《礦山測量》 課件 單元十一　巖層與地表移動

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知識目標：1、理解巖層與地表移動現(xiàn)象；2、了解地表移動對建筑物的影響；3、掌握保護煤柱的留設(shè)的方法。

技能目標：1、能正確劃分地表移動盆地邊界；2、能正確確定巖層移動角；3、能正確留設(shè)保護煤柱。

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地下煤層被大面積采空后，其周圍的巖層便失去了原有的力學平衡狀態(tài)，由于地質(zhì)和采礦條件不同，巖層的移動與變形的形式和大小也不相同。（一）、巖層移動的形式

1．彎曲

2．巖層的垮落（或稱冒落）

3．煤的擠出（又稱片幫）

4．巖石沿層面的滑移

5．垮落巖石的下滑（或滾動）

6．底板巖層的隆起一、巖層與地表移動的概念3二、巖層移動穩(wěn)定后采動巖層內(nèi)的三帶分布采空區(qū)上覆巖層內(nèi)移動分帶I-冒落帶Ⅱ-裂縫帶Ⅲ-彎曲帶4（一）地表移動的概念

所謂地表移動，是指采空區(qū)面積擴大到移動范圍后，巖層移動發(fā)展到地表，使地表產(chǎn)生移動和變形的現(xiàn)象。（二）地表移動的形式1、地表移動盆地2、裂縫及臺階3、塌陷坑三、地表移動5四、地表移動盆地的主斷面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。6五、地表移動盆地邊界（一）移動盆地的最外邊界如圖ABCD（二）移動盆地的危險移動邊界如圖A′B′C′D′（三）移動盆地的裂縫邊界如圖A″B″C″D″

7六、圈定邊界的角值參數(shù)通常用角值參數(shù)圈定移動盆地邊界。角值參數(shù)主要是:

1、邊界角

2、移動角

3、裂縫角

4、松散層移動角

8一、確定移動角的方法(一)、用實測法確定移動角值實測法是在采空區(qū)上方的地面上建立地表移動觀測站，測定各點高程和點間距的變化情況，再根據(jù)觀測資料確定移動角值(二)、用類比法確定移動角類比法就是將本礦區(qū)的地質(zhì)采礦條件與已有移動角值的礦區(qū)作比較，選取與本礦區(qū)地質(zhì)采礦條件相近的礦區(qū)的移動角值。9一、保護煤柱設(shè)計原理

保護煤柱留設(shè)的原理是在保護對象的下方留出一部分煤炭不開采，使其周圍煤炭的開采對保護對象不產(chǎn)生有危險性的移動和變形。在設(shè)計煤柱時，就是從受護對象的邊界，沿走向主斷面、傾向主斷面，按移動角分別作出保護面，這些保護面在煤層內(nèi)圈定的范圍，就是需要留設(shè)的煤柱。

10二、保護煤柱留設(shè)所用參數(shù)

（一）圍護帶寬度建筑物受護面積包括兩個部分：一部分是地面建筑物本身，即受護對象，另一部分為建筑物周圍的受保護范圍，稱為圍護帶。（二）移動角及松散層移動角

11三、保護煤柱留設(shè)方法

（一）垂直剖面法12（二）垂線法13（三）數(shù)字標高投影法14四、保護煤柱留設(shè)實例

現(xiàn)以房屋為例，說明垂直斷面法設(shè)計煤柱的方法和步驟。某建筑物長60m、寬25m，其建筑物長軸方向的坐標方位角為80°，煤層走向30°，煤層厚度2.0m傾角30°，煤的視密度1.35t/m3，沖積層移動角ψ=45°。試用垂直斷面法確定煤柱尺寸，并計算保護煤柱的壓煤量。（一）垂直法留設(shè)保護煤柱151、確定受護面積如圖所示，首先按一定面積比例尺（1:500~1：5000）作房屋的平面圖，使房屋的長軸與，煤層走向的夾角為80°—30°=50°，然后繪出房屋的輪廓點1、2、3、4，過房屋的輪廓點作平行于煤層走向和傾向的外切矩形1′2′3′4′。這樣做是為了能利用移動角值，而且如此圈定建筑物的保護范圍所謂增加的煤柱并不大，煤柱形狀也較為規(guī)整，有利于煤柱周圍煤層的開采。在矩形1′2′3′4′的外緣，再加15m寬的圍護帶，得矩形abcd，即為所確定的保護面積。16垂直斷面法留設(shè)保護煤柱172、確定保護煤柱邊界

通過受護面積中心作一垂直于走向的斷面Ⅰ—Ⅰ，在該斷面上，從被保護面積的邊界點m1和n1起，按表土層移動角ψ=45°作斜線交基巖表面，得交點m2和n2。然后再按基巖移動角，在基巖面上沿下山和上山方向分別以移動角γ=75°和β=47°作斜線交煤層于m′和n′點，即為保護煤柱的下部和上部邊界。同樣方法，在平行于煤層走向的斷面Ⅱ—Ⅱ及Ⅱ′—Ⅱ′上，按ψ=45°和δ=75°作斜線，求得沿走向斷面的煤柱邊界a′b′c′d′。依次將兩斷面上的煤柱邊界轉(zhuǎn)繪到平面圖上，得到梯形ABCD，即為保護煤柱的平面圖。然后在井上下對照圖和采掘工程平面圖上，繪出保護煤柱的位置。183、計算保護煤柱的壓煤量QQ=體積×視寬度=A平/cosδMR式中A平——煤柱的水平面積；

R——煤的視密度；

δ——煤層傾角；

M——煤層厚度。

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上例中建筑物的長軸方向與煤層走向斜交，用垂直斷面法留設(shè)保護煤柱時，為了利用移動角，需根據(jù)受護范圍的角點作沿煤層走向和傾向的保護邊界。當建筑物或被保護對象窄而長（如鐵路、河流）時，用此方法留設(shè)保護煤柱就會大大增加煤柱的面積，造成國家煤炭資源的巨大浪費。在這種情況下，宜采用垂線法留設(shè)保護煤柱，其步驟如下：（二）垂線法留設(shè)保護煤柱201·確定受保護邊界在平面與上，作保護對象輪廓的圍護帶（取5~20m），得到受護邊界abcd，如圖所示。212、確定保護煤柱將abcd繪在煤層地板等高線圖上，由受護邊界abcd向外S=hcotψ（式中，h為表土層厚度，ψ為表土層移動角），得到基巖面上的受護邊界a′b′c′d′，如上圖所示，再從a′b′c′d′向外作各邊界的垂線。這些垂線的長度按下式計算向上山方向作的垂線長、向下山方向作的垂線長，式中α——煤層傾角；Hi——a′、b′、c′、d′各點的煤層埋藏深度減去該點的表土層厚度h，此值可在煤層地板高線圖上分別確定；θi——各受護邊界與煤層走向所夾的銳角；β′i、γ′i——所作各垂線方向（偽傾斜方向）的下山和上山移動角，可按下式計算

式中，γ、β、δ為該礦區(qū)所采用的移動角。然后根據(jù)計算結(jié)果，分別在各垂線上量取qi、∫i值，得A、A′、B、B′、C、C′、D、D′各點，連接A′B、AC、C′D、D′B′各線并延長，則相較于1、2、3、4四點，形成四邊形，即為所求的保護煤柱邊界。22

當用兩種方法確定保護煤柱邊界時，其重疊部分為受護對象最合理的保護煤柱，經(jīng)濟效益也最好，如圖所示。（三）留設(shè)保護煤柱方法選擇23

現(xiàn)以房屋為例，說明垂線法設(shè)計保護煤柱的方法和步驟。某建筑物長50m，寬20m，其建筑物長軸方向的坐標方位角為85°，煤層走向25°，煤層厚度2.5m，傾角35°，煤的視密度1.3t/m3，建筑物中心處的煤層埋藏深度為140m，表土層厚度20m。礦井的巖層移動角δ=γ=75°，β=47°，表土層移動角ψ=45°。試用垂線法確定煤柱尺寸，并計算保護煤柱的壓煤量。241、繪出受護面積使房屋的長軸方向為85°，按一定比例尺繪出房屋的平面圖，再留出15m的圍護帶，得到受護邊界abcd，如圖所示。根據(jù)煤層的走向和傾角繪出一組煤層地板等高線，通過房屋中心的等高線的數(shù)值為-140m，即采深。252、確定保護煤柱（1）由abcd向外按比例量出距離S=hcotψ=20cot45°=20m，得到a′b′c′d′，在圖上確定a′、b′、c′、d′點的煤層埋藏深度，并減去表土層厚度得Ha′=0-（-195m）-20m=175m；Hb′=0-（-120m）-20m=100m，Hc′=0-(-162m）-20m=142m；Ha″=0-（-87m）-20m=67m（2）自a′、b′、c′d′各點作圍護邊界的垂線，得q1、q2、q3、q4、∫1、∫2、∫3、∫4.（3）應用式（10）、式（11），求偽傾角方向的移動角β′γ′i。對于q3、q4、∫3、∫4，β=47°，δ=γ=75°，θ=60°計算得β′=62°29′；γ′=75°00′對于q1、q2、∫1、∫2，β=47°，δ=γ=75°，θ=30°，計算得β′=50°42′；γ′=75°00′應用式（8）、式（9）得計算得q1=54.7m；q2=36.6m；q3=29.5m；q4=62.5m∫1=45.4m；∫1=56.0m；∫1=51.7m；∫1=29.6m在各垂線上分別截取上面計算得到的相應長度，將各端點相連延長相交，得四邊形1234，即為所留煤柱的平面投影263.計算壓煤量煤柱面積=Δ412+Δ423=37677m2

壓煤量=37677m2/cos35°×2.5m×1.3t/m3=149484t

與前面垂直斷面法相比，垂線法少于壓煤10000余t。27一、測量與“三下”采煤礦區(qū)在建筑物下，鐵路下及水體下采煤，簡稱“三下采煤”研究三下采煤的目的，就是在保護建筑物不受損害、確保井下安全生產(chǎn)的條件下，盡可能多地將煤炭資源開采出來減小巖層及地表移動變形的開采措施（一）選擇適當?shù)牟擅悍椒ǎǘ┻x擇適當?shù)捻敯骞芾矸椒ǎㄈ┖侠聿贾霉ぷ髅妫ㄋ模﹨f(xié)調(diào)開采（五）提高工作面推進速度28二、建筑物下采煤的防護措施（一）地表下沉和變形對建筑物的影響（二）建筑物的防護措施1．設(shè)置變形縫2．鋼筋混凝土圈梁和鋼拉桿3．設(shè)置變形緩沖溝4．用千斤頂調(diào)整房屋的曲率變形29

地下采煤引起的地表移動與變形，必然影響到鋪設(shè)于該地區(qū)地面的鐵路，使鐵路受到破壞。鐵路是國家運輸?shù)膭用}，因此，在鐵路下采煤，必須采取有效措施保證鐵路安全運行。鐵路下采煤與建筑物下、水體下采煤相比，有其獨有的特點，即鐵路線路在開采影響過程中，可以通過維修及時消除本身的移動和變形，如采用及時墊起路基和拔正線路