采動(dòng)影響的基本規(guī)律及其應(yīng)用

1、 煤礦開采的三性煤礦開采的三性 認(rèn)識(shí)煤礦開采的的特殊性、艱巨性和困難認(rèn)識(shí)煤礦開采的的特殊性、艱巨性和困難 性；性； 例子例子1 徐州地方煤炭公司（天龍集團(tuán)）沛城煤徐州地方煤炭公司（天龍集團(tuán)）沛城煤 徐州西北徐州西北62km 1972年建礦，年建礦，1981年投產(chǎn)；年投產(chǎn)； 1980年統(tǒng)計(jì)年統(tǒng)計(jì) 可采儲(chǔ)量可采儲(chǔ)量1520萬萬t 城下壓煤城下壓煤700萬萬t 影響地面建筑面積，影響地面建筑面積，49萬平方米；萬平方米； 1981年江蘇省人民政府決定沛城搬遷，年江蘇省人民政府決定沛城搬遷， 征地征地1500畝，預(yù)計(jì)搬遷時(shí)間畝，預(yù)計(jì)搬遷時(shí)間20年年，搬遷費(fèi)，搬遷費(fèi) 用用2億元億元。 例子例子2 徐州礦

2、業(yè)集團(tuán)公司徐州礦業(yè)集團(tuán)公司 1995年統(tǒng)計(jì)：年統(tǒng)計(jì)： 工業(yè)儲(chǔ)量工業(yè)儲(chǔ)量 13.37億億t； 三下壓煤三下壓煤 5.11億億t； 儲(chǔ)量的特點(diǎn)：兩多、儲(chǔ)量的特點(diǎn)：兩多、 兩少、兩少、 一快。一快。 薄煤層多，薄煤層多， 三下壓煤多三下壓煤多 后備資源少后備資源少 ， 生產(chǎn)水平儲(chǔ)量少生產(chǎn)水平儲(chǔ)量少， 2.48億億t（分布在深部），分布在深部），2.44億億t 動(dòng)用儲(chǔ)量快，動(dòng)用儲(chǔ)量快，每年動(dòng)用儲(chǔ)量每年動(dòng)用儲(chǔ)量2000萬萬t以上以上 地下開采與地表塌陷地下開采與地表塌陷 垮落法管理垮落法管理頂板頂板 地表形成大面積地表形成大面積塌陷塌陷 區(qū)區(qū) 地表塌陷面積：地表塌陷面積：煤層開采面積的煤層開采面積的1.

3、2倍左倍左 右。右。 每采每采1萬噸煤要塌陷萬噸煤要塌陷0.2公頃公頃土地土地 塌陷面積平均塌陷面積平均每年增加每年增加2萬公頃萬公頃 復(fù)墾率為復(fù)墾率為22% 采動(dòng)治理采動(dòng)治理 采礦的基本特點(diǎn)是具有采動(dòng)影響。采動(dòng)影采礦的基本特點(diǎn)是具有采動(dòng)影響。采動(dòng)影 響是地下采礦工程中大面積開采引起的圍巖（響是地下采礦工程中大面積開采引起的圍巖（ 頂板直至地表、底板及所采礦層本身）位移和頂板直至地表、底板及所采礦層本身）位移和 變形及其造成的種種損害的統(tǒng)稱。對(duì)所采煤（變形及其造成的種種損害的統(tǒng)稱。對(duì)所采煤（ 礦）層，頂板及底板產(chǎn)生的采動(dòng)影響可以用礦）層，頂板及底板產(chǎn)生的采動(dòng)影響可以用“ 三帶三帶”理論描述；而

4、對(duì)于地表沉陷及其過程的理論描述；而對(duì)于地表沉陷及其過程的 現(xiàn)象和規(guī)律可用地表移動(dòng)盆地來描述?，F(xiàn)象和規(guī)律可用地表移動(dòng)盆地來描述。 “三帶三帶”包括頂三帶、底三帶及邊三帶。在包括頂三帶、底三帶及邊三帶。在 采煤（礦）工作面上覆頂板巖層內(nèi)產(chǎn)生的采動(dòng)采煤（礦）工作面上覆頂板巖層內(nèi)產(chǎn)生的采動(dòng) 影響，謂之影響，謂之“頂三帶頂三帶”。即垮落帶、斷裂帶及。即垮落帶、斷裂帶及 彎曲下沉帶。在采面邊界外側(cè)的煤（礦）層內(nèi)彎曲下沉帶。在采面邊界外側(cè)的煤（礦）層內(nèi) 可形成松弛帶、塑性變形帶和彈性變形帶。在可形成松弛帶、塑性變形帶和彈性變形帶。在 采面邊界內(nèi)側(cè)則可形成矸石堆積帶、重新壓縮采面邊界內(nèi)側(cè)則可形成矸石堆積帶、重

5、新壓縮 帶及矸石壓實(shí)帶。在煤層底板巖層內(nèi)產(chǎn)生的采帶及矸石壓實(shí)帶。在煤層底板巖層內(nèi)產(chǎn)生的采 動(dòng)影響稱為動(dòng)影響稱為“底三帶底三帶”，即鼓脹帶、微裂隙帶，即鼓脹帶、微裂隙帶 及應(yīng)力變化帶。若根據(jù)承壓含水層上采煤的技及應(yīng)力變化帶。若根據(jù)承壓含水層上采煤的技 術(shù)要求，采場(chǎng)底板巖層自上而下分為破壞帶、術(shù)要求，采場(chǎng)底板巖層自上而下分為破壞帶、 保護(hù)層帶及承壓水導(dǎo)升帶。采動(dòng)保護(hù)層帶及承壓水導(dǎo)升帶。采動(dòng)“三帶三帶”的影的影 響范圍及程度與采深、開采方法、煤（礦）層響范圍及程度與采深、開采方法、煤（礦）層 及巖層的力學(xué)性質(zhì)等有關(guān)。及巖層的力學(xué)性質(zhì)等有關(guān)。 采煤（礦）引起采場(chǎng)上覆巖層移動(dòng)波及采煤（礦）引起采場(chǎng)上覆巖

6、層移動(dòng)波及 到地表，使地表產(chǎn)生移動(dòng)到地表，使地表產(chǎn)生移動(dòng),變形和破壞，并在變形和破壞，并在 采空區(qū)上方形成一個(gè)比采空區(qū)大的移動(dòng)范圍采空區(qū)上方形成一個(gè)比采空區(qū)大的移動(dòng)范圍 ，稱為地表移動(dòng)盆地。其下沉與變形的規(guī)律，稱為地表移動(dòng)盆地。其下沉與變形的規(guī)律 可用下沉、傾斜、曲率、水平移動(dòng)和水平變可用下沉、傾斜、曲率、水平移動(dòng)和水平變 形等指標(biāo)描述。形等指標(biāo)描述。 采動(dòng)影響造成的獨(dú)具礦業(yè)特色的生態(tài)環(huán)境問題有：采動(dòng)影響造成的獨(dú)具礦業(yè)特色的生態(tài)環(huán)境問題有： （1）破壞土地。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國煤礦地下開采造）破壞土地。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國煤礦地下開采造 成的地表沉陷累計(jì)已達(dá)成的地表沉陷累計(jì)已達(dá)40余萬余萬ha，平

7、均每年沉陷平均每年沉陷2萬萬ha， 平均每采平均每采1萬萬t煤炭沉陷農(nóng)田煤炭沉陷農(nóng)田0.2ha。矸石侵占土地。當(dāng)前全矸石侵占土地。當(dāng)前全 國大中型煤礦有矸石山國大中型煤礦有矸石山1500座（不包括鄉(xiāng)填小煤礦），矸座（不包括鄉(xiāng)填小煤礦），矸 石堆放量達(dá)石堆放量達(dá)30億億t以上，侵占土地約以上，侵占土地約65000ha。如平頂山礦如平頂山礦 區(qū)，矸石堆積達(dá)區(qū)，矸石堆積達(dá)3900萬萬t，31座矸石山，占土地座矸石山，占土地98ha。露天露天 開采對(duì)表土剝離和排土場(chǎng)破壞土地已達(dá)開采對(duì)表土剝離和排土場(chǎng)破壞土地已達(dá)1.76萬萬ha。預(yù)計(jì)到預(yù)計(jì)到 2010年，矸石排放量將每年增加年，矸石排放量將每年增加2億

8、億t，年新增占土地約年新增占土地約 667ha。這顯然加劇了我國土地資源短缺的局面。這顯然加劇了我國土地資源短缺的局面。 （2）破壞和污染水體。煤礦開采造成采場(chǎng)覆）破壞和污染水體。煤礦開采造成采場(chǎng)覆 巖大面積沉陷的同時(shí)，也破壞了水體，礦井疏排巖大面積沉陷的同時(shí)，也破壞了水體，礦井疏排 水造成地下水位下降。平均每采水造成地下水位下降。平均每采1t煤需排水煤需排水2t。焦焦 作礦區(qū)每采作礦區(qū)每采1t煤排水量高達(dá)煤排水量高達(dá)49t華北地區(qū)開采每噸華北地區(qū)開采每噸 煤平均破壞水資源約煤平均破壞水資源約10t。全國重點(diǎn)煤礦每年礦井全國重點(diǎn)煤礦每年礦井 排放廢水排放廢水2.2Gt，其中部分為酸性、高鹽或高

9、懸浮其中部分為酸性、高鹽或高懸浮 物礦井水；選煤廢水物礦井水；選煤廢水28Mt，其他工業(yè)廢水其他工業(yè)廢水30Mt， 生活污水生活污水4億億t。這些廢水嚴(yán)重污染了環(huán)境。這些廢水嚴(yán)重污染了環(huán)境。 （3）污染大氣環(huán)境。礦井每年排）污染大氣環(huán)境。礦井每年排 放的瓦斯超過放的瓦斯超過80億億m3。1999年我國年我國 SO2排放總量為排放總量為1857萬萬t，煙塵排放煙塵排放 總量為總量為1159萬萬t，其中其中75%與燃煤有與燃煤有 關(guān)。以關(guān)。以SO2污染導(dǎo)致的酸雨覆蓋面污染導(dǎo)致的酸雨覆蓋面 積已達(dá)國土總面積的積已達(dá)國土總面積的30%以上。以上。 綜上所述，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染已相當(dāng)嚴(yán)重綜上所述，礦區(qū)生

10、態(tài)環(huán)境的污染已相當(dāng)嚴(yán)重 。這將影響經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展及人類生存環(huán)。這將影響經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展及人類生存環(huán) 境。境。 就煤炭開采技術(shù)而言，必須用高新技術(shù)來就煤炭開采技術(shù)而言，必須用高新技術(shù)來 改造傳統(tǒng)的煤炭產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)新少污染的開采技術(shù)改造傳統(tǒng)的煤炭產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)新少污染的開采技術(shù) 體系，中國體系，中國21世紀(jì)議程中稱少污染的煤炭世紀(jì)議程中稱少污染的煤炭 開采技術(shù)體系的基本要點(diǎn)是：綜合防治煤礦開開采技術(shù)體系的基本要點(diǎn)是：綜合防治煤礦開 采過程中對(duì)環(huán)境和其他資源的破壞及污染；并采過程中對(duì)環(huán)境和其他資源的破壞及污染；并 將其技術(shù)持續(xù)地應(yīng)用于煤炭開采的全過程中，將其技術(shù)持續(xù)地應(yīng)用于煤炭開采的全過程中， 最大限度

11、地減輕或消除煤炭開采對(duì)生態(tài)環(huán)境及最大限度地減輕或消除煤炭開采對(duì)生態(tài)環(huán)境及 其他資源造成的損害。目標(biāo)是尋求最佳經(jīng)濟(jì)效其他資源造成的損害。目標(biāo)是尋求最佳經(jīng)濟(jì)效 益和社會(huì)效益。益和社會(huì)效益。 第一章第一章 開采引起的巖層移動(dòng)開采引起的巖層移動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 開采引起的巖層移動(dòng)開采引起的巖層移動(dòng) 一、充分采動(dòng)區(qū)、巖石壓縮區(qū)、最大彎曲區(qū)一、充分采動(dòng)區(qū)、巖石壓縮區(qū)、最大彎曲區(qū) 和底板隆起區(qū)和底板隆起區(qū) 1、圍巖根據(jù)變形、圍巖根據(jù)變形變形變形 特性、移動(dòng)的原因特性、移動(dòng)的原因 充分采動(dòng)區(qū)充分采動(dòng)區(qū) 最大彎曲區(qū)：巖層向下彎曲的程度最大最大彎曲區(qū)：巖層向下彎曲的程度最大 頂板壓縮區(qū)頂板壓縮區(qū) 支承壓力引起沿垂直

12、方向壓縮支承壓力引起沿垂直方向壓縮 工作面區(qū)域以外地層下沉工作面區(qū)域以外地層下沉 G K 3 3 E F VC 0 2 4 1 M 3 o V 2 D 0 H 2 3 N 1 L 底板壓縮區(qū)底板壓縮區(qū) 不均勻隆起區(qū)不均勻隆起區(qū) 應(yīng)力降低水平擠壓應(yīng)力降低水平擠壓 均勻隆起區(qū)均勻隆起區(qū) 巖層移動(dòng)和變形分區(qū)巖層移動(dòng)和變形分區(qū) 充分采動(dòng)區(qū)充分采動(dòng)區(qū) 最大彎曲區(qū)：最大彎曲區(qū)：巖層向下彎曲的程度最大巖層向下彎曲的程度最大 頂板壓縮區(qū)頂板壓縮區(qū) 底板壓縮區(qū)底板壓縮區(qū) 支承壓力引起沿垂直方向壓縮支承壓力引起沿垂直方向壓縮 工作面區(qū)域以外地層下沉工作面區(qū)域以外地層下沉 不均勻隆起區(qū)不均勻隆起區(qū) 底鼓底鼓 應(yīng)力降

13、低應(yīng)力降低 均勻隆起區(qū)均勻隆起區(qū) 水平擠壓水平擠壓 煤體下方煤體下方 采空區(qū)下方采空區(qū)下方 （高應(yīng)力壓縮）（高應(yīng)力壓縮） 低應(yīng)力低應(yīng)力 h 側(cè)向水平應(yīng)力側(cè)向水平應(yīng)力 h h K H H h h 底板底板 二、垮落帶、斷裂帶和彎曲帶二、垮落帶、斷裂帶和彎曲帶 21 3 p1-2 1、三帶的形成、三帶的形成 （1）垮落帶垮落帶 垮落帶垮落帶 不規(guī)則不規(guī)則垮落帶，呈雜亂堆積?？迓鋷?，呈雜亂堆積。 規(guī)則規(guī)則垮落帶，巖塊堆積排列較整齊垮落帶，巖塊堆積排列較整齊 碎脹性：碎脹性：1.3 1.3 1.5, 1.5,體積增大體積增大 導(dǎo)水：水、水砂和泥漿容易通過導(dǎo)水：水、水砂和泥漿容易通過 高度高度 : :

14、cos)1( k M H k （2）斷裂帶）斷裂帶 曾稱：曾稱：裂隙帶。裂隙帶。 斷裂帶特點(diǎn)：斷裂帶特點(diǎn)： 左右斷裂，左右斷裂，上下上下離層離層 一般導(dǎo)水，一般導(dǎo)水，又稱導(dǎo)水?dāng)嗔褞в址Q導(dǎo)水?dāng)嗔褞?21 3 p1-2 厚煤層第一分層以后的分層開采時(shí)，斷裂帶高度上厚煤層第一分層以后的分層開采時(shí)，斷裂帶高度上 升，但上升的幅度較初次采動(dòng)大為減小升，但上升的幅度較初次采動(dòng)大為減小 （3）彎曲帶）彎曲帶 斷裂帶之上至地表斷裂帶之上至地表 又稱：彎曲下沉帶或整體又稱：彎曲下沉帶或整體 移動(dòng)帶移動(dòng)帶 21 3 p1-2 采深較大，彎曲帶的高度可能大大超過斷裂帶高度采深較大，彎曲帶的高度可能大大超過斷裂帶高度

15、 特點(diǎn)：特點(diǎn)：保持整體性和層狀結(jié)構(gòu)，不存在或極少存保持整體性和層狀結(jié)構(gòu)，不存在或極少存 在離層裂隙。在離層裂隙。 隔水，巖性較軟時(shí)，隔水性能更好。隔水，巖性較軟時(shí)，隔水性能更好。 不出現(xiàn)三帶的可能性不出現(xiàn)三帶的可能性 淺部無彎曲下沉帶淺部無彎曲下沉帶 充填開采無垮落帶充填開采無垮落帶 21 3 p1-2 2三帶的空間輪廓形狀三帶的空間輪廓形狀 （1）0 35 垮落帶垮落帶 開采期間，垮落帶的高度開采期間，垮落帶的高度 基本上是相同基本上是相同 開采完畢，中間較低，兩開采完畢，中間較低，兩 端較高的枕形輪廓端較高的枕形輪廓 斷裂帶斷裂帶 兩端邊界超出，呈馬鞍形，兩端邊界超出，呈馬鞍形， 最高點(diǎn)位

16、于采空區(qū)斜上最高點(diǎn)位于采空區(qū)斜上 方。方。 (a) H m li H （）（）36 54 垮落帶垮落帶 上部巖塊上部巖塊下滑或滾動(dòng)下滑或滾動(dòng) 上部繼續(xù)離層、斷裂、上部繼續(xù)離層、斷裂、 破碎和垮落，破碎和垮落， 下部垮落帶高度較小。下部垮落帶高度較小。 H m li H (b) 斷裂帶斷裂帶 上大下小，上部的輪廓大致呈拋物線，與采空上大下小，上部的輪廓大致呈拋物線，與采空 區(qū)邊界齊或略偏外。區(qū)邊界齊或略偏外。 （3） =5590 巖塊滾動(dòng)下滑巖塊滾動(dòng)下滑，迅速充填，迅速充填 下部下部 上部：邊界煤柱片幫、碎上部：邊界煤柱片幫、碎 裂、抽冒，裂、抽冒， 垮落帶和斷裂帶上邊緣急垮落帶和斷裂帶上邊緣急

17、 劇向上發(fā)展，大大超出上劇向上發(fā)展，大大超出上 邊界邊界 垮落帶、斷裂帶呈耳形或垮落帶、斷裂帶呈耳形或 上大下小的不對(duì)稱拱形上大下小的不對(duì)稱拱形 H m li H 3、 垮落帶與斷裂帶的高度垮落帶與斷裂帶的高度 垮落帶與斷裂帶的高度垮落帶與斷裂帶的高度 （1）主要影響因素）主要影響因素 頂板頂板 煤層煤層 采高及厚煤層分層采高及厚煤層分層 采空區(qū)采空區(qū) 采空區(qū)處理采空區(qū)處理 頂板巖性對(duì)兩帶的影響頂板巖性對(duì)兩帶的影響 頂板堅(jiān)硬，兩帶高度較大，之和可達(dá)頂板堅(jiān)硬，兩帶高度較大，之和可達(dá)18 28倍采高倍采高 頂板頂板松軟破碎時(shí)，兩帶高度較低，采厚的松軟破碎時(shí)，兩帶高度較低，采厚的9 12倍。倍。 煤

18、層傾角對(duì)兩帶的影響煤層傾角對(duì)兩帶的影響 傾角小于傾角小于35 時(shí)，巖塊就地堆積?？迓鋷Ш蜁r(shí)，巖塊就地堆積?？迓鋷Ш?斷裂帶上邊界離煤層的高度基本上是相斷裂帶上邊界離煤層的高度基本上是相 等等 傾角傾角35 54 時(shí)，垮落巖塊下滑。時(shí)，垮落巖塊下滑。 傾角傾角大于大于54 時(shí)，巖塊下滾，下部垮落的發(fā)時(shí)，巖塊下滾，下部垮落的發(fā) 展很小，上部發(fā)展很高展很小，上部發(fā)展很高 采高及厚煤層分層次數(shù)采高及厚煤層分層次數(shù)對(duì)兩帶的影響對(duì)兩帶的影響 一次采全高或分層初次開采時(shí)，兩帶高度一次采全高或分層初次開采時(shí)，兩帶高度 與采高呈近似直線關(guān)系與采高呈近似直線關(guān)系 分層或近距離煤層群重復(fù)開采，兩帶高度分層或近距離煤

19、層群重復(fù)開采，兩帶高度 隨分層次數(shù)增加而遞減隨分層次數(shù)增加而遞減 采空區(qū)范圍對(duì)兩帶的影響采空區(qū)范圍對(duì)兩帶的影響 采空區(qū)范圍大時(shí)，兩帶充分發(fā)展，反之受采空區(qū)范圍大時(shí)，兩帶充分發(fā)展，反之受 到限制到限制 采空區(qū)處理方法采空區(qū)處理方法對(duì)兩帶的影響對(duì)兩帶的影響 全部垮落法：全部垮落法：上覆巖層破壞發(fā)展最充分，上覆巖層破壞發(fā)展最充分， 彎曲、離層、斷裂、垮落，達(dá)到一定高彎曲、離層、斷裂、垮落，達(dá)到一定高 度度 充填法：充填法：無垮落帶，斷裂帶高度也明顯降無垮落帶，斷裂帶高度也明顯降 低低 煤柱支撐法：煤柱支撐法：兩帶高度介于之間兩帶高度介于之間 垮落帶高度的計(jì)算公式垮落帶高度的計(jì)算公式 （傾角為（傾角為

20、035 及及3654 ） 單一煤層的垮落帶最大高度單一煤層的垮落帶最大高度 覆巖為極堅(jiān)硬巖層公式覆巖為極堅(jiān)硬巖層公式 cos)1( k M H k cos) 1( k wM H k w 垮落過程中頂板下沉值 覆巖為堅(jiān)硬、中硬、軟覆巖為堅(jiān)硬、中硬、軟 弱巖層或其互層公式弱巖層或其互層公式 垮落帶高度公式垮落帶高度公式 （傾角為（傾角為035 及及3654 ，厚煤層分層開采）厚煤層分層開采） 覆巖巖性覆巖巖性（單向抗壓強(qiáng)度及主要（單向抗壓強(qiáng)度及主要 巖石名稱）巖石名稱） 計(jì)算公式(m) 堅(jiān)硬堅(jiān)硬(40 80 MPa，石英砂巖、石石英砂巖、石 灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖、礫巖灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖、礫巖) 中硬中硬(2

21、0 40 MPa，砂巖、泥質(zhì)灰砂巖、泥質(zhì)灰 巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖) 軟弱軟弱(10 20 MPa、泥巖，泥質(zhì)砂泥巖，泥質(zhì)砂 巖巖 極軟弱極軟弱( 10 MPa，鋁土巖、風(fēng)化鋁土巖、風(fēng)化 泥巖，粘土，砂質(zhì)粘土泥巖，粘土，砂質(zhì)粘土) 5 . 2 61M1 . 2 M100 Hm 2 .2 19M7 .4 M100 H m 2 .1 63M0 .7 M100 H m 5 .1 32M2 .6 M100 H m 導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨葘?dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扔?jì)算公式計(jì)算公式 （傾角為（傾角為035 及及3654 ） （單一薄及中厚煤層或厚煤層分層開采）單一薄及中厚煤層或厚煤層分層開采） 巖性巖性計(jì)算公式

22、之一(m) 計(jì)算公式之二(m) 堅(jiān)硬堅(jiān)硬 中硬中硬 軟弱軟弱 極軟弱極軟弱 9 . 8 0 . 22 . 1 100 M M H li 6 .5 6 .36 .1 100 M M H li 0 . 4 0 . 51 . 3 100 M M H li 0 . 3 0 . 80 . 5 100 M M H li 1030 MH li 1020 MH li 510 MH li 急斜煤層急斜煤層 H m li H h 垮落帶及導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨瓤迓鋷Ъ皩?dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?(傾角為傾角為5590 ) 巖性 垮落帶高度計(jì)算（垮落帶高度計(jì)算（m） 導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扔?jì)算（導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扔?jì)算（m） 堅(jiān)硬Hk=(0.40.

23、5) Hd 中硬、軟 弱 Hk=(0.40.5) Hd 3.7 2935.7 100 h Mh H d 4.8 1331.4 100 h Mh H d 注： h區(qū)段或分段垂高，m；M煤層法線厚度，m。 近距離煤層垮落帶和斷裂帶高度近距離煤層垮落帶和斷裂帶高度 層間距大于下煤層層間距大于下煤層 開采形成的垮落帶開采形成的垮落帶 高度高度 上下煤層的垮落帶上下煤層的垮落帶 高度不重合，而斷高度不重合，而斷 裂帶高度可能重合裂帶高度可能重合 M2 d 1M H H h 2k 上下煤層的斷裂帶最大高度可按近距離上下煤層的上下煤層的斷裂帶最大高度可按近距離上下煤層的 厚度分別計(jì)算，厚度分別計(jì)算，取其中標(biāo)

24、高值大者作為兩層煤的斷取其中標(biāo)高值大者作為兩層煤的斷 裂帶高度裂帶高度； 上下煤層的上下煤層的垮落帶高度則取上煤層的垮落帶高度?？迓鋷Ц叨葎t取上煤層的垮落帶高度。 近距離煤層垮落帶和斷裂帶高度近距離煤層垮落帶和斷裂帶高度 層間距小于下煤層層間距小于下煤層 開采形成的垮落帶開采形成的垮落帶 高度高度 上下煤層的垮落帶上下煤層的垮落帶 高度重合高度重合 上煤層的斷裂帶高度按該層的厚度計(jì)算，下煤層上煤層的斷裂帶高度按該層的厚度計(jì)算，下煤層 斷裂帶最大高度按斷裂帶最大高度按綜合開采厚度綜合開采厚度計(jì)算，取其中標(biāo)計(jì)算，取其中標(biāo) 高最大值作為兩層煤的斷裂帶最大高度。高最大值作為兩層煤的斷裂帶最大高度。 h

25、 2k 1kH 2 M d M1 H H 2 12 y h MMM z Mz = M1 + M2 y2=H2k/M2 第二節(jié)第二節(jié) 開采引起的地表移動(dòng)開采引起的地表移動(dòng) 地表移動(dòng)地表移動(dòng)-因地下采礦使地表產(chǎn)生移動(dòng)、因地下采礦使地表產(chǎn)生移動(dòng)、 變形和破壞的現(xiàn)象和過程變形和破壞的現(xiàn)象和過程 一、地表移動(dòng)和破壞的形式一、地表移動(dòng)和破壞的形式 非連續(xù)型非連續(xù)型 裂縫或塌陷坑裂縫或塌陷坑 煤層埋藏較淺，采厚較大或受構(gòu)造影響煤層埋藏較淺，采厚較大或受構(gòu)造影響 連續(xù)型連續(xù)型 地表移動(dòng)盆地或下沉盆地地表移動(dòng)盆地或下沉盆地 煤層埋藏較深，采厚較小煤層埋藏較深，采厚較小 +274 +243 31 鶴崗富力礦淺部開

26、采引起的地表漏斗狀塌陷坑鶴崗富力礦淺部開采引起的地表漏斗狀塌陷坑 非連續(xù)型非連續(xù)型地表移動(dòng)地表移動(dòng) 30 m H 地表漏斗形塌陷坑地表漏斗形塌陷坑 非連續(xù)型非連續(xù)型地表移動(dòng)地表移動(dòng) 地表臺(tái)階狀裂縫地表臺(tái)階狀裂縫 非連續(xù)型非連續(xù)型地表移動(dòng)地表移動(dòng) 圖1-6 地表塌陷漏斗 急傾斜煤層開急傾斜煤層開 采后煤層露頭采后煤層露頭 處附近漏斗狀處附近漏斗狀 塌陷坑塌陷坑 非連續(xù)型下沉非連續(xù)型下沉 地表的裂縫、臺(tái)階或塌陷坑，對(duì)位于其地表的裂縫、臺(tái)階或塌陷坑，對(duì)位于其 上的建筑物、鐵路和水體危害極大，應(yīng)上的建筑物、鐵路和水體危害極大，應(yīng) 避免其出現(xiàn)。避免其出現(xiàn)。 連續(xù)型連續(xù)型地表移動(dòng)地表移動(dòng) 地表移動(dòng)盆地地表

27、移動(dòng)盆地 采空區(qū)上方地表形成的沉陷區(qū)域，又稱采空區(qū)上方地表形成的沉陷區(qū)域，又稱 地表下沉盆地。地表下沉盆地。 在時(shí)間上和空間在時(shí)間上和空間 上是連續(xù)的，漸上是連續(xù)的，漸 變的，有明顯的變的，有明顯的 規(guī)律，變形的基規(guī)律，變形的基 本指標(biāo)可用數(shù)學(xué)本指標(biāo)可用數(shù)學(xué) 方法表示方法表示 二、地表移動(dòng)盆地的形成及其特征二、地表移動(dòng)盆地的形成及其特征 1、地表移動(dòng)盆地的形成、地表移動(dòng)盆地的形成 開采空間寬度稱為起動(dòng)距開采空間寬度稱為起動(dòng)距 H 1 (0.25-0.5)H W1 2 W2 3 W3 45 W4 W5 地表移動(dòng)盆地地表移動(dòng)盆地 動(dòng)態(tài)盆地動(dòng)態(tài)盆地推進(jìn)過程中形成的地表移動(dòng)推進(jìn)過程中形成的地表移動(dòng) 盆

28、地盆地 靜態(tài)盆地靜態(tài)盆地最終地表移動(dòng)盆地最終地表移動(dòng)盆地 地表移動(dòng)盆地地表移動(dòng)盆地 12345 w w w w1 2 3 5 w4 H (0.250.5)H 1、充分采動(dòng)、充分采動(dòng) 把地表最大下沉值不再隨開采區(qū)域尺寸增大把地表最大下沉值不再隨開采區(qū)域尺寸增大 而增加的開采狀態(tài)稱為充分采動(dòng)而增加的開采狀態(tài)稱為充分采動(dòng) 特點(diǎn)：地表下沉值達(dá)到該地質(zhì)條件下應(yīng)有的特點(diǎn)：地表下沉值達(dá)到該地質(zhì)條件下應(yīng)有的 最大值，此后開采范圍再繼續(xù)擴(kuò)大時(shí)，地表最大值，此后開采范圍再繼續(xù)擴(kuò)大時(shí)，地表 的影響范圍相應(yīng)擴(kuò)大，但地表最大下沉值不的影響范圍相應(yīng)擴(kuò)大，但地表最大下沉值不 再增加再增加 12345 w w w w1 2

29、3 5 w4 H (0.250.5)H 臨界開采臨界開采 達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)的地表移動(dòng)盆地達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)的地表移動(dòng)盆地 A 0 3 0W 0 3 B 超充分采動(dòng)超充分采動(dòng) 地表下沉盆地出現(xiàn)平底或有多個(gè)點(diǎn)的下地表下沉盆地出現(xiàn)平底或有多個(gè)點(diǎn)的下 沉值達(dá)到最大下沉值的采動(dòng)狀態(tài)沉值達(dá)到最大下沉值的采動(dòng)狀態(tài) 12345 w w w w1 2 3 5 w4 H (0.250.5)H 超充分采動(dòng)超充分采動(dòng) 4 3 3 0W0W 3 0 B 1 0 A 43 12 非充分采動(dòng)非充分采動(dòng) 非充分采動(dòng)非充分采動(dòng)地表最大下沉值隨開采區(qū)地表最大下沉值隨開采區(qū) 域尺寸增大而增加的開采狀態(tài)域尺寸增大而增加的開采狀態(tài) 1234

30、5 w w w w1 2 3 5 w4 H (0.250.5)H 非充分采動(dòng)非充分采動(dòng) p1-11 0 3 30 W0 3、地表移動(dòng)盆地特征地表移動(dòng)盆地特征 主斷面主斷面指通過盆地內(nèi)最大下沉點(diǎn)沿煤指通過盆地內(nèi)最大下沉點(diǎn)沿煤 層傾向或走向的垂直剖面層傾向或走向的垂直剖面 主斷面內(nèi)表現(xiàn)為通過最大下沉點(diǎn)的地表主斷面內(nèi)表現(xiàn)為通過最大下沉點(diǎn)的地表 下沉曲線。下沉曲線。 1、近水平煤層地表移動(dòng)盆地、近水平煤層地表移動(dòng)盆地 3 B A B 采空區(qū) A 0 3 0 B W AA B 0 3 W0 30 0 近水平煤層地表移動(dòng)盆地近水平煤層地表移動(dòng)盆地 3 AA 0 B 3 W0 30 0 B A 采空區(qū) B

31、W A 0 30 B 下沉曲線下沉曲線 主斷面上的地表下主斷面上的地表下 沉曲線分為三段或沉曲線分為三段或 兩段兩段 采空區(qū)上方的內(nèi)緣采空區(qū)上方的內(nèi)緣 區(qū)下沉曲線呈凹形區(qū)下沉曲線呈凹形 煤柱上方的外邊緣煤柱上方的外邊緣 區(qū)下沉曲線呈凸形區(qū)下沉曲線呈凸形 3 AA 0 B 3 W0 3 0 0 B A 采空區(qū) B W A 0 30 B 下沉曲線的凹凸或內(nèi)下沉曲線的凹凸或內(nèi) 外邊緣區(qū)分界點(diǎn)稱為外邊緣區(qū)分界點(diǎn)稱為 拐點(diǎn)拐點(diǎn) 非充分采動(dòng)的近水平煤層地表移動(dòng)盆地非充分采動(dòng)的近水平煤層地表移動(dòng)盆地 AA 03 3 B 0 B 0 A B 采空區(qū) A B 3 30 緩傾斜和中傾斜煤層地表移動(dòng)盆地緩傾斜和中傾

32、斜煤層地表移動(dòng)盆地 0 0 B 1 B 2 AA 0 0W B 0 A 采空區(qū) B W0 A 移動(dòng)盆地移動(dòng)盆地 在傾向方在傾向方 向上與采向上與采 空區(qū)不對(duì)空區(qū)不對(duì) 稱稱 盆地、最盆地、最 大下沉值大下沉值 和和拐點(diǎn)均拐點(diǎn)均 下移下移 急傾斜煤層地表移動(dòng)盆地急傾斜煤層地表移動(dòng)盆地 非對(duì)稱性更加明顯，非對(duì)稱性更加明顯， 整個(gè)盆地及最大下沉整個(gè)盆地及最大下沉 值向采空區(qū)下邊界方值向采空區(qū)下邊界方 向偏移，向偏移， 地表最大水平移動(dòng)值地表最大水平移動(dòng)值 大于最大下沉值，大于最大下沉值， 煤層底板巖層也移動(dòng)煤層底板巖層也移動(dòng) 0 采 空 區(qū) 0 地表移動(dòng)盆地的充分采動(dòng)角地表移動(dòng)盆地的充分采動(dòng)角 在移動(dòng)

33、盆地主斷面上，在移動(dòng)盆地主斷面上， 將地表下沉曲線上的將地表下沉曲線上的 最大下沉點(diǎn)或盆地平最大下沉點(diǎn)或盆地平 底邊緣點(diǎn)投影在地表底邊緣點(diǎn)投影在地表 水平線上，該投影點(diǎn)水平線上，該投影點(diǎn) 和采空區(qū)邊界的連線和采空區(qū)邊界的連線 與煤層底板與煤層底板在采空區(qū)在采空區(qū) 一側(cè)的夾角叫充分采一側(cè)的夾角叫充分采 動(dòng)角動(dòng)角 o 33 w o o 3 ww 3 地表移動(dòng)盆地的充分采動(dòng)角地表移動(dòng)盆地的充分采動(dòng)角 下山方向的充分采動(dòng)下山方向的充分采動(dòng) 角角 1 上山方向的充分采動(dòng)上山方向的充分采動(dòng) 角角 2 走向方向的充分采動(dòng)走向方向的充分采動(dòng) 角以角以 3表示表示 o 2 w 1 o 1 w wo 2 o o

34、3 ww 3 邊界角、移動(dòng)角和裂隙角邊界角、移動(dòng)角和裂隙角 A AA 0 AAA BBB 0 C C C 采空區(qū) o B B B D D D D C C C 0 DD 0 邊界角邊界角 邊界角邊界角在充在充 分或接近充分分或接近充分 采動(dòng)條件下，采動(dòng)條件下， 移動(dòng)盆地主斷移動(dòng)盆地主斷 面上的邊界點(diǎn)面上的邊界點(diǎn) 和采空區(qū)邊界和采空區(qū)邊界 點(diǎn)的連線與水點(diǎn)的連線與水 平線在煤壁一平線在煤壁一 側(cè)的夾角側(cè)的夾角 0 0 B 1 B 2 AA 0 0W B 0 A 采空區(qū) B W0 A 下沉盆地外邊界下沉盆地外邊界 移動(dòng)盆地最外的移動(dòng)盆地最外的 邊界邊界 理論上：理論上：以地表以地表 移動(dòng)和變形都為移動(dòng)

35、和變形都為 零零 實(shí)際處理實(shí)際處理：一般：一般 取下沉為取下沉為10mm 的點(diǎn)為邊界點(diǎn)。的點(diǎn)為邊界點(diǎn)。 A AA 0 AAA BBB 0 C C C 采空區(qū) o B B B D D D D C C C 0 DD 0 下沉盆地邊界角下沉盆地邊界角 基巖基巖 走向邊界角走向邊界角 0 0 下山邊界角下山邊界角 0 0 上山邊界角上山邊界角 0 0 A AA 0 AAA BBB 0 C C C 采空區(qū) o B B B D D D D C C C 0 DD 0 下沉盆地移動(dòng)角下沉盆地移動(dòng)角 在充分或接近充在充分或接近充 分采動(dòng)條件下，分采動(dòng)條件下， 在移動(dòng)盆地的主在移動(dòng)盆地的主 斷面上，地表最斷面上，

36、地表最 外的臨界變形點(diǎn)外的臨界變形點(diǎn) 和采空區(qū)邊界點(diǎn)和采空區(qū)邊界點(diǎn) 連線與水平線在連線與水平線在 煤壁一側(cè)的夾角煤壁一側(cè)的夾角 A AA 0 AAA BBB 0 C C C 采空區(qū) o B B B D D D D C C C 0 DD 0 下沉盆地移動(dòng)角下沉盆地移動(dòng)角 臨界變形值臨界變形值 受保護(hù)的建筑受保護(hù)的建筑 物和構(gòu)筑物不物和構(gòu)筑物不 需修理能保持需修理能保持 正常使用所允正常使用所允 許的地表最大許的地表最大 變形值變形值 A AA 0 AAA BBB 0 C C C 采空區(qū) o B B B D D D D C C C 0 DD 0 下沉盆地移動(dòng)角下沉盆地移動(dòng)角 A AA 0 AAA

37、BBB 0 C C C 采空區(qū) o B B B D D D D C C C 0 DD 0 傾斜傾斜i=3mm/mi=3mm/m 水平變形水平變形 = 2mm/m= 2mm/m 曲率曲率K=0.2mm/mK=0.2mm/m2 2 大致相當(dāng)于地表下大致相當(dāng)于地表下 沉值為沉值為80mm80mm之點(diǎn)處之點(diǎn)處 基巖基巖 走向移動(dòng)角走向移動(dòng)角 ； 下山移動(dòng)角下山移動(dòng)角 ； 上山移動(dòng)角上山移動(dòng)角 松散層移動(dòng)角松散層移動(dòng)角 松散層松散層 第四紀(jì)、第三紀(jì)未成巖的沖積層、洪積第四紀(jì)、第三紀(jì)未成巖的沖積層、洪積 層和殘積層的統(tǒng)稱層和殘積層的統(tǒng)稱 松散層移動(dòng)角松散層移動(dòng)角 裂隙角裂隙角 A AA 0 AAA BBB

38、 0 C C C 采空區(qū) o B B B D D D D C C C 0 DD 0 地表最大的一條地表最大的一條 裂縫和采空區(qū)邊裂縫和采空區(qū)邊 界點(diǎn)與水平線在界點(diǎn)與水平線在 煤壁一側(cè)的夾角煤壁一側(cè)的夾角 走向裂縫角走向裂縫角 上山裂縫角上山裂縫角 下山裂縫角下山裂縫角 急傾斜煤層邊界角、移動(dòng)角、裂隙角急傾斜煤層邊界角、移動(dòng)角、裂隙角 0 0 急傾斜煤層的頂板、底板邊界角移動(dòng)角和裂隙角急傾斜煤層的頂板、底板邊界角移動(dòng)角和裂隙角 最大下沉角最大下沉角 在移動(dòng)盆地傾在移動(dòng)盆地傾 向主斷面上，向主斷面上， 采空區(qū)中點(diǎn)和采空區(qū)中點(diǎn)和 地表最大沉點(diǎn)地表最大沉點(diǎn) 在地表水平線在地表水平線 上投影點(diǎn)的連上投影

39、點(diǎn)的連 線與水平線在線與水平線在 下山方向的夾下山方向的夾 角角 1 2 ow o w 2 1 =90 -K K=0.5 0.8 y W Z o U Ux X Y 四、地表移動(dòng)和變形的主要指標(biāo)及變化規(guī)律四、地表移動(dòng)和變形的主要指標(biāo)及變化規(guī)律 研究方法研究方法 地面點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)地面點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 時(shí)間時(shí)間 垂直移動(dòng)垂直移動(dòng) 空間空間 水平移動(dòng)水平移動(dòng) 空間問題空間問題 平面問題平面問題 在主剖面上用數(shù)學(xué)方法研究在主剖面上用數(shù)學(xué)方法研究 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 橫向橫向 縱向縱向 一點(diǎn)的移動(dòng)矢量是空間位置一點(diǎn)的移動(dòng)矢量是空間位置 （x、y、z）和時(shí)間（和時(shí)間（t）的函數(shù)的函數(shù) 采厚比采厚比 (連續(xù)型地表下沉條件連續(xù)型地表

40、下沉條件 ) 常規(guī)開采條件常規(guī)開采條件 長壁垮落長壁垮落 理想地質(zhì)條件理想地質(zhì)條件 無大的地質(zhì)構(gòu)造（大斷層）無大的地質(zhì)構(gòu)造（大斷層） 單單煤層開采煤層開采 30 m H 典型化和理想化條件典型化和理想化條件 一定傾角的煤層沿走向一定傾角的煤層沿走向（水平煤層）（水平煤層） 主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形規(guī)律主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形規(guī)律（充分采動(dòng)）充分采動(dòng)） 1 23456789x 033 0 2 3 4 5 6 7 8 91 主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形規(guī)律主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形規(guī)律 4 3 o 1 1 2 23 3 4 o 3 r 8 6 5 5 67 7 9 89x 1、下沉、下沉 主斷面內(nèi)地表主斷面內(nèi)地表 移動(dòng)向量的鉛

41、移動(dòng)向量的鉛 直分量直分量, ,用用W W表表 示。示。 坐標(biāo)坐標(biāo) O O點(diǎn)點(diǎn):最大下沉值處的地表點(diǎn)最大下沉值處的地表點(diǎn) W W坐標(biāo)軸向下為正，單位為坐標(biāo)軸向下為正，單位為mmmm x x坐標(biāo)軸向右為正，單位為坐標(biāo)軸向右為正，單位為m m 下沉變化規(guī)律下沉變化規(guī)律 W=W（x） 最大下沉值在盆地中央，最大下沉值在盆地中央，Wo=W5； x增加，增加，W由零增加到最大，而后又趨于零由零增加到最大，而后又趨于零 4 3 o 1 1 2 23 3 4 o 3 r 8 6 5 5 67 7 9 89x W（-x）=W（x）；）； 邊界點(diǎn)由邊界點(diǎn)由 0決定；決定； 下沉曲線凹凸分界下沉曲線凹凸分界 的拐

42、點(diǎn)處，下沉值的拐點(diǎn)處，下沉值 約為最大值的一半。約為最大值的一半。 2、傾斜、傾斜 傾斜是指地表單位長度內(nèi)下沉的變化，用傾斜是指地表單位長度內(nèi)下沉的變化，用i表表 示示 單位為單位為mm/mmm/m，i i坐標(biāo)軸向下為正坐標(biāo)軸向下為正 傾斜傾斜 A B X W W A B X o W x W x WW i AB AB dx dW x W ti x 0 lim 傾斜是地表下沉的一階導(dǎo)數(shù)，傾斜是地表下沉的一階導(dǎo)數(shù)，i(x)i(x) i = tg 正負(fù)號(hào)的決定：正負(fù)號(hào)的決定： i=tg 下沉曲線的切線與下沉曲線的切線與x軸正軸正 向所夾銳角為向所夾銳角為+ 時(shí)時(shí),傾斜傾斜 為正為正; 下沉曲線的切線

43、與下沉曲線的切線與x軸正軸正 向所夾銳角為向所夾銳角為- 時(shí)傾斜為時(shí)傾斜為 負(fù)。負(fù)。 左側(cè)左側(cè) 右側(cè)右側(cè) w 0 x w o - 傾斜的正負(fù)號(hào)傾斜的正負(fù)號(hào) A B X W WA B X o W 傾斜的正負(fù)號(hào)傾斜的正負(fù)號(hào) 有兩組方向不同的傾有兩組方向不同的傾 斜斜 邊界點(diǎn)和最大下沉點(diǎn)邊界點(diǎn)和最大下沉點(diǎn) 之間的傾斜必然有正之間的傾斜必然有正 極值和負(fù)極值存在。極值和負(fù)極值存在。 (b) (a) 3 o + o 3 i(mm/m) - r x W(mm) x 傾斜的正負(fù)號(hào)的物理意義傾斜的正負(fù)號(hào)的物理意義 垂直于地表下沉曲線的桿狀物傾倒的趨向與垂直于地表下沉曲線的桿狀物傾倒的趨向與 x軸正向相同時(shí)，傾

44、斜為正；軸正向相同時(shí)，傾斜為正； 桿狀物傾倒的趨向與桿狀物傾倒的趨向與x軸負(fù)向相同時(shí)傾斜為軸負(fù)向相同時(shí)傾斜為 負(fù)。負(fù)。 A B X W W A B X o W 水平移動(dòng)水平移動(dòng) 水平移動(dòng)水平移動(dòng)- -地表移動(dòng)向量的水平分量地表移動(dòng)向量的水平分量, ,用用U表示，表示， 單位為單位為mm， 1 23456789x 033 0 2 3 4 5 6 7 8 91 U=U（x）, ,有兩組方向不同的水平移動(dòng)有兩組方向不同的水平移動(dòng) 規(guī)定規(guī)定: :正值的水平移動(dòng)與正值的水平移動(dòng)與x x軸的正方向一致軸的正方向一致 負(fù)值的水平移動(dòng)與負(fù)值的水平移動(dòng)與x x軸的負(fù)方向一致軸的負(fù)方向一致 水平移動(dòng)水平移動(dòng) 1點(diǎn)

45、點(diǎn) U1=0 5點(diǎn)點(diǎn) U5=0 9點(diǎn)點(diǎn) U9=0 U坐標(biāo)向下坐標(biāo)向下 為正為正 U o x+ - 1 23456789x 033 0 2 3 4 5 6 7 8 91 邊界點(diǎn)和采空區(qū)中點(diǎn)的水平移動(dòng)為零；邊界點(diǎn)和采空區(qū)中點(diǎn)的水平移動(dòng)為零； 邊界點(diǎn)和采空區(qū)中點(diǎn)之間有極值。邊界點(diǎn)和采空區(qū)中點(diǎn)之間有極值。 0303 x w 1 95 3 72468 o H r U o x+ - i o x+ - 水平移動(dòng)水平移動(dòng)U（x）和傾斜和傾斜i（x）的變化趨勢(shì)同步的變化趨勢(shì)同步 水平移動(dòng)水平移動(dòng)U（x）和傾斜和傾斜i（x） dx dW B xBixU )()( U o x+ - i o x+ - B一個(gè)有單位的

46、比例一個(gè)有單位的比例 系數(shù)系數(shù) 曲率曲率 地表單位長度內(nèi)傾斜的變化，用地表單位長度內(nèi)傾斜的變化，用K表示，表示， 單位為單位為mm/m2或或10-3/m。 曲率坐標(biāo)軸向上為正曲率坐標(biāo)軸向上為正 . mmm m mm mm m mmm 3 3 10/ 10 K o x 曲率曲率 i A A X i(x)B iB oX x i x ii K AB AB 2 2 0 )( lim dx Wd dx xdi x i tK x B A x BA x 數(shù)學(xué)上曲率嚴(yán)格定義數(shù)學(xué)上曲率嚴(yán)格定義 2 2 2 3 2 2 2 1 )( dx Wd dx dW dx Wd xK 2 2 0 )( lim dx Wd

47、dx xdi x i tK x 地表移動(dòng)和變形得出的曲率是數(shù)學(xué)上曲率嚴(yán)格地表移動(dòng)和變形得出的曲率是數(shù)學(xué)上曲率嚴(yán)格 定義的近似。定義的近似。 i o x+ - K o x + + - 正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào) 傾斜曲線的切線與傾斜曲線的切線與x軸正向所夾銳角為軸正向所夾銳角為+ 時(shí)時(shí),曲率為正曲率為正; 傾斜曲線的切線與傾斜曲線的切線與x軸正向所夾銳角為軸正向所夾銳角為- 時(shí)曲率為負(fù)。時(shí)曲率為負(fù)。 大小大小 K1=0 K3=0 K5=0 K7=0 中間必有極值中間必有極值 K3=0 K5=0 K7=0 K9=0 曲曲 率率 曲率正負(fù)號(hào)的物理意義曲率正負(fù)號(hào)的物理意義 正曲率的物理意義正曲率的物理意義 是地表下

48、沉曲線在是地表下沉曲線在 地面方向凸起或在地面方向凸起或在 煤層方向下凹煤層方向下凹 負(fù)曲率的物理意義負(fù)曲率的物理意義 是地表下沉曲線在是地表下沉曲線在 地面方向下凹或在地面方向下凹或在 煤層方向凸起煤層方向凸起 + + o (d) + r K(10 /m) - (c) - -3 - W(mm) 33 o x x x i(mm/m) 水平變形水平變形 水平變形水平變形單位長度上水平移動(dòng)的變化單位長度上水平移動(dòng)的變化 用用 表示，表示，坐標(biāo)向上為正，單位：坐標(biāo)向上為正，單位：mm/m o x X U X UU AB AB dX dU X U t x lim 0 水平變形水平變形 X A U A

49、p1-25 U(x) B UB oX U o x+ - o x + + - 正負(fù)號(hào)：正負(fù)號(hào)：用用tg ， 水平移動(dòng)水平移動(dòng)曲線的切線與曲線的切線與x軸正向所夾銳角為軸正向所夾銳角為+ 時(shí)時(shí),水平變形水平變形為正為正; 水平移動(dòng)水平移動(dòng)曲線的切線與曲線的切線與x軸正向所夾銳角為軸正向所夾銳角為- 時(shí)時(shí)水平變形水平變形為負(fù)。為負(fù)。 大小大小 1=0 3=0 5=0 7=0 中間必有極值中間必有極值 3=0 5=0 7=0 9=0 水平水平 變形變形 水平變形水平變形正負(fù)號(hào)的物理意義正負(fù)號(hào)的物理意義 水平變形正值水平變形正值 的物理意義為的物理意義為 地表受拉伸變地表受拉伸變 形形 負(fù)值的物理意負(fù)值

50、的物理意 義為地表受壓義為地表受壓 縮變形?？s變形。 + - 3 o + x - (m/mm) o 3 r W(mm) x 兩個(gè)相等的正極值和兩個(gè)相兩個(gè)相等的正極值和兩個(gè)相 等的負(fù)極值等的負(fù)極值 正極值為最大拉伸值，位正極值為最大拉伸值，位 于邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間；于邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間； 負(fù)極值為最大壓縮值，位負(fù)極值為最大壓縮值，位 于兩個(gè)拐點(diǎn)之間；于兩個(gè)拐點(diǎn)之間； 盆地邊界點(diǎn)、拐點(diǎn)和中點(diǎn)處盆地邊界點(diǎn)、拐點(diǎn)和中點(diǎn)處 水平變形為零；水平變形為零； 盆地邊緣區(qū)為拉伸區(qū)，中部盆地邊緣區(qū)為拉伸區(qū)，中部 為壓縮區(qū)為壓縮區(qū) 盆地邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處水平變盆地邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處水平變 形為零形為零 水平變形的變化規(guī)律水平變

51、形的變化規(guī)律 + - 3 o + x - (m/mm) o 3 r W(mm) x (d) + - + - + 3 o + + x - (m/mm) - K(10 /m) -3 U(mm) + x o 3 i(mm/m) - - x r x W(mm) x 地表移地表移 動(dòng)盆地動(dòng)盆地 內(nèi)五項(xiàng)內(nèi)五項(xiàng) 指標(biāo)變指標(biāo)變 化規(guī)律化規(guī)律 五項(xiàng)指標(biāo)之間的關(guān)系五項(xiàng)指標(biāo)之間的關(guān)系 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 dx Wd Bx dx dW BxU dx Wd xK dx dW xi xWW 非充分和非充分和 超充分超充分采動(dòng)條件下水平煤層采動(dòng)條件下水平煤層(或有一定傾角的或有一定傾角的

52、 煤層沿走向煤層沿走向) 主斷面內(nèi)地表移動(dòng)與變形規(guī)律主斷面內(nèi)地表移動(dòng)與變形規(guī)律 x o x o (e) U(x) K(x) (x) (d) o (c) x W(x) 3 i(x) (b) o 0 (a) 3 x 0 o x + - (d) o + (c) x - + - + x i(x) 0 + (b) o 3 (a) W(x) o - 30 x x x o - U(x) K(x) (x) + -o (d) + - + - + 3 o + + x - (m/mm) - K(10 /m) -3 U(mm) + x o 3 i(mm/m) - - x r x W(mm) x 第二章 水體下采煤 水

53、體下采煤地表水體下或地下水體 下采煤 開采 煤體上的水體開采空間 （由于巖層移動(dòng)和變形） 水和開采空間存在著一種水力聯(lián)系 弱水力聯(lián)系 增加排水費(fèi)用 強(qiáng)水力聯(lián)系 突水或透水事故 開灤 林西礦 時(shí)間 涌水量Q（ t /min） Qmax （ t /min） 1906-1907 2.5 1928 15.5 1961 28-34 1977.6 37-39 1977.7.28 230 1983-1998 40.5 (2430t/h)特大涌水礦井 張雙樓礦 礦井涌水量 963m3/h 礦井涌水量示例 第一節(jié) 影響水體下安全開采的因 素 地表水體：積聚在江、海、河、湖、水庫、 沼澤、水渠、坑、塘和塌陷區(qū)中的

54、水 地下水體 ：積聚在巖石和松散層空隙中的水 松散層水體 第四紀(jì)和第三紀(jì)松散層中 的含水 基巖含水層水體 砂巖、礫巖、砂礫巖及 石灰?guī)r巖溶含水層水體 采空區(qū)積水 孔隙水、裂隙水及巖溶水 一、水體的類型一、水體的類型 隔水層導(dǎo)水性能很差的巖層 導(dǎo)水層能被水透過的巖層能被水透過的巖層 含水層透水性能好且含地下水的巖層透水性能好且含地下水的巖層 隔水性和導(dǎo)水性能取決于顆粒大小和礦物成份 （主要取決于粘土的含量） 顆粒愈細(xì)，隔水性能愈好顆粒愈細(xì)，隔水性能愈好 粉土粉土 0.005mm 砂砂 0.052mm 礫礫 2mm 二、煤巖的隔水和導(dǎo)水性能二、煤巖的隔水和導(dǎo)水性能 煤巖的隔水和導(dǎo)水性能 隔水性 粘

55、土的含量（%） 良好 30 弱 1130 差 10 巖層膠結(jié)物開采前開采后 硅質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié) 隔水層(強(qiáng)度大、 不易風(fēng)化和泥化) 導(dǎo)水層 鐵質(zhì)膠結(jié) 蒙托石 鋁土 高嶺土 伊利石 隔水層 (強(qiáng)度小、易風(fēng)化、 泥化) 受壓后性能恢復(fù) 為隔水層 煤巖的隔水和導(dǎo)水性能 砂礫 含水且導(dǎo)水，導(dǎo)水性能好 節(jié)理裂隙 含水且導(dǎo)水 斷層、陷落柱 導(dǎo)水或不導(dǎo)水 垮落帶、裂隙帶 導(dǎo)水 煤 開采前為隔水層，開采后不易風(fēng)化、 泥化 ， 是導(dǎo)水層或弱導(dǎo)水層 煤巖的隔水和導(dǎo)水性能 三、地表水、地下水涌入開采空間的 機(jī)理 充水通道 開采使上覆巖層移動(dòng)和破壞，形成充水通道， 使水體滲透或潰入井下。 影響程度 使礦井的涌水量增加（水

56、體的水量少或補(bǔ)給不 足） 淹井（充水通道溝通的是地表水、采空區(qū)水、 溶洞水或地下暗河等大型水體，井下排水能力 難以滿足） 水體下開采需要了解的問題 水體的類型（水源、水量） 煤巖的隔水性能、是導(dǎo)水層還是隔水層 可能的水力聯(lián)系 四、水體下采煤的理論依據(jù) 1、“三帶”理論 對(duì)于地面水體、松散層底部和基巖中的強(qiáng)、中 含水層水體、要求保護(hù)的水源等水體，不容許 導(dǎo)水?dāng)嗔褞Р埃?對(duì)于松散層底部的弱含水層水體，允許導(dǎo)水?dāng)?裂帶波及； 對(duì)于厚松散層底部為極弱含水層或可以疏干的 含水層，允許導(dǎo)水?dāng)嗔褞нM(jìn)入，同時(shí)允許垮落 帶波及。 水體下采煤的理論依據(jù) 2、隔水層理論 水體底面與煤層之間應(yīng)有相應(yīng)厚度的隔水 層，

57、才能實(shí)現(xiàn)水體下安全采煤。 一定厚度的泥巖和粘土層是水體下安全采 煤的良好隔水層。 五、水體下的采煤方式 1、頂水采煤 對(duì)水體不處理，直接在水體下方采煤，水 體與煤層之間保留一定厚度或垂高的安全 煤巖柱。 頂水采煤適應(yīng)條件：水量大、補(bǔ)給充足、 水體距開采煤層較遠(yuǎn) 2、疏水采煤 利用排水系統(tǒng)，開掘疏水巷道或鉆孔，疏降 上部水體，再在水體下方采煤。 先 疏 水 后 采 煤 水 量 有 限 可 以 預(yù) 先 疏 干 小窯積水、采空區(qū)積水 邊疏水邊采煤 水量不太大，而水體的 分布范圍很大 3、頂疏結(jié)合采煤 受多種水體或多層含水層水體威脅 間距大于導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨鹊乃w，頂水采 煤； 間距在垮落帶和導(dǎo)水?dāng)嗔褞?/p>

58、范圍內(nèi)的水體， 疏水采煤。 頂水和疏水取決于水體與煤層的間距和水 體的 v單純的地表水（河流、水庫、湖泊）難疏 干，頂水采煤，留防隔水煤巖柱。 v單純的松散含水層水體 沖積層中的水 一般頂水采煤，留防隔水煤巖柱 沖積層厚度愈大，水源補(bǔ)給愈豐富，離煤層 愈近，威脅愈大。 砂層砂層 砂礫砂礫 水體下采煤 v 單純的基巖含水層水體 砂巖水 孔隙水 礫巖水 裂隙水 石灰?guī)r水 巖溶水 對(duì)水體的處理取決于煤層至水體的距離， 高于斷裂帶時(shí)，頂水采煤； 低于斷裂隙帶，疏水采煤。 水體下采煤 地表水+松散含水層水 松散含水層水+基巖水 地表水+松散含水層水+基巖水 采煤方法由具體情況而定 隔水層的厚度 隔水層的

59、性能 水體至煤層的距離 采厚 水量大小 水源 水 體 下 采 煤 4、堵截水源與疏水結(jié)合采煤 采用粘結(jié)性材料注入含水層的孔洞中，形成 地下?lián)跛∧?，切斷水的補(bǔ)給通道，然后疏 水采煤。 條件：含水層厚度較小、補(bǔ)給通道集中、水 文地質(zhì)條件清楚，具備可靠隔水邊界 六、水體下采煤的特點(diǎn) 主要考慮煤層與水體之間有無隔水層， 開采后隔水層能否破壞，開采引起的上覆 巖層裂隙是否波及水體 水體下采煤的保護(hù)對(duì)象是礦井本身，為保 護(hù)礦井本身必須保護(hù)水體下方的巖層 水體下采煤的主要對(duì)策是隔離和疏降 第二節(jié) 水體下采煤的安全煤巖柱留設(shè) 一、水體的采動(dòng)等級(jí)及允許采動(dòng)程度 不允許導(dǎo)水?dāng)嗔褞Р暗剿w 允許導(dǎo)水?dāng)嗔褞Р八?/p>

60、散孔隙弱含 水層水體，但不允許垮落帶波及該水體 允許導(dǎo)水?dāng)嗔褞нM(jìn)入松散孔隙弱 含水層，同時(shí)允許垮落帶波及該弱含水層 水體 水體類型 允許采 動(dòng)程度 安全煤 巖柱 1. 直接位于基巖上方或底界面下無穩(wěn) 定的粘性土隔水層的各類地表水體 2. 直接位于基巖上方或底界面下無穩(wěn) 定的粘性土隔水層的松散孔隙強(qiáng)、中 含水層水體 3. 底界面下無穩(wěn)定的泥質(zhì)巖類隔水層 的基巖強(qiáng)、中含水層水體 4. 急斜煤層上方的各類地表水體和松 散含水層水體 5. 要求作為重點(diǎn)水源和旅游地保護(hù)的 水體 不允許 導(dǎo)水?dāng)?裂帶波 及到水 體 頂板防 水安全 煤巖柱 級(jí)水體采動(dòng)等級(jí)允許采動(dòng)程度 水體類型 允許采 動(dòng)程度 安全煤 巖柱