第一章 开采引起的岩层与地表移动

第一章开采引起的岩层与地表移动

煤矿开采的三性特殊性、艰巨性和困难性；

特殊困难条件下的开采

三下一上（建筑物下、铁路下、水体下和承压水上）；有冲击地压危险的煤层；有煤与瓦斯突出危险的煤层；三软煤层；深部；边角煤；极薄煤层。

采用特殊开采工艺方式

短壁开采；充填采煤；上行开采；水力采煤；煤与煤层气共采；煤的地下气化

1、下沉及变化规律

主断面内地表移动向量的铅直分量,用W表示。坐标O点:最大下沉值处的地表点W坐标轴向下为正，单位为mmx坐标轴向右为正，单位为mW=W（x）最大下沉值在盆地中央，Wo=W5；

x增加，W由零增加到最大，而后又趋于零W（-x）=W（x）；边界点由d0决定；下沉曲线凹凸分界的拐点处，下沉值约为最大值的一半

2、倾斜

倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，用i表示单位为mm/m，i坐标轴向下为正

倾斜是地表下沉的一阶导数，i(x)

正负号的决定：① i=tga

下沉曲线的切线与x轴正向所夹锐角为+a时,倾斜为正;

下沉曲线的切线与x轴正向所夹锐角为-a时倾斜为负。

倾斜的正负号的物理意义；垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向与x轴正向相同时，倾斜为正；杆状物倾倒的趋向与x

轴负向相同时倾斜为负。

3、水平移动

水平移动-地表移动向量的水平分量,用U表示，单位为mm，U=U（x）,有两组方向不同的水平移动

规定:正值的水平移动与x轴的正方向一致

负值的水平移动与x轴的负方向一致

水平移动U（x）和倾斜i（x）的变化趋势同步他们之间相差一个有单位的比例系数B

4、曲率

地表单位长度内倾斜的变化，用K表示，单位为mm/m2或

10-3/m。

曲率坐标轴向上为正 .

正负号

倾斜曲线的切线与x轴正向所夹锐角为+a时,曲率为正;

倾斜曲线的切线与x轴正向所夹锐角为-a时曲率为负。

曲率正负号的物理意义 ; 正曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方向凸起或在煤层方向下凹.负曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方向下凹或在煤层方向凸起

5、水平变形

水平变形—单位长度上水平移动的变化

用 e 表示，坐标向上为正，单位：mm/m

正负号

用tga，水平移动曲线的切线与x轴正向所夹锐角为+a时,曲率为正;

水平移动曲线的切线与x轴正向所夹锐角为-a时曲率为负。

水平变形正负号的物理意义 . 水平变形正值的物理意义为地表受拉伸变形,负值的物理意义为地表受压缩变形。

水平变形的变化规律

两个相等的正极值和两个相等的负极值

正极值为最大拉伸值，位于边界点和拐点之间；

负极值为最大压缩值，位于两个拐点之间；

盆地边界点、拐点和中点处水平变形为零；

盆地边缘区为拉伸区，中部为压缩区

盆地边界点和拐点处水平变形为零

与水平煤层相比，中倾斜煤层条件下倾向主断面内地表移动和变形的变化规律不同点，

? 1下沉曲线失去对称性，上山部分的下沉曲线要陡，范围要小最大下沉点向下山方向偏离

? 2指向上山方向的水平移动增加，指向下山方向的水平移动减小；

? 3最大拉伸变形在下山方向，最大压缩变形在上山方向，水平变形为零的点与最大水平移动点重合；

4.水平移动曲线与倾斜曲线不相似，水平变形曲线和曲率曲线不相似

地表移动--因地下采矿使地表产生移动、变形和破坏的现象和过程

一、地表移动和破坏的形式

非连续型裂缝或塌陷坑

煤层埋藏较浅，采厚较大或受构造影响

连续型地表移动盆地或下沉盆地

煤层埋藏较深，采厚较小

地表移动盆地

采空区上方地表形成的沉陷区域，又称地表下沉盆地。

把地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大而增加的开采状态称为充分采动

特点：地表下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此后开采范围再继续扩大时，地表的影响范围相应扩大，但地表最大下沉值不再增加

超充分采动：地表下沉盆地出现平底或有多个点的下沉值

达到最大下沉值的采动状态

非充分采动—地表最大下沉值随开采区域尺寸增大而增加的开采状态

松散层：第四纪、第三纪未成岩的冲积层、洪积层和残积层的统称

2、地表移动和破坏的形式，地表移动的各种角量参数的定义、确定方法。

形式：（1）地表移动盆地；（2）裂缝；（3）塌陷坑。参数：充分采动角，边界角，移动角，裂隙角和最大下沉角。

在移动盆地主断面上，将地表下沉曲线上的最大下沉点或盆地平底边缘点投影在地表水平线上，该投影点和采空区边界的连线与煤层底板在采空区一侧的夹角叫充分采动角

边界角—在充分或接近充分采动条件下，移动盆地主断面上的边界点和采空区边界点的连线与水平线在煤壁一侧的夹角移动角：在充分或接近充分采动条件下，在移动盆地的主断面上，地表最外的临界变形点和采空区边界点连线与水平线在煤壁一侧的夹角

裂隙角：在充分或接近充分采动条件下，在移动盆地的主断面上地表最大的一条裂缝和采空区边界点与水平线在煤壁一侧的夹角

最大下沉角：在移动盆地倾向主断面上，采空区中点和地表最大沉点在地表水平线上投影点的连线与水平线在下山方向的夹角

拐点偏移距：过地表下沉曲线拐点在地表水平线上的投影点，按开采影响传播角作直线与煤层相交，该交点与采空区边界沿煤层方向的距离

5、地表移动变形的预计方法，掌握概率积分法，对该方法的原理、基本参数、基本方法要清楚，如概率积分法预计地表沉陷时需要用到的参数有哪些？

基本原理：（1）将矿山岩体看成为一种松散介质，开采引起的岩层与地表移动过程类似于松散介质的移动过程，该过程是一个服从统计规律的随机过程，可用概率论的方法揭示；（2）可将整个开采范围分解成无穷多个无限小的开采单元，单元开采下沉盆地的下沉曲线为正态分布密度函数；（3）整个开采范围对地表的影响相当于无穷多个单元开采对地表造成的影响之和，可以用概率分布密度函数曲线的积分来完成。

参数：任意点的位置x；主要影响半径r；地表下沉系数η；水平移动系数b。

预计地表移动和变形时，只需计算出最大值，再以预计点的x/r为印数查表，求得分布函数的值，再把相应的最大值与分布函数值相乘即得。

第二章建筑物下采煤

1、地表移动变形对建筑物的影响

地下开采对地表的影响分为两类：一类是移动，包括下沉和水平移动；另一类是变形，包括倾斜、曲率、水平变形、剪应变和扭曲。

(1)下沉。均匀下沉不会对建筑物带来损害；下沉会使连通建筑物的各种管线的坡度发生变化；下沉较大而水位又很浅时，会是建筑物内积水和潮湿。

(2)倾斜。倾斜造成建筑物重心偏移。对底面积小而高度又大的杆状建筑物影响较大。

（3）曲率。有正曲率和负曲率之分。正曲率使建筑物出现上宽下窄的竖向裂缝和倒八字裂缝。负曲率使建筑物出现正八字裂缝和水平裂缝。曲率对底面积小的建筑物影响较小，对长度大的建筑物影响较大。

（4）水平变形。水平变形对建筑物的破坏作用很大，尤其是拉伸变形的影响。

一般来说，地表拉伸变形与正曲率、地表压缩变形和负曲率