沉陷复习资料

1、充分采动 当地表下沉盆地的下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大下沉值时， 这种情况称为充分采 动，又称临界开采。这时，地表下沉盆地的形状大致呈碗形。最大下沉角在倾斜主断面上， 由采空区的中点和移动盆地最大下沉点在岩基面上投影点的连线与水平线 之间沿煤层下山方向一侧的夹角，称为最大下沉角。主断面 通常将地表下沉盆地内通过地表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 下沉盆地的主断面。边界角边界角就是在充分采动或接近充分采动的条件下， 地表下沉盆地主断面上盆地边界点至采空 区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。移动角移动角就是在充分采动或接近充分采动的条件下，地表下沉盆地主断面上 3 个

2、临界变形中 最外边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的夹角。开采沉陷的主要影响因素 岩层与地表移动的规律取决于地质和采矿因素的综合影响。 在这些地质和采矿因素中， 一类 是人们无法对其产生影响的， 称为自然因素； 另一类时采矿技术因素。 岩层与地表移动的主 要影响因素有覆岩力学性质、岩层层位、松散层、煤层倾角、开采厚度、采区尺寸、重复采 动、采煤方法及顶板控制方法。地表移动观测站 地表及岩层移动观测时在选定位置设置一系列相互联系的测点， 通常称地表移动观测站或岩 层移动观测站，简称观测站。剖面线状观测站 在地表移动盆地主断面的方向上，将观测点布设成直线的观测站。有时不能布设

3、成直线时， 也可布设成具有少量转点的折线形。 剖面线状观测站通常由两条互相垂直且相交的观测线所 组成。沿走向主断面布设的观测线称为走向观测线， 沿倾斜主断面布设的观测线称为倾斜观 测线。保护煤柱 保护煤柱是指专门在井下暂时或永久不予采出的，目的是保护其上方岩层内部和地表的湖 泊、河流、铁路、公路、民用住宅和工业厂房、管道、农田水利设施以及井下工程等保护对 象不受开采影响的那部分煤体。观测站设计的原则：1）开采工作面上方地势平坦，地下无大的地质构造，水文地质条件简单。2）设计在移动盆地的主断面上。3）观测线的长度应大于移动盆地的范围。4）观测期间不受临近采区的影响。5）观测线上应根据采深和设站的

4、目的布置一定密度的测点。6）观测线的控制点应在移动盆地范围之外埋设牢固，在冻土区控制点的顶面应在冻土线以 下 0.5m 。开采沉陷预计的作用和意义对一个计划的开采， 在开采进行以前， 根据其地质采矿条件和选用的预计函数及其参数， 预 先计算出受此开采影响的岩层或地表移动变形工作，称为开采沉陷预计。开采沉陷预计是矿山开采沉陷学科的核心内容之一。 利用预计结果可定量地研究受开采影响 的岩层与地表移动和变形在时间和空间上的分布规律。 在现场实践中， 开采沉陷预计对知道 建筑物、 铁路和水体下压煤的安全开采， 指导地表塌陷区综合治理和土地复垦等均具有重要 的作用。铁路下采煤特点1）铁路是延伸性建筑物，

5、相互之间为一整体，必须全盘考虑，如果某一区段出了问题必然 会影响全线正常通车。2）铁路运输不能中断，要求在短时间维修好损坏的铁路，必须保证采动过程中列车行车的 安全。3）铁路突然的、局部的陷落，对列车运行危害极大，可能导致列车行车事故，必须加以防 止。4）铁路的移动变形可通过及时维修消除。 进水体采煤的特点1）进水体采煤对变形量的大小关心较少，主要关心破裂岩体是否接触水体。2）保护对象一般来说不是水体而是矿井本身。3）水体是一整体，只要破裂带触及水体，就会使整个水体崩溃入井下，淹没矿井，因此水 体必须作为整体加以保护。煤层底板的“下三带”1）破坏带：邻接工作面的直接底板受到破坏，出现一系列沿层

6、面和垂直与层面的断裂，使 其导水能力增强，其厚度称底板破坏深度。2）完整岩层带：位于破坏带之下，岩层虽然受到支撑压力的作用，甚至产生弹性或塑性变 形，但仍然能保持连续性，其阻水能力未发生变化。因此，称完整岩层带或保护带。3）地下水导升带：地下水导升带指底板含水层中的承压水沿隔水层裂隙上升的高度， 即由含水层顶面至承压水 导升标高之间的部分。 地下水导升带的厚度取决于承压水的压力及隔水层裂隙的发育程度和 受开采影响的剧烈程度。垮落带（综合分析） 垮落带是指面煤层开采引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的那部分岩层。 垮落带内岩层移 动和破坏的特点如下：（1）在垮落带内，从煤层往上岩层破碎程度逐步减小

7、。（ 2 ）岩石具有的碎胀性能使上覆岩层垮落自行停止。岩石的碎胀性取决于岩石强度，硬岩 碎胀性较大，软岩碎胀性较小。（3）垮落岩块间的空隙随着时间的增长和工作面长度的加大，在上覆岩层压力作用下，在 一定程度上可得到压实。一般是稳定时间越长，工作面开采范固越大，压实性越好。（ 4 ）垮落带内的岩块间空隙较大，有利于水、砂、泥土通过。 （5）垮落带高度主要取决于开采厚度和上覆岩层的碎胀性。一般是开采厚度越大，上覆岩 层碎胀性越小，垮落带高度越大。断裂带 断裂带是指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。 断裂带位于垮落带和弯曲带之间。断裂带内岩层移动和破坏的特点如下：

8、（1）断裂带内的岩层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂，而且还产生顺层理面的离层裂 缝。（2）断裂带内的岩层具有连通性，容易导水和积水。（3）断裂带内的岩层一般情况下距离采空区越远，破坏程度越小。（4）断裂带高度随着工作面推进距离的增加而增大，当工作面推进到一定距离时断裂带的 高度达到最大。之后，断裂带高度基本上不再发展。（5）岩石越坚硬，断裂带高度越大。弯曲带 弯曲带是指断裂带顶部直至地表的那部分岩层。弯曲带内岩层移动和破坏的特点如下： （1）弯曲带内岩层移动过程连续而有规律，并保持整体性和层状结构。（2）弯曲带内岩层在自重的作用下沿层面法向弯曲，在水平方向处于双向受压缩状态。（3）弯曲带内各

9、部分岩层在竖直方向上的移动量相差很小，其上部不存在或极少存在离层 裂缝。（4）弯曲带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。（5）弯曲带的高度主要受开采深度的影响，当采深较小时，断裂带高度可直达地表。三带” 在水平或缓倾斜煤层开采时表现比较明显，由于地质采矿条件的不同，覆岩中的“三带”不一 定同时存在。下沉曲线（综合分析） 表示盆地内下沉分布规律。在采空区中央上方 O 处地表下沉值最大，从盆地中央向采空区 边缘下沉逐渐减小，在盆地边界点 A、B 处下沉为零，下沉曲线以采空区中央对称。倾斜曲线 表示地表移动盆地倾斜的变化规律。 盆地边界至拐点间倾斜渐

10、增， 拐点至最大下沉点间倾斜 逐渐减小，在最大下沉点处倾斜为零。在拐点处倾斜最大，有两个相反的最大倾斜值。曲率曲线 表示地表移动盆地内曲率的变化规律。盆地边缘区水平移动曲线 表示地表移动盆地内水平移动分布规律。 盆地边缘区为正曲率区， 盆地中部为负曲率区。 曲 率曲线由 3 个极值， 两个相等的最大正曲率和一个最大负曲率。两个最大正曲率位于边界点和拐点之间，最大负曲率位于最大下沉点处；边界点和拐点处曲率为零。水平变形曲线 表示地表移动盆地内水平变形分布规律。 与曲率曲线的分布规律相似， 盆地边缘地区为拉伸 区，盆地中部为压缩区。 水平变形曲线有 3 个极值，两个相等的正极值和一个负极值，正极

11、值为最大拉伸值， 负极值为最大压缩值。 两个最大拉伸值位于边界点和拐点之间， 最大压缩 值位于最大下沉点处，边界点和拐点处水平变形为零。建筑物下开采（综述） 开采技术措施：1）充填开采方法：充填开采方法属于人工支护采煤法，是随着回采工作面的推进，向采空 区送入充填材料，以减少采出空间，从而减少覆岩及地表移动变形的一种开采方法。2）条带开采方法：条带开采方法是一种部分开采方法，他是将要开采的煤层区域划分为比 较正规的条带形状， 采一条，留一条，使留下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。 与全部垮落法开采不同， 条带开采的资源回收率偏低， 掘进率高， 开采工艺复杂，效

12、率较低。3）协调开采方法：协调开采引起的地表移动变形分布规律，通过采用合理的开采布局，开 采顺序、方向、时间等方法减缓开采引起的地表移动变形。地面建筑保护措施： 设置钢拉杆、设置钢筋混凝土圈梁、设置构造柱、设置钢筋混凝土锚固板、堵砌门窗、 设置变形缝、设置水平滑动层、设置双板基础、设置变形补偿沟。开采沉陷对 土地和 生态环境的影响（综述）1）开采沉陷对土壤的侵蚀：矿山开采沉陷对土地的深层次破坏，一是改变土壤成分，造成 土壤环境污染；二是导致土地沙漠化。2）对地表水环境的影响：煤层的开采会对其上覆地层造成破坏，疏干部分裂隙水，局部地 段造成含水层破坏。3）对地下水环境的影响： 煤矿开采过程中破坏了地下含水层的原始径流， 大量排出地下水， 同时使区域含水层水位下降， 形成大规模地下水降落漏斗。