礦山開采沉陷學(xué)(知識點整理)

1、礦山開采沉陷學(xué)第一章：1：在地下開采前，巖體在地應(yīng)力場作用下處于相對平衡狀態(tài)。局部礦體被采出后，在巖體內(nèi)部形成一個采空區(qū)，導(dǎo)致周圍巖體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，引起應(yīng)力重分布，從而使巖體產(chǎn)生移動變形和破壞，直至達(dá)到新的平衡。隨著采礦工作的進(jìn)行，這一過程不斷重復(fù)。它是一個十分復(fù)雜的物理、力學(xué)變化過程，也是巖層產(chǎn)生移動和破壞過程，這一過程和現(xiàn)象稱為巖層移動。2：充分采動區(qū)COD位于采空區(qū)中部上方，其移動特征是：煤層頂板在上覆巖體重力作用下，先向采空區(qū)方向彎曲，然后破碎成大小不一的巖塊向下冒落而充填采空區(qū)。此后，巖層成層狀向下彎曲，同時伴隨有離層、裂隙、斷裂等現(xiàn)象。成層狀彎曲的巖層下沉，使冒落破碎的巖塊逐漸

2、被壓實。移動結(jié)束后，此區(qū)內(nèi)下沉的巖層仍平行于它的原始層位，層內(nèi)各點的移動向量與煤層法線方向一致，在同一層內(nèi)的移動向量彼此相等。3：巖層移動形式（一）彎曲，這巖層移動的主要形式。當(dāng)?shù)叵麻_采后，從直接頂板開始沿層面法線方向彎曲，直到地表。（二）巖層的垮落（或稱冒落）。當(dāng)煤層采出后，采空區(qū)附近上方巖層彎曲而產(chǎn)生拉伸變形。當(dāng)拉伸變形超過巖層的允許抗拉強(qiáng)度時，巖層破碎成大小不一的巖塊，冒落充填于采空區(qū)。此時，巖層不再保持其原有的層狀結(jié)構(gòu)。這是巖層移動過程中最劇烈的形式，通常只發(fā)生在采空區(qū)直接頂板巖層中。（三）煤的擠出（又稱片幫）。采空區(qū)邊界煤層在支承壓力作用下，一部分被壓碎擠向采空區(qū)，這種現(xiàn)象稱為片幫。

3、由于增壓區(qū)的存在，煤層頂?shù)装鍘r層在支承壓力作用下產(chǎn)生豎向壓縮，從而使采空區(qū)邊界以外的上覆巖巖層和地表產(chǎn)生移動。 （四）巖石沿層面的滑移。在開采傾斜煤層時，巖石在自重力的作用下，除產(chǎn)生沿層面法線方向的彎曲外，還會產(chǎn)生沿層面方向的移動。巖層傾角越大，巖層沿層面滑移越明顯。沿層面滑移的結(jié)果，使采空區(qū)上山方向的部分巖層受拉伸，甚至剪斷，而下山方向的部分巖層受壓縮。（五）垮落巖石的下滑（或滾動）。煤層采出后，采空區(qū)為冒落巖塊所充填。當(dāng)煤層傾角較大，而且開采自上而下順序進(jìn)行，下山部分煤層繼續(xù)開采而形成新的采空區(qū)時，采空區(qū)上部垮落的巖石可能下滑而充填新采空區(qū)，從而使采空區(qū)上部的空間增大，下部空間減小，使位于

4、采空區(qū)上山部分的巖層移動加劇，而下山部分的巖層移動減弱。（六）底板巖層的隆起。當(dāng)?shù)装鍘r層較軟時，在煤層采出后，底板在垂直方向減壓，水平方向受壓，導(dǎo)致底板向采空區(qū)方向隆起。3：巖層移動的三帶（一）冒落帶(Caving zone冒落帶是指用全部垮落法管理頂板時，回采工作面放頂后引起煤層直接頂巖層產(chǎn)生破壞的范圍。冒落帶內(nèi)巖層破壞的特點為：冒落巖塊大小不一；無規(guī)則地堆積在采空區(qū)內(nèi)；冒落巖塊間空隙較大，連通性好，易導(dǎo)水、導(dǎo)砂。具：碎脹性、可壓縮性。 分：不規(guī)則冒落帶、規(guī)則冒落帶（二）裂縫帶（斷裂帶）(Fractured zone裂縫帶是指在采空區(qū)覆巖中產(chǎn)生裂縫、離層及斷裂，但仍保持層狀結(jié)構(gòu)的那部分巖層。

5、位于冒落帶之上。其特征為：巖層不僅產(chǎn)生垂直于層理面的裂縫或斷裂，還產(chǎn)生順層理面的離層裂縫，易導(dǎo)水。分：嚴(yán)重斷裂帶、一般斷裂帶、微小斷裂帶。 冒落帶和裂縫帶合稱為冒落裂縫帶，或?qū)芽p帶(Water conducted zone。（三）彎曲帶(Sagging zone（整體移動帶）彎曲帶位于裂縫帶之上直至地表。其移動特點為：巖層的移動過程是連續(xù)而有規(guī)律的，并保持其整體性和層狀結(jié)構(gòu)，不存在或極少存在離層裂縫；彎曲帶頂面（地表）有時產(chǎn)生一些拉伸裂縫，一般到一定深度尖滅。4：地表移動所謂地表移動，是指是指在采空區(qū)面積擴(kuò)大到一定的范圍后，巖層移動發(fā)展到地表，使地表產(chǎn)生移動和變形，這一過程和現(xiàn)象稱為地表移

6、動。5：地表移動和破壞形式（一）地表移動盆地(Ground subsidence trough：在開采影響波及到地表以后，受采動影響的地表從原（有標(biāo)高向下沉降，從而在采空區(qū)上方地表形成一個比采空區(qū)面積大得多的沉陷區(qū)域，這種地表沉陷區(qū)域稱為地表移動盆地，或下沉盆地 。（二）地表裂縫(Surface fracture及臺階（step）：在一定條件下，地表移動盆地外邊緣拉伸變形區(qū)可能產(chǎn)生裂縫。裂縫的深度、寬度與有無第四系松散層及其厚度、性質(zhì)和變形值大小有關(guān)。（三）塌陷坑(Subsidence cave及塌陷槽開采緩傾斜煤層和傾斜煤層時，地表破壞主要是地表出現(xiàn)裂縫，但在某些特殊地質(zhì)開采條件下，地表可能

7、出現(xiàn)漏斗狀塌陷坑或塌陷槽。6：充分采動和非充分采動充分采動(full subsidence：是指地下煤層采出后，地表下沉值達(dá)到了該地質(zhì)采礦條件下應(yīng)有的最大值，此時稱為地表達(dá)到充分采動，隨著工作面的繼續(xù)擴(kuò)大，影響范圍相應(yīng)擴(kuò)大，但地表最大下沉值不再增加，地表移動盆地將出現(xiàn)平底。地表只有一點達(dá)到最大下沉值剛達(dá)到充分采動臨界開采(Critical extraction。地表移動盆地呈碗形。有多個地表點達(dá)到最大下沉值超充分采動超臨界開采(Supercritial extraction，地表移動呈盤形。采空區(qū)尺寸（長度和寬度）小于該地質(zhì)采礦條件下的臨界開采尺寸時，地表任意點的下沉值均未達(dá)到該地質(zhì)采礦下應(yīng)有

8、的最大下沉值，稱這種采動為非充分采動，此時地表移動盆地為碗形。7：充分采動角充分采動的范圍用充分采動角（以表示 ）確定。充分采動角的確定方法是：在充分采動的條件下，在地表移動盆地的主斷面上，移動盆地平底邊緣（在地表水平線上的投影點）和同側(cè)采空區(qū)邊界連線與煤層在采空區(qū)一側(cè)的夾角稱為充分采動角。下山方面的充分采動角以1表示，上山方面的充分采動角以2表示，走向方向的充分采動角以3表示。8：地表移動盆地的特征在移動盆地內(nèi)，各個部位的移動和變形性質(zhì)及大小不盡相同。在采空區(qū)上方地表平坦、達(dá)到超充分采動、采動影響范圍內(nèi)沒有大地質(zhì)構(gòu)造條件下，最終形成的靜態(tài)地表移動盆地可劃分為三個區(qū)域（圖7b）移動盆地的中間區(qū)

9、域（又稱中性區(qū)域）；移動盆地的內(nèi)邊緣區(qū)（又稱壓縮區(qū)域）；移動盆地的外邊緣區(qū)（又稱拉伸區(qū)域）。在剛達(dá)到充分采動和非充分采動時，盆地內(nèi)不出現(xiàn)中間區(qū)域。拐點：內(nèi)外邊緣區(qū)分界點、下沉曲線凹凸變化點。水平煤層開采時地表達(dá)到充分采動的地表移動盆地，它有下列的特征：（1）地表移動盆地位于采空區(qū)的正上方。盆地的中心（最大下沉點所在的位置）和采空區(qū)中心是一致的。盆地的平底部分位于采空區(qū)中部正上方。（2）地表移動盆地的形狀與采空區(qū)對稱。矩形橢圓形（3）移動盆地內(nèi)外邊緣區(qū)的分界點，大致位于采空區(qū)邊界的正上方。（4）在水平煤層開采的條件下，非充分采動和剛達(dá)到充分采動的地表移動盆地的特征和超充分采動的移動盆地特征相似，

10、不同的是移動盆地內(nèi)不出現(xiàn)中性區(qū)域，只有一個最大下沉點，且最大下沉點位于采空區(qū)中心的正上方。傾斜煤層開采、地表未達(dá)到充分采動時，地表移動盆地有如下特征：（1）傾斜方向上，盆地中心（最大下沉點）偏向采空區(qū)下山方向。（2）移動盆地與采空區(qū)位置不對稱，傾角越大，不對稱越明顯。在走向斷面上，盆地特征與水平煤層類似。（3）移動盆地上山方面較陡，移動范圍小，下山方面較緩，移動范圍大。 急傾斜煤層開采時，地表移動盆地有如下特征：（1）盆地形狀不對稱性更加明顯。（2）盆地明顯偏向采空區(qū)下山方向；上邊界上方開采影響達(dá)到煤層底板巖層，下山方面移動范圍達(dá)到開采范圍以外很遠(yuǎn)。（3） 地表最大下沉值大致位于采區(qū)下邊界上方

11、；地表最大水平移動值大于最大下沉值。急傾斜煤層開采時不出現(xiàn)充分采動的情況。9：主斷面通常就將地表移動盆地內(nèi)通過地表最大下沉點所作的沿煤層走向和傾向的垂直斷面稱為地表移動盆地主斷面，沿走向的主斷面稱為走向主斷面，沿傾向的主斷面稱為傾向主斷面。當(dāng)走向達(dá)到充分采動，傾向未達(dá)到充分采動時，可作無數(shù)個傾向主斷面，但只有一個走向主斷面，反之成立。 實測表明，地表移動盆地主斷面有下列特征：（1）在主斷面上地表移動盆地的范圍最大；（2）在主斷面上地表移動最充分，移動量最大；（3）在主斷面上，不存在垂直于主斷面方向的水平移動。10：最大下沉角所謂最大下沉角，就是在傾斜主斷面上，由采空區(qū)的中點和地表移動盆地的最大

12、下沉點 （在基巖面上的投影）的連線與水平線之間在煤層下山方向一側(cè)的夾角，以表示最大下沉角 ，一般是通過實地觀測求得，大量實測資料表明，最大下沉角除與巖性有關(guān)外，還與煤層傾角有關(guān)。在傾斜或緩傾斜煤層條件下，值隨煤層傾角的增大而減小。一般用下式表示： = 90° k×式中k與巖性有關(guān)的系數(shù)；煤層的傾角。最大下沉角 ，也可按下列公式近似計算：當(dāng) < 45 ° 時, = 90° 0.5×當(dāng) > 45°時, = 90° (0.40.2×10：移動盆地主斷面內(nèi)的移動變形分析下沉地表點的沉降叫下沉，用w表示，是地表移

13、動向量的垂直分量。以本次與首次觀測點的標(biāo)高差表示,即wn=Hn0-Hnm式中wn地表點的下沉（mm）；Hn0、Hnm表示地表n點首次和m次觀測時的高程（mm）正值表示測點下沉，負(fù)值表示測點上升，它反映了一個點不同時間在垂直方向的變化量。 水平移動地表下沉盆地中某點沿某一水平方向的位移叫水平移動，用u表示。以本次與首次測得的從該點至控制點水平距離差表示，即un=Lnm-Ln0式中un地表n點的水平移動，mm；Ln0、Lnm分別表示首次和m次觀測時地表n點到觀測線控制點R間的水平距離，mm。 水平移動正負(fù)號的規(guī)定是：在傾斜斷面上，指向煤層上山方向的為正值，指向煤層下山方向的為負(fù)值；在走向斷面上，指

14、向右方向的移動為正，左方向的移動為負(fù)。傾斜地表傾斜是指相鄰兩點在豎直方向的下沉差與其水平距離的比值，它反映了地表移動盆地沿某一方向的坡度，通常以i表示。即式中im-n為m、n兩點的平均傾斜變形，mm/m傾斜實際是兩點間的平均斜率。傾斜的正負(fù)號規(guī)定為：在傾斜斷面上，指向上山方向的為正，指向下山方向的為負(fù)。在走向斷面上，指向右方向的為正，逆向走向方向的為負(fù)。曲率地表曲率是兩相鄰線段的傾斜差與兩線段中點間的水平距離的比值，它反映了觀測線斷面上的彎曲程度。由下式計算：曲率有正負(fù)之分，地表下沉曲線上凸為正，下凹為負(fù)。為了使用方便，曲率變形有時以曲率半徑R表示，即：水平變形地表水平變形是指相鄰兩點的水平移

15、動差與兩點間水平距離的比值，通常用表示。由下式計算 水平變形代表了線段的拉伸和壓縮，正值表示拉伸變形，負(fù)值表示壓縮變形。11：臨界變形值臨界變形值：建筑物不需要維修、仍能保持正常使用所允許的地表最大變形值。i=3mm/m，=2mm/m，k=0.2mm/m2地表下沉和水平移動的影響地表大面積、平緩、均勻的下沉和水平移動對建筑物的影響很小，一般不會引起建筑物破壞，通常不作為衡量建筑物破壞的指標(biāo)。積水會對其中的建筑物造成很大的影響。地表傾斜變形的影響不均勻的下沉?xí)沟乇懋a(chǎn)生傾斜變形，傾斜變形會使其中的建筑物產(chǎn)生歪斜，從而影響建筑物的正常使用，特別對于底面積很小而高度很大的建筑物，如煙囪、水塔、高壓線

16、鐵塔等影響較嚴(yán)重。傾斜會使公路、鐵路、管道、上下水系等的坡度產(chǎn)生變化，從而影響它們的正常工作狀態(tài)。 地表曲率變形的影響不均勻的地表傾斜導(dǎo)致地表產(chǎn)生曲率變形，使地表產(chǎn)生上凸（正曲率）或下凹（負(fù)曲率），地表上凸或下凹后，會使建筑物與地表的接觸狀態(tài)發(fā)生變化，打破了建筑物的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，使建筑物地基反力產(chǎn)生變化，從而使建筑物體內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力，當(dāng)曲率變形增大到一定程度后，會使建筑物產(chǎn)生破壞。曲率變形是建筑物破壞的主要因素之一。12：地表移動盆地邊界的確定按照地表移動變形值大小，對建筑物及地表的影響程度，將地表移動盆地分為三個邊界：最外邊界、危險移動邊界和裂縫邊界。移動盆地的最外邊界（Outermos

17、t boundary） 移動盆地的最外邊界是以地表移動變形為零的盆地邊界點所圈定的邊界?，F(xiàn)場實測中，考慮到觀測誤差，一般取下沉10mm的點為邊界點，最外邊界實際上是下沉10mm的點圈定的邊界，危險移動邊界(Critical boundary以危險移動邊界是以臨界變形值確定的邊界，表示處于該邊界范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物將產(chǎn)生損害。而位于該邊界外的建（構(gòu)）筑物將產(chǎn)生不明顯的損害。我國一般采用的臨界變形值是：i=3mm/m，=2mm/m，k=0.2mm/m2。以這三個變形值中最外一個值確定危險移動邊界。裂縫邊界(Fracture boundary根據(jù)移動盆地內(nèi)最外側(cè)的裂縫圈定的邊界。 裂縫邊界是根據(jù)移動

18、盆地內(nèi)最外側(cè)的裂縫圈定的邊界。邊界角 在充分采動或接近充分采動的條件下，地表移動盆地主斷面上盆地邊界點（下沉為10mm）至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為邊界角。當(dāng)有松散層存在時，應(yīng)先從盆地邊界點用松散層移動角劃線和基巖與松散層交接面相交，此交點至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為邊界角。按不同斷面，邊界角可分為走向邊界角、下山邊界角、上山邊界角，分別用0、0、0、0表示。移動角在充分采動或接近充分采動的條件下，地表移動盆地主斷面上三個臨界變形中最外邊的一個臨界變形值點至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為移動角。當(dāng)有松散層存在時，應(yīng)從最外邊的臨界變形值點用松散層

19、移動角劃線和基巖與松散層交接面相交，此交點至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為移動角。按不同斷面，邊界角可分為走向移動角、下山移動角、上山移動角、急傾斜煤層底板移動角，分別用、表示。裂縫角在充分采動或接近充分采動的條件下，在地表移動盆地主斷面上，移動盆地最外側(cè)的地表裂縫至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為裂縫角。按不同斷面，裂縫角可分為走向裂縫角、下山裂縫角、上山裂縫角、急傾斜煤層底板裂縫角，分別用、表示。松散層移動角松散層移動以表示。它不受煤層傾角的影響，主要與松散層的特性有關(guān)。確定方法：1）直接法，H小、且主要為松散層，設(shè)站；2）間接法，h小，先設(shè)站求基巖移動角，然后間

20、接求。第二章1：觀測站所謂觀測站，是指在開采影響范圍內(nèi)的地表、巖層內(nèi)部或其它研究對象上，按一定要求設(shè)置的一系列互相聯(lián)系的觀測點。在采動過程中，根據(jù)需要定期觀測這些觀測點的空間位置及其相對位置的變化，以確定各觀測點的位移和點間的相對移動，從而掌握開采沉陷的規(guī)律。任務(wù)：確定地質(zhì)采礦條件與移動變形的關(guān)系，確定開采沉陷參數(shù)與地質(zhì)采礦條件的關(guān)系。獲得地表與巖層內(nèi)部的移動變形規(guī)律；獲得移動變形與建筑物破壞關(guān)系，確定臨界變形值；獲得巖體內(nèi)部破壞規(guī)律。2：觀測站分類開采沉陷觀測站由于其分類的角度不同，可以劃分為不同的類別。 若按設(shè)立的地點來考慮，可劃分為：地表移動觀測站、巖層內(nèi)部觀測站和專門觀測站； 若按觀測

21、的時間和內(nèi)容，可分為普通觀測站和短期觀測站。 若按布站的形式來劃分，有網(wǎng)狀觀測站和剖面線觀測站.3：觀測站設(shè)計原則 觀測線應(yīng)設(shè)在主斷面上； 設(shè)站地區(qū)，在觀測期間不受鄰近開采的影響； 觀測線的長度要大于地表移動盆地的范圍； 觀測線上的測點應(yīng)有一定的密度，這要根據(jù)開采深度和設(shè)站目的而定； 控制點設(shè)在移動范圍外，不受采動影響；4：移動觀測站的觀測工作連接測量在觀測站各測點埋設(shè)好并固結(jié)之后，但未被采動之前，為了確定觀測站與工作面之間的相互位置關(guān)系，需要將觀測站的某一控制點與礦區(qū)控制網(wǎng)之間進(jìn)行測量，以確定出該觀測站控制點的平面坐標(biāo)和高程。全面測量全面測量一般包括測點的高程測量、各測點間的距離測量、各測點

22、偏離觀測線方向的支距測量、地表特征狀況記錄與素描。日常觀測日常觀測一般包括巡視測量、加密水準(zhǔn)測量及地表變化特征的素描、攝影等。巡視測量的目的就是確定出觀測站是否遭受開采的影響、地表移動是否穩(wěn)定、地表移動的劇烈程度等，為全面觀測和加密水準(zhǔn)測量提供依據(jù)。 5：觀測站成果整理觀測站連測成果的內(nèi)業(yè)整理方法和常規(guī)一樣，最后算出觀測站控制點的平面坐標(biāo)和高程。觀測站成果整理的目的就是要計算地表的移動變形，并確定出該地質(zhì)采礦條件下的移動變形參數(shù)。數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)整理根據(jù)采用的測量儀器不同，加入必須的各種改正數(shù)，并經(jīng)平差計算后，確定出各測點的高程、相鄰測點間的水平距離和各測點偏離觀測線方向的支距。將相鄰測點間的水平距

23、離加入支距改正后，得相鄰測點間沿觀測線方向的水平距離。 移動變形計算需要進(jìn)行移動變形計算的項目包括:下沉、傾斜、曲率水平移動、水平變形、橫向水平移動和下沉速度等。除橫向水平移動外,其它移動變形的計算方法已在第二章中進(jìn)行介紹。n號點的橫向水平移動Vn為：式中ynn號點本次觀測時的支距， yn0n號點首次觀測時的支距。 地表移動變形參數(shù)的確定地表移動變形計算之后，繪制移動變形曲線圖和下沉速度曲線圖。在圖上可確定出移動變形的角量參數(shù)：如移動角 邊界角、裂縫角、最大下沉速度角、超前影響角等，移動變形的預(yù)計參數(shù)：如下沉系數(shù)、水平移動系數(shù)、主要影響角正切、拐點偏移距等。繪圖工作根據(jù)每次觀測的計算結(jié)果繪制曲

24、線圖，由這種曲線圖能夠很清楚地看出觀測線的地表移動盆地和變形的分布特征及其發(fā)展過程。繪制移動和變形曲線圖時，選擇豎直比例尺的原則是：使繪制的曲線能清楚的反映出移動和變形的分布規(guī)律，并便于分析比較。水平比例尺與觀測站平面圖一致，可采用1：1000或1：2000。繪圖點的確定一般按下列原則進(jìn)行： 下沉、水平移動直接繪在點的上方； 傾斜、水平變形繪在線段的中點； 曲率繪在兩線段的中點。第三章1：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小、空間分布形態(tài)及其與地質(zhì)采礦條件的關(guān)系。2：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，并且是典型化和理想化了的。它主要包括以下幾個條件

25、： 深厚比H/m（開采深度與開采厚度之比值）大于30。在這樣的條件，地表移動變形在空間和時間上都具有明顯的連續(xù)性和一定的分布規(guī)律； 地質(zhì)采礦條件正常，無大的地質(zhì)構(gòu)造（如大斷層和地下溶洞等），并采用正規(guī)循環(huán)的采礦作業(yè)； 采空區(qū)為規(guī)則矩形； 不受鄰近工作面開采的影響 。3：水平煤層非充分采動時主斷面內(nèi)地表移動和變形分布規(guī)律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。設(shè)主斷面方向為x軸，下沉曲線用W（x）表示。在研究地表移動規(guī)律時，首先要研究幾個特征點： 最大下沉點O，在水平煤層條件下，位于采空區(qū)中央正上方； 移動盆地邊界點A、B，其下沉為零； 拐點E，即移動盆地主斷面上下沉曲線凹凸的分界點，

26、即曲率為零的點。拐點的位置一般位于采空區(qū)邊界上方而略偏向采空區(qū)一側(cè)。在采空區(qū)中央上方o處地表下沉值最大，從盆地中心向采空區(qū)邊緣下沉逐漸減小，在盆地邊界點A、B處下沉為零，下沉曲線以采空區(qū)中央對稱。傾斜曲線傾斜曲線表示地表移動盆地傾斜的變化規(guī)律，為下沉的一階導(dǎo)數(shù)，即傾斜曲線分布規(guī)律為：盆地邊界至拐點間傾斜漸增，拐點至最大下沉點間傾斜逐漸減小，在最大下沉點處傾斜為零。在拐點處傾斜最大，有兩個相反的最大傾斜值，傾斜曲線以采空區(qū)中央反對稱 。曲率曲線曲率曲線表示地表移動盆地內(nèi)曲率的變化規(guī)律，是傾斜的一階導(dǎo)數(shù)，下沉的二階倒數(shù)，即曲率曲線的分布規(guī)律： 曲率曲線有三個極值，兩個相等的最大正曲率和 一個最大負(fù)

27、曲率，兩個最大正曲率位于邊界點和拐點之間，最大負(fù)曲率位于最大下沉點處； 邊界點和拐點處曲率為零； 盆地邊緣區(qū)為正曲率區(qū)，盆地中部為負(fù)曲率區(qū)。水平移動曲線水平移動曲線表示地表移動盆地內(nèi)水平移動分布規(guī)律，用U（x）表示。水平移動分布規(guī)律與傾斜曲線相似，即：盆地邊界至拐點間水平移動漸增，拐點至最大下沉點間水平移動逐漸減小，在最大下沉點處水平移動為零。在拐點處水平移動最大，有兩個相反的最大水平移動值，水平移動曲線以采空區(qū)中央反對稱。水平變形曲線水平變形是水平移動的一階導(dǎo)數(shù)，即水平變形曲線與曲率曲線的分布規(guī)律相似，即 水平變形曲線有三個極值，兩個相等的最大拉伸變形和一個最大壓縮變形，兩個最大拉伸變形位于

28、邊界點和拐點之間，最大壓縮變形位于最大下沉點處； 邊界點和拐點處水平變形為零； 盆地邊緣區(qū)為拉伸區(qū)，盆地中部為壓縮區(qū)。與水平煤層非充分采動時主斷面內(nèi)地表移動和變形分布規(guī)律相比，它具有以下特點 地表移動盆地的最大下沉值已達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下的最大值，即充分采動條件下的地表最大下沉值W0； 傾斜、水平移動曲線無明顯變化。 在最大下沉點o處，水平變形和曲率變形值均為零，在盆地中心區(qū)出現(xiàn)了兩個最大負(fù)曲率和兩個最大壓縮變形值，位于拐點和最大下沉點之間； 拐點處下沉為最大下沉值的一半； 4：水平煤層超充分采動時主斷面內(nèi)地表移動和變形分布規(guī)律 下沉盆地出現(xiàn)了平底O1-O2區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，各點下沉值相等，并達(dá)

29、到該地質(zhì)采礦條件下的最大值； 在平底O1-O2區(qū)內(nèi)，水平變形、傾斜、曲率均為零或接近于零，各種變形主要分布在采空區(qū)邊界上方附近； 最大傾斜和最大水平移動位于拐點處；最大正曲率、最大拉伸變形位于拐點和邊界點之間；最大負(fù)曲率、最大壓縮變形位于拐點和最大下沉點O之間； 盆地平底O1-O2區(qū)內(nèi)水平移動理論上為零，實際存在殘余水平移動。 5：傾斜煤層（150550）非充分采動時主斷面內(nèi)地表移動和變形分布規(guī)律 地表移動變形曲線失去對稱性和相似性，即下沉曲線、傾斜曲線、曲率曲線、水平變形曲線、水平移動曲線均不關(guān)于采空區(qū)對稱或反對稱，移動變形曲線偏向下山方向；水平移動曲線和傾斜曲線、水平變形曲線和曲率曲線已不

30、相似。 最大下沉點偏向下山方向，上山下沉曲線比下山陡，影響范圍小； 拐點不與采空區(qū)中央對稱，偏向下山方向； 指向上山方向的水平移動增加，指向下山方向的水平移動減小，最大拉伸變形在下山方向，最大壓縮變形在上山方向。6：急傾斜煤層（550）非充分采動時主斷面內(nèi)地表移動和變形分布規(guī)律 下沉盆地形態(tài)的非對稱性十分明顯，下山方向的影響范圍遠(yuǎn)大于上山方向的影響范圍。隨著煤層傾角的增大，地表下沉曲線由對稱的碗形逐漸變?yōu)榉菍ΨQ的瓢形。當(dāng)煤層傾角接近900時，下沉盆地剖面又轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΨQ的碗性或兜形； 隨著煤層傾角的增加，最大下沉點位置逐漸移向煤層上山方向，當(dāng)煤層傾角接近900時，在煤層露頭上方； 在松散層較薄的情

31、況下，可能只出現(xiàn)指向上山方向的水平移動； 在開采厚度大，采深小時，地表煤層露頭處可能出現(xiàn)塌陷坑。7：地表點移動軌跡起動距在走向主斷面上工作面由開切眼推進(jìn)到A點時，巖層移動開始波及到地表。（圖8 通常把地表開始移動（下沉為10mm）時的工作面推進(jìn)距離稱為起動距（約為采深的1/41/2H0，H0為平均開采深度）。超前影響、超前影響角、超前影響距在圖中,當(dāng)工作面推進(jìn)到B點，下沉曲線為W1，工作面前方1點開始受采動影響而下沉；當(dāng)工作面推進(jìn)到C時，下沉曲線為W2，地表2點開始受采動影響而下沉。由此可見，在工作面推進(jìn)過程中，工作面前方的地表受采動影響下沉，這種現(xiàn)象稱為超前影響。將工作面前方地表開始移動（下

32、沉10mm）的點與當(dāng)時工作面的連線和水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為超前影響角，用表示。開始移動的點到工作面的水平距離l稱為超前影響距，超前影響角和超前影響距l(xiāng)有如下關(guān)系：影響超前影響角大小的因素為： 采動程度，非充分采動時，隨工作面推進(jìn)，降低；當(dāng)達(dá)到充分采動后，趨于定0 工作面推進(jìn)速度，隨推進(jìn)速度C的提高而降低 采動次數(shù)，重采比初采小。最大下沉速度滯后角把地表最大下沉速度點與相應(yīng)的回采工作面連線和煤層（水平線）在采空區(qū)一側(cè)的夾角，稱為最大下沉速度滯后角，用表示，其計算式為：8：地表移動持續(xù)時間地表移動持續(xù)時間（或移動總時間）是指在充分采動或接近充分采動的情況下，地表下沉值最大的點從移動開始到移動穩(wěn)

33、定所持續(xù)的時間。移動持續(xù)時間應(yīng)根據(jù)地表最大下沉點求定，因為在地表移動盆地內(nèi)各地表點中，地表最大下沉點的下沉量最大，下沉的時間最長。前蘇聯(lián)阿威爾辛按下沉速度大小及對建筑物的影響程度不同，將地表點的移動過程分為三個階段：開始階段下沉量達(dá)到10mm的時刻為移動開始時刻。從移動開始至下沉速度剛達(dá)到1.67mm/d（或50mm/月）時刻為移動開始階段?；钴S階段下沉速度大于1.67mm/d（或50mm/月）的階段。由于在該階段內(nèi)，地表點的下沉占總下沉的85%95%，地表移動劇烈，是地面建筑物損壞的主要時期，因此也稱該階段為危險變形階段 。衰退階段下沉速度剛小于1.67mm/d（或50mm/月）起至六個月內(nèi)

34、地表各點下沉累計不超過30mm時為移動衰退階段。開始階段、活躍階段、衰退階段這三個階段的時間總和，稱為移動過程總時間或移動持續(xù)時間。9：覆巖力學(xué)性質(zhì)影響（覆巖較強(qiáng)） 采空區(qū)懸頂面積大、地表易產(chǎn)生非連續(xù)性變形 巖層及地表下沉量小，拐點平移距大 急傾斜煤層開采條件下，地表易出現(xiàn)塌陷坑或塌陷漏斗 移動角大 導(dǎo)水裂縫帶高度大10：覆巖組成及層位的影響 直接頂堅硬、老頂軟弱，其地表的下沉量小于直接頂軟弱、老頂堅硬的地表下沉量； 流沙層距采空區(qū)近比流砂層距采空區(qū)遠(yuǎn)的地表下沉量大。主要原因為流砂層距采空區(qū)遠(yuǎn)，失水、失砂少，地表下沉量小。 地表有軟弱覆蓋層比無軟弱覆蓋層時，移動更平緩、均勻，連續(xù)性更好。11：

35、松散層對地表移動特征的影響12：煤層傾角的影響 對地表移動盆地形態(tài)的影響在水平和近水平煤層開采條件下，地表移動盆地是以采空區(qū)中心對稱的橢圓。在傾斜煤層開采開采條件下，地表移動盆地為偏向下山方向的非對稱橢圓，形狀為碗形或盤形。隨著傾角的增大，這種非對稱性增大，當(dāng)煤層傾角接近90°時，又成為對稱的橢圓，地表移動盆地為碗形或兜形。 對覆巖移動形式、破壞形態(tài)的影響當(dāng)煤層傾角在035°之間時，巖層移動的主要形式是法向彎曲和崩落，冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶形態(tài)最終呈馬鞍形。當(dāng)煤層傾角在36°54°之間時，巖層移動形式除有法向彎曲外，還伴隨有沿層面的剪切移動和巖石的下滑，覆巖

36、破壞形式呈拋物線形態(tài)。 對地表移動參數(shù)的影響煤層傾角對地表移動參數(shù)有明顯影響。這是主要介紹對下山移動角、邊界角、最大下沉角及水平移動值的影響。對地表移動角、邊界角的影響對最大下沉角的影響=90°-k對水平移動值的影響 開采厚度和開采深度的影響開采厚度開采厚度是影響覆巖及地表移動破壞的主要因素。采厚越大，冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度越大，地表移動變形值也越大，移動過程表現(xiàn)得越劇烈，巖層及地表移動變形值與采厚成正比，即：W0=qmcos式中 W0充分采動時的最大下沉值，mm；m采厚，mm；煤層傾角；q下沉系數(shù)，與巖性有關(guān)，巖性越堅硬巖，q越小；反之，巖性越軟巖，q越大 。開采深度的影響隨著開采

37、深度的增加，地表各種移動變形值減小，地表移動范圍擴(kuò)大，移動盆地更平緩。各種變形值與采深成反比。 深厚比（H/M）的影響H/M大，變形值小，范圍平緩，V小。13：采空區(qū)尺寸影響采區(qū)尺寸的大小可影響地表的充分采動程度。充分采動程度常用寬深比D/H來表示。我國實測資料表明（在一般情況下）：D1/H0、D3/H0<1.21.4時，地表為非充分采動；D1/H0、D3/H0=1.21.4時，地表為充分采動；D1/H0、D3/H01.21.4時，地表達(dá)到超充分采動。這里D1、D3分別為采空區(qū)沿傾向和走向的實際長度；H0為平均采深。采動系數(shù)：采空區(qū)傾斜方向或走向方向的實際長度與地表達(dá)到充分采動時相應(yīng)方向

38、上下最小長度之比。k1、k3小于1；堅硬0.7，中硬0.8，軟弱0.9。 14：重復(fù)采動重復(fù)采動是指巖層和地表已經(jīng)受過一次開采的影響而產(chǎn)生移動、變形和破壞之后，再一次經(jīng)受開采 （開采下部煤層或下分層，或同一煤層的下一個工作面）的影響，使得巖層和地表又一次受到采動，這種采動稱為重復(fù)采動。重復(fù)采動時地表移動的特點、地表移動和變形分布及其參數(shù)值都與初次采動有顯著變化，即移動過程劇烈，地表下沉值增大，地表移動速度加大等。這種變化稱為重復(fù)采動時巖層與地表移動過程的加劇。 第四章1：開采沉陷預(yù)計對一個計劃進(jìn)行的開采，在開采之前根據(jù)其地質(zhì)采礦條件和選用的預(yù)計函數(shù)、參數(shù)，預(yù)先計算出受此開采影響的巖層和（或）地

39、表的移動和變形工作，稱為開采沉陷預(yù)計。2：開采沉陷預(yù)計地質(zhì)采礦條件 煤層的法向開采厚度（采高）m； 煤層傾角； 采空區(qū)下山邊界上山邊界走向主斷面上的和平均的開采深度H1、H2、H、H0； 采空區(qū)走向長D3、傾向斜長D1； 頂板管理方法； 上覆巖層的性質(zhì)； 工作面形狀和工作推進(jìn)速度。 2：開采沉陷預(yù)計的內(nèi)容 最大值預(yù)計； 主斷面上的移動和變形預(yù)計； 地表任意點移動及變形值預(yù)計； 巖體內(nèi)任意點移動和變形值預(yù)計； 多工作面和（或）多煤層開采時巖層和地表移動變形預(yù)計。3：開采沉陷預(yù)計方法的分類對主斷面上的移動變形預(yù)計來說，目前我國最常用的是概率積分法、典型曲線法和負(fù)指數(shù)函數(shù)法。分類依據(jù)分類建立預(yù)計方法

40、的途徑基于實測資料的經(jīng)驗方法影響函數(shù)法理論模擬法：預(yù)計手段解析法圖解法電子計算機(jī)法預(yù)計時采用的函數(shù)剖面函數(shù)法影響函數(shù)法3：概率積分法4：半無限開采預(yù)計5：有限開采預(yù)計6：任意點的移動和變形規(guī)律第五章：開采沉陷實測資料的數(shù)據(jù)處理多個觀測站實測參數(shù)的綜合分析1：綜合分析的目的 分析礦區(qū)（或礦）內(nèi)各種地質(zhì)采礦條件下，地表移動變形規(guī)律 確定本礦區(qū)的預(yù)計方法 確定各種參數(shù)與地質(zhì)采礦條件之間的關(guān)系 研究特殊條件下的地表移動變形規(guī)律2：綜合分析的一般步驟 收集和歸納資料盡可能詳細(xì)準(zhǔn)確地收集和歸納各種地質(zhì)采礦資料，如煤厚、傾角、斷層落差大小等。 綜合分析在所獲資料中，找出主要影響規(guī)律，為獲得這些規(guī)律必須先固定

41、一些次要因素，即在某些相同的條件下，分析另一些因素對參數(shù)的影響，找出規(guī)律資料分析主要因素的影響找出規(guī)律3：綜合分析的一般方法： 表格法 圖形法 公式法4: 回歸分析法綜合分析建立公式步驟：表格、圖形確定變化規(guī)律，假定擬合函數(shù)回歸求參誤差檢驗公式變形分析與建模的基本理論和方法回歸分析方法實際上是用某種經(jīng)驗函數(shù)模擬變形過程，通過回歸分析求得參數(shù)，為今后預(yù)測預(yù)報提供基礎(chǔ)。主要方法：一元回歸分析 多元回歸分析非線性回歸分析等第六章：模擬研究方法第七章：保護(hù)煤柱留設(shè)1：保護(hù)煤柱指專門留在井下不予采出的、旨在保護(hù)其上方巖層內(nèi)部和地表的各種保護(hù)對象不受開采影響的那部分煤炭。優(yōu)點：可靠缺點：1）資源浪費，縮短

42、礦井服務(wù)年限；2）使采掘工作復(fù)雜化，增大掘進(jìn)工作量，造成采掘關(guān)系緊張。2：圍護(hù)帶目的 抵消留設(shè)保護(hù)煤柱時所用參數(shù)的誤差引起煤柱尺寸的不足。移動角250。 抵消由于地質(zhì)采礦條件和井上下位置關(guān)系的不準(zhǔn)確而造成保護(hù)煤柱的尺寸和位置的誤差。3：保護(hù)煤柱留設(shè)方法所需資料 保護(hù)對象特征 相關(guān)圖紙 本區(qū)參數(shù)留設(shè)方法 垂直剖面法 垂線法 數(shù)字標(biāo)高投影法4：保護(hù)煤柱其他方法除上述方法外，保護(hù)煤柱留設(shè)的方法還有：數(shù)值標(biāo)高投影法、臨界面標(biāo)高投影法、臨界變形值法和預(yù)計方法等。數(shù)值標(biāo)高投影法是根據(jù)地表移動角參數(shù)，采用標(biāo)高投影的方法，繪制出各受護(hù)邊界保護(hù)煤柱各側(cè)平面的等高線，它與礦體底板等高線的交線，即為保護(hù)煤柱的邊界。

43、數(shù)值標(biāo)高投影法對于礦體產(chǎn)狀不規(guī)則及存在斷層時比較方便，一般用于圈定延伸形建筑物或基巖面標(biāo)高變化比較大時的保護(hù)煤柱。保護(hù)煤柱設(shè)計的垂直斷面法、垂線法和數(shù)字標(biāo)高投影法，都是僅僅利用主斷面上或少數(shù)幾個斜向斷面上的移動角，致使在建筑物的角點處留下了過多的呆滯煤量。隨著礦體傾角的增大，角點處的多余煤柱急劇增大，甚至使保護(hù)煤柱的留設(shè)出現(xiàn)困難，此時可采用臨界面標(biāo)高投影法來設(shè)計保護(hù)煤柱。 此外，有人還提出了保護(hù)煤柱設(shè)計的臨界變形值法。它的基本原理為：根據(jù)地表移動變形預(yù)計方法，由受護(hù)范圍角點處的最大變形值小于建筑物的臨界變形值，來導(dǎo)出主斷面上相應(yīng)點處的變形限值。然后由計算的最大移動變形值和移動變形無因次量來確定

44、出相對距離，即可設(shè)計出保護(hù)煤柱的范圍。也可直接利用開采沉陷預(yù)計方法來設(shè)計保護(hù)煤柱。不斷改變工作面的大小和位置，反復(fù)試算，直至受護(hù)建筑物處地表的變形值都小于臨界變形值為止。此時的最小煤柱（開采范圍最大），即為受護(hù)建筑物的保護(hù)煤柱。第八章1：非采礦因素引起的建筑物損壞自然因素引起的建筑物損害 濕度變化 土體固結(jié)地表移動建筑物損害。 地殼運動 5級 人為因素引起的建筑物損害 地基或基礎(chǔ)質(zhì)量不好 建筑物設(shè)計結(jié)構(gòu)有缺陷 建筑物材料質(zhì)量差和建筑工程施工質(zhì)量低 由于交通和機(jī)械運動而產(chǎn)生的震動 人類抽取地下水，大范圍水位下降。 2：開采對建筑物的影響 地表下沉對建筑物的影響均勻的地表下沉不使建筑物地基反力產(chǎn)生

45、重分布，也不會在建筑物上產(chǎn)生附加應(yīng)力，因而不會使建筑物損害。但當(dāng)?shù)叵聺撍桓?、地表下沉量大時，均勻下沉可使建筑物積水或地基受水軟化，影響建筑物使用，甚至破壞。 傾斜對建筑物的影響地表傾斜對于平面面積小而高度大的建筑物（如水塔、煙囪、高壓線塔等）有實際的影響。地表傾斜引起建筑物傾斜，在建筑物自重的作用下引起水平分力和彎距（傾覆力矩）。在傾覆力矩的作用下，建筑物構(gòu)件上和地基中的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，應(yīng)考慮地表傾斜引起的附加應(yīng)力的影響。 地表曲率對建筑物的影響地表曲率變形表示傾斜的變化程度。由于曲率變形，地表將由原來的平面而變成曲面形狀。引起建筑物地基反力重分布，使原來均勻的地基反

46、力發(fā)生變化，出現(xiàn)加載區(qū)和卸載區(qū)。加載區(qū)和卸載的范圍隨工作面的推進(jìn)而發(fā)生變化。不同的曲率作用下地基反力不同（圖）。在正曲率作用下，房屋中央反力最大，為加載區(qū)，兩邊出現(xiàn)卸載；在負(fù)曲率作用下，房屋兩邊加載，中間卸載。在地基反力重分布的影響下，建筑物墻壁在豎直面內(nèi)受到附加彎矩和剪力的作用，使房屋結(jié)構(gòu)弱面(門、窗、洞口、磚縫處產(chǎn)生裂縫。正曲率作用下產(chǎn)生倒八字形裂縫，負(fù)曲率作用下產(chǎn)生正八字形裂縫。 地表水平移動變形對建筑物的影響地表水平移動變形主要通過兩方面的作用影響建筑物：（1）地基與基礎(chǔ)間摩擦力作用將水平變形產(chǎn)生的拉、壓應(yīng)力傳遞給建筑物，因而在建筑物上產(chǎn)生附加拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，使建筑物損壞；（2）地基的移動在基礎(chǔ)上產(chǎn)生橫向擠壓力，使基礎(chǔ)在平面內(nèi)產(chǎn)生彎曲變形，從而在建筑物上引起附加應(yīng)力，導(dǎo)致建筑物受損。由于建筑物大多為砌體結(jié)構(gòu)，抗拉能力遠(yuǎn)低于抗壓能力，一般地表水平拉伸變形達(dá)到1mm/m時，房屋就可能出現(xiàn)較細(xì)小的豎向裂縫。我國華東地區(qū)農(nóng)村房屋為泥漿砌筑，當(dāng)水平拉伸變形達(dá)到0.7mm/m時，房屋即出現(xiàn)裂縫。雖然房屋抗壓縮變形能力大于拉伸變形，但當(dāng)壓縮變形較大時，可使建筑物的墻壁和地基壓碎、地板鼓起、門窗洞擠成菱形