开采损害与保护.ppt

开采损害与保护.ppt

《开采损害与保护.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开采损害与保护.ppt（148页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

河南理工大学精品课程教学组第一章地表沉陷的一般规律第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动变形分布规律第二节第二节采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律第三节第三节地表下沉盆地稳定后全面积开采沉陷分布规律地表下沉盆地稳定后全面积开采沉陷分布规律第四节第四节地质采矿因素对开采沉陷的影响地质采矿因素对开采沉陷的影响第五节第五节复杂地质条件对地表沉陷的影响复杂地质条件对地表沉陷的影响本章教学大纲本章教学大纲教学目的与要求：

教学目的与要求：

地地表表沉沉陷陷的的规规律律是是开开采采沉沉陷陷学学中中最最重重要要的的内内容容之之一一。

通通过过本本章章的的学学习习，要要求求学学生生理理解解并并掌掌握握各各种种开开采采条条件件下下、开开采过程中及移动盆地稳定后地表沉陷的一般规律。

采过程中及移动盆地稳定后地表沉陷的一般规律。

课程内容：

课程内容：

11移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律；移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律；22采动过程中采动过程中（动态动态）主断面内移动和变形分布规律；主断面内移动和变形分布规律；33移动盆地稳定后全面积的移动和变形分布规律；移动盆地稳定后全面积的移动和变形分布规律；44地质采矿因素对地表沉陷的影响；地质采矿因素对地表沉陷的影响；55复杂地质条件对地表沉陷的影响。

复杂地质条件对地表沉陷的影响。

教学重点：

教学重点：

各各种种开开采采条条件件下下不不同同采采动动程程度度的的主主断断面面内内移移动动和和变变形形分分布布规规律律；/采采动动过过程程中中的的地地表表移移动动和和变变形形的的一一般般规规律律；/地地表下沉稳定后全面积开采沉陷分布规律及各等值线的特点。

表下沉稳定后全面积开采沉陷分布规律及各等值线的特点。

教学难点：

教学难点：

对对地地质质采采矿矿因因素素和和复复杂杂地地质质条条件件对对地地表表沉沉陷陷的的影影响响进进行行分析。

分析。

第一章地表沉陷的一般规律地地表表沉沉陷陷规规律律是是指指地地下下开开采采引引起起的的地地表表移移动动和和变变形形的的大大小小、空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。

空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。

主主要要内内容容：

（1）

（1）水水平平、缓缓倾倾斜斜煤煤层层以以及及急急倾倾斜斜煤煤层层开开采采沉沉陷陷的的分分布布规规律律；

（2）

（2）沉沉陷陷稳稳定定后后（又又称称静静态态）及及工工作作面面推推进进过过程程中中（又又称称动动态态）的的分分布布规规律律；（3）（3）简简单单地地质质条条件件和和复复杂杂地地质质条条件件下下的分布规律等。

的分布规律等。

目目前前，以以水水平平煤煤层层和和缓缓倾倾斜斜煤煤层层开开采采的的、沉沉陷陷稳稳定定后后的的和和简简单单地地质质条条件件下下的的分分布布规规律律研研究究较较为为充充分分，其其它它方方面面尚尚在在不不断断深入研究之中。

所以本章主要介绍：

深入研究之中。

所以本章主要介绍：

1.1.移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律；移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律；2.2.采动过程中采动过程中（动态动态）主断面内移动和变形分布规律；主断面内移动和变形分布规律；3.3.移动盆地稳定后全面积的移动和变形分布规律；移动盆地稳定后全面积的移动和变形分布规律；4.4.地质采矿因素对地表沉陷的影响；地质采矿因素对地表沉陷的影响；5.5.复杂地质条件对地表沉陷的影响。

复杂地质条件对地表沉陷的影响。

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律本节所述的规律是指地表移动盆地稳定后主断本节所述的规律是指地表移动盆地稳定后主断面内的移动和变形分布规律，并且是面内的移动和变形分布规律，并且是典型化典型化和和理想理想化化了的。

它要满足以下几个条件：

了的。

它要满足以下几个条件：

11深厚比深厚比HHMM（开采深度与开采厚度之比值开采深度与开采厚度之比值）大大于于3030。

在这样的条件下，地表移动和变形在空间和在这样的条件下，地表移动和变形在空间和时间上都具有明显的连续特征和一定的分布规律；时间上都具有明显的连续特征和一定的分布规律；22地质采矿条件正常，无大的地质构造地质采矿条件正常，无大的地质构造（如大如大断层和地下溶洞等断层和地下溶洞等），并采用正规循环的采煤作业；，并采用正规循环的采煤作业；33属于单一煤层开采，并不受邻区开采影响。

属于单一煤层开采，并不受邻区开采影响。

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后的移动和变形分布规律与许地表移动盆地稳定后的移动和变形分布规律与许多地质采矿因素有关。

如：

多地质采矿因素有关。

如：

煤层倾角煤层倾角（）、）、开采开采厚度厚度（mm）、）、开采深度开采深度（HH）、）、采区尺寸采区尺寸（DD）、）、采煤采煤方法方法、顶板管理方法顶板管理方法、松散层厚度松散层厚度（hh）等。

）等。

如果开采均系采用走向长壁式采煤、全部垮落法如果开采均系采用走向长壁式采煤、全部垮落法管理顶板，并且开采厚度均相同，那么影响分布规管理顶板，并且开采厚度均相同，那么影响分布规律的地质采矿因素主要就是律的地质采矿因素主要就是煤层倾角煤层倾角、采区尺寸采区尺寸和和开采深度开采深度。

而采区尺寸和开采深度之比，可决定地。

而采区尺寸和开采深度之比，可决定地表的采动程度。

表的采动程度。

下面根据下面根据不同的采动程度不同的采动程度和和煤层倾角煤层倾角的变化情况，的变化情况，讨论地表移动和变形的分布规律。

讨论地表移动和变形的分布规律。

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律一、水平煤层（或沿煤层走向主断面一、水平煤层（或沿煤层走向主断面）非充分采动时非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律主断面内地表移动和变形分布规律判别：

判别：

水平煤层开采时的采动程度可用走向充分水平煤层开采时的采动程度可用走向充分采动角采动角33来判别。

当用来判别。

当用33角作的两直线交于岩层内角作的两直线交于岩层内部而未及地表时，此时地表为非充分采动。

部而未及地表时，此时地表为非充分采动。

（一）下沉曲线

（一）下沉曲线下沉曲线下沉曲线表示地表移动盆地内下沉的分布规律。

表示地表移动盆地内下沉的分布规律。

设沿主断面方向为设沿主断面方向为xx轴，下沉曲线为轴，下沉曲线为W（xW（x）=）=F（xF（x）在讨论分布规律时，先要确定在讨论分布规律时，先要确定下沉曲线下沉曲线上的三个上的三个特征点：

特征点：

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律11最大下沉点最大下沉点oo：

下沉值最大。

在水平煤层开采时，在采区中央正下沉值最大。

在水平煤层开采时，在采区中央正上方。

上方。

22盆地边界点盆地边界点AA、BB：

据走向边界角据走向边界角00作边界点作边界点AA、BB，此处下沉值，此处下沉值为零。

为零。

33拐点拐点EE：

拐点是指下沉曲线凹凸的分界点。

拐点从理论上讲应位拐点是指下沉曲线凹凸的分界点。

拐点从理论上讲应位于工作面开采边界的正上方，但由于工作面边界附近的顶板并不切于工作面开采边界的正上方，但由于工作面边界附近的顶板并不切煤壁冒落或呈阶状弯曲，存在悬顶距，因此在四周没采情况下，拐煤壁冒落或呈阶状弯曲，存在悬顶距，因此在四周没采情况下，拐点点EE不在工作面开采边界的正上方而是略偏向采空区一侧。

在地表达不在工作面开采边界的正上方而是略偏向采空区一侧。

在地表达充分采动条件下，拐点处的下沉值约为最大下沉值的一半。

充分采动条件下，拐点处的下沉值约为最大下沉值的一半。

下沉曲线分布规律：

下沉曲线分布规律：

在地表最大下沉点在地表最大下沉点OO处下沉值最大，处下沉值最大，自盆地中心至盆地边缘下沉值逐渐减小，在盆地边界点自盆地中心至盆地边缘下沉值逐渐减小，在盆地边界点AA、BB处下沉值为零。

处下沉值为零。

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律

（二）倾斜曲线

（二）倾斜曲线倾斜曲线倾斜曲线表示地表移动盆地内倾斜的变化规律，倾斜为下表示地表移动盆地内倾斜的变化规律，倾斜为下沉的一沉的一阶阶导数：

导数：

倾斜曲线分布规律为：

倾斜曲线分布规律为：

盆地边界点至拐点间倾斜渐增，拐盆地边界点至拐点间倾斜渐增，拐点至最大下沉点间倾斜渐减，在最大下沉点处倾斜为零。

在拐点至最大下沉点间倾斜渐减，在最大下沉点处倾斜为零。

在拐点处倾斜最大，有两个方向相反的最大倾斜。

点处倾斜最大，有两个方向相反的最大倾斜。

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律（三）曲率曲线（三）曲率曲线曲率曲线曲率曲线是表示地表移动盆地内曲率的变化规是表示地表移动盆地内曲率的变化规律，曲率曲线可表示为律，曲率曲线可表示为倾斜的一阶导数倾斜的一阶导数或或下沉的二下沉的二阶导数阶导数：

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律曲率曲线曲率曲线分布规律为：

分布规律为：

11曲率曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负曲率曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负极值，正极值称最大正曲率，位于边界点和拐点之间，负极极值，正极值称最大正曲率，位于边界点和拐点之间，负极值称最大负曲率，位于最大下沉点处。

值称最大负曲率，位于最大下沉点处。

22盆地边界点和拐点处曲率为零。

盆地边界点和拐点处曲率为零。

33盆地边缘区为正曲率区，盆地中部为负曲率区。

盆地边缘区为正曲率区，盆地中部为负曲率区。

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律（四四）水平移动曲线水平移动曲线水平移动曲线水平移动曲线表示地表移动盆地内水平移动分布表示地表移动盆地内水平移动分布规律，用规律，用U（xU（x）表示。

移动盆地内各点的水平移动方表示。

移动盆地内各点的水平移动方向都指向盆地中心。

向都指向盆地中心。

大量的实测资料表明，大量的实测资料表明，水平移动曲线与倾斜曲线水平移动曲线与倾斜曲线相似相似。

因此，可得下式：

。

因此，可得下式：

BB水平移动系数，水平移动系数，B=0.13B=0.130.18H0.18H。

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律水平移动曲线分布规律为水平移动曲线分布规律为：

盆地边界点至拐点间水平移动：

盆地边界点至拐点间水平移动渐增，拐点至最大下沉点间水平移动渐减，最大下沉点处水平渐增，拐点至最大下沉点间水平移动渐减，最大下沉点处水平移动为零；在拐点处水平移动最大，有两个方向相反的最大水移动为零；在拐点处水平移动最大，有两个方向相反的最大水平移动。

平移动。

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律（五）水平变形曲线（五）水平变形曲线水平变形曲线水平变形曲线表示地表移动盆地内水平表示地表移动盆地内水平变形分布规律，变形分布规律，水平变形曲线与曲率曲线相水平变形曲线与曲率曲线相似。

似。

是是水平移动的一阶导数水平移动的一阶导数：

BB水平移动系数，水平移动系数，B=0.13B=0.130.18H0.18H。

第一节第一节地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律水平变形分布规律为水平变形分布规律为：

1.1.水平变形曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个水平变形曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负极值，正极值称为最大拉伸值，位于边界点与拐点之间，负极值，正极值称为最大拉伸值，位