矿山开采沉陷观测共38页

第十四章 矿山开采沉陷观测
三、 地表移动盆地
当开采影响波及到地表之后，受采动影响 的地表从原有标高向下沉降，从而在采空区上 方形成一个比采空区面积大得多的沉陷区域， 这种地表沉陷区域称为地表移动盆地。地表移 动盆地是在工作面的推进过程中逐步形成的，
地表移动盆地的大小和形状主要与煤层 倾角、采空区的大小和采深是否达到充 分采动有关。
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2 冒落 煤层被采出后，其上覆岩层最初的弯曲达
到一定限度后，其直接顶板岩层将与整体分开， 破碎成小的岩块而落下来充填采空区，这种移 动形式称为冒落。 3 片帮
煤层采出后，采空区顶板岩层内出现悬空， 其压力便转移到煤壁上，形成增压区，煤壁在 附加载荷的作用下，一部分被压碎并垮向采空 区，这种现象称为片帮。
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3 地表曲率变形对建筑物的影响 曲率变形是反映地表弯曲程度的指标，分正曲 率(地表上凸)和负曲率(地表下凹)两种。负曲 率变形使建筑物中间受力小，两端受力大，乃 至中央部分处于悬空状态，使建筑物产生八字 形的裂缝。
4 地表水平变形对建筑物的影响 水平变形也分为正负两种：正值表示拉伸变形； 负值表示压缩变形。水平变形是引起建筑物破 坏的重要因素，尤其是拉伸变形。
一、 岩层移动的几种形式 由于开采地下矿产资源引起的地表与上覆岩层
的岩体遭到破坏而产生的移动与变形统称为地表与 岩层移动。地表与岩层移动的形式主要有以下六种。 1 弯曲
当地下煤层被采出后，从其直接顶到地表将沿 其层理的法线方向，向采空区方向弯曲。在整个弯 曲过程中，岩层整体上保持其连续性和层状结构。
2 断裂带 在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层和断
裂，但仍保持层状结构的那部分岩层称为断裂 带。断裂带位于冒落带和弯曲带之间。断裂带 内岩层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂， 而且产生顺层理面的离层裂缝。
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3 弯曲带
断裂带之上直至地表都属于弯曲带。在弯 曲带内，岩层在自重力作用下产生沿层面法线 方向的弯曲，但仍保持其原有的层状结构；岩 层的移动是连续而有规律的。弯曲带的高度主 要受开采深度的影响，当采深很大时，弯曲带 的高度将很大，但地表的移动和变形相对较平 缓。
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(3) 测点数目及其密度
每条观测线两端都应设置观测站控制点，且 每端不得少于两个；如因条件限制，也可只在 观测线的一端设置控制点，但不得少于3个。 相邻控制点的间距不得小于45 m 。控制 点应布设在观测线的工作长度之外，且不应受 相邻采区或工作面开采的影响。每条观测线的 工作长度之内应布设观测点，观测点的密度主 要取决于开采深度。
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2 地表倾斜对建筑物的影响
移动盆地内非均匀的下沉引起的地表倾斜， 将使位于其范围内的建筑物重心发生偏斜，特 别是对于底面积小、高度大的建筑物(如水塔、 烟囱和高压电线铁塔等)影响更大，严重时可 导致建筑物发生折断或倾倒。
此外，地表的倾斜还会引起公路、铁路和管 道等坡度的变化以及机械设备的倾斜，从而影 响它们的正常工作状态，因此必须及时进行修 复。
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1 连接测量 根据矿区控制网测定出某个测站控制点的平
面位置和高程，再根据该控制点来测定其他观 测点和控制点的位置，以便确定观测线与回采 工作面间的相互位置关系。
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2 全面观测 包括采动前的全面观测和采动后的全面观测。在
连接测量之后，设站地区未受采动影响之前，应对 工作测点进行两次全面观测，以确定工作测点在地 表移动前的位置。当地表下沉达到50~100 mm时， 应进行采动后的第一次全面观测；在地表受采动影 响稳定后，需进行最后一次全面观测，以确定移动 稳定后各工作测点的空间位置。在地表移动的活跃 期进行不少于四次的全面观测，并适当加密水准测 量。
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四、 移动盆地的主断面 通常情况下，通过采空区中心与煤层走向平行
或垂直的断面上的地表移动值最大，我们将该断 面称为移动盆地的主断面。在主断面上不仅移动 量最大，而且地表移动盆地的范围也是最大的。
主断面的位置一般在采空区中间，但与采动情 况和煤层倾角有关。在非充分采动情况下，通过 采空区中心所作的平行于煤层倾向的垂直断面， 即为移动盆地的倾斜主断面。走向主断面的位置 则需要通过倾斜主断面上的最大下沉点，按最大 移动角θ确定(所谓最大下沉角是指采空区的中 点和地表移动盆地的最大下沉点的连线，与水平 线之间在煤层下山方向一侧的夹角)。
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3 移动盆地的裂缝边界 裂缝边界是根据移动盆地内最外侧的裂缝圈
定的边界。在主断面上移动盆地最外侧的地表 裂缝和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧 的夹角，称为裂缝角。裂缝角也分为走向裂缝 角、下山裂缝角、上山裂缝角和急倾斜煤层的 底板裂缝角，分别以δ″、β″、γ″和λ″表示。
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五、地表移动和变形对建筑物的影响
1 地表下沉和水平移动对建筑物的影响
地表大面积的均匀下沉和水平移动，只会 引起建筑物整体的移动，不会导致建筑物的 破坏。但当移动值很大、地下水位很浅时， 地表移动盆地积水，不仅会使建筑物淹没在 水中，而且易使地基强度降低，严重时可造 成建筑物的倒塌。非均匀的下沉和水平移动 对建筑物和交通线路等都有表移动观测站的设置和观测
观测站的设置就是将设计好的观测点标定到实地 上去。标定方法是:首先利用矿区控制点标定出观 测站的控制点，再根据观测站控制点标定出观测点 和另一观测线与该观测线的交点，然后再在交点上 安置仪器标定另一观测线上的控制点和观测点。
地表移动观测站观测工作的基本内容是：在采动 过程中，定期、重复测定观测线上各测点在不同时 期内空间位置的变化情况。具体可分为观测站的连 接测量、全面观测、单独进行的水准测量、地表破 坏的测定和编录。
第十四章 地表与岩层移动简介
六、 地表移动盆地的边界角、移动角和裂缝角 在地表移动盆地内不同区域移动和变形的程度不同，
人们根据地表移动和变形的程度和实际需要，将移动 盆地划分为三个边界。 1 移动盆地的最外边界
以地表移动和变形都为零的点圈出的边界，称为移 动盆地的最新边界。实际工作中是以下沉10 mm的 点圈定边界。
第十四章 矿山开采沉陷观测
§14.1 开采过程中的移动和变形 §14.2 地表移动观测站的设计 §14.3 地表移动观测和资料整理 §14.4 岩层移动及破坏检测技术 §14.5 ”三下”采煤观测概述 §14.6 保护煤柱的留设 §14.7 保护煤柱设计实例
第十四章 矿山开采沉陷观测
§14-1 地表与岩层移动的几个基本概念
在移动盆地主断面上盆地的边界点(或松散岩层与岩 层交面上的边界点)和采空区边界的连线与水平线在 煤柱一侧的夹角，称为边界角。边界角分为走向边界
角(δ０）下山边界角(β０）和上山边界角(γ０)，以及 急倾斜煤层底板边界角(λ０)。
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2 危险移动边界
危险移动边界是以地表移动与变形对建筑物有 无危害而划分的边界。由于不同建筑物所承受最 大变形的能力不同，我国现采用的是以砖木结构 的建筑物能承受的最大变形值来作为确定危险边 界的标准，地表移动盆地主断面上地表危险移动 边界点（有松散层时，则为松散层与基岩交面上 的危险边界点）和采空区边界的连线与水平线在 煤柱一侧的夹角，称为移动角。移动角也分为走 向移动角、下山移动角、上山移动角和急倾斜煤 层的底板移动角，分别以δ、β、γ和λ表示。松散 岩层的移动角以φ表示。
第十四章 矿山开采沉陷观测
6 底板岩层的隆起(又称底鼓) 如果煤层底板岩石很软且倾角较大，在煤
层采出后，底板在垂直方向减压，水平方向 受压，造成底板向采空区方向隆起的现象， 称为底鼓。
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二、移动稳定后采动岩层内的三带 煤层采出后，所产生的地表与岩层移动过程
较为复杂，为了满足采矿工程的需要，将移动 稳定后的采动岩层按其破坏程度不同，分为三 个不同的开采影响带，即冒落带、断裂带和弯 曲带。
lＡＢ＝２h cot φ+(Ｈ１－h)cot（β－Δβ）＋ （Ｈ２－h) cot（γ－Δγ）＋Ｌcosα
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(2) 走向观测线位置及其长度的确定
走向观测线应设置在移动盆地的走向主断面 上。走向观测线的位置是在倾斜主断面上确定 的，从采空区中心按最大下沉角θ划线与地面 相交于O点，通过O点作垂直于煤层倾向的垂 直断面即为移动盆地的走向主断面，因此，该 断面与地面的交线即为走向观测线的位置。走 向观测线的长度是在走向主断面上确定的。
第十四章 矿山开采沉陷观测
4 岩石沿层面的滑动
当煤层倾斜时，岩石的自重力方向与岩层的 层理面不垂直，岩石除产生沿其法向的弯曲外， 还将产生沿层理面方向的滑动。岩层倾角越大， 沿层理面的滑移越明显。
5 垮落岩石的下滑
当煤层倾角较大时，采用自上而下的开采顺 序采煤，上山部分回采过后，采空区已被冒落的 岩块充填，这时开采下山部分的煤层，上山部分 的垮落岩石可能下滑充填下山部分的采空区，从 而使上山部分的岩层和地表移动加剧，下山部分 岩层移动减弱。
第十四章 矿山开采沉陷观测
1 冒落带
冒落带是指采用全部垮落法管理顶板时， 回采工作面放顶后引起煤层直接顶板产生破 坏的范围。其特点是顶板岩石发生破碎，而 且越是靠近煤层的岩石破坏愈严重。冒落带 的高度主要取决于采出煤层的厚度和上覆岩 石的碎胀系数，一般为采出煤层厚度的3-5倍。
第十四章 矿山开采沉陷观测
还应测量地表产生裂缝的位置和塌陷要素， 注明发现日期；在每次观测时，还应实测回采 工作面的位置、煤层厚度、采高，并记录采矿、 地质和水文地质情况。
第十四章 矿山开采沉陷观测
三、 地表移动观测站观测成果的整理与分析 包括计算和绘图两部分。