岩石沿层面滑移 在倾斜矿层条件下 岩层的自重力方向与岩层面不垂直 因此 岩石在自重力的作用下 除产生沿层面法线方向的弯曲外 还会发生沿层面方向的移动 5 垮落岩石的下滑 或滚动 垮落岩石的下滑 或滚动 矿层采出后 采空区被冒落岩块所充填 当矿层倾角 较大 而且开采是自上而下下行开采 下山部分矿层继续开采而形成新的采空区时 采空区 上部垮落的岩石可能下滑而充填新的采空区 从而使采空区上部的空间增大 下部的空间减 小 使位于采空区上山部分的岩层和地表移动加剧 而下山部分的岩层与地表移动减小 6 底板岩层隆起底板岩层隆起 如果矿层底板岩石很软且倾角大 在矿层采出后 底板在垂直方向 上减压 水平方向增压 造成底板向采空区方向隆起 松散层的移动形式是垂直弯曲 它不受矿层倾角影响 应该指出 以上六种移动形式不一定同时出现在某一个具体的移动过程中 5 岩层移动的典型图式 根据矿层的赋存条件 可将岩层移动的形态划分为 3 种图式 图 1 3 水平矿层开采岩层移动形态图 1 4 倾斜矿层开采岩层移动形态 1 水平或缓倾斜矿层条件下的岩层移动形态 图 1 3 自重分力导致沿层面滑动的 主要条件为 式中 矿层的倾角 岩层中最软弱层面上的摩擦角 2 倾斜矿层条件下的岩层移动形态 图 1 4 沿层面方向的相对移动 条件是 在采空区上山方向的岩层和地表移动范围扩大 O A B 图 1 5 急倾斜条件下岩层的下盘移动 图 1 6 急倾斜矿层开采时岩层以悬臂梁形式移动 3 急倾斜矿层条件下的岩层移动形态 图 1 5 矿层下盘 底板 发生移动 其发生 的条件可近视的用下式计算 式中 岩石的内摩擦角 2 45 沉积岩 26 36 矿层倾角为 50 60 时 矿层下盘才产生移动 矿层下盘岩层的 4 上部移动是沿层面的移动 而下部是沿的角度移动 这种移动范围的大小 煤 2 45 岩倾角 矿层底板各岩层的强度 1 3 地表移动破坏规律地表移动破坏规律 1 3 1 地表移动破坏类型地表移动破坏类型 从时间和空间概念出发 地表移动变形分为连续移动变形连续移动变形和非连续移动变形非连续移动变形两大类型 在缓斜 倾斜矿床开采的条件下基本判断条件 采深与采高比采煤方法顶板管理方法煤柱 岩梁 稳定性 水文地质构造地形及煤层倾 角 40 80长壁式 短壁 式 条带式 全部垮落法 充填法 煤柱 支撑 计算断层 褶曲 含水层 急倾斜 山区 沟壑 1 3 2 地表移动盆地的形成及其特征地表移动盆地的形成及其特征 1 地表移动盆地的形成地表移动盆地的形成 1 起动距 1 2 1 4 H0 地表开始移动 2 主断面 与开采边界方向垂直 并通过地表最大下沉值的垂直剖面 在主断面上地表移动盆地的范围最大 移动最充分 移动量最大 根据采动对地表影 响的程度 可将地表下沉盆地划分为三种类型 a 非充分采动下沉盆地非充分采动下沉盆地 Subcritical subsidence basin 当地表任意点的下沉值小 于该地质 采矿条件下的最大下沉值 wmax时 称之为非充分采动下沉盆地 b 充分采动下沉盆地充分采动下沉盆地 Critical subsidence basin 当地表下沉盆地主断面上某一 点的下沉值达到了该地质 采矿条件下的最大下沉值 wmax时 即称为充分采动下沉 盆地 c 超充分采动下沉盆地超充分采动下沉盆地 Supercritical subsidence basin 当地表最大下沉点的下 沉值不再随开采范围的增加而增加 并形成一个平底下沉盆地 即超充分采动下沉 盆地 3 动态移动盆地 Dynamic subsidence basin 4 稳态移动盆地 Final subsidence basin 采空区的长度和宽度均达到 1 2 1 4H0 两个方向尺寸影响 引入充分采动的概念 主要目的是研究地表移动盆地的性质 充分采动的范围用充分 采动角 Angle of full subsidence 确定 指充分采动下沉盆地平底的边缘在地表水平 线的投影点与开采边界线和矿层间的夹角 下山 1 上山 2 走向 3 地表移动盆地的范围远大于对应的采空区范围 它的形状取决于采空区形状和矿层倾 角 在移动盆地内 各部位的移动和变形性质及大小不尽相同 在水平矿床开采 地表平 5 坦并无大的地质构造条件下 最终形成的稳态地表移动盆地可划分为三个区域 图 1 9 a 中性区 在该区域内地表下沉均匀 达到最大值 wmax 其它移动变形值 地表水 平移动值 u 倾斜值 i 水平变形值 曲率值 K 近视等于零 一般不出 现明显的裂缝 b 压缩区 该区域内地表下沉值不等 各点向盆地中心方向移动 呈凹形 产生压 缩变形 一般不出现裂缝 c 拉伸区 在这个区域内 地表下沉不均匀 各点向盆地中心方向移动 呈凸形 产生拉伸变形 当拉伸变形超过一定值时 地表产生拉伸裂缝 2 地表下沉盆地范围地表下沉盆地范围 1 边界角边界角 Angle of draw 边界角用来确定下沉影响范围及边界 下沉值为 10mm 的 点作为下沉盆地的边界 并将开采达到或接近充分采动时的移动盆地主断面上的盆地边界 点和采空区边界点的连线 与水平线在采空区外侧的夹角称为边界角 0 0 0依次表示下 山 上山方向和走向的边界角 急倾斜矿层底板边界角用 0表示 2 移动角移动角 Angle of critical deformation 地表的移动和变形会引起地面建筑物的破 坏 将刚刚对地表建筑物产生影响的变形值称为临界变形值 它们的大小为 mmmi 3 mmm 2 mK 102 0 3 在达到或接近充分采动时的移动盆地主断面上 临界变形点和采空区边界点的连线与 水平线之间在采空区外侧的夹角称为移动角 移动角又分为表土移动角和基岩移动角 表土 移动角以 表示 下山 上山和走向方向的移动角分别以 和 表示 急倾斜矿层底板移动 角以 表示 3 裂缝角裂缝角 Angle of break 为了确定地面产生裂缝的范围 可以利用裂缝角 其定义 为在达到或接近充分采动时的情况下 采空区上方地表最外侧的裂缝位置和采空区边界点 的连线与水平线之间在采空区外侧的夹角称为裂缝角 下山 上山方向和走向裂缝角分别以 和 表示 急倾斜矿层底板裂缝角由 表示 4 最大下沉角最大下沉角 Subsidence limit angle 为了确定最大下沉点所在的位置 可以利用最 大下沉角 其定义为在移动盆地的倾斜主断面上 采空区的中点与地表最大下沉点或下沉盆 地平底的中点的连线与水平线之间在矿层下山方向的夹角称为最大下沉角 图 1 12 1 3 3 地表移动盆地内移动和变形分析地表移动盆地内移动和变形分析 1 点的移动分析点的移动分析 图 1 13 展示了地表某点从 T1到 T2时刻的相对位置 可以将点的移动分为在 x y z 方 0 v 向上的分量 u v w 其相互关系为 22 max0 wuv 22 maxyx uuu 描述地表移动盆地内移动和变形的指标是 下沉 Subsidence 倾斜 Slope 垂直 曲率 Curvature 水平移动 Displacement 水平变形 Horizontal strain 及扭曲和剪切 6 变形 Twisting and Shear strain 2 移动盆地主断面内的地表移动和变形分析移动盆地主断面内的地表移动和变形分析 根据图 1 14 取 2 3 4 三个点为研究对象 可给出移动盆地内地表移动和变形的计算 公式如下 1 点 n 的下沉值 mm 1 1 m nn HHwn 0 2 点 n 的水平移动值 mm 1 2 0 nmnn LLu 3 点 2 至点 3 间的倾斜值 mm m 1 3 32 32 32 23 32 l w l ww i 4 点 3 的曲率值 10 3 m 1 4 4332 432 4332 3243 432 2 2 1 ll i ll ii K 5 点 2 至点 3 间的水平变形值 mm m 1 5 32 32 32 23 32 l u l uu 上式中 Hn 0 Hn m 分别表示地表 n 点在首次和 m 次观测时的高程 Ln 0 Ln m 分别表示首次观测和 m 次观测时地表 n 点至观测线控制点 R 间的水平距离 表示 n 点至 n 1 点的水平距离 1 nn l 重点说明 符号问题 距离问题 结果问题 1 4 稳态地表移动盆地主断面内移动变形分布规律稳态地表移动盆地主断面内移动变形分布规律 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变形分布规律 并且加以典 型化 它的必要条件为 1 地表移动变形为连续分布形态 2 无大的地质构造 大断层和地质构造等 3 地表地势变化较平缓 4 属单一矿层开采 并不受邻区开采影响 主要影响因素 矿层倾角 开采厚度 m 开采深度 H 采空区形态 采矿方法 顶板管理方法 松散层厚度 h 地质构造等 1 4 1 水平矿层开采时地表移动盆地主断面内移动和变形分布规律水平矿层开采时地表移动盆地主断面内移动和变形分布规律 1 水平矿层充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律水平矿层充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 1 具有以下特征具有以下特征 1 最大下沉值位于采空区中央之上方 自盆地中心至盆地边缘下沉值逐渐减小 在盆地边界点处下沉值趋于零 2 拐点 指下沉值为最大下沉值的 1 2 时的点 一般位于采空区边界之上并略偏向 采空区一侧 倾斜为下沉的一阶导数 1 6 dx xdw xi 曲率曲线表示地表移动盆地内曲率的变化规律 它可由倾斜的一阶导数表示 c 7 1 7 2 2 2 3 2 2 2 1 dx xwd dx dw dx xwd xK 曲率曲线有两个极值 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 位于拐点和最大下沉点之间 拐点处的曲率值为零 水平移动用 u x 表示 拐点 极值 拐点两侧 对称分布 指向 盆地中心 水平移 动曲线与倾斜曲线分布相似 可以表示为 1 8 dx xdw BxBixu 式中 B 水平变形系数 HBH18 0 13 0 水平变形曲线有两个极值 正极值称最大拉伸值 边界点和拐点之间 负极值称最 大压缩值 拐点和最大下沉点之间 拐点处水平变形值为零 水平变形曲线和曲率曲线 分布相似 可以表示为 1 9 2 2 dx xwd BxBKx 2 水平矿层非充分采动时主断面内移动和变形规律水平矿层非充分采动时主断面内移动和变形规律 图 1 15 b 表示水平矿层非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 与充分采 动移动盆地相比较 有下列不同 1 最大下沉值 maxmax ww 2 在盆地中心出现三个曲率极值 两正一负 及三个水平变形极值 两个水平拉 伸值 一个水平压缩值 且在盆地中心最大下沉点位置它们都不为零 3 水平矿层超充分采动时的地表移动和变形分布规律水平矿层超充分采动时的地表移动和变形分布规律 1 4 2 倾斜矿层非充分采动时移动和变形分布规律倾斜矿层非充分采动时移动和变形分布规律 图 图 1 15 下沉盆地为非对称分布 上山部分的下沉曲线较下山部分的要陡 范围要小 地表下沉盆地的最大下沉点 不是位于采空区中心的上方 而是偏向下山方向一侧 随着矿层倾角的增大 指向上山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 水平变形的最大拉伸变形在下山方向 最大压缩变形与水平移动值等于零的位置对 应于地表的最大下沉点出现的地方 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也不相似 1 4 3 急倾斜矿层非充分采动时移动和变形分布规律急倾斜矿层非充分采动时移动和变形分布规律 地表下沉盆地的非对称性十分明显 下山方向的影响范围远远大于上山方向的影响 范围 随着矿层倾角的增大 倾斜剖面形状由对称的碗形逐渐转为非对称性的瓢形 当矿层倾角接近 90 时 下沉盆地又转变为比较对称的碗形或兜形 图 1 16 8 随矿层倾角的增大 最大下沉点位置逐渐向上山方向移动 当矿层倾角接近 90 时 在矿层露头上方 急倾斜矿层开采时不出现充分采动情况 最大下沉值随回采阶段垂高的增加而增大 当开采厚度较大 开采深度小 矿层顶底板坚硬不易冒落而煤质又较软时 开采后采 空区上方之矿层易沿底板滑落 这种滑落可能一直发展到地表 使地表矿层露头处出现塌陷 坑 在采深较大 采高较小 顶底板岩石较松软 松散层较厚的情况下 地表不一定出现 塌陷坑 图 1 16 急倾斜矿层条件下采动地表移动盆地类型 2 a 6 b 80 c 90 1 5 采动过程中地表移动表形的一般规律采动过程中地表移动表形的一般规律 1 地表点的移动轨迹地表点的移动轨迹 地表点从移动开始到剧烈移动 再到移动逐渐停止 是一个复杂的时间空间过程 如 移动盆地走向主断面充分采动区内地表点 B 的移动轨迹 图 1 17 1 当工作面由远处向 B 点推进 移动波及到 B 点时 地表下沉速度由小逐渐变大 B 点的移动方向与工作面推进方向相反 第 I 阶段 2 当工作面经 B 点继续向前推进时 地表下沉速度迅速增大 并逐渐达到最大下沉速度 B 点的移动方向近于铅垂方向 第 II 阶段 3 当工作面继续向前推进 逐渐远离地表点 B 后 点 B 的移动方向逐渐与工作面推进 方向相同 第 III 阶段 4 当工作面远离地表点达到一定距离以后 回采工作面对 B 点的影响逐渐消失 点 B 的移动趋于停止 第 IV 阶段 5 移动盆地稳定后 点 B 的位置并不以定在其起始位置的正下方 一般略偏向回采工 作面停止位置的一侧 第 V 阶段 2 工作面推进过程中的超前影响 工作面推进过程中的超前影响 1 起动距 地下开采达到一定范围后岩层移动开始波及到地表 通常将地表开始移动 时工作面的推进距离称为起动距 2 开采地表超前影 在工作面开采过程中 在它前方的地表开始移动 将工作面前方 地表开始移动的点与当时工作面的连线和水平线在矿柱一侧的夹角称为超前影响角 The angle of advance influence 用 表示 超前影响角的计算公式为 a b c 9 1 10 0 1 H l ctg 式中 超前影响距 l 超前影响角的大小与采动程度 工作面开采速度及采动次数有关 角随开采范围增 大而减小 充分采动后 趋于定值 地表移动稳定后 等于边界角 0 值随着工作面 的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 确定工作面在任意位置时的地表影 响范围 3 地表点的下沉速度 vn 地表点的下沉速度计算公式为 1 t w v n n 11 式中 地表 n 点在两次观测中得到的下沉差 mm n w t 两次观测的间隔时间 d 在非充分采动条件下 随着采空区面积的增大 地表各点的下沉速度逐渐增大 当 达到充分采动后 地表各点的下沉速度分布基本相同 经历开始下沉 达到最大下沉速 度 逐渐衰减变小至下沉结束过程 地表点的最大下沉速度一般发生在工作面推过该点以后 通常以最大下沉速度滞后 距离 L 及最大下沉速度滞后角 The angle of delay 来描述 其关系如下 1 0 1 H L ctg 12 掌握了地表最大下沉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 3 地表移动持续时间地表移动持续时间 从地表开始移动 下沉量 wb 10mm 到地表移动停止 连续六个月内地表下沉量 we 30mm 的持续时间称为地表移动时间 地表移动持续时间划分为三个阶段 地表移动持续时间划分为三个阶段 开始阶段 活跃阶段 衰减阶段 图 1 19 在开始阶段和衰减阶段地表下沉速度 v 1 67mm d 活跃阶段 v 1 67mm d 从图 1 19 中可以看出 在活跃阶段内地表点的下沉量可达其总下沉量的 85 以上 说明地表点的下 沉主要发生在活跃阶段内 地表移动持续时间主要与覆岩岩性 开采深度与采高之比及开采速度等因素有关 覆 岩越软 推进速度越大 采深与采高比越小 则下沉速度越大 重复采动时的最大下沉速 度比初次采动时大 文献 5 认为地表最大下沉速度与地表最大下沉值 开采速度 覆岩岩 性以及工作面推进速度有关 式 1 13 为常用的经验公式 1 13 0 max max H VKw v 式中 K 下沉速度系数 见表 1 2 10 V 工作面开采速度 m d 移动过程总时间 危险移动期 07 0508 2910 24 12 06 10 20 30 40 10 20 30 40 50 0 0 10 20 30 40 200 400 600 800 1000 1200 1400 w mm v mm d 0 0 t d 3 2 1 m wmax v0 衰减阶段启动阶段 图 1 19 地表点的下沉速度及下沉曲线 地表移动持续时间一般要持续 1 5 2 5a 在采深较大 覆岩坚硬的条件下 甚至可能 会持续 5 6a 4 工作面移动过程中的地表移动和变形规律工作面移动过程中的地表移动和变形规律 图 1 20 表示工作面推进过程中水平移动的变化规律 动态移动变形随工作面移动 稳定后的最大水平移动值比工作面推进过程中的地表最大水平移动值大 工作面推进过程中的倾斜变化规律与水平移动变化规律基本相同 工作面推进过程中的地表水平变形变化规律与曲率变化规律基本相同 图 1 20 随工作面推进地表水平移动动态变化规律 1 6 影响地表移动和变形的地质采矿因素影响地表移动和变形的地质采矿因素 采动地表移动变形分布规律取决于地质和采矿的综合影响 只有正确地认识和掌握这 些因素的影响 才能有效合理的解决矿山生产实践中遇到的实际问题 才能进一步改进移 动预计方法 影响地表移动变形的主要采矿地质因素为 a 覆岩力学性质对覆岩移动破坏的影响 b 覆岩力学性质对开采沉陷分布规律的影响 c 松散层对地表移动特征的影响 d 矿层倾角的影响 e 采深与采高的影响 f 开采范围大小的影响 g 开采方法及顶板管理方法的影响 11 h 开采速度的影响 i 重复采动的影响 1 岩力学性质对覆岩移动破坏的影响岩力学性质对覆岩移动破坏的影响 覆岩 坚硬 中硬 软弱岩层或其互层 是否存在关键层 采深与采高之比 1 覆岩中均为极软弱岩层或第四纪土层 矿层顶板 覆岩 即是小面积暴露 也会 在局部地方沿直线向上发生冒落 并可直达地表 这时覆岩产生抽冒变形 地表出现漏斗 形塌陷坑 2 当覆岩中仅在一定位置上存在厚层状极坚硬岩层 覆岩冒落发展到该坚硬岩层时 会形成悬顶 坚硬岩层将产生拱冒变形 则地表产生缓慢的连续移动变形 3 覆岩中均为厚层状极坚硬岩层 矿层顶板 覆岩 局部或大面积暴露后形成悬顶 不发生任何冒落而发生弯曲变形 地表产生缓慢的连续变形 2 岩力学性质对开采沉陷分布规律的影响岩力学性质对开采沉陷分布规律的影响 覆岩岩性越坚硬 开采影响范围就越大 下沉盆地越平缓 由于坚硬顶板悬顶距大 故拐 点偏移距也相对大 相反 覆岩岩性越软弱 开采影响范围就越小 下沉盆地越陡立 拐点偏 移距也相对小 地表裂缝地表裂缝 岩土性质岩土性质 塑性大的粘土 拉伸变形超过 6 10 mm m 塑性小的砂 质粘土 拉伸变形达到 2 3mm m 时发生裂缝 其延展深度为 2 5m 在岩石中 拉 伸变形超过了 3 7mm m 时发生裂缝 其延展深度大于在土层中的深度 若为坚硬岩石 这类裂缝可使地表与采空区沟通 在第四纪土层较厚的地区 地表常出现地堑式裂缝 这是在下沉盆地边缘区两条裂缝之间的地表下沉大于其两侧的缘故 3 松散层对地表移动特征的影响松散层对地表移动特征的影响 基岩下沉引起松散层的下沉 使松散层产生弯曲形式的移动可分成下列两种情况 当基岩为水平或近水平 10 时 松散层的移动形式与基岩移动形式基本一致 两者都呈垂直弯曲形式 移动向量都指向采空区中心 水平移动呈对称分布 当岩层倾斜时 基岩水平移动指向上山方向 由于摩擦力的作用 基岩移动会带动松 散层产生指向上山方向的水平移动 这种移动在松散层中由下往上逐渐减弱 图 1 22 4 矿层倾角的影响矿层倾角的影响 随矿层倾角的增大 在倾斜和缓倾斜矿层开采条件下 地表连续移动和变形有以下特 点 1 下沉盆地呈非对称形分布 下山方向的移动和变形范围扩大 上山方向的移动 和变形范围缩小 2 地表下沉盆地的最大下沉点向采空区下山方向移动 3 在采空区上 下山及走向矿柱边界的点拐偏移距不同 下山一侧大 向矿柱一 侧偏离 上山一侧小 向采空区一侧偏离 4 水平移动 水平变形 曲率和倾斜极值增大 5 采深与采厚的影响采深与采厚的影响 采深与采厚比是确定地表移动变形的重要指标 12 采深越大 开采影响范围就越大 但移动盆地越平缓 地表移动和变形值越小 图 1 23 给出在其它条件相同情况下 随开采深度增加 地表移动半盆地的影响范围和盆地坡 度情况 图 1 23 不同采深形成的下沉盆地形态分析图 3 6 开采范围大小的影响开采范围大小的影响 开采范围的大小会影响地表的充分采动程度 7 开采方法及顶板管理方法的影响开采方法及顶板管理方法的影响 开采方法和和顶板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 1 长壁式全部跨落法管理顶板开采 下沉量一般可达开采高度的 45 95 2 应用充填开采 长壁式或短壁式 下沉量一般为开采高度的 6 30 地表移动 持续时间较长 3 应用条带式或房柱式垮落式管理顶板时 地表移动量较小 一般为开采高度的 10 20 8 开采速度的影响开采速度的影响 开采速度 覆岩移动速度 变形速率 非均匀速度影响 9 重复采动的影响重复采动的影响 特点 特点 下沉速度 下沉系数加大 移动期减小 岩移参数均发生变化 1 7 复杂地质条件对地表沉陷的影响复杂地质条件对地表沉陷的影响 在地质条件复杂 如遇到大的断层 褶曲 富含水层或在山区地表条件下 地表移动 变形的正常规律被掩盖 表现出特殊的规律性 这方面的理论研究还很不够 是采动损害 领域研究中的难题 1 断层对开采沉陷规律的影响断层对开采沉陷规律的影响 当覆岩中存在倾角大于 20 落差大于 10m 的断层时 断层对地表沉陷便有明显的影 响 13 图 1 24 正断层对下沉盆地的影响 图 1 25 逆断层对下沉盆地的影响 2 向斜构造时的地表移动特征向斜构造时的地表移动特征 3 山区地表移动及变形特征山区地表移动及变形特征 采动影响下的山区地表移动规律与平地的移动规律有很大的差别 山区地表移动除了 一般的地表移动形式外 还可能伴随山体滑移 甚至引起山体滑坡 Landslide 破坏 滑移 是指在开采引起的地表移动过程中 表土层或风化层在重力分量的作用下沿山坡向下的缓 慢移动 它是在采动沉陷过程中同时发生的 滑坡是指该地区本来就存在滑坡条件或古滑 坡 由采动诱发滑坡或引起新的滑动 这种滑坡的移动量和移动速度都较大 移动方向不 一定指向下山方向 下面主要给出不发生滑坡的山区地表移动特征 1 山区地表移动除了有向采空区移动的分量外 还有向山坡下方移