開采損害與保護(hù)PPT課件

1、第一章 地表沉陷的一般規(guī)律第一節(jié)第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動變形分布規(guī)律地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動變形分布規(guī)律第二節(jié)第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 第三節(jié)第三節(jié) 地表下沉盆地穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律地表下沉盆地穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律第四節(jié)第四節(jié) 地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜地質(zhì)條件對地表沉陷的影響復(fù)雜地質(zhì)條件對地表沉陷的影響第1頁/共148頁本章教學(xué)大綱 教學(xué)目的與要求： 地表沉陷的規(guī)律是開采沉陷學(xué)中最重要的內(nèi)容之一。通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生理解并掌握各種開采條件下、開采過程

2、中及移動盆地穩(wěn)定后地表沉陷的一般規(guī)律。 課程內(nèi)容： 1移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律； 2采動過程中(動態(tài))主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律； 3移動盆地穩(wěn)定后全面積的移動和變形分布規(guī)律； 4地質(zhì)采礦因素對地表沉陷的影響； 5復(fù)雜地質(zhì)條件對地表沉陷的影響。 教學(xué)重點(diǎn)： 各種開采條件下不同采動程度的主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律；/采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律；/地表下沉穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律及各等值線的特點(diǎn)。 教學(xué)難點(diǎn)： 對地質(zhì)采礦因素和復(fù)雜地質(zhì)條件對地表沉陷的影響進(jìn)行分析。第2頁/共148頁第一章 地表沉陷的一般規(guī)律 地表沉陷規(guī)律地表沉陷規(guī)律是指地下開采引起的地表移動和變形的大

3、小、是指地下開采引起的地表移動和變形的大小、空間分布形態(tài)及其與地質(zhì)采礦條件的關(guān)系。空間分布形態(tài)及其與地質(zhì)采礦條件的關(guān)系。 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：(1)(1)水平、緩傾斜煤層以及急傾斜煤層開采沉陷水平、緩傾斜煤層以及急傾斜煤層開采沉陷的分布規(guī)律；的分布規(guī)律；(2)(2)沉陷穩(wěn)定后沉陷穩(wěn)定后( (又稱靜態(tài)又稱靜態(tài)) )及工作面推進(jìn)過程中及工作面推進(jìn)過程中( (又稱動態(tài)又稱動態(tài)) )的分布規(guī)律；的分布規(guī)律；(3)(3)簡單地質(zhì)條件和復(fù)雜地質(zhì)條件下簡單地質(zhì)條件和復(fù)雜地質(zhì)條件下的分布規(guī)律等。的分布規(guī)律等。 目前，以水平煤層和緩傾斜煤層開采的、沉陷穩(wěn)定后的和目前，以水平煤層和緩傾斜煤層開采的、沉陷穩(wěn)定后的和

4、簡單地質(zhì)條件下的分布規(guī)律研究較為充分，其它方面尚在不斷簡單地質(zhì)條件下的分布規(guī)律研究較為充分，其它方面尚在不斷深入研究之中。所以本章主要介紹：深入研究之中。所以本章主要介紹： 1.1.移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律；移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律； 2.2.采動過程中采動過程中( (動態(tài)動態(tài)) )主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律；主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律； 3.3.移動盆地穩(wěn)定后全面積的移動和變形分布規(guī)律；移動盆地穩(wěn)定后全面積的移動和變形分布規(guī)律； 4.4.地質(zhì)采礦因素對地表沉陷的影響；地質(zhì)采礦因素對地表沉陷的影響； 5.5.復(fù)雜地質(zhì)條件對地表沉陷的影響。復(fù)雜地質(zhì)條件對地表沉陷的

5、影響。第3頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律 本節(jié)所述的規(guī)律是指地表移動盆地穩(wěn)定后主斷本節(jié)所述的規(guī)律是指地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)的移動和變形分布規(guī)律，并且是面內(nèi)的移動和變形分布規(guī)律，并且是典型化典型化和和理想理想化化了的。它要滿足以下幾個條件：了的。它要滿足以下幾個條件： 1 1深厚比深厚比H HM M( (開采深度與開采厚度之比值開采深度與開采厚度之比值) )大大于于3030。在這樣的條件下，地表移動和變形在空間和在這樣的條件下，地表移動和變形在空間和時間上都具有明顯的連續(xù)特征和一定的分布規(guī)律；時間上都具有明顯的連續(xù)特征和一定的分布規(guī)律； 2 2地質(zhì)采礦條件

6、正常，無大的地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)采礦條件正常，無大的地質(zhì)構(gòu)造( (如大如大斷層和地下溶洞等斷層和地下溶洞等) )，并采用正規(guī)循環(huán)的采煤作業(yè)；，并采用正規(guī)循環(huán)的采煤作業(yè)； 3 3屬于單一煤層開采，并不受鄰區(qū)開采影響。屬于單一煤層開采，并不受鄰區(qū)開采影響。第4頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律 地表移動盆地穩(wěn)定后的移動和變形分布規(guī)律與許地表移動盆地穩(wěn)定后的移動和變形分布規(guī)律與許多地質(zhì)采礦因素有關(guān)。如：多地質(zhì)采礦因素有關(guān)。如：煤層傾角煤層傾角（）、）、開采開采厚度厚度（m m）、）、開采深度開采深度（H H）、）、采區(qū)尺寸采區(qū)尺寸（D D）、）、采煤采煤方法方法、頂板管理方法

7、頂板管理方法、松散層厚度松散層厚度（h h）等。）等。 如果開采均系采用走向長壁式采煤、全部垮落法如果開采均系采用走向長壁式采煤、全部垮落法管理頂板，并且開采厚度均相同，那么影響分布規(guī)管理頂板，并且開采厚度均相同，那么影響分布規(guī)律的地質(zhì)采礦因素主要就是律的地質(zhì)采礦因素主要就是煤層傾角煤層傾角、采區(qū)尺寸采區(qū)尺寸和和開采深度開采深度。而采區(qū)尺寸和開采深度之比，可決定地。而采區(qū)尺寸和開采深度之比，可決定地表的采動程度。表的采動程度。 下面根據(jù)下面根據(jù)不同的采動程度不同的采動程度和和煤層傾角煤層傾角的變化情況，的變化情況，討論地表移動和變形的分布規(guī)律。討論地表移動和變形的分布規(guī)律。第5頁/共148頁第

8、一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律 一、水平煤層（或沿煤層走向主斷面一、水平煤層（或沿煤層走向主斷面) )非充分采動時非充分采動時主斷面內(nèi)地表移動和變形分布規(guī)律主斷面內(nèi)地表移動和變形分布規(guī)律 判別：判別：水平煤層開采時的采動程度可用走向充分水平煤層開采時的采動程度可用走向充分采動角采動角3 3來判別。當(dāng)用來判別。當(dāng)用3 3 角作的兩直線交于巖層內(nèi)角作的兩直線交于巖層內(nèi)部而未及地表時，此時地表為非充分采動。部而未及地表時，此時地表為非充分采動。 （一）下沉曲線（一）下沉曲線 下沉曲線下沉曲線表示地表移動盆地內(nèi)下沉的分布規(guī)律。表示地表移動盆地內(nèi)下沉的分布規(guī)律。設(shè)沿主斷面方向為設(shè)沿主

9、斷面方向為x x軸，下沉曲線為軸，下沉曲線為 W(x)=F(x)W(x)=F(x) 在討論分布規(guī)律時，先要確定下沉曲線上的三個在討論分布規(guī)律時，先要確定下沉曲線上的三個特征點(diǎn)：特征點(diǎn)： 第6頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律1 1最大下沉點(diǎn)最大下沉點(diǎn)o o：下沉值最大。在水平煤層開采時，在采區(qū)中央正下沉值最大。在水平煤層開采時，在采區(qū)中央正上方。上方。2 2盆地邊界點(diǎn)盆地邊界點(diǎn)A A、B B：據(jù)走向邊界角據(jù)走向邊界角0 0作邊界點(diǎn)作邊界點(diǎn)A A、B B，此處下沉值，此處下沉值為零。為零。3 3拐點(diǎn)拐點(diǎn)E E：拐點(diǎn)是指下沉曲線凹凸的分界點(diǎn)。拐點(diǎn)從理論上講應(yīng)位拐點(diǎn)是

10、指下沉曲線凹凸的分界點(diǎn)。拐點(diǎn)從理論上講應(yīng)位于工作面開采邊界的正上方，但由于工作面邊界附近的頂板并不切于工作面開采邊界的正上方，但由于工作面邊界附近的頂板并不切煤壁冒落或呈階狀彎曲，存在懸頂距，因此在四周沒采情況下，拐煤壁冒落或呈階狀彎曲，存在懸頂距，因此在四周沒采情況下，拐點(diǎn)點(diǎn)E E不在工作面開采邊界的正上方而是略偏向采空區(qū)一側(cè)。在地表達(dá)不在工作面開采邊界的正上方而是略偏向采空區(qū)一側(cè)。在地表達(dá)充分采動條件下，拐點(diǎn)處的下沉值約為最大下沉值的一半。充分采動條件下，拐點(diǎn)處的下沉值約為最大下沉值的一半。 第7頁/共148頁 下沉曲線分布規(guī)律：下沉曲線分布規(guī)律：在地表最大下沉點(diǎn)在地表最大下沉點(diǎn)O O處下

11、沉值最大，處下沉值最大，自盆地中心至盆地邊緣下沉值逐漸減小，在盆地邊界點(diǎn)自盆地中心至盆地邊緣下沉值逐漸減小，在盆地邊界點(diǎn)A A、B B處下沉值為零。處下沉值為零。第一節(jié)第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律第8頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律（二）傾斜曲線（二）傾斜曲線 傾斜曲線傾斜曲線表示地表移動盆地內(nèi)傾斜的變化規(guī)律，傾斜為表示地表移動盆地內(nèi)傾斜的變化規(guī)律，傾斜為下沉的一下沉的一階導(dǎo)數(shù)：導(dǎo)數(shù)： 傾斜曲線分布規(guī)律為：傾斜曲線分布規(guī)律為：盆地邊界點(diǎn)至拐點(diǎn)間傾斜漸增，拐盆地邊界點(diǎn)至拐點(diǎn)間傾斜漸增，拐點(diǎn)至最大

12、下沉點(diǎn)間傾斜漸減，在最大下沉點(diǎn)處傾斜為零。在點(diǎn)至最大下沉點(diǎn)間傾斜漸減，在最大下沉點(diǎn)處傾斜為零。在拐點(diǎn)處傾斜最大，有兩個方向相反的最大傾斜。拐點(diǎn)處傾斜最大，有兩個方向相反的最大傾斜。第9頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律（三）曲率曲線（三）曲率曲線 曲率曲線曲率曲線是表示地表移動盆地內(nèi)曲率的變化規(guī)是表示地表移動盆地內(nèi)曲率的變化規(guī)律，曲率曲線可表示為律，曲率曲線可表示為傾斜的一階導(dǎo)數(shù)傾斜的一階導(dǎo)數(shù)或或下沉的二下沉的二階導(dǎo)數(shù)階導(dǎo)數(shù)： dxxdidxxWdxk22第10頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律 曲率曲線曲率曲線分布規(guī)律為：分布規(guī)

13、律為： 1 1曲率曲線有三個極值，兩個相等的正極值和一個負(fù)曲率曲線有三個極值，兩個相等的正極值和一個負(fù)極值，正極值稱最大正曲率，位于邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間，負(fù)極極值，正極值稱最大正曲率，位于邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間，負(fù)極值稱最大負(fù)曲率，位于最大下沉點(diǎn)處。值稱最大負(fù)曲率，位于最大下沉點(diǎn)處。 2 2盆地邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處曲率為零。盆地邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處曲率為零。 3 3盆地邊緣區(qū)為正曲率區(qū)，盆地中部為負(fù)曲率區(qū)。盆地邊緣區(qū)為正曲率區(qū)，盆地中部為負(fù)曲率區(qū)。第11頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律( (四四) )水平移動曲線水平移動曲線 水平移動曲線水平移動曲線表示地表移動盆地內(nèi)水平移動分布表

14、示地表移動盆地內(nèi)水平移動分布規(guī)律，用規(guī)律，用U(x)U(x)表示。移動盆地內(nèi)各點(diǎn)的水平移動方表示。移動盆地內(nèi)各點(diǎn)的水平移動方向都指向盆地中心。向都指向盆地中心。 大量的實測資料表明，大量的實測資料表明，水平移動曲線與傾斜曲線水平移動曲線與傾斜曲線相似相似。因此，可得下式：。因此，可得下式： xBidxxdWBxUB B水平移動系數(shù)，水平移動系數(shù)，B=0.13B=0.130.18H0.18H。第12頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律 水平移動曲線分布規(guī)律為水平移動曲線分布規(guī)律為：盆地邊界點(diǎn)至拐點(diǎn)間水平移動：盆地邊界點(diǎn)至拐點(diǎn)間水平移動漸增，拐點(diǎn)至最大下沉點(diǎn)間水平移動

15、漸減，最大下沉點(diǎn)處水漸增，拐點(diǎn)至最大下沉點(diǎn)間水平移動漸減，最大下沉點(diǎn)處水平移動為零；在拐點(diǎn)處水平移動最大，有兩個方向相反的最平移動為零；在拐點(diǎn)處水平移動最大，有兩個方向相反的最大水平移動。大水平移動。第13頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律（五）水平變形曲線（五）水平變形曲線 水平變形曲線水平變形曲線表示地表移動盆地內(nèi)水平表示地表移動盆地內(nèi)水平變形分布規(guī)律，變形分布規(guī)律，水平變形曲線與曲率曲線相水平變形曲線與曲率曲線相似。似。是是水平移動的一階導(dǎo)數(shù)水平移動的一階導(dǎo)數(shù)： xkBdxxWdBdxxdUx22B B水平移動系數(shù)，水平移動系數(shù)，B=0.13B=0.130

16、.18H0.18H。第14頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律水平變形分布規(guī)律為水平變形分布規(guī)律為： 1.1.水平變形曲線有三個極值，兩個相等的正極值和一個水平變形曲線有三個極值，兩個相等的正極值和一個負(fù)極值，正極值稱為最大拉伸值，位于邊界點(diǎn)與拐點(diǎn)之間，負(fù)極值，正極值稱為最大拉伸值，位于邊界點(diǎn)與拐點(diǎn)之間，負(fù)極值稱為最大壓縮值，位于最大下沉點(diǎn)處。負(fù)極值稱為最大壓縮值，位于最大下沉點(diǎn)處。 2.2.盆地邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處水平變形為零。盆地邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處水平變形為零。 3.3.盆地邊緣區(qū)為拉伸區(qū)，盆地中部為壓縮區(qū)。盆地邊緣區(qū)為拉伸區(qū)，盆地中部為壓縮區(qū)。第15頁/共148頁第一

17、節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律二、水平煤層二、水平煤層( (或沿煤層走向主斷面或沿煤層走向主斷面) )充分采動時主斷面充分采動時主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律內(nèi)移動和變形分布規(guī)律 判別：判別：當(dāng)用當(dāng)用3 3 角作的兩直線剛好交于地表時，此時角作的兩直線剛好交于地表時，此時地表為充分采動。地表為充分采動。 地表地表剛達(dá)到充分采動剛達(dá)到充分采動時和時和非充分采動非充分采動時相比，它們時相比，它們的不同之處在于：的不同之處在于： 1 1最大下沉值已達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下之最大值。最大下沉值已達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下之最大值。 2 2傾斜、水平移動曲線沒有明顯變化。傾斜、水平移動曲線沒有明顯變

18、化。 3 3曲率或水平變形曲線在采區(qū)中心拐點(diǎn)、邊界點(diǎn)為曲率或水平變形曲線在采區(qū)中心拐點(diǎn)、邊界點(diǎn)為零；在邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間達(dá)到最大拉伸；在拐點(diǎn)和采區(qū)零；在邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間達(dá)到最大拉伸；在拐點(diǎn)和采區(qū)中心之間達(dá)到最大壓縮變形。中心之間達(dá)到最大壓縮變形。第16頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律三、水平煤層三、水平煤層( (或走向主斷面或走向主斷面) )超充分采動時主斷面內(nèi)移動和超充分采動時主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律變形分布規(guī)律 判別：判別：當(dāng)用當(dāng)用3 3 角作的兩直線在地表交于角作的兩直線在地表交于o o1 1和和o o2 2兩點(diǎn)，兩點(diǎn)，o o1 1和和o o2 2間出現(xiàn)

19、平底時，地表達(dá)到超充分采動。間出現(xiàn)平底時，地表達(dá)到超充分采動。 地表達(dá)到地表達(dá)到超充分采動超充分采動時和時和非充分采動非充分采動時相比，不同之處時相比，不同之處在于：在于： 1 1下沉曲線中部平底上各點(diǎn)下沉值相等，并達(dá)到該采礦下沉曲線中部平底上各點(diǎn)下沉值相等，并達(dá)到該采礦地質(zhì)條件下的最大值。地質(zhì)條件下的最大值。 2 2在平底部分內(nèi)，傾斜、曲率、水平變形均為零或接近在平底部分內(nèi)，傾斜、曲率、水平變形均為零或接近于零；各種變形主要分布在采空區(qū)邊界上方附近。于零；各種變形主要分布在采空區(qū)邊界上方附近。 3 3最大傾斜和最大水平移動位于拐點(diǎn)處；最大正曲率、最大傾斜和最大水平移動位于拐點(diǎn)處；最大正曲率、

20、最大拉伸變形位于拐點(diǎn)和盆地邊界點(diǎn)之間；最大負(fù)曲率、最最大拉伸變形位于拐點(diǎn)和盆地邊界點(diǎn)之間；最大負(fù)曲率、最大壓縮變形位于拐點(diǎn)和最大下沉點(diǎn)大壓縮變形位于拐點(diǎn)和最大下沉點(diǎn)o o之間。之間。第17頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律四、傾斜（四、傾斜（15155555）煤層非充分采動時移動）煤層非充分采動時移動和變形分布規(guī)律和變形分布規(guī)律 判別：判別：利用下山充分利用下山充分采動角采動角1 1和上山充和上山充分采動角分采動角2 2確定充確定充分采動程度。分采動程度。 用用0 0、0 0確定上確定上下山盆地邊界點(diǎn)，用下山盆地邊界點(diǎn)，用最大下沉角最大下沉角確定最確定最大下沉點(diǎn)

21、。大下沉點(diǎn)。傾斜煤層非充分采動時地表移動變形分布規(guī)律傾斜煤層非充分采動時地表移動變形分布規(guī)律第18頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律1 1下沉曲線、傾斜下沉曲線、傾斜曲線和曲率曲線：曲線和曲率曲線： 下沉曲線失去對下沉曲線失去對稱性稱性，如上山部分的，如上山部分的下沉曲線比下山部分下沉曲線比下山部分的下沉曲線要陡，范的下沉曲線要陡，范圍要小；圍要小；最大下沉點(diǎn)最大下沉點(diǎn)向下山方向偏離向下山方向偏離，其，其位置用最大下沉角位置用最大下沉角確定。確定。 下沉曲線下沉曲線的兩個拐點(diǎn)與采空區(qū)不對稱，而偏向下山方向。隨的兩個拐點(diǎn)與采空區(qū)不對稱，而偏向下山方向。隨著下沉曲線

22、的變化，傾斜曲線和曲率曲線也相應(yīng)發(fā)生變化。著下沉曲線的變化，傾斜曲線和曲率曲線也相應(yīng)發(fā)生變化。傾斜煤層非充分采動時地表移動變形分布規(guī)律傾斜煤層非充分采動時地表移動變形分布規(guī)律第19頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律2 2水平移動曲線：水平移動曲線： 在傾斜煤層開采在傾斜煤層開采時，隨著煤層傾角時，隨著煤層傾角的增大，指向上山的增大，指向上山方向的水平移動值方向的水平移動值逐漸增大，而指向逐漸增大，而指向下山方向的水平移下山方向的水平移動值逐漸減小。動值逐漸減小。 傾斜煤層非充分采動時地表移動變形分布規(guī)律傾斜煤層非充分采動時地表移動變形分布規(guī)律第20頁/共148頁

23、第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律3 3水平變形曲線：水平變形曲線：最大拉伸變形在下山最大拉伸變形在下山方向，最大壓縮變形方向，最大壓縮變形在上山方向，水平變在上山方向，水平變形為零的點(diǎn)與最大水形為零的點(diǎn)與最大水平移動點(diǎn)重合。平移動點(diǎn)重合。4 4水平移動曲線水平移動曲線和和傾斜曲線不相似，傾斜曲線不相似，水水平變形曲線平變形曲線和曲率曲和曲率曲線不相似。線不相似。傾斜煤層非充分采動時地表移動變形分布規(guī)律傾斜煤層非充分采動時地表移動變形分布規(guī)律第21頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律五、急傾斜（五、急傾斜（5555）煤層非充分采動時移動和煤層非充

24、分采動時移動和變形分布規(guī)律變形分布規(guī)律1 1下沉盆地非對稱性十下沉盆地非對稱性十分明顯，下山方向的影響分明顯，下山方向的影響范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上山方向的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上山方向的影響范圍。影響范圍。2 2隨著煤層傾角的增大，隨著煤層傾角的增大，最大下沉點(diǎn)位置逐漸移向最大下沉點(diǎn)位置逐漸移向煤層上山方向。煤層上山方向。3 3在松散層較薄的情況在松散層較薄的情況下，可能只出現(xiàn)指向上山下，可能只出現(xiàn)指向上山方向的水平移動。方向的水平移動。急傾斜煤層非充分采動時地表移動變形規(guī)律急傾斜煤層非充分采動時地表移動變形規(guī)律第22頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律煤層傾角小于煤層傾角小于90

25、90o o煤層傾角接近煤層傾角接近9090o o4.4.隨著煤層傾角的增大，傾斜剖面形狀由對稱的碗隨著煤層傾角的增大，傾斜剖面形狀由對稱的碗形逐漸變?yōu)榉菍ΨQ的瓢形。當(dāng)煤層傾角接近形逐漸變?yōu)榉菍ΨQ的瓢形。當(dāng)煤層傾角接近9090o o時，時，下沉盆地剖面又轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^對稱的碗形或兜形。下沉盆地剖面又轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^對稱的碗形或兜形。急傾斜煤層開采后的下沉盆地形態(tài)急傾斜煤層開采后的下沉盆地形態(tài)第23頁/共148頁第一節(jié) 地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內(nèi)移動和變形分布規(guī)律5 5當(dāng)開采厚度大、開當(dāng)開采厚度大、開采深度小、煤層頂?shù)撞缮疃刃?、煤層頂?shù)装鍒杂膊辉缑奥涠喊鍒杂膊辉缑奥涠嘿|(zhì)又較軟時，開采后質(zhì)又較軟時，開采后

26、采空區(qū)上方之煤層易采空區(qū)上方之煤層易沿煤層底板滑落。這沿煤層底板滑落。這種滑落可能一直發(fā)展種滑落可能一直發(fā)展到地表，使地表煤層到地表，使地表煤層露頭處出現(xiàn)塌陷坑。露頭處出現(xiàn)塌陷坑。急傾斜煤層開采后地表出現(xiàn)塌陷坑急傾斜煤層開采后地表出現(xiàn)塌陷坑第24頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 一、研究采動過程中地表移動變形分布規(guī)律的必要性 地下煤層采出后引起的地表沉陷是一個時間和空間過程。隨著工作面的推進(jìn)，不同時間的回采工作面與地表點(diǎn)的相對位置不同，開采對地表點(diǎn)的影響也不同。地表點(diǎn)的移動經(jīng)歷一個由開始移動到劇烈移動，最后到停止移動的全過程。在生產(chǎn)實踐中經(jīng)常會遇到下述情況，即僅僅根據(jù)

27、穩(wěn)定后(或靜態(tài))的沉陷規(guī)律還不能很好地解決實際問題，必須進(jìn)一步研究移動變形的動態(tài)規(guī)律。第25頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 例如，例如，在超充分采動條件下，地表下沉盆地出現(xiàn)在超充分采動條件下，地表下沉盆地出現(xiàn)平底，在此平底范圍內(nèi)地表下沉相同，地表變形等于平底，在此平底范圍內(nèi)地表下沉相同，地表變形等于零或接近于零，但不能認(rèn)為在此區(qū)域內(nèi)的建筑物不受零或接近于零，但不能認(rèn)為在此區(qū)域內(nèi)的建筑物不受到破壞，因為在工作面推進(jìn)過程中該區(qū)域內(nèi)的每一個到破壞，因為在工作面推進(jìn)過程中該區(qū)域內(nèi)的每一個點(diǎn)均要經(jīng)受動態(tài)變形的影響，雖然這種動態(tài)變形是臨點(diǎn)均要經(jīng)受動態(tài)變形的影響，雖然這種動態(tài)變形

28、是臨時性的，但它同樣可以使建筑物遭到破壞。時性的，但它同樣可以使建筑物遭到破壞。/在建筑在建筑物下采煤時，物下采煤時，需要隨時確定建筑物受采動影響的開始需要隨時確定建筑物受采動影響的開始時間和在不同時期的地表移動變形量，以便對建筑物時間和在不同時期的地表移動變形量，以便對建筑物采取適當(dāng)措施。如加強(qiáng)觀測、加固、臨時遷出或改變采取適當(dāng)措施。如加強(qiáng)觀測、加固、臨時遷出或改變用途等。用途等。在鐵路下來煤時，在鐵路下來煤時，需根據(jù)動態(tài)變形規(guī)律確定需根據(jù)動態(tài)變形規(guī)律確定鐵路維修范圍，預(yù)計鐵路上部建筑起墊量等。鐵路維修范圍，預(yù)計鐵路上部建筑起墊量等。在進(jìn)行在進(jìn)行協(xié)調(diào)開采時，協(xié)調(diào)開采時，根據(jù)動態(tài)變形規(guī)律可以更

29、合理地安排回根據(jù)動態(tài)變形規(guī)律可以更合理地安排回來工作面之間的相互關(guān)系等。來工作面之間的相互關(guān)系等。第26頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 二、地表點(diǎn)的移動軌跡二、地表點(diǎn)的移動軌跡 1 1當(dāng)工作面由遠(yuǎn)處當(dāng)工作面由遠(yuǎn)處向向A A點(diǎn)推進(jìn)、移動波及點(diǎn)推進(jìn)、移動波及到到A A點(diǎn)時，地表下沉速點(diǎn)時，地表下沉速度由小逐漸變大，度由小逐漸變大，A A點(diǎn)點(diǎn)的移動方向與工作面的移動方向與工作面推進(jìn)方向相反，推進(jìn)方向相反，此為此為移動的第移動的第階段階段；采動過程中地表點(diǎn)移動軌跡采動過程中地表點(diǎn)移動軌跡（一）移動軌跡與工作面位置的關(guān)系（一）移動軌跡與工作面位置的關(guān)系第27頁/共148頁第二

30、節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 2.2.當(dāng)工作面通過當(dāng)工作面通過A A點(diǎn)正下方點(diǎn)正下方(2(2處處) )繼續(xù)向前推進(jìn)時，繼續(xù)向前推進(jìn)時，地表下沉速度迅速增大，并逐漸達(dá)到最大下沉速度，地表下沉速度迅速增大，并逐漸達(dá)到最大下沉速度，A A點(diǎn)的移動方向近于鉛垂方向，點(diǎn)的移動方向近于鉛垂方向，此為移動的第此為移動的第階階段；段；采動過程中地表點(diǎn)移動軌跡采動過程中地表點(diǎn)移動軌跡3.3.當(dāng)工作面繼續(xù)向前當(dāng)工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，逐漸遠(yuǎn)離地表推進(jìn)，逐漸遠(yuǎn)離地表點(diǎn)點(diǎn)A A后，點(diǎn)后，點(diǎn)A A的移動方的移動方向逐漸與工作面推進(jìn)向逐漸與工作面推進(jìn)方向相同，方向相同，此為移動此為移動的第的第階段階段；第28頁/

31、共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 4.4.當(dāng)工作面遠(yuǎn)離地表點(diǎn)達(dá)到當(dāng)工作面遠(yuǎn)離地表點(diǎn)達(dá)到一定距離后，回采工作面對一定距離后，回采工作面對A A點(diǎn)的影響逐斯消失，點(diǎn)點(diǎn)的影響逐斯消失，點(diǎn)A A的移的移動停止，動停止，此為移動的第此為移動的第階階段。段。5.5.穩(wěn)定后，點(diǎn)穩(wěn)定后，點(diǎn)A A的位置并不一的位置并不一定在其起始位置的正下方，定在其起始位置的正下方，一般賂微偏向回采工作面停一般賂微偏向回采工作面停止位置一則。止位置一則。此為移動的第此為移動的第階段。階段。采動過程中地表點(diǎn)移動軌跡采動過程中地表點(diǎn)移動軌跡v時為直線。時為直線。（二）與工作面推進(jìn)的速度的關(guān)系（二）與工作面推進(jìn)

32、的速度的關(guān)系 速度越大，弧線彎曲程度越小，當(dāng)速度越大，弧線彎曲程度越小，當(dāng)?shù)?9頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 三、工作面推進(jìn)過程中超前影響三、工作面推進(jìn)過程中超前影響（一）起動距（一）起動距 在走向主斷面上，工作面由開切眼推進(jìn)一定距離到達(dá)在走向主斷面上，工作面由開切眼推進(jìn)一定距離到達(dá)A A 點(diǎn)后，巖層移動開始波及到地表，如圖。通常把地表開始點(diǎn)后，巖層移動開始波及到地表，如圖。通常把地表開始移動時工作面的推進(jìn)距離移動時工作面的推進(jìn)距離稱為起動距稱為起動距。 地表開始下沉是以地表開始下沉是以觀測地表點(diǎn)的下沉值達(dá)觀測地表點(diǎn)的下沉值達(dá)到到10mm10mm為標(biāo)準(zhǔn)。為標(biāo)準(zhǔn)。起

33、動距起動距的大小的大小主要和主要和開采深度開采深度及及巖石的物理力學(xué)性質(zhì)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。一般在初次采動有關(guān)。一般在初次采動時，起動距約為時，起動距約為 1/4H1/4H0 01/2 H1/2 H0 0。第30頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 l工作面推進(jìn)過程中的超前影響（二）超前影響、超前影響角、超前影響距（二）超前影響、超前影響角、超前影響距1.1.超前影響超前影響 如右圖所示，當(dāng)工作面如右圖所示，當(dāng)工作面推進(jìn)至推進(jìn)至B B點(diǎn)時，得下沉曲線點(diǎn)時，得下沉曲線W1W1，工作面前方，工作面前方1 1點(diǎn)開始受點(diǎn)開始受采動影響而下沉；當(dāng)工作采動影響而下沉；當(dāng)工作面推進(jìn)

34、的距離約為面推進(jìn)的距離約為1.21.21.4Ho1.4Ho，即推至，即推至C C點(diǎn)時，得點(diǎn)時，得下沉曲線下沉曲線W2W2，地表，地表2 2點(diǎn)開始點(diǎn)開始受影響而下沉。從這里可受影響而下沉。從這里可以看出，以看出，在工作面推進(jìn)過在工作面推進(jìn)過程中，程中，工作面前方的地表工作面前方的地表受采動影響而下沉，這種受采動影響而下沉，這種現(xiàn)象現(xiàn)象稱為稱為超前影響超前影響。第31頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 式中式中 l l超前影響距；超前影響距； H H0 0平均開采深度。平均開采深度。工作面推進(jìn)過程中的超前影響工作面推進(jìn)過程中的超前影響3.3.超前影響距超前影響距 開始移動的

35、點(diǎn)到工作開始移動的點(diǎn)到工作面的水平距離面的水平距離L L稱為稱為超前超前影響距。影響距。2.2.超前影響角超前影響角 將工作面前方地表開始移動將工作面前方地表開始移動( (即下沉即下沉10mm)10mm)的點(diǎn)與當(dāng)時工作面的點(diǎn)與當(dāng)時工作面的連線，此連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角的連線，此連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為超前影響角稱為超前影響角( (The angle of advance influence) ) ，用，用表示。表示。第32頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 （1 1）采動程度）采動程度 非充分采動時，非充分采動時，角值隨著角值隨著開采面積的增大而減??；充分

36、開采面積的增大而減小；充分采動后，采動后，值基本趨于定值；值基本趨于定值；地表移動穩(wěn)定后，地表移動穩(wěn)定后，角等于邊角等于邊界角界角0 0。（2 2）工作面推進(jìn)速度）工作面推進(jìn)速度 值隨著工作面推進(jìn)速度增值隨著工作面推進(jìn)速度增大而增大。大而增大。l 掌握了超前影響規(guī)律，就可以在工作面推進(jìn)過程中，確掌握了超前影響規(guī)律，就可以在工作面推進(jìn)過程中，確定工作面在任意位置時的地表影響范圍。定工作面在任意位置時的地表影響范圍。 工作面推進(jìn)過程中的超前影響工作面推進(jìn)過程中的超前影響4.4.影響超前影響角大小的因素影響超前影響角大小的因素 （3 3）采動次數(shù)）采動次數(shù) 重復(fù)采動時的超前影響角比初次采動時小。重復(fù)

37、采動時的超前影響角比初次采動時小。第33頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 四、工作面推進(jìn)過程中的下沉速度四、工作面推進(jìn)過程中的下沉速度（一）下沉速度的計算（一）下沉速度的計算式中式中 WmWm第第m m次測得的次測得的n n號點(diǎn)的下沉量，號點(diǎn)的下沉量，mmmm； Wm+1Wm+1第第m+1m+1次測得的次測得的n n號點(diǎn)的下沉量，號點(diǎn)的下沉量，mmmm； t t兩次觀測的間隔天數(shù)。兩次觀測的間隔天數(shù)。單位，單位，mm/dmm/d；（二）下沉速度的變化規(guī)律（二）下沉速度的變化規(guī)律 在采動過程中，各點(diǎn)的下沉速度并不相等。將各在采動過程中，各點(diǎn)的下沉速度并不相等。將各點(diǎn)下沉

38、速度繪制成曲線，稱為點(diǎn)下沉速度繪制成曲線，稱為下沉速度曲線下沉速度曲線。第34頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 從圖上可以看出：從圖上可以看出：1 1在非充分采動時在非充分采動時，隨著采空區(qū)面積的增大，地表各點(diǎn)的，隨著采空區(qū)面積的增大，地表各點(diǎn)的下沉速度逐漸增大，最大下沉速度也增加。下沉速度逐漸增大，最大下沉速度也增加。2 2在充分采動條件下在充分采動條件下，下沉速度的最大值到達(dá)該地質(zhì)采礦，下沉速度的最大值到達(dá)該地質(zhì)采礦條件下最大值。下沉速度的最大值與工作面相對位置保持條件下最大值。下沉速度的最大值與工作面相對位置保持不變，這稱為不變，這稱為最大下沉速度滯后現(xiàn)象最大下

39、沉速度滯后現(xiàn)象。 工作面推進(jìn)過程工作面推進(jìn)過程中的下沉速度曲線，中的下沉速度曲線，橫坐標(biāo)表示為橫坐標(biāo)表示為x x，縱，縱坐標(biāo)表示為坐標(biāo)表示為v(x)v(x)。1 1，2 2為非充分采動時下為非充分采動時下沉速度曲線；沉速度曲線；3 3，4 4為為充分采動時下沉速度充分采動時下沉速度曲線。曲線。第35頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 （三）最大下沉速度滯后距離和最大下沉速度滯后角（三）最大下沉速度滯后距離和最大下沉速度滯后角 當(dāng)?shù)乇磉_(dá)到充分采動后，在地表下沉速度曲線上，最大下當(dāng)?shù)乇磉_(dá)到充分采動后，在地表下沉速度曲線上，最大下沉速度總是滯后于回采工作面一個固定距離，這個固

40、定距離沉速度總是滯后于回采工作面一個固定距離，這個固定距離稱為稱為最大下沉速度滯后距最大下沉速度滯后距（The distance of delay），用），用L L表示。表示。這種現(xiàn)象稱為最大下沉速度滯后現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為最大下沉速度滯后現(xiàn)象。 把地表最大下沉速度點(diǎn)與相應(yīng)的回采工作面連線，此線和把地表最大下沉速度點(diǎn)與相應(yīng)的回采工作面連線，此線和煤層（水平線）在采空區(qū)一側(cè)之夾角，稱為煤層（水平線）在采空區(qū)一側(cè)之夾角，稱為最大下沉速度滯最大下沉速度滯后角后角（The angle of delay) ) ，用，用 來描述。其公式如下：來描述。其公式如下： 0HLarcctg 最大下沉速度的點(diǎn)是地表移

41、動最劇烈的點(diǎn)。掌握了地最大下沉速度的點(diǎn)是地表移動最劇烈的點(diǎn)。掌握了地表最大下沉速度滯后角的變化規(guī)律，便可確定在回采過表最大下沉速度滯后角的變化規(guī)律，便可確定在回采過程中對應(yīng)地表移動的劇烈區(qū)，這對采動地面保護(hù)具有重程中對應(yīng)地表移動的劇烈區(qū)，這對采動地面保護(hù)具有重要的實踐意義。要的實踐意義。第36頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 初次采動：初次采動： 01maxcos3 .10HDmcv重復(fù)采動：重復(fù)采動： 01maxcos5 .11HDmcv式中式中 D1D1工作面斜長，工作面斜長，m m； m m采厚，采厚，m m； 煤層傾角，煤層傾角，( (o o) )； HoHo

42、平均采深，平均采深，m m； c c工作面推進(jìn)速度，工作面推進(jìn)速度，m md d。五、地表移動持續(xù)時間五、地表移動持續(xù)時間 下沉值最大的地表點(diǎn)從移動開始（下沉值最大的地表點(diǎn)從移動開始（下沉量達(dá)到下沉量達(dá)到10mm10mm時刻時刻）到地表移動停止（連續(xù)六個月內(nèi)地表下沉量到地表移動停止（連續(xù)六個月內(nèi)地表下沉量w w 30mm30mm）的持續(xù)）的持續(xù)時間時間稱為地表移動稱為地表移動持續(xù)持續(xù)時間時間。（一）影響最大下沉速度的因素（一）影響最大下沉速度的因素 我國一些礦區(qū)的實測資料表明，我國一些礦區(qū)的實測資料表明，最大下沉速度最大下沉速度與覆巖性質(zhì)、與覆巖性質(zhì)、推進(jìn)速度、深厚比、采動程度有關(guān)。覆巖性質(zhì)愈

43、軟、推進(jìn)速推進(jìn)速度、深厚比、采動程度有關(guān)。覆巖性質(zhì)愈軟、推進(jìn)速度愈大，深厚比愈小，則下沉速度愈大。重復(fù)采動時的最大度愈大，深厚比愈小，則下沉速度愈大。重復(fù)采動時的最大下沉速度比初次采動時大。下沉速度比初次采動時大。第37頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 有些文獻(xiàn)認(rèn)為有些文獻(xiàn)認(rèn)為地表最大下沉速度地表最大下沉速度與與地表最大下沉值地表最大下沉值、開采開采深度深度、覆巖性質(zhì)覆巖性質(zhì)以及以及工作面推進(jìn)速度工作面推進(jìn)速度有關(guān)，其經(jīng)驗公式為：有關(guān)，其經(jīng)驗公式為：式中式中 K K下沉速度系數(shù)；下沉速度系數(shù)；V V工作面推進(jìn)速度，工作面推進(jìn)速度，m md d； H H0 0平均采深，

44、平均采深，m m；WmaxWmax本工作面地表最大下沉值，本工作面地表最大下沉值，mmmm。我國部分煤礦地表下沉速度系數(shù)我國部分煤礦地表下沉速度系數(shù)K K實測值實測值0maxmaxHVKWV第38頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 1 1開始階段：開始階段：從移動開從移動開始至下沉速度剛始至下沉速度剛達(dá)到達(dá)到1.67mm1.67mmd d時時刻止的階段刻止的階段為為移動開始階段移動開始階段。2 2活躍階段：活躍階段：下沉速度下沉速度大于大于1.67mm1.67mmd d的階段，的階段，也稱也稱危險變形階段危險變形階段。3 3衰退階段：衰退階段：下沉速度下沉速度剛剛小于小

45、于1.67mm1.67mmd d時時起至起至地表移動穩(wěn)定的階段為地表移動穩(wěn)定的階段為移動衰退階段移動衰退階段。 地表最大下沉點(diǎn)的下沉速度及下沉曲線地表最大下沉點(diǎn)的下沉速度及下沉曲線（二）地表移動的三個階段（二）地表移動的三個階段l第39頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 地表最大下沉點(diǎn)的下沉速度及下沉曲線地表最大下沉點(diǎn)的下沉速度及下沉曲線0HLarcctg 直線直線l l反映整個移動過反映整個移動過程中程中地表最大下沉點(diǎn)地表最大下沉點(diǎn)至至各各時刻工作面水平距離時刻工作面水平距離的變的變化關(guān)系。它與下沉曲線對化關(guān)系。它與下沉曲線對照，可知地表最大下沉點(diǎn)照，可知地表最大下沉

46、點(diǎn)的下沉速度的變化與工作的下沉速度的變化與工作面的位置之間的關(guān)系。當(dāng)面的位置之間的關(guān)系。當(dāng)工作面推過該點(diǎn)一段距離工作面推過該點(diǎn)一段距離后，該點(diǎn)的下沉速度才能后，該點(diǎn)的下沉速度才能達(dá)到最大。從而可求出達(dá)到最大。從而可求出滯滯后距后距L L，據(jù)下式可求得，據(jù)下式可求得最大最大下沉速度滯后角下沉速度滯后角。（三）最大下沉速度滯后角和滯后距求?。ㄈ┳畲笙鲁了俣葴蠼呛蜏缶嗲笕第40頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 六、工作面推進(jìn)過程中地表移動和變形的變化規(guī)律六、工作面推進(jìn)過程中地表移動和變形的變化規(guī)律 當(dāng)工作面停采后，當(dāng)工作面停采后，水平移動仍在繼續(xù)，最大水平移動值仍繼

47、續(xù)水平移動仍在繼續(xù)，最大水平移動值仍繼續(xù)增加，直至地表移動穩(wěn)定為止。增加，直至地表移動穩(wěn)定為止。( (二）傾斜變化規(guī)律二）傾斜變化規(guī)律 工作面推進(jìn)過程中傾斜變化規(guī)律與水平移動變化規(guī)律基本相同。工作面推進(jìn)過程中傾斜變化規(guī)律與水平移動變化規(guī)律基本相同。采動過程中地表水平移動曲線變化規(guī)律采動過程中地表水平移動曲線變化規(guī)律（一）水平移動的變化規(guī)律（一）水平移動的變化規(guī)律 隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)面積不斷增大，水平移動的最大面積不斷增大，水平移動的最大值逐漸增大，水平移動值等于零值逐漸增大，水平移動值等于零的點(diǎn)隨著工作面的推進(jìn)而向前移的點(diǎn)隨著工作面的推進(jìn)而向前移動。動。當(dāng)達(dá)到充分

48、采動時，當(dāng)達(dá)到充分采動時，開切眼開切眼一側(cè)的水平移動漸趨穩(wěn)定，水平一側(cè)的水平移動漸趨穩(wěn)定，水平移動值等于零的點(diǎn)不再向前移動。移動值等于零的點(diǎn)不再向前移動。當(dāng)達(dá)到超充分采動時，當(dāng)達(dá)到超充分采動時，水平移動水平移動值等于零的區(qū)域擴(kuò)大。值等于零的區(qū)域擴(kuò)大。第41頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 （四）水平變形的變化規(guī)律（四）水平變形的變化規(guī)律 回采工作面推進(jìn)過程中的地表水平變形變化規(guī)律與曲率變形變回采工作面推進(jìn)過程中的地表水平變形變化規(guī)律與曲率變形變化規(guī)律基本相同。化規(guī)律基本相同。采動過程中地表曲率變形曲線變化規(guī)律采動過程中地表曲率變形曲線變化規(guī)律（三）曲率的變化規(guī)律（三）

49、曲率的變化規(guī)律 當(dāng)工作面未到達(dá)充分采當(dāng)工作面未到達(dá)充分采動時，動時，在開切眼上方地表的在開切眼上方地表的最大凸曲率，由小到大逐漸最大凸曲率，由小到大逐漸增加，而最大凹曲率先由小增加，而最大凹曲率先由小到大逐漸增加，然后又由大到大逐漸增加，然后又由大變小。變小。當(dāng)?shù)乇磉_(dá)到充分采動當(dāng)?shù)乇磉_(dá)到充分采動時，時，在盆地中央曲率為零，在盆地中央曲率為零，盆地內(nèi)出現(xiàn)兩個最大凹曲率盆地內(nèi)出現(xiàn)兩個最大凹曲率點(diǎn)。點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到超充分采動時，當(dāng)達(dá)到超充分采動時，曲率變形零值區(qū)不斷擴(kuò)大，曲率變形零值區(qū)不斷擴(kuò)大，形成一個區(qū)域。形成一個區(qū)域。第42頁/共148頁第二節(jié) 采動過程中的地表移動和變形的一般規(guī)律 在地表移動過在地表

50、移動過程中只是移動和程中只是移動和變形值由小到太變形值由小到太逐漸發(fā)展，沒有逐漸發(fā)展，沒有正負(fù)曲率變形互正負(fù)曲率變形互相交替變換及拉相交替變換及拉伸和壓縮變形互伸和壓縮變形互相變換的現(xiàn)象。相變換的現(xiàn)象。采動過程中垂直于工作面推進(jìn)方向的斷面上采動過程中垂直于工作面推進(jìn)方向的斷面上下沉、水平移動和水平變形的變化規(guī)律下沉、水平移動和水平變形的變化規(guī)律（五）垂直于推進(jìn)方向斷面上地表移動與變形的變化規(guī)律（五）垂直于推進(jìn)方向斷面上地表移動與變形的變化規(guī)律第43頁/共148頁第三節(jié) 地表下沉盆地穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律 在解決建筑物和鐵路下采煤問題時，由于建筑在解決建筑物和鐵路下采煤問題時，由于建筑物和

51、鐵路往往不在地表下沉盆地主斷面位置上，按物和鐵路往往不在地表下沉盆地主斷面位置上，按主斷面計算方法計算不能滿足要求，因此研究下沉主斷面計算方法計算不能滿足要求，因此研究下沉盆地全面積開采的沉陷規(guī)律有其實際的意義。盆地全面積開采的沉陷規(guī)律有其實際的意義。第44頁/共148頁第三節(jié) 地表下沉盆地穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律xy0第45頁/共148頁第三節(jié) 地表下沉盆地穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律地表下沉盆地下沉等值線地表下沉盆地下沉等值線一、下沉等值線一、下沉等值線 下沉等值線呈下沉等值線呈近似圓形分布近似圓形分布，在圓形中心處下沉值最大，在同一方，在圓形中心處下沉值最大，在同一方向上離中心愈遠(yuǎn)下

52、沉值減小。向上離中心愈遠(yuǎn)下沉值減小。第46頁/共148頁第三節(jié) 地表下沉盆地穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律二、傾斜等值線二、傾斜等值線 除了與點(diǎn)的位置有關(guān)外，還除了與點(diǎn)的位置有關(guān)外，還與給定方向有關(guān)與給定方向有關(guān)。沿走向和傾斜方向的。沿走向和傾斜方向的傾斜和水平移動等值線全面積分布均為傾斜和水平移動等值線全面積分布均為兩組橢圓兩組橢圓，實線的一組表示正值，實線的一組表示正值，虛線的一組表示負(fù)值。虛線的一組表示負(fù)值。橢圓長軸方向與所指定的方向垂直橢圓長軸方向與所指定的方向垂直。 第47頁/共148頁第三節(jié) 地表下沉盆地穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律三、水平移動等值線三、水平移動等值線 與給定方向有關(guān)

53、與給定方向有關(guān)。沿走向和傾斜方向的傾斜和水平移動等值線全。沿走向和傾斜方向的傾斜和水平移動等值線全面積分布均為面積分布均為兩組橢圓兩組橢圓，實線的一組表示正值，虛線的一組表示負(fù)值。，實線的一組表示正值，虛線的一組表示負(fù)值。橢圓長軸方向與所指定的方向垂直。橢圓長軸方向與所指定的方向垂直。第48頁/共148頁第三節(jié) 地表下沉盆地穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律四、曲率等值線 與給定方向有關(guān)。沿走向和傾斜方向的傾斜和水平移動等值線全面積分布均為四組橢圓，實線的一組表示正值，虛線的一組表示負(fù)值。橢圓長軸方向與所指定的方向垂直。第49頁/共148頁第三節(jié) 地表下沉盆地穩(wěn)定后全面積開采沉陷分布規(guī)律五、水平變形

54、等值線 與給定方向有關(guān)。沿走向和傾斜方向的傾斜和水平移動等值線全面積分布均為四組橢圓，實線的一組表示正值，虛線的一組表示負(fù)值。橢圓長軸方向與所指定的方向垂直。第50頁/共148頁第四節(jié) 地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響 多年的實踐經(jīng)驗表明，多年的實踐經(jīng)驗表明，開采沉陷的分布規(guī)律取決開采沉陷的分布規(guī)律取決于地質(zhì)和采礦因素的綜合于地質(zhì)和采礦因素的綜合影響。這些地質(zhì)和采礦因影響。這些地質(zhì)和采礦因素中，素中，一類一類是人們無法對是人們無法對其產(chǎn)生影響的，稱為其產(chǎn)生影響的，稱為自然自然地質(zhì)因素地質(zhì)因素；另一類另一類為為采礦采礦技術(shù)因素技術(shù)因素。波蘭一些學(xué)者。波蘭一些學(xué)者曾對這些地質(zhì)采礦因素進(jìn)曾對這些地質(zhì)采礦

55、因素進(jìn)行了分類，行了分類，如圖所示如圖所示。只只有正確地認(rèn)識和掌握這些有正確地認(rèn)識和掌握這些因素的影響，才能合理有因素的影響，才能合理有效地解決礦山生產(chǎn)中所遇效地解決礦山生產(chǎn)中所遇到的實際問題，才能進(jìn)一到的實際問題，才能進(jìn)一步地改進(jìn)移動預(yù)計方法。步地改進(jìn)移動預(yù)計方法。第51頁/共148頁第四節(jié) 地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響 第52頁/共148頁第四節(jié) 地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響 開采沉陷的分布規(guī)律取決于開采沉陷的分布規(guī)律取決于地質(zhì)和采地質(zhì)和采礦因素礦因素的綜合影響。本節(jié)主要說明下列的綜合影響。本節(jié)主要說明下列七種七種地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響。地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響。 1 1覆巖力學(xué)

56、性質(zhì)、巖層層位的影響；覆巖力學(xué)性質(zhì)、巖層層位的影響； 2 2松散層對地表移動特征的影響；松散層對地表移動特征的影響； 3 3煤層傾角的影響；煤層傾角的影響； 4 4開采厚度與開采深度的影響；開采厚度與開采深度的影響； 5 5采區(qū)尺寸大小的影響；采區(qū)尺寸大小的影響； 6 6重復(fù)采動的影響；重復(fù)采動的影響； 7 7采煤方法及頂板管理方法的影響。采煤方法及頂板管理方法的影響。第53頁/共148頁第四節(jié) 地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響 一、覆巖力學(xué)性質(zhì)、巖層層位的影響一、覆巖力學(xué)性質(zhì)、巖層層位的影響 巖石可分為堅硬（巖石可分為堅硬（f8f8）、中硬（）、中硬（f=3f=38 8）和軟弱）和軟弱（f3f3

57、）三種類型。巖石力學(xué)性質(zhì)對層狀礦體開采引起）三種類型。巖石力學(xué)性質(zhì)對層狀礦體開采引起的巖層和地表沉陷影響很大。在大面積開采影響下，覆的巖層和地表沉陷影響很大。在大面積開采影響下，覆巖的移動和破壞有以下五種形式：巖的移動和破壞有以下五種形式：1 1覆巖力學(xué)性質(zhì)對覆巖移動和破壞的影響覆巖力學(xué)性質(zhì)對覆巖移動和破壞的影響 （1 1）覆巖均為堅硬、中硬、軟弱巖層或其互層，）覆巖均為堅硬、中硬、軟弱巖層或其互層，不存在極堅硬巖層，開采后容易冒落時，形成不存在極堅硬巖層，開采后容易冒落時，形成“三帶三帶”型變形，地表為連續(xù)性變形。型變形，地表為連續(xù)性變形。 （2 2）覆巖中大部分為極堅硬巖層，覆巖產(chǎn)生切冒）

58、覆巖中大部分為極堅硬巖層，覆巖產(chǎn)生切冒型變形，地表則產(chǎn)生突然塌陷的非連續(xù)變形。大面積暴型變形，地表則產(chǎn)生突然塌陷的非連續(xù)變形。大面積暴露之后，礦柱的支撐強(qiáng)度不夠，產(chǎn)生突然的破壞，地表露之后，礦柱的支撐強(qiáng)度不夠，產(chǎn)生突然的破壞，地表移動劇烈。移動劇烈。第54頁/共148頁第四節(jié) 地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響 （3 3）覆巖中均為極眾弱巖層或第四紀(jì)土層，覆巖產(chǎn)）覆巖中均為極眾弱巖層或第四紀(jì)土層，覆巖產(chǎn)生抽冒型變形，地表出現(xiàn)漏斗型塌陷坑。生抽冒型變形，地表出現(xiàn)漏斗型塌陷坑。 （4 4）覆巖中僅在一定位置上存在厚層狀極堅硬巖層，）覆巖中僅在一定位置上存在厚層狀極堅硬巖層，覆巖產(chǎn)生拱冒型變形，地表產(chǎn)生緩

59、慢的連續(xù)型變形。覆巖產(chǎn)生拱冒型變形，地表產(chǎn)生緩慢的連續(xù)型變形。 （5 5）覆巖中均為厚層狀極堅硬巖層，不發(fā)生任何冒）覆巖中均為厚層狀極堅硬巖層，不發(fā)生任何冒落而發(fā)生彎曲變形，地表只發(fā)生緩慢的連續(xù)型變型。落而發(fā)生彎曲變形，地表只發(fā)生緩慢的連續(xù)型變型。 2 2層位對地表移動和變形的影響層位對地表移動和變形的影響 巖層對層位是指巖層之間的組合關(guān)系。層位對巖巖層對層位是指巖層之間的組合關(guān)系。層位對巖層和地表沉陷也有很大影響。如果有很厚的軟巖層覆蓋層和地表沉陷也有很大影響。如果有很厚的軟巖層覆蓋于硬巖層之上，則硬巖層所產(chǎn)生的斷裂及破壞將被軟巖于硬巖層之上，則硬巖層所產(chǎn)生的斷裂及破壞將被軟巖層所掩蓋和緩沖

60、，軟巖層就像緩沖墊一樣，使基巖的不層所掩蓋和緩沖，軟巖層就像緩沖墊一樣，使基巖的不均勻移動得到緩和。均勻移動得到緩和。第55頁/共148頁第四節(jié) 地質(zhì)采礦因素對開采沉陷的影響 3 3覆巖力學(xué)性質(zhì)對開采沉陷分布規(guī)律的影響覆巖力學(xué)性質(zhì)對開采沉陷分布規(guī)律的影響（1 1）下沉曲線形狀）下沉曲線形狀 頂板巖層愈堅硬，懸頂距愈大，拐點(diǎn)偏移距愈頂板巖層愈堅硬，懸頂距愈大，拐點(diǎn)偏移距愈偏向采空區(qū)一側(cè)。偏向采空區(qū)一側(cè)。（2 2）地表下沉值的影響）地表下沉值的影響 上覆巖層愈堅硬，地表下沉愈小。如果上覆巖上覆巖層愈堅硬，地表下沉愈小。如果上覆巖層為第四紀(jì)土層為主，并且厚度大，則下沉系數(shù)接層為第四紀(jì)土層為主，并且厚