岩层与地表移动Word文档格式.docx

岩层与地表移动Word文档格式.docx

《岩层与地表移动Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩层与地表移动Word文档格式.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

如果采空区尺寸较大，采深又较小时，顶点O可能超出地表，此时三角形AOB包围的部分地表也受到充分采动。

二、倾斜煤层及急倾斜煤层

倾斜煤层由于倾角变大，上覆岩层除有沿法线方向的弯曲外，还要沿层面向下错动，使岩层各点的移动偏向采空区下山方向。

当移动稳定后，上覆岩层也会出现冒落带、断裂带和弯曲带。

开采急倾斜煤层时，岩层移动的情况就复杂多了。

当煤层采空后，顶板岩层向采空区弯曲并沿层面向下移动；

底板岩层有时也会向采空区隆起，并沿层面向下滑。

当上履岩层的应力超过极限强度后，同样会断裂、垮落，并充填采空区。

由于充填的岩石会沿采空区底板下滑，使得采空区下部被填满、压实，而采空区上部又被垮空，于是采空区上部的上覆岩层继续弯曲、断裂、冒落，岩层的移动加剧，而下部的岩层移动趋于稳定。

急倾斜煤层开采时，上覆岩层会出现三带，而不出现充分采动区；

底板岩层有时也出现弯曲带和断裂带。

由于地质、采矿条件不同，三带不一定同时出现。

B、采煤引起的地表移动

地下开采以后，上覆岩层的移动传播到地表，地表也随之产生不同形式的移动与变形。

地表移动与变形主要取决于当地的地质与采矿条件，特别是采空区的开采深度和开采厚度。

当开采深度与开采厚度的比值大于30时，地表的移动在空间上和时间上是一种连续、渐变、有规律的现象；

当小于30时，地表的移动则不是连续而有规律的，地表将会出现较大的裂缝和塌坑。

一、开采水平或倾斜煤层时

在采空区上方地表随基岩下沉、弯曲，形成一个具有一定范围的洼地，这个洼地即是地表移动盆地，又称为下沉盆地。

在移动盆地边缘的表土上可能出现不同程度的裂缝，裂缝一般平行于采区的边界方向发展，其形状如楔形，上宽下窄，一般最深到地下五米左右就消失了。

二、开采急倾斜煤层时

当开采深度与开采厚度的比值大于30时，在煤层露头两侧可能出现一种台阶状、平底塌陷盆地。

由于采空区上部上方岩层移动剧烈，冒落的岩石下滑又将上部采空区垮空，因此采空区的上山煤柱就可能片帮向采空区垮落，以至扩展到地面即抽冒，在煤层露头处出现一些大小不同的圆形或椭圆形塌陷漏斗。

如开采深度不大的厚煤层时，露头上的塌陷漏斗可能连接起来形成一个塌陷槽，槽底较为平坦。

C、地表移动盆地的形成

一、地表移动盆地的形成

地表移动盆地是随回采工作面的不断推进，采空区不断扩大而逐渐形成的。

当工作面由开切眼起向前推进到相当于采区平均采深的1/4—1/2时，地表便开始移动，并形成一个小移动盆地W1。

工作面继续推进，移动盆地的范围随之逐渐扩大，形成一系列的新移动盆地W2、W3，同时地表的下沉量也逐渐增大。

当工作面推进到采区停采边界时，回采虽然停止，但地表移动并不立即停止，还要继续一段时间，盆地也继续扩大，直到地表移动稳定，形成最终移动盆地W4。

如果此时工作面继续推进，而且离开切眼相当于平均采深的1.4倍时，地表下沉达到最充分的程度（最大下沉值）。

此后工作面虽然继续推进，盆地范围继续扩大，然而地表的最大下沉量不再增加，这种情况维持到回采结束。

最后形成一个有平底的移动盆地W5。

二、充分采动和非充分采动

充分采动区的边界可以用充分采动角ψ来确定。

当工作面推进时，采空区尺寸不断扩大，充分采动区的顶点不断升高，而达到地表，甚至超出地表将部分地表包含在充分采动区内。

这一发展过程就是地表由非充分采动（顶点未及地表），发展到充分采动（顶点达及地表）及超充分采动（顶点超出地表、部分地表被包含在充分采动区内）的过程。

在地表达到充分采动时，移动盆地中心的下沉量达到了最大下沉值Wmax。

在非充分采动时，移动盆地中心的最大下沉量小于充分采动时的最大下沉值。

在地表超充分采动时，被包含在充分采动区内的部分地表各点的下沉量都达到了最大下沉值Wmax。

移动盆地也由非充分采动及充分采动的碗形盆地发展成超充分采动的有一个平底的盘形盆地。

三、移动盆地的特征

移动盆地的范围，总是要比采空区的面积大。

而盆地的形状与采空区相对位置关系，则取决于采空区的形状和煤层倾角的大小。

矩形采空区的移动盆地形状，大致呈椭圆形。

在煤层倾角不同的条件下，矩形采空区的移动盆地有如下特点：

1、水平和缓倾斜煤层的移动盆地位于采空区的正上方，其形状与采空区对称。

2、倾斜煤层的移动盆地与采空区不对称，煤层倾角越大，盆地越向采空区下山方向偏移，盆地的上山方向边缘比下山方向边缘要陡。

3、急倾斜煤层的移动盆地不对称性更为明显，下山方向的盆地边缘远离采空区的正上方，上山方向的盆地边缘发展到煤层底板一侧的地表上，整个盆地明显地偏向煤层的下山方向。

四、移动盆地的研究方法

主断面研究法是以矩形采区长壁式采煤法为条件建立的。

通常是选取通过移动盆地最大下沉点，分别平行于煤层的倾斜方向和走向方向的两个竖直剖面来进行研究。

平行于煤层倾斜方向的竖直剖面叫做倾向主断面，平行于煤层走向的竖直剖面叫做走向主断面。

在移动盆地的主断面上，盆地的尺寸最大，移动变形值也最大，而且在主断面内的地表点基本上没有垂直于主断面的水平移动。

所以，地表在主断面内所表现的移动规律是能够代表盆地的移动特征的。

开采水平煤层时，两个主断面均通过采区中心。

开采倾斜煤层时，倾向主断面仍通过采区中心，而走向主断面则需根据最大下沉角θ来确定。

在充分采动时，首先按充分采动角ψ1、ψ2、ψ3确定地表的充分采动范围。

在该范围内，所有沿煤层倾向和走向的竖直剖面均为主断面（ψ1、ψ2和ψ3分别为采区下山边界、上山边界和走向边界点的充分采动角。

）

D、移动盆地地表的移动与变形

一、移动盆地内任一地表点的移动

地表点的移动向量从起止的相对位置来看，是一条指向采空区中心的空间移动向量。

地表点A移动到A′的移动向量为E，E可分解为下沉W和水平移动U这两个移动分量。

在地表上，水平移动U又可分解为平行于煤层走向和倾向的两个水平分量U走和U倾。

二、主断面内地表的移动与变形

主断面内地表点的下沉和水平移动，可以根据各点的高程变化和到某一控制点的距离变化计算出来。

1、下沉量（W：

代表一个点高程变化）

Wn=Ho-Hm（毫米）

式中：

Wn--地表n号点的下沉值；

Ho、Hm--分别为n号点采动前后的高程。

2、水平移动量（U：

代表一个点到控制点水平距离变化）

Un=lm-lo（毫米）

Un--地表n号点的水平移动值；

lo、lm--分别为n号点采动前后到某一控制点的水平距离。

3、倾斜变形（i：

相邻两点不均匀下沉产生）

in-n+1=

（毫米/米）

in-n+1——n号点与n+1号点之间的地表倾斜值，以线段n-n+1之中点为代表；

Wn、Wn+1——n号点与n+1号点的下沉值；

ln-n+1——n号点与n+1号点间的水平距离。

4、曲率变形（K：

相邻两线段不均匀倾斜所产生）

Kn=

（10-3/米）

Kn——线段n～n+1与线段n-1～n不均匀倾斜所产生的曲率，

以其中点n为代表；

i——为线段的倾斜值；

l——为线段的水平长度。

曲率K＞0，地表凸起；

K＜0，地表下凹。

地表的曲率程度也可以用曲率半径R=

（米或公里）来表示。

5、水平变形（ε：

相邻两点不均匀水平移动所产生）

εn～n+1=

ε——线段n～n+1的水平变形，以线段中点表示；

u——为相邻两点的水平移动值；

l——线段n～n+1的水平长度。

当ε＞0时，为拉伸变形；

ε＜0时，为压缩变形。

E、地表移动盆地的分区及其边界的确定

一、移动盆地的分区

地表移动稳定后，根据移动盆地各处的移动与变形值大小及其移动特征，可将移动盆地划分成几个区域。

当地表为非充分采动时，可划分为移动区和危险变形区；

当地表为充分采动时，除移动区和危险变形区外，在盆地中心还有一个均匀下沉区。

二、移动盆地各分区边界的确定

移动区边界（即移动盆地边界），危险变形区边界和均匀下沉区边界，可以分别用边界角βo、γo、δo，移动角（基岩角）β、γ、δ和充分采动角ψ1、ψ2、ψ3在移动盆地的倾向主断面和走向主断面图上确定。

这三类角称为移动盆地三大要素。

1、边界角（βo、γo、δo）

移动盆地边缘一般以下沉值为10毫米的点为准。

在主断面图上，盆地边缘下沉10毫米的点与相应一侧采空区边界点的连线，在煤柱一侧与水平线的夹角为边界角。

采空区下山方向、上山方向及走向方向的边界角分别以符号βo、γo和δo来表示。

2、移动角（β、γ、δ）

危险变形区的边界点，是以对地表上建筑物有危险损害的地表临界变形值为标准确定的。

不需要维修便能保持建筑物正常使用的所允许的地表最大变形值称为临界变形值，对于一般砖石结构的建筑物，其临界变形值为：

倾斜i0=3毫米/米、曲率K0=0.2×

10-3/米、水平变形ε0=2毫米/米。

在主断面上，危险变形区边界点与同侧采空区边界点连线在煤柱一侧与水平线的夹角为移动角。

采空区下山方向、上山方向及走向方向的移动角分别用符号β、γ和δ来表示。

3、充分采动角（ψ1、ψ2、ψ3）

在主断面上，移动盆地均匀下沉区边界点与同侧采空区边界点连线，在采空区一侧与煤层之夹角为充分采动角。

在采空区下山边界、上山边界及走向边界的充分采动角分别以符号ψ1、ψ2和ψ3来表示。

4、最大下沉角（θ）

地表为非充分采动时，出现碗形盆地。

在倾斜主断面上，移动盆地的最大下沉点与采空区中心连线，在下山方向与水平线的夹角为最大下沉角。

如果地表充分采动时，可以用均匀下沉区中心点来求最大下沉角。

最大下沉角θ，可根据煤层倾角按下式计算：

当倾角α＜45°

时，θ=90-0.5α；

当倾角α＞45°

时，θ=90-（0.4～0.2）α

5、表土移动角（φ）

地下煤层采空后，上覆岩层将产生移动和变形，在基岩内是按移动角（β、γ、δ）传播到地表的。

如果地表下有表土层，则这种传播在到达表土层与基岩界面之后，在表土层里将按表土移动角φ向上传播，一直到地表。

6、裂缝角（β″、γ″、δ″）

是按移动角和边界角同样方法表示和图解的，它的依据是移动盆地最外侧的裂缝。

地表出现的裂缝随地表移动而张合，而且又易被表土掩埋，移动盆地最外侧裂缝是不易确定的，所以裂缝角值不可靠。

7、底板移动角（λ）

急倾斜煤层开采，其采动影响能传播到采空区底板岩层中，在倾向主断面上，确定危险变形区边界时，除下山移动角β，还应考虑底板移动角λ。

其确定认识方法与其它移动角相同。

F、三下采煤措施

矿区在建筑物下、铁路下及水体下采煤，简称为三下采煤。

建筑物包括工业、民用建筑物和城镇村庄；

水体包括江河湖海、水库等地表水和在表土及基岩中的含水层、流沙层、溶洞以及老采空区等所等所积的地下水；

铁路也是工业建筑物，但因有其自身保护特点和要求，所以单独作为一种研究对象。

一、减小岩层及地表移动变形的采矿措施

1、防止地表突然下沉的采矿措施

⑴确保一定的开采深度；

⑵在缓倾斜和倾斜煤层浅部开采时，应尽量采用倾斜分层采煤法，并适当减小第一、二分层的开采厚度；

⑶开采急倾斜煤层时，应尽量采用水平分层间歇式采煤法，并要求顶板沿倾斜方向一次暴露面积不能达大，分层开采间歇时间在3～4个月以上。

严禁无限制地放老顶煤；

⑷顶板坚硬不易垮落虹，可采用人工强制放顶措施；

⑸调查老采空区、小窑、溶洞、含水层及流沙层的充水和发育情况，防止因疏干致使地表突然下沉。

可采取采前排水及灌浆充填方法处理。

2、选择适当的顶板管理方法

3、条带式开采

4、合理布置采区

⑴采区沿煤层煤层倾向和走向尺寸，应尽可能满足采后地表能形成均匀下沉区，而建筑物正好座落在均匀下沉区；

⑵采区边界上方地表是变形最剧烈区域，所以在建筑物下不宜出现采区边界。

应布置成一个长工作面，或由若干工作面组成一个台阶状长工作面，使建筑物位于移动盆地中央；

⑶合理安排工作面推进方向；

建筑物短轴方向抗变形能力比长轴方向强，所以布置推进方向时，应使地表主要变形方向为建筑物的短轴方向。

在移动盆地边缘，长轴方向与推进方向一致有利；

在盆地均匀下沉区，长轴与推进方向垂直有利。

在建筑物下方做开切眼，布置两个工作面背向推进时，地表不会出现正曲率和拉伸变形，倾斜值也较小，对能承受压缩变形而对下沉速度不敏感的建筑物保护是利的，如在高炉、烟囱等下开采时，可适用此法。

5、协调开采在数个煤层或厚煤层分层同时开采时，合理布置各层或各分层工作面位置，使一个工作面产生的地表变形被另一个工作面所产生的变形抵销，来减小开采中以及最终地表变形的程度。

⑴上、下煤层工作面错距可按下式计算：

L=0.4（r1+r2）

=0.4×

r1、r2——上、下二煤层的主要影响半径；

H1、H2——上、下二煤层的开采深度。

⑵上、下二分层工作面错距可按下式计算：

L=0.8r=0.8×

6、提高工作面推进速度

二、建筑物下采煤的防护措施

1、设置变形缝。

2、钢筋混凝土圈梁和钢拉杆。

3、设置变形缓冲沟

4、用千斤顶调整房屋的不均匀下沉，以消除或减小曲率变形和倾斜变形的影响。

5、地面管道和地下管道可以设置管道补偿接头或鼓形补偿器，经吸收变形的影响。

三、铁路下采煤的防护措施

四、水体下采煤的防护措施

1、导水裂隙带

导水裂隙带对于倾角不同的煤层，其形态不相同，其高度的表示方法也不相同。

水平煤层（含缓倾斜煤层）导水裂隙带最终为马鞍形。

冒落带位于采空区开采边界以内的正上方，而断裂带两侧超出开采边界5～8米左右。

倾斜煤层的导水裂隙带则因采空区冒落的岩石下滑，而使上山方向的导水裂隙带发展很大，下山方向发展很小，其形状呈抛物线。

急倾斜煤层开采时，由于采空区上边界煤柱的片帮下滑，导水裂隙带超出采区上边界，而进入到煤柱以内。

导水裂隙带最大高度可按下列经验公式计算：

⑴煤层倾角α＜54°

时

冒落带最大高度：

H冒=Am（米）

式中：

A——表示岩石碎胀性及覆岩整体下沉的综合系数。

坚硬岩石A=4～5；

中硬岩石A=2～3；

软岩石A=1～2。

m——采厚。

导水裂隙带最大高度：

H裂=

b、c——与覆岩性质有关的系数。

坚硬岩石b=0.009～0.014，c=0.018～0.028；

中硬岩石b=0.014～0.024，c=0.028～0.048；

软岩石b=0.024～0.034，c=0.048～0.068。

⑵煤层倾角α＞55°

h——回采阶段高；

R、S——与覆岩性质有关的系数。

坚硬岩石R=0.035～0.046，S=1.25～1.50；

中硬岩石R=0.060～0.090，S=2.50～3.70。

H冒=0.4～0.5H裂

2、水体下采煤的防护措施

⑴正确留设安全煤岩柱

留设安全煤岩柱就是正确确定水体的下边界到采空区上边界之间的安全深度，即正确确定水体下安全开采的上限。

表土层内无粘土层或粘土层很簿时：

H柱=H裂+H保

H柱——安全煤岩柱高度；

H裂——导水裂隙带高度；

H保——保护层厚度，一般为5～30米。

表土内有较厚粘土层时：

H柱=H冒+H保

H冒——冒落带高度；

H保——保护层，一般为2～15米。

⑵疏降水体

⑶处理水体补给来源