变形监测作业 第9-4章 水体下采煤 图文
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“三下一上”采煤 采煤概论课件
2020/9/29
三、影响底板突水的因素
• (4)工作面推进速度慢、工作面突然停止推进或在工作 面停采线处，容易发生突水事故。这是由于工作面推 进速度慢或停止推进时，支承压力作用的时间较长， 底板岩层破坏严重。工作面推进速度快时，采空区底 板还来不及形成较大的断裂就会由膨胀状态变为压缩 状态，有利于防止底板突水。
协调开采就是当数个煤层或厚煤层数个分层同时开采时， 控制各煤层或各分层工作闭之间的错距，使地表拉伸变形 与压缩变形互相抵消，以达到减小地表水平变形的目的。
2020/9/29
二、建筑物下和村庄下采煤的开采措施 (四)合理确定工作面与建筑物的相对位置 (1)平行长轴开采 (2)合理地确定停采线与建筑物的相对位置
2020/9/29
(二)垮落带与导水断裂带高度的确定 垮落带与导水断裂带的高度与覆岩性质、
煤层倾角、煤层厚度、厚煤层分层厚度、采空 区尺寸、采煤方法和顶板管理方法以及地质构 造等因素有关。采用长壁垮落采煤法时可参考 相关公式计算。
2020/9/29
四、水体下采煤朗安全技术措施 (一)防治措施 (1)留设安全煤岩柱顶水开采 留设安全煤岩柱的优点是：不改变原有的开采方法，不增
2020/9/29
四、水体下采煤朗安全技术措施 (二)开采技术措施 (1)试探开采 原则是：先远后近、先深后浅、先厚后薄(指
隔水层)和先易后难，逐步接近水体。 (2)分区隔离开采 在采区四周均留设防水隔离煤柱，在运输水平的绕道和石门
内设永久性的防水闸门，一旦发生突水事故，关闭防水闸门， 将采区与外界隔离，缩小灾害的影响范围。
(3)全部充填、部分开采和分层间歇开采 (4)正常等速开采
2020/9/29
第五节、承压水体上采煤
我国华北及华东地区的主要矿区开采石炭二叠纪煤层。煤 系的基底为奥陶系石灰岩(奥灰)，其特点是厚度很大、岩溶 裂隙发育、富水性极强、水的压头高。当遇有构造裂隙时， 奥灰易与上覆本溪群或太原群的薄层石灰岩连通，而发生水 力联系，造成底板突水事故。
三、影响底板突水的因素
• (4)工作面推进速度慢、工作面突然停止推进或在工作 面停采线处，容易发生突水事故。这是由于工作面推 进速度慢或停止推进时，支承压力作用的时间较长， 底板岩层破坏严重。工作面推进速度快时，采空区底 板还来不及形成较大的断裂就会由膨胀状态变为压缩 状态，有利于防止底板突水。
协调开采就是当数个煤层或厚煤层数个分层同时开采时， 控制各煤层或各分层工作闭之间的错距，使地表拉伸变形 与压缩变形互相抵消，以达到减小地表水平变形的目的。
2020/9/29
二、建筑物下和村庄下采煤的开采措施 (四)合理确定工作面与建筑物的相对位置 (1)平行长轴开采 (2)合理地确定停采线与建筑物的相对位置
2020/9/29
(二)垮落带与导水断裂带高度的确定 垮落带与导水断裂带的高度与覆岩性质、
煤层倾角、煤层厚度、厚煤层分层厚度、采空 区尺寸、采煤方法和顶板管理方法以及地质构 造等因素有关。采用长壁垮落采煤法时可参考 相关公式计算。
2020/9/29
四、水体下采煤朗安全技术措施 (一)防治措施 (1)留设安全煤岩柱顶水开采 留设安全煤岩柱的优点是：不改变原有的开采方法，不增
2020/9/29
四、水体下采煤朗安全技术措施 (二)开采技术措施 (1)试探开采 原则是：先远后近、先深后浅、先厚后薄(指
隔水层)和先易后难，逐步接近水体。 (2)分区隔离开采 在采区四周均留设防水隔离煤柱，在运输水平的绕道和石门
内设永久性的防水闸门，一旦发生突水事故，关闭防水闸门， 将采区与外界隔离，缩小灾害的影响范围。
(3)全部充填、部分开采和分层间歇开采 (4)正常等速开采
2020/9/29
第五节、承压水体上采煤
我国华北及华东地区的主要矿区开采石炭二叠纪煤层。煤 系的基底为奥陶系石灰岩(奥灰)，其特点是厚度很大、岩溶 裂隙发育、富水性极强、水的压头高。当遇有构造裂隙时， 奥灰易与上覆本溪群或太原群的薄层石灰岩连通，而发生水 力联系，造成底板突水事故。
第十一章 水体下采煤技术
第十一章水体下（上）采煤技术水体下（上）采煤特点（1）水体下（上）采煤对地表变形量的大小关心较少，主要关心破裂岩体是否触及到水体；（2）保护对象一般来说不是水体而是矿井本身；（3）水体是一整体，只要破裂带触及到水体，就会使水大量溃入井下，淹没矿井，因此水体必须作为整体加以保护矿区水体主要分为地表水和地下水两大类潜水位：潜水面上任意点的绝对标高称为潜水位标高潜水面：潜水所具有的自由表面称潜水面从对水体下采煤的要求出发，将采空区上覆岩层按破坏程度划分为三带：垮落带、裂缝带和整体弯曲带导水裂缝带：冒落带、裂缝带合称导水裂缝带导水裂缝带分为四个区：垮落性破坏区、严重开裂区、一般开裂区、微小开裂区影响覆岩破坏规律的因素（一）覆岩力学性质和结构特征（二）煤层倾角（三）采煤方法和顶板管理方法（四）开采面积（五）开采厚度（六）时间因素（七）重复采动水体下采煤技术措施：留煤柱、处理水体、开采措施一、留设安全煤岩柱目的：使导水裂缝带不触及水体或触及水体但不会使水大量涌入井下，达到安全采矿的目的。
安全煤岩柱：在水体和矿层开采上限之间留设一定垂深的岩层块段和矿层安全煤岩柱可分为：防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防塌安全煤岩柱1．防水安全煤岩柱在水体底界面至矿层开采上限之间所留设的防止水体中的水溃入井下的煤和岩层块段称为防水安全煤岩柱2.留设防砂安全煤柱在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之间为防止流砂溃入井下而保留的煤岩层区段称为防砂安全煤岩柱3.留设防塌煤岩柱在松散粘土层或已经疏干的松散含水层底界面至煤层开采上限之间设计的用于防止泥砂塌入采空区岩层区段称为防塌煤岩柱二、水体处理措施（一）疏降水体（二）处理水体补给来源三．开采技术措施目的：减小导水裂缝带高度主要有：充填开采、柱式开采、分区开采和分层间歇开采影响底板突水的主要因素（一）地质构造（二）含水层的富水性和水头压力（三）底板隔水层厚度和强度（四）矿山压力（五）开采方法水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法（一）防水安全煤岩柱的设计设计防水安全煤岩柱的原则是，不允许底板采动导水破坏带波及水体，或与承压水导升带沟通。
水体下采煤PPT课件
风化带
HshHd+Hb+Hfe
第25页/共47页
sh
2、防砂安全煤岩柱
目的：是允许导水断裂带波及松散弱含水层或已疏降的松散层强含水层，但不容许垮落带接近松散层底部 结果：泥砂不会溃入井下，矿井涌水量会略有增加，或只是短时间增加。
第26页/共47页
Hs Hk H b
防砂安全煤岩柱
Hs=Hk+Hb
第27页/共47页
第36页/共47页
黄县煤矿在进 行含水砂层下采煤 试验中，曾在长壁 全部垮落采煤法工 作面上方的冲积层 和基岩内布置一组 观测钻孔，(岩层 在 -14 米 以 上 为 砂 岩；砂质黏土以及 表土层）在回采前 后及整个回采过程 中进行了为期一年 的水位观测。
图5-5 黄县煤矿副井西翼1201工作面观测孔布置
第10页/共47页
2、疏水采煤
利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔，疏降上部水体，再在水体下方采煤。
先疏水后采煤 干
水量有限可以预先疏
小窑积水、采空区积水
边疏水边采煤 分布范围很大
水量不太大，而水体的
第11页/共47页
3、顶疏结合采煤
受多种水体或多层含水层水体威胁 间距大于导水断裂带高度的水体，顶水采煤； 间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，疏水采煤。
•全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采 降低覆岩破坏高度
•坚持有疑必探，先探后采的原则 •正确设计防水隔离煤柱
防水、防砂和防塌安全煤岩柱
第34页/共47页
二、水体下采煤的地面措施
切断和改变地面补给水源 河流改道 河流铺底 建立上游水库 筑拦洪坝 修拦洪沟 填渗水裂缝 架渡槽 设围沟 排除内涝
第35页/共47页
顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和水体的类型
HshHd+Hb+Hfe
第25页/共47页
sh
2、防砂安全煤岩柱
目的：是允许导水断裂带波及松散弱含水层或已疏降的松散层强含水层，但不容许垮落带接近松散层底部 结果：泥砂不会溃入井下，矿井涌水量会略有增加，或只是短时间增加。
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Hs Hk H b
防砂安全煤岩柱
Hs=Hk+Hb
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第36页/共47页
黄县煤矿在进 行含水砂层下采煤 试验中，曾在长壁 全部垮落采煤法工 作面上方的冲积层 和基岩内布置一组 观测钻孔，(岩层 在 -14 米 以 上 为 砂 岩；砂质黏土以及 表土层）在回采前 后及整个回采过程 中进行了为期一年 的水位观测。
图5-5 黄县煤矿副井西翼1201工作面观测孔布置
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2、疏水采煤
利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔，疏降上部水体，再在水体下方采煤。
先疏水后采煤 干
水量有限可以预先疏
小窑积水、采空区积水
边疏水边采煤 分布范围很大
水量不太大，而水体的
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3、顶疏结合采煤
受多种水体或多层含水层水体威胁 间距大于导水断裂带高度的水体，顶水采煤； 间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，疏水采煤。
•全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采 降低覆岩破坏高度
•坚持有疑必探，先探后采的原则 •正确设计防水隔离煤柱
防水、防砂和防塌安全煤岩柱
第34页/共47页
二、水体下采煤的地面措施
切断和改变地面补给水源 河流改道 河流铺底 建立上游水库 筑拦洪坝 修拦洪沟 填渗水裂缝 架渡槽 设围沟 排除内涝
第35页/共47页
顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和水体的类型
变形监测作业 第9-5章 井筒煤柱开采技术 图文
✓ 煤柱上方岩体受压缩变形，而在地表煤柱上方是拉伸变形，采空区 上方是压缩变形。
✓ 随着竖向远离采空区，指向煤柱方向的水平移动、采空区上方的拉 伸变形及煤柱上方的压缩变形逐渐减小；
✓ 指向采空区的水平移动、采空区上方的压缩变形及煤柱上方的拉伸 变形逐渐增大，到地表达到最大。
处于岩体内部的单元立方体，在支撑压力区下部受三向压缩，采 空区上方附近岩体受三向拉伸，其余地方则是一个方向拉伸而另 一个方向压缩。
岩体内部，沉陷的边界线和拐点偏距的变化线是一条凸向采空区 的曲线。
在倾斜和急倾斜煤层情况下，下沉曲线偏向下山方向，顶板水 平移动指向上山方向，底板水平移动指向下山方向，竖向拉伸 区偏向下山矿柱上方。上山边界附近采空区岩体竖向受压。
当岩体内有含水砂层时，含水砂层疏干产生固结沉降，使得砂 层上部岩体的沉陷量、沉陷范围均大于砂层下的岩体。在进行 井柱开采或井筒周围开采时应特别注意含水砂层的影响。
对称背向开采：以两个工作面从井筒中 心对称地向其外围开采。
✓ 随着开采的进行，井筒下部没有分 割缝时，首先产生竖向拉伸和压缩 变形（曲线1），有分割缝时仅产生 拉伸变形。
✓ 当工作面处于位置2时，井壁竖向拉 伸变形向上扩展。
✓ 达到充分采动后，在有分割缝的井 壁竖向变形为零，没有分割缝的井 壁中，在开采水平上将产生危险的 竖向压缩变形。
以上，引起处于正常移动范围外的井筒沉陷。 ✓ 由于留设井筒矿柱的移动角的误差而造成的井筒破坏。 ✓ 采矿引起的附加应力扩展到由移动角圈定的边界线外，而使井筒受到
采矿附加应力的作用。 ✓ 在倾斜或急倾斜煤层浅部开采时，当煤层倾角α大于岩层层面上的摩
擦角φ’，即α＞φ’，采空区边界岩体向下滑移而引起位于上边界岩体 内井筒的破坏。 ✓ 由于下部开采引起老塘“活化”而造成井筒破坏等。
✓ 随着竖向远离采空区，指向煤柱方向的水平移动、采空区上方的拉 伸变形及煤柱上方的压缩变形逐渐减小；
✓ 指向采空区的水平移动、采空区上方的压缩变形及煤柱上方的拉伸 变形逐渐增大，到地表达到最大。
处于岩体内部的单元立方体，在支撑压力区下部受三向压缩，采 空区上方附近岩体受三向拉伸，其余地方则是一个方向拉伸而另 一个方向压缩。
岩体内部，沉陷的边界线和拐点偏距的变化线是一条凸向采空区 的曲线。
在倾斜和急倾斜煤层情况下，下沉曲线偏向下山方向，顶板水 平移动指向上山方向，底板水平移动指向下山方向，竖向拉伸 区偏向下山矿柱上方。上山边界附近采空区岩体竖向受压。
当岩体内有含水砂层时，含水砂层疏干产生固结沉降，使得砂 层上部岩体的沉陷量、沉陷范围均大于砂层下的岩体。在进行 井柱开采或井筒周围开采时应特别注意含水砂层的影响。
对称背向开采：以两个工作面从井筒中 心对称地向其外围开采。
✓ 随着开采的进行，井筒下部没有分 割缝时，首先产生竖向拉伸和压缩 变形（曲线1），有分割缝时仅产生 拉伸变形。
✓ 当工作面处于位置2时，井壁竖向拉 伸变形向上扩展。
✓ 达到充分采动后，在有分割缝的井 壁竖向变形为零，没有分割缝的井 壁中，在开采水平上将产生危险的 竖向压缩变形。
以上，引起处于正常移动范围外的井筒沉陷。 ✓ 由于留设井筒矿柱的移动角的误差而造成的井筒破坏。 ✓ 采矿引起的附加应力扩展到由移动角圈定的边界线外，而使井筒受到
采矿附加应力的作用。 ✓ 在倾斜或急倾斜煤层浅部开采时，当煤层倾角α大于岩层层面上的摩
擦角φ’，即α＞φ’，采空区边界岩体向下滑移而引起位于上边界岩体 内井筒的破坏。 ✓ 由于下部开采引起老塘“活化”而造成井筒破坏等。
2024版采煤PPT演示课件
炮采法工艺流程
打眼、装药、爆破、人 工装煤、刮板输送机运 煤。
炮采法适用条件
适用于顶板稳定、倾角 较小的薄及中厚煤层。
炮采法优缺点
优点包括工艺简单、适 应性强；缺点包括单产 低、效率低、安全性差。
2024/1/27
8
普采法
01
02
03
04
普采法概述
普采法是用采煤机同时完成落 煤和装煤工序的采煤方法。
发展趋势
未来，采煤行业将继续向高效、安全、环保的方向发展，推动煤炭工业转型升 级。同时，随着新能源的快速发展和环保政策的日益严格，煤炭消费占比将逐 渐降低，采煤行业将面临更多挑战和机遇。
2024/1/27
5
本次演示课件目的和内容
目的
本次演示课件旨在介绍采煤的基本概念、分类、 行业现状及发展趋势，帮助观众全面了解采煤
采煤PPT演示课件
2024/1/27
1
目录
2024/1/27
• 采煤概述 • 采煤方法与工艺 • 采煤设备与技术 • 安全生产与环境保护 • 现场管理与实践操作 • 总结与展望
2
01
采煤概述
2024/1/27
3
采煤定义与分类
定义
采煤是指从地下煤层中开采煤炭资源 的过程，是煤炭工业的基础环节。
分类
11
03 采煤设备与技术
2024/1/27
12
采煤机类型及特点
滚筒式采煤机
结构简单、适应性强，适用于各种硬度的煤 层。
刨煤机
截割能力强、效率高，适用于中硬以下煤层。
连续采煤机
截割、装载、运输连续进行，适用于薄及中 厚煤层。
02Байду номын сангаас
水体下采煤
因此从这个意义上讲，水体必须作为一个整体加以保护。
•
知道了水体下采煤问题的特点，就应该在进行水体下采煤时始终把
着眼点放在如何使水体和采区之间不形成透水的通道或者水体与采区之
间虽已构成水力联系但能为矿井排水能力所接受。
二、水体类型
• 矿区的水体主要分为地表水和地下水两大类。
• (一)地表水
•
赋存在地球水圈中，积聚在海洋、湖泊、河流、水库、
二、冒落带与导水裂缝带高度的计算
•
冒落带与导水裂缝带的高度与覆岩岩性、煤层倾角、煤层厚度、
厚煤层分层厚度、采空区尺寸、采煤方法和顶板管理方法以及地质构
造等因素有关。
• 1、倾角为0~ 35°及36°~54°煤层冒落带与导水裂缝带高度
• 若煤层顶板覆岩内有极坚硬岩层，采后能形成悬顶，冒落带高度采用
下式计算：
•
另外，水体下采煤时的保护对象和保护范围也具有某种特殊性。本
来水体下采煤时的保护对象主要是矿井本身(在需要时才考虑水体及其附
属设施的保护)，但是为了达到保护矿井的目的却不得不保护本身并不一
定有保护价值的水体和水体下方的岩层块段。此外，覆岩破坏一旦波及
到水体，哪怕只触及到水体的边缘也会导致水体中的水全部流入井下。
Hs=Hm+Hb
式中 Hs——防砂安全煤岩柱高度； Hm——冒落带高度。
图 1-5 防砂安全煤岩柱
(三)留设防塌煤岩柱 在松散粘土层和已经疏干的松散含水层底界面与煤层开采上限之间为防
止泥砂塌入采空区而保留的煤和岩层块段称为防塌煤岩柱。留设防塌煤岩柱 时是允许导水裂缝带和冒落带波及松散弱含水层底部的，所以在开采过程中 采区涌水量会有所增加，但不会发生灾害性的后果，其高度Ht应等于或接近 Hm。
水体下和水体上采煤理论与技术PPT课件
(2)从事“黑烟囱”研究的目的，主要是因为陆地的 金属硫化沉积物与海底非常相似，将其作为研究陆 地沉积物的一种途径。我们希望通过了解海洋地质， 能为我们研究陆地上的沉积物带来一些启发。”
13
针对今后海下采煤提出以下建议
(3)海下采煤对环境的影响比陆地采煤要小。海下 采煤可以避免陆地采煤带来的许多问题。比如， 海下采煤也不会触及活跃的黑烟囱，即不会威胁 到活跃黑烟囱附近聚集的各种海底生命。
同内陆煤矿相比，海底下采煤要取得地质资料相当困难， 费用也过大，必须通过海上钻台和打钻船打深海钻孔取 得海底煤田地质资料。
邻近渤海湾的龙口矿区，是我国第一的海滨矿区。龙口 矿业集团进军海域始于上世纪80年代，经历了勘探、调 研、论证、设计、施工阶段。1984年开始，多次到英国、 加拿大、日本进行考察，并对国内水下采煤情况进行调 研，收集了大量水下采煤的技术资料。1989年开始，先 后对海域扩大区进行了单道地震勘探和二维地震勘探， 在海上打出了4个钻孔，完成了海域首采区三维地震勘探， 探明海域扩大区的地质储量，为海下采煤的成功实施提 供了详细的基础资料。1998年，原龙口矿务局正式向山 东省政府提出对北皂煤矿海域扩大区进行试采技术研究 与开发的立项申请，获准实施。
18
湖泊下开采技术措施
1、试探开采
生产实践表明，试探开采时水体下开采的一个重要 技术原则。试探开采就是先采远离水体、后采近邻水 体下面的煤层；先采隔水层厚、后采隔水层薄的煤层； 先采地质条件简单、后采地质条件复杂的煤层；先采 较深部，后采较浅部的煤层。通过先易后难地试探性 开采，逐步接近水体。这样，不仅能够在试采中确切 地了解采动对防水煤岩柱的破坏程度，而且能够不断
3
我国的北皂煤矿一角
4
海下采煤相对于其他地质采煤的区别和难 点
13
针对今后海下采煤提出以下建议
(3)海下采煤对环境的影响比陆地采煤要小。海下 采煤可以避免陆地采煤带来的许多问题。比如， 海下采煤也不会触及活跃的黑烟囱，即不会威胁 到活跃黑烟囱附近聚集的各种海底生命。
同内陆煤矿相比，海底下采煤要取得地质资料相当困难， 费用也过大，必须通过海上钻台和打钻船打深海钻孔取 得海底煤田地质资料。
邻近渤海湾的龙口矿区，是我国第一的海滨矿区。龙口 矿业集团进军海域始于上世纪80年代，经历了勘探、调 研、论证、设计、施工阶段。1984年开始，多次到英国、 加拿大、日本进行考察，并对国内水下采煤情况进行调 研，收集了大量水下采煤的技术资料。1989年开始，先 后对海域扩大区进行了单道地震勘探和二维地震勘探， 在海上打出了4个钻孔，完成了海域首采区三维地震勘探， 探明海域扩大区的地质储量，为海下采煤的成功实施提 供了详细的基础资料。1998年，原龙口矿务局正式向山 东省政府提出对北皂煤矿海域扩大区进行试采技术研究 与开发的立项申请，获准实施。
18
湖泊下开采技术措施
1、试探开采
生产实践表明，试探开采时水体下开采的一个重要 技术原则。试探开采就是先采远离水体、后采近邻水 体下面的煤层；先采隔水层厚、后采隔水层薄的煤层； 先采地质条件简单、后采地质条件复杂的煤层；先采 较深部，后采较浅部的煤层。通过先易后难地试探性 开采，逐步接近水体。这样，不仅能够在试采中确切 地了解采动对防水煤岩柱的破坏程度，而且能够不断
3
我国的北皂煤矿一角
4
海下采煤相对于其他地质采煤的区别和难 点
《现代工程变形监测》PPT课件
线等。
物理量监测(力学量测试)：
测试仪器——测试系统。 被测对象
传感器
信号变换、 测量电量
指示仪器 记录仪器 数据处理仪器
测试系统组成：荷载系统打印〔机 被测对象
〕、传感器、信号变换与测量电路、 荷载系统
测量系统
显示与记录系统
图1－显1 测示试记系录统系的组统成。
• 传感器：将测量的非电物理量〔位移、压力、应 力厚度〕转换成相应的便于检测的电量。
• 传感器形式：
• 电感式
•
•
电阻式——差动电阻式，钢弦式〔振弦式〕
•
• 电容式
•
• 差动变压形式
•
• 光电式
•
• 弹簧式
§1.6 监测精度
原那么上：应高于变形量 〔一个监测周期内的变形量〕 。
无法到达测试精度，可以通过变形趋 势。〔图〕
§1.7 监测频率
➢ 施工期： ① 按时间确定——每周，每天、每几个小时。时间
5. 土体分层的沉降监测
➢ 测量原理：分层沉降管由波纹柔性塑料管制成， 管外每隔一定距离安放一个钢环〔钢环位置根据 测量的土层位置而定〕，地层沉降时，带动钢环 同步下沉。当探头从钻孔中缓慢下放遇到钢环时， 电感探测装置上的蜂鸣器鸣叫，这是测读出孔口 处导线上的标尺刻度，以及孔口的标高，即可计 算出钢环所在位置的标高和沉降值。
➢ 测斜管埋设方法：
• 绑扎埋设——适用于砼桩墙体； • 钻孔埋设——适用于土体。
➢ 测斜仪量测原理图
4. 深层水平位移测量
➢ 测量原理
➢ 通过摆锤受重力作用来测量探头轴线与铅锤线之 间的倾角，计算出垂直位置各点的水平位移量：
➢
( Li 通常取0.5m～
1m ) i Li sin i
物理量监测(力学量测试)：
测试仪器——测试系统。 被测对象
传感器
信号变换、 测量电量
指示仪器 记录仪器 数据处理仪器
测试系统组成：荷载系统打印〔机 被测对象
〕、传感器、信号变换与测量电路、 荷载系统
测量系统
显示与记录系统
图1－显1 测示试记系录统系的组统成。
• 传感器：将测量的非电物理量〔位移、压力、应 力厚度〕转换成相应的便于检测的电量。
• 传感器形式：
• 电感式
•
•
电阻式——差动电阻式，钢弦式〔振弦式〕
•
• 电容式
•
• 差动变压形式
•
• 光电式
•
• 弹簧式
§1.6 监测精度
原那么上：应高于变形量 〔一个监测周期内的变形量〕 。
无法到达测试精度，可以通过变形趋 势。〔图〕
§1.7 监测频率
➢ 施工期： ① 按时间确定——每周，每天、每几个小时。时间
5. 土体分层的沉降监测
➢ 测量原理：分层沉降管由波纹柔性塑料管制成， 管外每隔一定距离安放一个钢环〔钢环位置根据 测量的土层位置而定〕，地层沉降时，带动钢环 同步下沉。当探头从钻孔中缓慢下放遇到钢环时， 电感探测装置上的蜂鸣器鸣叫，这是测读出孔口 处导线上的标尺刻度，以及孔口的标高，即可计 算出钢环所在位置的标高和沉降值。
➢ 测斜管埋设方法：
• 绑扎埋设——适用于砼桩墙体； • 钻孔埋设——适用于土体。
➢ 测斜仪量测原理图
4. 深层水平位移测量
➢ 测量原理
➢ 通过摆锤受重力作用来测量探头轴线与铅锤线之 间的倾角，计算出垂直位置各点的水平位移量：
➢
( Li 通常取0.5m～
1m ) i Li sin i
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水体（承压水）上采煤：指在保障安全条件下，采 用专门的技术和安全措施开采承压含水层上面的煤层。
原则：受影响的采区和矿井涌水量不超过其排水能力、 不影响正常生产，以及地面水利设施经维修不影响正常 使用。
因此，在近水体采煤时必须严格控制对水体的采动影 响程度。按水体的类型、流态、规模、赋存条件及允许 采动影响程度，可将受开采影响的水体分为不同的采动 等级对不同采动等级的水体，必须采用留设相应的安全 煤岩柱的措施。
9.4.2 水体下采煤技术
覆岩破坏的分带 影响覆岩破坏及其导水性的因素 覆岩破坏高度的计算方法 水体下采煤的技术措施
覆岩破坏的分带
从对水体下采煤的要求出发，将采空区上覆岩层按破坏 程度划分为垮落带、断裂带和弯曲下沉带(简称“上三带”) 。垮落带和断裂带都是透水的，所以通常把它们合称为“导 水裂缝带”。如图9-2所示。
采用煤柱支撑法(条带法、房柱法和刀柱法) 管理 顶板时，若所留煤柱能够支撑住顶板，尽管开采部分的 顶板局部垮落，导水裂缝带还能孤立存在且高度很小。
（3）煤层倾角
煤层倾角对覆岩破坏影响主要表现在使覆岩破坏产 生不同的形态。
➢ 开采水平煤层及缓倾斜煤层(α＝0～ 35°) 时
➢ 开采倾斜煤层(α＝36～54°) 时
能使垮落岩块充分压实，最终覆岩破坏高度较低。
覆岩大致分为坚硬与软弱两种，包括四种组合结构形式。 如图9-3所示。
覆岩结构特征对覆岩破坏高度的影响
➢ 坚硬－坚硬型：煤层的直接顶板弯向采空区并发生块状垮落， 上部的老顶岩层由于坚硬不易弯曲下沉，开采空间靠垮落碎胀 的岩块来充填，加之坚硬岩石断裂后不易闭合，覆岩破坏高度 最大。
1、垮落带； 2、断裂带； 3、弯曲下沉带； 4、导水裂缝带 5、严重开裂区； 6、一般开裂区 ；7、微小开裂区
图9-2 覆岩破坏的分带
影响覆岩破坏及其导水性的因素
（1）覆岩力学性质和结构特征 如果工作面上覆岩层为脆性岩层，煤层开采后很容易
断裂，覆岩破坏高度大。 如覆岩为塑性岩层，采煤后不易断裂、但容易下沉，
➢ 开采急倾斜煤层(α＝55～90°) 时
开采水平煤层及缓倾斜煤层(α＝0～35°) 时
1、潜水面； 2、松散含水层； 3、隔水粘土层； 4、基岩含水层； 5、煤层 6、大地水准面； 7、地表水体；H—潜水位
图9-1 水体类型示意图
• 近水体安全采煤的基本原理
（1）近水体安全采煤的特点 近水体采煤时首先要分析开采引起的覆岩中的裂缝是否
互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体或是承压水在 水压作用下能否突入工作面。
否互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体外，还要分 析在受开采影响后，防水煤岩柱（或隔水岩层）是否还具有 足够的隔水性能。
1）覆岩的隔水性
➢ 覆岩的岩性 ➢ 岩相 ➢ 结构面
2）地下开采对覆岩隔水性的影响 ✓ 在大面积开采的影响下，覆岩的天然隔水性遭到破坏程度
首先取决于隔水岩层与采空区的相对位置。 ✓ 隔水层与煤层紧贴或邻近，且位于垮落带时，其隔水性被
完全破坏。 ✓ 隔水层远离煤层，位于整体弯曲带内时，除了隔水层下部
的隔水性会受到暂时的影响之外，整个隔水层的隔水性基 本不受破坏。 ✓ 覆岩内水的渗透性是有规律地变化的。 ✓ 在采动影响下，岩层本身的物理力学性质对隔水性有影响。
• 近水体安全采煤的原则
水体下采煤：指在保障安全条件下，采用专门的技 术和安全措施开采湖泊、河流、水库、海洋等水体或富 含水冲积层下面的煤层。
• 矿区水体类型
（1）地表水：赋存在大地球水圈中，积聚在海洋、湖泊、
河流、水库、稻田和塌陷坑中的水统称为地表水。地表水， 特别是大型地表水储存量大，补给充分，且常常互相连通， 对矿井安全威胁极大。
（2）地下水：赋存在地球岩石圈中，积聚在岩石空隙中
的水称为地下水。
从水体下采煤工程的角度出发，可将地下含水层按埋 藏条件分为松散层内的含水层和基岩内的含水层两种。
➢ 坚硬－软弱型：软弱－坚硬型的情况相反，工作面 放顶后直接顶首先垮落，而软弱的老顶随之下沉压实 垮落岩块，因此导水裂缝带高度较小。在巨厚冲积层 下开采时顶板条件属于这种类型。
（2）采煤方法和顶板管理方法
采煤方法对覆岩破坏的影响，主要表现： ➢ 开采空间的大小 ➢ 采空区内垮落岩块的不同运动形式
顶板管理方法决定了覆岩破坏的基本特征。垮落法 使覆岩破坏最为充分，对水体下采煤不利。
9.4.1 概述 9.4.2 水体下采煤技术 9.4.3 水体（承压水）上采煤技术
9.4.1 概述
• 矿区水体类型 • 近水体安全采煤的基本原理 • 近水体采煤的原则
地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采煤层围岩中 的含水层里的水、溶洞水以及位于开采影响范围内的地表水 和泥砂溃入井下，威胁煤矿安全生产；同时造成水资源受损， 导致含水层水位下降，地面河流、水库干涸。
➢ 软弱－软弱型：煤层直接顶软弱，容易垮落，工作面放顶后采 空区立即被垮落岩块充填。在垮落过程中，老顶也随之迅速弯 曲下沉并坐落于垮落岩块之上，开采空间和已垮落的空间不断 缩小。因此，垮落过程得不到充分发展。
➢ 软弱－坚硬型：煤层直接顶为软弱岩层而上部为坚硬 岩层。直接顶随着开采及时垮落，但坚硬的老顶板像 板梁一样横跨在直接顶板之上，老顶下沉量小于直接 顶下沉，开采空间主要由碎胀的垮落岩块充填，垮落 发育充分，导水裂缝带一般能达到老顶的底面。
在进行水体下采煤时应着重研究如何防止水体和采区之 间形成透水的通道、造成井下突水事故；在水体与采区之间 构成水力联系无法避免时，如何使其引起的矿井涌水量小于 矿井排水能力。
由于水具有流动性，覆岩破坏一旦波及水体的边缘，就 可能导致水体全部流入井下。
（2）近水体安全采煤的可行性 进行近水体采煤，除要考虑开采引起的覆岩中的裂缝是
变形与沉陷工程学
环境与测绘学院 郭广礼 电话：15351632038
邮箱：GUOGL65@
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9 矿开采沉陷控制理论及技术
9.1 建（构）筑物保护煤柱留设 9.2 建筑物下采煤技术 9.3 线性构筑物下采煤技术 9.4 水体下（上）采煤技术 9.5 井筒煤柱开采技术
9.4 水体下（上）采煤技术
原则：受影响的采区和矿井涌水量不超过其排水能力、 不影响正常生产，以及地面水利设施经维修不影响正常 使用。
因此，在近水体采煤时必须严格控制对水体的采动影 响程度。按水体的类型、流态、规模、赋存条件及允许 采动影响程度，可将受开采影响的水体分为不同的采动 等级对不同采动等级的水体，必须采用留设相应的安全 煤岩柱的措施。
9.4.2 水体下采煤技术
覆岩破坏的分带 影响覆岩破坏及其导水性的因素 覆岩破坏高度的计算方法 水体下采煤的技术措施
覆岩破坏的分带
从对水体下采煤的要求出发，将采空区上覆岩层按破坏 程度划分为垮落带、断裂带和弯曲下沉带(简称“上三带”) 。垮落带和断裂带都是透水的，所以通常把它们合称为“导 水裂缝带”。如图9-2所示。
采用煤柱支撑法(条带法、房柱法和刀柱法) 管理 顶板时，若所留煤柱能够支撑住顶板，尽管开采部分的 顶板局部垮落，导水裂缝带还能孤立存在且高度很小。
（3）煤层倾角
煤层倾角对覆岩破坏影响主要表现在使覆岩破坏产 生不同的形态。
➢ 开采水平煤层及缓倾斜煤层(α＝0～ 35°) 时
➢ 开采倾斜煤层(α＝36～54°) 时
能使垮落岩块充分压实，最终覆岩破坏高度较低。
覆岩大致分为坚硬与软弱两种，包括四种组合结构形式。 如图9-3所示。
覆岩结构特征对覆岩破坏高度的影响
➢ 坚硬－坚硬型：煤层的直接顶板弯向采空区并发生块状垮落， 上部的老顶岩层由于坚硬不易弯曲下沉，开采空间靠垮落碎胀 的岩块来充填，加之坚硬岩石断裂后不易闭合，覆岩破坏高度 最大。
1、垮落带； 2、断裂带； 3、弯曲下沉带； 4、导水裂缝带 5、严重开裂区； 6、一般开裂区 ；7、微小开裂区
图9-2 覆岩破坏的分带
影响覆岩破坏及其导水性的因素
（1）覆岩力学性质和结构特征 如果工作面上覆岩层为脆性岩层，煤层开采后很容易
断裂，覆岩破坏高度大。 如覆岩为塑性岩层，采煤后不易断裂、但容易下沉，
➢ 开采急倾斜煤层(α＝55～90°) 时
开采水平煤层及缓倾斜煤层(α＝0～35°) 时
1、潜水面； 2、松散含水层； 3、隔水粘土层； 4、基岩含水层； 5、煤层 6、大地水准面； 7、地表水体；H—潜水位
图9-1 水体类型示意图
• 近水体安全采煤的基本原理
（1）近水体安全采煤的特点 近水体采煤时首先要分析开采引起的覆岩中的裂缝是否
互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体或是承压水在 水压作用下能否突入工作面。
否互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体外，还要分 析在受开采影响后，防水煤岩柱（或隔水岩层）是否还具有 足够的隔水性能。
1）覆岩的隔水性
➢ 覆岩的岩性 ➢ 岩相 ➢ 结构面
2）地下开采对覆岩隔水性的影响 ✓ 在大面积开采的影响下，覆岩的天然隔水性遭到破坏程度
首先取决于隔水岩层与采空区的相对位置。 ✓ 隔水层与煤层紧贴或邻近，且位于垮落带时，其隔水性被
完全破坏。 ✓ 隔水层远离煤层，位于整体弯曲带内时，除了隔水层下部
的隔水性会受到暂时的影响之外，整个隔水层的隔水性基 本不受破坏。 ✓ 覆岩内水的渗透性是有规律地变化的。 ✓ 在采动影响下，岩层本身的物理力学性质对隔水性有影响。
• 近水体安全采煤的原则
水体下采煤：指在保障安全条件下，采用专门的技 术和安全措施开采湖泊、河流、水库、海洋等水体或富 含水冲积层下面的煤层。
• 矿区水体类型
（1）地表水：赋存在大地球水圈中，积聚在海洋、湖泊、
河流、水库、稻田和塌陷坑中的水统称为地表水。地表水， 特别是大型地表水储存量大，补给充分，且常常互相连通， 对矿井安全威胁极大。
（2）地下水：赋存在地球岩石圈中，积聚在岩石空隙中
的水称为地下水。
从水体下采煤工程的角度出发，可将地下含水层按埋 藏条件分为松散层内的含水层和基岩内的含水层两种。
➢ 坚硬－软弱型：软弱－坚硬型的情况相反，工作面 放顶后直接顶首先垮落，而软弱的老顶随之下沉压实 垮落岩块，因此导水裂缝带高度较小。在巨厚冲积层 下开采时顶板条件属于这种类型。
（2）采煤方法和顶板管理方法
采煤方法对覆岩破坏的影响，主要表现： ➢ 开采空间的大小 ➢ 采空区内垮落岩块的不同运动形式
顶板管理方法决定了覆岩破坏的基本特征。垮落法 使覆岩破坏最为充分，对水体下采煤不利。
9.4.1 概述 9.4.2 水体下采煤技术 9.4.3 水体（承压水）上采煤技术
9.4.1 概述
• 矿区水体类型 • 近水体安全采煤的基本原理 • 近水体采煤的原则
地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采煤层围岩中 的含水层里的水、溶洞水以及位于开采影响范围内的地表水 和泥砂溃入井下，威胁煤矿安全生产；同时造成水资源受损， 导致含水层水位下降，地面河流、水库干涸。
➢ 软弱－软弱型：煤层直接顶软弱，容易垮落，工作面放顶后采 空区立即被垮落岩块充填。在垮落过程中，老顶也随之迅速弯 曲下沉并坐落于垮落岩块之上，开采空间和已垮落的空间不断 缩小。因此，垮落过程得不到充分发展。
➢ 软弱－坚硬型：煤层直接顶为软弱岩层而上部为坚硬 岩层。直接顶随着开采及时垮落，但坚硬的老顶板像 板梁一样横跨在直接顶板之上，老顶下沉量小于直接 顶下沉，开采空间主要由碎胀的垮落岩块充填，垮落 发育充分，导水裂缝带一般能达到老顶的底面。
在进行水体下采煤时应着重研究如何防止水体和采区之 间形成透水的通道、造成井下突水事故；在水体与采区之间 构成水力联系无法避免时，如何使其引起的矿井涌水量小于 矿井排水能力。
由于水具有流动性，覆岩破坏一旦波及水体的边缘，就 可能导致水体全部流入井下。
（2）近水体安全采煤的可行性 进行近水体采煤，除要考虑开采引起的覆岩中的裂缝是
变形与沉陷工程学
环境与测绘学院 郭广礼 电话：15351632038
邮箱：GUOGL65@
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9 矿开采沉陷控制理论及技术
9.1 建（构）筑物保护煤柱留设 9.2 建筑物下采煤技术 9.3 线性构筑物下采煤技术 9.4 水体下（上）采煤技术 9.5 井筒煤柱开采技术
9.4 水体下（上）采煤技术