煤矿开采地表沉陷规律课件

煤矿开采地表沉陷规律怕吃苦、勇于吃苦的精神，增长才干，有所作为）提示：其实同学们不畏严寒，不怕酷暑，每天坚持来上学，这种恒心与毅力让人佩服，你们在老师眼里就是最优秀的。煤矿开采地表沉陷规律煤矿开采地表沉陷规律怕吃苦、勇于吃苦的精神，增长才干，有所作为）提示：其实同学们不畏严寒，不怕酷暑，每天坚持来上学，这种恒心与毅力让人佩服，你们在老师眼里就是最优秀的。一、地表移动和破坏的形式地表移动盆地煤矿开采地表沉陷规律怕吃苦、勇于吃苦的精神，增长才干，有所作1煤矿开采地表沉陷规律课件2地表裂缝及台阶地表裂缝及台阶3煤矿开采地表沉陷规律课件4煤层露头处附近漏斗状塌陷坑

煤层露头处附近漏斗状塌陷坑5二、地表移动盆地的形成及特征1、地表移动盆地的形成H1W12W23W345W4W5二、地表移动盆地的形成及特征1、地表移动盆地的形成H1W1262、充分采动与非充分采动

充分采动—地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大而增加。非充分采动—地表最大下沉值随开采区域尺寸增大而增加。2、充分采动与非充分采动充分采动—地表最大下沉值不再随开采7非充分采动时的地表移动盆地

非充分采动时的地表移动盆地8临界充分采动时的地表移动盆地

临界开采尺寸，1.2～1.4倍采深

临界充分采动时的地表移动盆地临界开采尺寸，1.2～1.49超充分采动时的地表移动盆地

超充分采动时的地表移动盆地103、地表移动盆地特征

主断面—通过盆地内最大下沉点沿煤层倾向或走向的垂直剖面3、地表移动盆地特征主断面—通过盆地内最大下沉点沿煤层倾向11（1）近水平煤层地表移动盆地

（1）近水平煤层地表移动盆地12倾向临界充分采动倾向临界充分采动13

非充分采动非充分采动14下沉曲线特征主断面上的地表下沉曲线分为三段。采空区上方的内缘区下沉曲线呈凹形煤柱上方的外边缘区下沉曲线呈凸形下沉曲线的凹凸或内外边缘区分界点称为拐点。拐点偏移距。下沉曲线特征主断面上的地表下沉曲线分为三段。下沉曲线的凹凸或15（2）缓倾斜和倾斜煤层地表移动盆地

移动盆地在倾向方向上与采空区不对称。盆地、最大下沉值和拐点均下移。（2）缓倾斜和倾斜煤层地表移动盆地移动盆地在倾向方向上与采16（3）急倾斜煤层地表移动盆地

非对称性更加明显，整个盆地及最大下沉值向采空区下边界方向偏移，地表最大水平移动值大于最大下沉值，煤层底板岩层也移动（3）急倾斜煤层地表移动盆地非对称性更加明显，17在移动盆地主断面上，将地表下沉曲线上的最大下沉点或盆地平底边缘点投影在地表水平线上，该投影点和采空区边界的连线与煤层底板在采空区一侧的夹角叫充分采动角。下山方向的充分采动角1上山方向的充分采动角2走向方向的充分采动角3三、地表移动的角量参数1、充分采动角在移动盆地主断面上，将地表下沉曲线上的最大下沉点或盆地平底边182、边界角、移动角和裂隙角移动盆地的最外边界一般取下沉为10mm的点为边界点ACBD移动盆地危险边界倾斜i=3mm/m水平变形=2mm/m曲率K=0.2mm/m2A'C'B'D'移动盆地裂缝边界A"C"B"D"2、边界角、移动角和裂隙角移动盆地的最外边界19煤矿开采地表沉陷规律课件20松散层移动角松散层第四纪、第三纪未成岩的冲积层、洪积层和残积层的统称松散层移动角，一般取45°。当有松散层时，应先以松散层移动角将边界点投影到基岩面，再与开采边界连线确定移动角。松散层移动角松散层21急倾斜煤层边界角、移动角、裂隙角

急倾斜煤层的顶板、底板边界角移动角和裂隙角急倾斜煤层边界角、移动角、裂隙角急倾斜煤层的顶板、底板边界223、最大下沉角

在移动盆地倾向主断面上，采空区中点和地表最大下沉点在地表水平线上投影点的连线与水平线在下山方向的夹角=90-K

K=0.50.83、最大下沉角在移动盆地倾向主断面上，采空区中点和地表最大23四、地表移动的变形参数空间问题平面问题在主断面上用数学方法研究任意一点的向量横向（X）

纵向（y）开采引起的地表移动是复杂的时间-空间现象。一点的移动矢量是空间位置（x、y、z）和时间（t）的函数。垂直移动（Z）水平移动四、地表移动的变形参数空间问题平面问24描述地表移动盆地内移动和变形的主要指标下沉水平移动倾斜曲率水平变形描述地表移动盆地内移动和变形的主要指标下沉251、下沉W主断面内地表移动向量的铅直分量W=W（x）最大下沉值在盆地中央下沉曲线凹凸分界的拐点处，下沉值约为最大值的一半。1、下沉W主断面内地表移动向量的铅直分量W=W（x）262、水平移动U地表移动向量的水平分量123456789xδ0ψ3ψ3δ02′3′4′5′6′7′8′9′1′U=U（x）,有两组方向不同的水平移动

规定:正值的水平移动与x轴的正方向一致

负值的水平移动与x轴的负方向一致

2、水平移动U地表移动向量的水平分量123456789xδ27水平移动1点U1=05点U5=09点U9=0U坐标向下为正Uox+-123456789xδ0ψ3ψ3δ02′3′4′5′6′7′8′9′1′边界点和采空区中点的水平移动为零；边界点和采空区中点之间有极值。水平移动1点U1=0Uox+-123456789xδ0283、倾斜i倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，单位为mm/m，i坐标轴向下为正123456789xδ0ψ3ψ3δ02′3′4′5′6′7′8′9′1′3、倾斜i倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，单位为mm/m29倾斜是地表下沉的一阶导数倾斜是地表下沉的一阶导数30倾斜的正负号

有两组方向不同的倾斜边界点和最大下沉点之间的倾斜必然有正极值和负极值存在。倾斜的正负号有两组方向不同的倾斜31倾斜的正负号的物理意义垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向与x轴正向相同时，倾斜为正；杆状物倾倒的趋向与x轴负向相同时倾斜为负。倾斜的正负号的物理意义垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向32δ0ψ3δ0ψ3xw195372468oHrUox+-iox+-水平移动U（x）和倾斜i（x）的变化趋势同步δ0ψ3δ0ψ3xw195372468oHrUox+-iox33水平移动U（x）和倾斜i（x）Uox+-iox+-B一个有单位的比例系数水平移动U（x）和倾斜i（x）Uox+-iox+-B一个有单344、曲率K

地表单位长度内倾斜的变化，单位为mm/m2或10-3/m。曲率坐标轴向上为正.4、曲率K地表单位长度内倾斜的变化，单位为mm/m2或1035曲率BAΔxBAΔx曲率BAΔxBAΔx36iox+-Kox++--K1=0K3=0K5=0K7=0K9=0曲率δ0ψ3δ0ψ3xw195372468oHr倾斜iox+-Kox++--K1=0K3=0K37曲率正负号的物理意义

正曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方向凸起或在煤层方向下凹负曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方向下凹或在煤层方向凸起

曲率正负号的物理意义正曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方385、水平变形

单位长度上水平移动的变化，单位：mm/m坐标向上为正5、水平变形单位长度上水平移动的变化，单位：mm/m39iox+-Kox++--水平变形δ0ψ3δ0ψ3xw195372468oHr水平

移动

1=0

3=0

5=07=09=0iox+-Kox++--水平变形δ0ψ3δ0ψ3xw195340水平变形正负号的物理意义

水平变形正值的物理意义为地表受拉伸变形负值的物理意义为地表受压缩变形。

水平变形正负号的物理意义水平变形正值的物理意义为地表受拉伸41两个相等的正极值和两个相等的负极值正极值为最大拉伸值，位于边界点和拐点之间；负极值为最大压缩值，位于两个拐点之间；盆地边界点、拐点和中点处水平变形为零；盆地边缘区为拉伸区，中部为压缩区水平变形的变化规律两个相等的正极值和两个相等的负极值水平变形的变化规律42地表移动盆地内五项指标变化规律地表移动盆地内五项指标变化规律43五项指标之间的关系

()()()()()2222dxWdBxdxdWBxUdxWdxKdxdWxixWW=====e五项指标之间的关系()()()()()2222dxWdBx44非充分和超充分采动条件下水平煤层(或有一定倾角的煤层沿走向)主断面内地表移动与变形规律非充分和超充分采动条件下水平煤层(或有一定倾角的煤层沿走向45倾斜煤层移动与变形规律1-下沉

2-倾斜

3-曲率

4-水平移动

5-水平变形1、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；最大下沉点偏向下山方向。2、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不相似。3、指向上山方向的水平移动大于指向下山方向的水平移动。4、最大拉伸变形在下山方向，最大压缩变形在上山方向。倾斜煤层移动与变形规律1-下沉

2-倾斜

3-曲率

4-水平46五、地表移动与变形参数分析（一）地表移动变形参数的影响因素（二）地表移动速度和持续时间（三）最大下沉值与下沉系数（四）主要影响半径与主要影响角（五）水平移动系数（六）拐点偏移距五、地表移动与变形参数分析（一）地表移动变形参数的影响因素47（一）地表移动与变形参数的影响因素1、煤层地质条件煤层厚度、倾角、埋深、断层2、覆岩与地层条件岩性、厚度与组合关系，关键层特征，表土层厚度、山地、地下水3、开采技术条件重复开采、采空区处理、开采速度、开采范围（一）地表移动与变形参数的影响因素1、煤层地质条件48（二）地表移动速度和持续时间岩层移动变形—在空间时间剧烈程度—下沉速度反映地表设测点AA．（二）地表移动速度和持续时间岩层移动变形—在空49地表移动速度和持续时间地表移动速度和持续时间50顶板管理方法矿区地表移动延续时间（月）总时间开始阶段活跃阶段衰退阶段

垮落法枣庄8152焦作8152开滦191108阜新132.563充填法新汶295511010181827阜新55102025部分充填法北票172.55.59枣庄8.512.55地表移动延续时间

地表移动持续时间顶板管理方法矿区地表移动延续时间（月）总时间开始阶段活跃阶段51岩层移动时间岩层移动时间主要与采深和岩性有关采深H（m）时间（年）1000.711002001220030023岩层移动时间岩层移动时间主要与采深和岩性有关52下沉系数：最大下沉量与煤层采高的比值

下沉系数与覆岩岩性有关

下沉系数与采空区处理方法有关

下沉系数与重复采动有关

下沉系数与采深有关（三）最大下沉与下沉系数下沉系数：最大下沉量与煤层采高的比值

下沉系数与覆岩岩性有53岩性坚硬中硬软弱下沉系数0.270.540.550.850.861.00部分煤矿实测的地表下沉系数变化范围

岩性坚硬中硬软弱下沉系数0.270.540.550.854采空区处理方法与采空区处理方法下沉系数全部垮落法0.40.95带状充填法(外来材料)0.550.70干式全部充填法(外来材料)0.40.50风力充填法0.300.40水砂充填法0.060.20采空区处理方法与采空区处理方法与采空区处理方法下沉系数全部垮落法0.455矿区初次采动下沉系数重复采动下沉系数淮南0.70.9峰峰0.80.9-1.0本溪0.70.8阜新0.65-0.70鹤岗0.65-0.7平顶山0.65-0.77枣庄0.59-0.7重复采动对地表下沉系数影响矿区初次采动下沉系数重复采动下沉系数淮南0.70.9峰峰56采深对的影响采深小,较大局H（m）平顶山局801401402000.770.65枣庄局1001000.70.59采深对的影响采深小,较大局H（m）平顶山局57非充分采动条件下地表最大下沉值

W0=mcos确定的方法1、按L0/Lc/2、按Lθ/H0/非充分采动条件下地表最大下沉值W0=mcos58确定的方法1l0/lc或L0/Lc0.10.20.30.40.5/0.000.480.640.770.85l0/lc或L0/Lc0.60.70.80.91.0/0.940.970.980.991.00开采充分程度(l0/lc)或(L0/Lc)与(/)的关系

确定的方法1l0/lc或L0/Lc0.10.20.30.59确定的方法2Lθ为开采区域长度或宽度按开采影响传播角θ0向地面的投影长度H0为平均采深

确定的方法2Lθ为开采区域长度或宽度按开采影响传播角θ060确定的方法2确定的方法261（四）主要影响半径和主要影响角

（开采影响范围）

（四）主要影响半径和主要影响角

（开采影响范围）

62主要影响半径x=r处的地表移动和变形xW（x）i（x）K（x）-r0.0062W00.0432i00.178K0r0.9938W00.0432i0-0.178K0主要影响半径x=r处的地表移动和变形xW（x）i（x63主要影响角主要影响角：开采边界点与主要影响半径边界点的连线与水平线所夹的锐角（与下山方向岩层移动角含义不同）

r，影响范围变小r影响范围变大主要影响角正切主要影响角主要影响角：开采边界点与主要影响半径边界点的连线与64tg取值tg常见值为1.3~2.5，一般为2大小主要决定于上覆岩层的岩性，岩层坚硬时，tg较小，岩层软弱时，tg较大。一般情况下，坚硬岩层的tg为1.2~1.91，中硬岩层为1.92~2.4，软弱岩层为2.41~3.54。tg取值tg常见值为1.3~2.5，一般为265（五）水平移动系数水平煤层一般b=0.3，变化范围大致在0.20.4倾斜煤层bαbα=b(1+0.0086α)

（五）水平移动系数水平煤层66（六）拐点偏移距拐点处下沉为最大下沉的一半，倾斜和水平移动值最大，曲率和水平变形值为零。覆岩越硬，拐点偏移距越大。采深越大，拐点偏移距越大。（六）拐点偏移距拐点处下沉为最大下沉的一半，倾斜和水平移动值67预计内容影响范围最大变形、移动值及位置主断面内地表移动和变形值地表任意点变形和移动值地层内岩体任意点变形和移动值预计目的建筑物的破坏程度应采取的相应措施六、开采沉陷预计方法预计内容影响范围六、开采沉陷预计方法68动态预计：某时的移动和变形W、i、U、K、、t静态预计：稳定后的移动和变形W、i、U、K、

主要方法静态预计地表移动和变形预计方法

动态预计：某时的移动和变形地69典型曲线法剖面函数法理论模拟法概率积分法地表移动和变形预计方法

典型曲线法地表移动和变形预计方法70一、典型曲线法基于地表下沉实测资料，综合成反映所测矿区主断面内下沉分布规律的地表下沉典型曲线、数据或表格，据此预测该矿区新开采工作面开采沉陷。使用条件：适用于规则采空区上方的地表移动和变形预计。一、典型曲线法基于地表下沉实测资料，综合成反映所测矿区主断面71制作典型（无因次）曲线所作的典型下沉曲线与采深和煤层厚度无关,只与最大下沉值和位置有关采前大量布置测点，实测制作典型（无因次）曲线所作的典型下沉曲线与采深和煤层厚度无关72X(m)0X1X2X3XmWx

(mm)W0W1W2W3WmY(m)0y1y2y3ymWy(mm)W0W1W2W3WmW0ψ3ψ3

00oX1X2X3Xm......Xm+1.WxHy1y2..X(m)0X1X2X3XmWx(mm)W0W1W2W3W73典型（无因次）曲线的制作采后处理数据：O点为最大下沉点，座标轴指向盆地边界以X/L和Y/L为横坐标，坐标单位为0.1、0.2、0.3、......1.0以WX/W0和Wy/W0为纵坐标，坐标单位为0.1、0.2、0.3、......1.0盆地半长L1、L2或L3由0、0、0、、1、2、3定做典型图和表（无因次）典型（无因次）曲线的制作采后处理数据：74典型（无因次）曲线盆地典型（无因次）曲线盆地75o0.20.40.60.81.0X/L30.20.40.60.81.0Wx/Woo0.20.40.60.81.0X/L30.20.40.6076峰峰矿区充分采动条件下主断面内

下沉典型曲线分布系数x/Li（i=1，2，3）00.10.20.30.40.5W(x)/W0或W(y)/W01.0000.9740.9000.7460.4990.266x/Li（i=1，2，3）0.50.60.70.80.91.0W(x)/W0W(y)/W00.2660.1190.0590.0290.0140.000峰峰矿区充分采动条件下主断面内

下沉典型曲线分布系数x/Li77预计新开采区域地表移动与变形a、计算最大下沉值W0，（由本矿区的经验）b、作主断面图c、确定L3预计新开采区域地表移动与变形a、计算最大下沉值W0，（由本矿78e、从表格和图上查出：时各点的比值x/Li（i=1，2，3）00.10.20.30.40.5W(x)/W0或W(y)/W01.0000.9740.9000.7460.4990.266d、将L3十等分确定时各点的比值x/Li00.10.20.30.40.5W(x79f、将WX画到图上连接起来做为下沉预计曲线f、将WX画到图上连接起来做为下沉预计曲线80典型（无因次）曲线计算公式θ0

—开采影响传播角，度

典型（无因次）曲线计算公式θ0—开采影响传播角，度81峰峰矿区典型曲线法预计所用的参数取值地表最大下沉值W0=mcos，初次采动0.78，分层开采0.88水平移动和倾斜的比值B取为1214，(m)角度边界角0=58，0=58-0.32，0=58开采影响传播角θ0=90-0.6充分采动角1=64-0.55，2=55+0.4，3=58松散层移动角

=56

峰峰矿区典型曲线法预计所用的参数取值地表最大下沉值82典型（无因次）曲线法评述典型曲线法预计时误差较小比较简单，且比较符合实际是较为可靠的方法之一但必须有大量的实测资料为基础不足—局限于某一矿区矩形或近似矩形的地下开采区域典型（无因次）曲线法评述典型曲线法预计时误差较小83二、剖面函数法用某些函数来表示各种开采条件下地表下沉盆地主断面内移动。我国常用的剖面函数是负指数函数W(x)=W0e-a(x/L)b二、剖面函数法用某些函数来表示各种开采条件下地表下沉盆地主断84三、概率积分法（1）基本原理三、概率积分法（1）基本原理85（2）正态分布密度函数与概率积分函数μ为常数，数学期望0常数，方差2特点：（1）对称于X=μ（2）X=μ

时,

（3）f（x）为ox轴为渐进线

f(x)oxμ（2）正态分布密度函数与概率积分函数μ为常数，数学期望f(86（3）单元开采地表下沉盆地r—

主要影响半径（r=Hctg）

（3）单元开采地表下沉盆地r—主要影响半径（r=Hc87半无限开采开采范围0+x0的煤层全部采出，x0的煤层全部保留ox半无限开采开采范围0+ox88(1)半无限开采单位厚度的煤层后x位置处A点的下沉(1)半无限开采单位厚度的煤层后x位置处A点的下沉89(2)半无限整层开采后ｘ位置处Ａ点的下沉

当采厚为ｍ，由于上覆岩层垮落、碎胀、断裂和离层，，地表不再能下沉ｍ，只能下沉ｍ，受煤层倾角的影响，地表的最大下沉量为ｍcos。煤层采厚度为m，计算时的采厚只能取ｍcos坐标为x的任意点A，整层开采引起的地表下沉值W（x）应为单位厚度开采引起的该点下沉值Wd（x）的ｍcos倍。令W0=ｍcos(2)半无限整层开采后ｘ位置处Ａ点的下沉当采厚为ｍ，由于上90以下板书推导以下板书推导91（5)半无限开采地表移动和变形预计公式简化（5)半无限开采地表移动和变形预计公式简化92煤矿开采地表沉陷规律课件93煤矿开采地表沉陷规律课件94简化的半无限开采地表移动和变形预计公式简化的半无限开采地表移动和变形预计公式951地表移动与变形分布无因次曲线

1地表移动与变形分布无因次曲线96xoxW(x)rr--主要影响角r—主要影响半径W(x)/W0=0.9937W(x)/W0=0.0063Htg=H/r主要影响角和下山移动角意义不同xoxW(x)rr--主要影响角W(x)/W0=0.97x/rW(-x)/W0W(x)/W0i(x)/i0U(x)/U0ε(x)/ε0K(x)/K00.000.50000.50001.00000.00001.000.00630.99370.04320.17860.400.15810.84190.60491.0000x/rW(-x)/W0W(x)/W0i(x)/i0ε(x)/98有限开采地表任意点的下沉有限开采地表任意点的下沉99有限开采推导有限开采推导100两个半无限开采之差AB1）第一个半无限开采开采范围A的全部煤层2）第二个半无限开采开采范围B的全部煤层oW(x)xLW(x-L)理想条件下A、B之间煤层的有限开采可等效于上述两个半无限开采之差。两个半无限开采之差AB1）第一个半无限开采101考虑A、B两点处的拐点移动距，有限开采的计算开采边界范围为l=L-2s0，其引起地表下沉的表达式为：

W0（x）=W（x）-W（x-l）考虑A、B两点处的拐点移动距，有限开采的计算开采边界范围为l102——有限开采的值——有限开采的值103oxi(x)i(x-l)-i(x-l)ABloxi(x)i(x-l)-i(x-l)ABl104oxU(x)U(x-l)-U(x-l)ABloxU(x)U(x-l)-U(x-l)ABl105oxK(x)K(x-l)-K(x-l)lABoxK(x)K(x-l)-K(x-l)lAB106ox(x)(x-l)-

(x-l)lABox(x)(x-l)-(x-l)lAB107U（x)U（x)108K（x)K（x)109ε(x)ε(x)1104、倾向主断面内的移动与变形预计（15）倾向主断面内预计特点主要影响半径不同水平移动和水平变形与开采影响传播角有关开采影响传播角：在移动盆地倾向主断面上，按拐点偏移距求得的计算开采边界和地表下沉曲线拐点在地表水平线上的投影点的连线与水平线在下山方向的夹角。4、倾向主断面内的移动与变形预计（15）倾向主断面内预111煤矿开采地表沉陷规律课件112（1）半无限开采倾向主断面内的移动与变形预计

W（y)、i(y)、K(y)时，用y/r2或y/r1代替x/r（1）半无限开采倾向主断面内的移动与变形预计W（y)、i(113半无限开采倾向主断面内的移动与变形预计半无限开采倾向主断面内的移动与变形预计114（2）有限开采倾向主断面内移动与变形预计

（2）有限开采倾向主断面内移动与变形预计115有限开采倾向主断面内移动与变形预计有限开采倾向主断面内移动与变形预计116有限开采倾向主断面内移动与变形预计有限开采倾向主断面内移动与变形预计117四、数值模拟方法有限元法边界元法离散元法四、数值模拟方法有限元法118感谢聆听！感谢聆听！119煤矿开采地表沉陷规律怕吃苦、勇于吃苦的精神，增长才干，有所作为）提示：其实同学们不畏严寒，不怕酷暑，每天坚持来上学，这种恒心与毅力让人佩服，你们在老师眼里就是最优秀的。煤矿开采地表沉陷规律煤矿开采地表沉陷规律怕吃苦、勇于吃苦的精神，增长才干，有所作为）提示：其实同学们不畏严寒，不怕酷暑，每天坚持来上学，这种恒心与毅力让人佩服，你们在老师眼里就是最优秀的。一、地表移动和破坏的形式地表移动盆地煤矿开采地表沉陷规律怕吃苦、勇于吃苦的精神，增长才干，有所作120煤矿开采地表沉陷规律课件121地表裂缝及台阶地表裂缝及台阶122煤矿开采地表沉陷规律课件123煤层露头处附近漏斗状塌陷坑

煤层露头处附近漏斗状塌陷坑124二、地表移动盆地的形成及特征1、地表移动盆地的形成H1W12W23W345W4W5二、地表移动盆地的形成及特征1、地表移动盆地的形成H1W121252、充分采动与非充分采动

充分采动—地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大而增加。非充分采动—地表最大下沉值随开采区域尺寸增大而增加。2、充分采动与非充分采动充分采动—地表最大下沉值不再随开采126非充分采动时的地表移动盆地

非充分采动时的地表移动盆地127临界充分采动时的地表移动盆地

临界开采尺寸，1.2～1.4倍采深

临界充分采动时的地表移动盆地临界开采尺寸，1.2～1.4128超充分采动时的地表移动盆地

超充分采动时的地表移动盆地1293、地表移动盆地特征

主断面—通过盆地内最大下沉点沿煤层倾向或走向的垂直剖面3、地表移动盆地特征主断面—通过盆地内最大下沉点沿煤层倾向130（1）近水平煤层地表移动盆地

（1）近水平煤层地表移动盆地131倾向临界充分采动倾向临界充分采动132

非充分采动非充分采动133下沉曲线特征主断面上的地表下沉曲线分为三段。采空区上方的内缘区下沉曲线呈凹形煤柱上方的外边缘区下沉曲线呈凸形下沉曲线的凹凸或内外边缘区分界点称为拐点。拐点偏移距。下沉曲线特征主断面上的地表下沉曲线分为三段。下沉曲线的凹凸或134（2）缓倾斜和倾斜煤层地表移动盆地

移动盆地在倾向方向上与采空区不对称。盆地、最大下沉值和拐点均下移。（2）缓倾斜和倾斜煤层地表移动盆地移动盆地在倾向方向上与采135（3）急倾斜煤层地表移动盆地

非对称性更加明显，整个盆地及最大下沉值向采空区下边界方向偏移，地表最大水平移动值大于最大下沉值，煤层底板岩层也移动（3）急倾斜煤层地表移动盆地非对称性更加明显，136在移动盆地主断面上，将地表下沉曲线上的最大下沉点或盆地平底边缘点投影在地表水平线上，该投影点和采空区边界的连线与煤层底板在采空区一侧的夹角叫充分采动角。下山方向的充分采动角1上山方向的充分采动角2走向方向的充分采动角3三、地表移动的角量参数1、充分采动角在移动盆地主断面上，将地表下沉曲线上的最大下沉点或盆地平底边1372、边界角、移动角和裂隙角移动盆地的最外边界一般取下沉为10mm的点为边界点ACBD移动盆地危险边界倾斜i=3mm/m水平变形=2mm/m曲率K=0.2mm/m2A'C'B'D'移动盆地裂缝边界A"C"B"D"2、边界角、移动角和裂隙角移动盆地的最外边界138煤矿开采地表沉陷规律课件139松散层移动角松散层第四纪、第三纪未成岩的冲积层、洪积层和残积层的统称松散层移动角，一般取45°。当有松散层时，应先以松散层移动角将边界点投影到基岩面，再与开采边界连线确定移动角。松散层移动角松散层140急倾斜煤层边界角、移动角、裂隙角

急倾斜煤层的顶板、底板边界角移动角和裂隙角急倾斜煤层边界角、移动角、裂隙角急倾斜煤层的顶板、底板边界1413、最大下沉角

在移动盆地倾向主断面上，采空区中点和地表最大下沉点在地表水平线上投影点的连线与水平线在下山方向的夹角=90-K

K=0.50.83、最大下沉角在移动盆地倾向主断面上，采空区中点和地表最大142四、地表移动的变形参数空间问题平面问题在主断面上用数学方法研究任意一点的向量横向（X）

纵向（y）开采引起的地表移动是复杂的时间-空间现象。一点的移动矢量是空间位置（x、y、z）和时间（t）的函数。垂直移动（Z）水平移动四、地表移动的变形参数空间问题平面问143描述地表移动盆地内移动和变形的主要指标下沉水平移动倾斜曲率水平变形描述地表移动盆地内移动和变形的主要指标下沉1441、下沉W主断面内地表移动向量的铅直分量W=W（x）最大下沉值在盆地中央下沉曲线凹凸分界的拐点处，下沉值约为最大值的一半。1、下沉W主断面内地表移动向量的铅直分量W=W（x）1452、水平移动U地表移动向量的水平分量123456789xδ0ψ3ψ3δ02′3′4′5′6′7′8′9′1′U=U（x）,有两组方向不同的水平移动

规定:正值的水平移动与x轴的正方向一致

负值的水平移动与x轴的负方向一致

2、水平移动U地表移动向量的水平分量123456789xδ146水平移动1点U1=05点U5=09点U9=0U坐标向下为正Uox+-123456789xδ0ψ3ψ3δ02′3′4′5′6′7′8′9′1′边界点和采空区中点的水平移动为零；边界点和采空区中点之间有极值。水平移动1点U1=0Uox+-123456789xδ01473、倾斜i倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，单位为mm/m，i坐标轴向下为正123456789xδ0ψ3ψ3δ02′3′4′5′6′7′8′9′1′3、倾斜i倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，单位为mm/m148倾斜是地表下沉的一阶导数倾斜是地表下沉的一阶导数149倾斜的正负号

有两组方向不同的倾斜边界点和最大下沉点之间的倾斜必然有正极值和负极值存在。倾斜的正负号有两组方向不同的倾斜150倾斜的正负号的物理意义垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向与x轴正向相同时，倾斜为正；杆状物倾倒的趋向与x轴负向相同时倾斜为负。倾斜的正负号的物理意义垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向151δ0ψ3δ0ψ3xw195372468oHrUox+-iox+-水平移动U（x）和倾斜i（x）的变化趋势同步δ0ψ3δ0ψ3xw195372468oHrUox+-iox152水平移动U（x）和倾斜i（x）Uox+-iox+-B一个有单位的比例系数水平移动U（x）和倾斜i（x）Uox+-iox+-B一个有单1534、曲率K

地表单位长度内倾斜的变化，单位为mm/m2或10-3/m。曲率坐标轴向上为正.4、曲率K地表单位长度内倾斜的变化，单位为mm/m2或10154曲率BAΔxBAΔx曲率BAΔxBAΔx155iox+-Kox++--K1=0K3=0K5=0K7=0K9=0曲率δ0ψ3δ0ψ3xw195372468oHr倾斜iox+-Kox++--K1=0K3=0K156曲率正负号的物理意义

正曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方向凸起或在煤层方向下凹负曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方向下凹或在煤层方向凸起

曲率正负号的物理意义正曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方1575、水平变形

单位长度上水平移动的变化，单位：mm/m坐标向上为正5、水平变形单位长度上水平移动的变化，单位：mm/m158iox+-Kox++--水平变形δ0ψ3δ0ψ3xw195372468oHr水平

移动

1=0

3=0

5=07=09=0iox+-Kox++--水平变形δ0ψ3δ0ψ3xw1953159水平变形正负号的物理意义

水平变形正值的物理意义为地表受拉伸变形负值的物理意义为地表受压缩变形。

水平变形正负号的物理意义水平变形正值的物理意义为地表受拉伸160两个相等的正极值和两个相等的负极值正极值为最大拉伸值，位于边界点和拐点之间；负极值为最大压缩值，位于两个拐点之间；盆地边界点、拐点和中点处水平变形为零；盆地边缘区为拉伸区，中部为压缩区水平变形的变化规律两个相等的正极值和两个相等的负极值水平变形的变化规律161地表移动盆地内五项指标变化规律地表移动盆地内五项指标变化规律162五项指标之间的关系

()()()()()2222dxWdBxdxdWBxUdxWdxKdxdWxixWW=====e五项指标之间的关系()()()()()2222dxWdBx163非充分和超充分采动条件下水平煤层(或有一定倾角的煤层沿走向)主断面内地表移动与变形规律非充分和超充分采动条件下水平煤层(或有一定倾角的煤层沿走向164倾斜煤层移动与变形规律1-下沉

2-倾斜

3-曲率

4-水平移动

5-水平变形1、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；最大下沉点偏向下山方向。2、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不相似。3、指向上山方向的水平移动大于指向下山方向的水平移动。4、最大拉伸变形在下山方向，最大压缩变形在上山方向。倾斜煤层移动与变形规律1-下沉

2-倾斜

3-曲率

4-水平165五、地表移动与变形参数分析（一）地表移动变形参数的影响因素（二）地表移动速度和持续时间（三）最大下沉值与下沉系数（四）主要影响半径与主要影响角（五）水平移动系数（六）拐点偏移距五、地表移动与变形参数分析（一）地表移动变形参数的影响因素166（一）地表移动与变形参数的影响因素1、煤层地质条件煤层厚度、倾角、埋深、断层2、覆岩与地层条件岩性、厚度与组合关系，关键层特征，表土层厚度、山地、地下水3、开采技术条件重复开采、采空区处理、开采速度、开采范围（一）地表移动与变形参数的影响因素1、煤层地质条件167（二）地表移动速度和持续时间岩层移动变形—在空间时间剧烈程度—下沉速度反映地表设测点AA．（二）地表移动速度和持续时间岩层移动变形—在空168地表移动速度和持续时间地表移动速度和持续时间169顶板管理方法矿区地表移动延续时间（月）总时间开始阶段活跃阶段衰退阶段

垮落法枣庄8152焦作8152开滦191108阜新132.563充填法新汶295511010181827阜新55102025部分充填法北票172.55.59枣庄8.512.55地表移动延续时间

地表移动持续时间顶板管理方法矿区地表移动延续时间（月）总时间开始阶段活跃阶段170岩层移动时间岩层移动时间主要与采深和岩性有关采深H（m）时间（年）1000.711002001220030023岩层移动时间岩层移动时间主要与采深和岩性有关171下沉系数：最大下沉量与煤层采高的比值

下沉系数与覆岩岩性有关

下沉系数与采空区处理方法有关

下沉系数与重复采动有关

下沉系数与采深有关（三）最大下沉与下沉系数下沉系数：最大下沉量与煤层采高的比值

下沉系数与覆岩岩性有172岩性坚硬中硬软弱下沉系数0.270.540.550.850.861.00部分煤矿实测的地表下沉系数变化范围

岩性坚硬中硬软弱下沉系数0.270.540.550.8173采空区处理方法与采空区处理方法下沉系数全部垮落法0.40.95带状充填法(外来材料)0.550.70干式全部充填法(外来材料)0.40.50风力充填法0.300.40水砂充填法0.060.20采空区处理方法与采空区处理方法与采空区处理方法下沉系数全部垮落法0.4174矿区初次采动下沉系数重复采动下沉系数淮南0.70.9峰峰0.80.9-1.0本溪0.70.8阜新0.65-0.70鹤岗0.65-0.7平顶山0.65-0.77枣庄0.59-0.7重复采动对地表下沉系数影响矿区初次采动下沉系数重复采动下沉系数淮南0.70.9峰峰175采深对的影响采深小,较大局H（m）平顶山局801401402000.770.65枣庄局1001000.70.59采深对的影响采深小,较大局H（m）平顶山局176非充分采动条件下地表最大下沉值

W0=mcos确定的方法1、按L0/Lc/2、按Lθ/H0/非充分采动条件下地表最大下沉值W0=mcos177确定的方法1l0/lc或L0/Lc0.10.20.30.40.5/0.000.480.640.770.85l0/lc或L0/Lc0.60.70.80.91.0/0.940.970.980.991.00开采充分程度(l0/lc)或(L0/Lc)与(/)的关系

确定的方法1l0/lc或L0/Lc0.10.20.30.178确定的方法2Lθ为开采区域长度或宽度按开采影响传播角θ0向地面的投影长度H0为平均采深

确定的方法2Lθ为开采区域长度或宽度按开采影响传播角θ0179确定的方法2确定的方法2180（四）主要影响半径和主要影响角

（开采影响范围）

（四）主要影响半径和主要影响角

（开采影响范围）

181主要影响半径x=r处的地表移动和变形xW（x）i（x）K（x）-r0.0062W00.0432i00.178K0r0.9938W00.0432i0-0.178K0主要影响半径x=r处的地表移动和变形xW（x）i（x182主要影响角主要影响角：开采边界点与主要影响半径边界点的连线与水平线所夹的锐角（与下山方向岩层移动角含义不同）

r，影响范围变小r影响范围变大主要影响角正切主要影响角主要影响角：开采边界点与主要影响半径边界点的连线与183tg取值tg常见值为1.3~2.5，一般为2大小主要决定于上覆岩层的岩性，岩层坚硬时，tg较小，岩层软弱时，tg较大。一般情况下，坚硬岩层的tg为1.2~1.91，中硬岩层为1.92~2.4，软弱岩层为2.41~3.54。tg取值tg常见值为1.3~2.5，一般为2184（五）水平移动系数水平煤层一般b=0.3，变化范围大致在0.20.4倾斜煤层bαbα=b(1+0.0086α)

（五）水平移动系数水平煤层185（六）拐点偏移距拐点处下沉为最大下沉的一半，倾斜和水平移动值最大，曲率和水平变形值为零。覆岩越硬，拐点偏移距越大。采深越大，拐点偏移距越大。（六）拐点偏移距拐点处下沉为最大下沉的一半，倾斜和水平移动值186预计内容影响范围最大变形、移动值及位置主断面内地表移动和变形值地表任意点变形和移动值地层内岩体任意点变形和移动值预计目的建筑物的破坏程度应采取的相应措施六、开采沉陷预计方法预计内容影响范围六、开采沉陷预计方法187动态预计：某时的移动和变形W、i、U、K、、t静态预计：稳定后的移动和变形W、i、U、K、

主要方法静态预计地表移动和变形预计方法

动态预计：某时的移动和变形地188典型曲线法剖面函数法理论模拟法概率积分法地表移动和变形预计方法

典型曲线法地表移动和变形预计方法189一、典型曲线法基于地表下沉实测资料，综合成反映所测矿区主断面内下沉分布规律的地表下沉典型曲线、数据或表格，据此预测该矿区新开采工作面开采沉陷。使用条件：适用于规则采空区上方的地表移动和变形预计。一、典型曲线法基于地表下沉实测资料，综合成反映所测矿区主断面190制作典型（无因次）曲线所作的典型下沉曲线与采深和煤层厚度无关,只与最大下沉值和位置有关采前大量布置测点，实测制作典型（无因次）曲线所作的典型下沉曲线与采深和煤层厚度无关191X(m)0X1X2X3XmWx

(mm)W0W1W2W3WmY(m)0y1y2y3ymWy(mm)W0W1W2W3WmW0ψ3ψ3

00oX1X2X3Xm......Xm+1.WxHy1y2..X(m)0X1X2X3XmWx(mm)W0W1W2W3W192典型（无因次）曲线的制作采后处理数据：O点为最大下沉点，座标轴指向盆地边界以X/L和Y/L为横坐标，坐标单位为0.1、0.2、0.3、......1.0以WX/W0和Wy/W0为纵坐标，坐标单位为0.1、0.2、0.3、......1.0盆地半长L1、L2或L3由0、0、0、、1、2、3定做典型图和表（无因次）典型（无因次）曲线的制作采后处理数据：193典型（无因次）曲线盆地典型（无因次）曲线盆地194o0.20.40.60.81.0X/L30.20.40.60.81.0Wx/Woo0.20.40.60.81.0X/L30.20.40.60195峰峰矿区充分采动条件下主断面内

下沉典型曲线分布系数x/Li（i=1，2，3）00.10.20.30.40.5W(x)/W0或W(y)/W01.0000.9740.9000.7460.4990.266x/Li（i=1，2，3）0.50.60.70.80.91.0W(x)/W0W(y)/W00.2660.1190.0590.0290.0140.000峰峰矿区充分采动条件下主断面内

下沉典型曲线分布系数x/Li196预计新开采区域地表移动与变形a、计算最大下沉值W0，（由本矿区的经验）b、作主断面图c、确定L3预计新开采区域地表移动与变形a、计算最大下沉值W0，（由本矿197e、从表格和图上查出：时各点的比值x/Li（i=1，2，3）00.10.20.30.40.5W(x)/W0或W(y)/W01.0000.9740.9000.7460.4990.266d、将L3十等分确定时各点的比值x/Li00.10.20.30.40.5W(x198f、将WX画到图上连接起来做为下沉预计曲线f、将WX画到图上连接起来做为下沉预计曲线199典型（无因次）曲线计算公式θ0

—开采影响传播角，度

典型（无因次）曲线计算公式θ0—开采影响传播角，度200峰峰矿区典型曲线法预计所用的参数取值地表最大下沉值W0=mcos，初次采动0.78，分层开采0.88水平移动和倾斜的比值B取为1214，(m)角度边界角0=58，0=58-0.32，0=58开采影响传播角θ0=90-0.6充分采动角1=64-0.55，2=55+0.4，3=58松散层移动角

=56

峰峰矿区典型曲线法预计所用的参数取值地表最大下沉值201典型（无因次）曲线法评述典型曲线法预计时误差较小比较简单，且比较符合实际是较为可靠的方法之一但必须有大量的实测资料为基础不足—局限于某一矿区矩形或近似矩形的地下开采区域典型（无因次）曲线法评述典型曲线法预计时误差较小202二、剖面函数法用某些函数来表示各种开采条件下地表下沉盆地主断面内移动。我国常用的剖面函数是负指数函数W(x)=W0e-a(x/L)b二、剖面函数法用某些函数来表示各种开采