变形监测作业 第7章-开采沉陷预测理论和方法 图文
第7章 大地形变监测
4．建立了地震分析预报技术系统（技术基础）
⑴ 地震数据自动采集、传输系统； ⑵ 数据处理和资料分析系统； ⑶ 震情分析和演示系统。 5．初步探索了地震孕育的理论和模型（初步的理论基础） ⑴ 单个震源：组合模型、膨胀—蠕动模型、坚固体孕震模型等； ⑵ 成组地震：多应力集中点场、构造块体成组孕震模型、活动地块动力 学模型等。
北京市地面沉降监测网站预警预报系统（二期）
北京市地面沉降监测网站预警预报系统（二期）工程包括 建成昌平区八仙庄站、顺义区平各庄站、通州区土桥 ( 张家 湾 ) 站以及大兴区榆垡站 4 个地面沉降监测站；在已有 14 个地面沉降 GPS 监测点的基础上，再建设 100 个地面沉降 GPS 与水准一体点、 10 个 INSAR 地面角反射器和 100 个 地面沉降专门监测点；在原有地下水动态监测网的基础上，在 空白区建设 5 组 15 眼地下水位动态监测井；实现全市 7 个 监测网站监测数据自动采集与传输，并建设可视化演示系统， 实现各站点地面沉降监测操作可视化。“二期工程”建成后， 将形成覆盖全市整个沉降区的地面沉降监测网，实现实时监测 北京市平原区地面沉降发展变化。2006年立项，08年建成。
3．建立了经验性预测的方法ห้องสมุดไป่ตู้判据（经验预报基础）
⑴ 异常类型（趋势异常和突发性异常）与阶段预报（中期预报与短临预 报）； ⑵ 异常的统计特征（及其参量）与未来地震关系； ① 震级与异常种类、数量、密度的关系； ② 震级与异常（趋势异常）持续时间、展布范围关系； ③ 震中与异常分布范围、异常集中区关系。 ⑶ 异常群体的时空动态演化与未来地震发震地点、时间的关系；
开采沉陷预计方法研究
摘要
针对矿区开采造成的沉陷及其诱发的自然地质灾害，沉陷监测工作显得尤为重要，从监测数据的处理分析中，我们可以获取该地区可能会发生的灾害或破坏，为地表的人、物安全提供灾害预报。本文分析了目前常用的开采沉陷预计方法、不同预计方法的优缺点和适用情况。在此基础上，选择目前使用较为广泛的基于概率积分法原理的预计方法，开展一个矿井的沉陷预计工作，根据预计结果分析这样的沉陷将给地表建筑物和构筑物造成的破坏，破坏是否会带来矿区人民生命和财产的危害。最后对使用概率积分法进行的开采沉陷预计产生误差的原因进行了分析，并提出相应的处理措施，对提高开采沉陷预计的精度有一定的借鉴意义。
关键字：矿区开采沉陷预计
ABSTRACT
According to the subsidence caused by mining induced geological disasters and natural, subsidence monitoring work appears especially important, from monitoring data processing analysis, we can obtain the region may happen for the disaster or destroy, the person, content security surface provide disaster prediction. This paper analyzed the common subsidence prediction method, the advantages and disadvantages of different methods and apply is expected. On this basis, choose a wide range of currently using the principle based on probability integral method of the expected method, the subsidence is expected to begin a mine mining job, get the first panel on the surface subsidence curve, coal and coal seam of isoline map of surface subsidence, according to analysis of the results of such subsidence will give surface buildings and structures, whether the damage caused by mining damage will bring the people's lives and property damage. Finally an error of subsidence prediction, this paper analyses the reasons and puts forward the corresponding measures to improve subsidence prediction accuracy is a certain significance.
开采沉陷的预计方法及发展
专题 论 述
开 采沉 陷 的预 计 方 法 及 发展
丁集煤矿 淮 沪煤 电公 司 琚朝旭 安徽 理 工大 学能源 与安全 学院 奚 小虎 徐 遵 玉 井欢庆
［ 摘 要］ 文简要 介绍 目前几种常用的开采沉陷预计方法（ 率积分法、 本 概 典型 曲线法和 剖面函数 法） 的原理、 点及应 用情况。并总 特 结 了近些年 来新生的开采沉陷的预计方法的原理 、 特点及其应用情 况。并 简述 了今后 一段 时间内开采沉陷预计的主导方法， 给开采 沉 陷 的 预计 带 来Baidu Nhomakorabea 定 的指 导 意义 。 ［ 关键词 ］ 开采沉陷 预计 方法 人工神经网络 灰 色理论
假如有一个波它的动量确定?p0则它的位置是完全不确定的?x如果粒子局域化?x0那么各粒子对应的是一切可能的波长或动量?p位置坐标和动量的这种不确定性是因为微观粒子具有波粒二象性因此描述微观粒子的位置不能用轨迹只能用波函数反映它在空间某点出现的几率描述微观粒子运动时不能用因果论不能建立运动学方程而只能建立相应状态下的薛定谔方程解出反映微观粒子在空间分布的几率的波函数
ｗ＿ Ｂ ｚ旦 ＋ ｚ ． （ ： 一 Ｍｆ ＝ ） １ ＋ （ ｗ Ｎｚ ） （） １
质条件不同 ， 其他矿 区不能随便套用 ； 建立典型 曲线需要大量的观测站 实测资料 ， 实测 资料不足的地区 ， 不能采用典型曲线法 ； 另外 ， 此方法原 则上只适 用于矩形或近似矩形采 区的地表移动和变形预计 ，在形状不 规则的工 作面开采时预计误差较大。这些限制 了典型曲线法的应用和 推 广 【 ” 。 ２３剖面函数法 － 剖面函数法是用某些 函数来表示各种开采条件下地表下沉盆地主 断面 内典型移动和分布情况 ， 这些 函数是典型曲线的解析表示形式 ， 是 基于实测 资料凭经验确定的 ， 与典型曲线法相 比， 剖面函数便于进行数 学处理和计算机运算 。 但由于函数形式 的限制 ， 其函数值不一定能在每 点上都 与实测确定的典型曲线值相一致 ，求得的参数也可能与实际 值有出入 ， 以， 所 用剖面 函数法预计的误差 比用典型曲线法预计的误 差 稍大。 常用的剖面函数形式有 ： 负指数函数法 、 威布尔（ ｂｒ分布法和 Ｗｅｅ） 双曲函数 剖面函数等 。 １ ２ ． ４其他预计方法 前面介绍 的三种方法是 目前应用最为广泛的 ，还有其他的一些方 法 以及在近些年来新生的一些方法在一定的条件下也能很好地预计 开 采沉陷。 主要有数值模拟法 、 相似材料模拟法 、 灰色系统理论预测法 、 神 经网络预测法和时序预测法等。 （） １ 数值 计 算 法 数值计算法是随着计算机的发展而建立起来的一种方法 。近些年 来， 数值计算法在开采沉陷预计中也得到 了广泛的应用。 目前 ， 常用的 数值计算方法主要有 ： 有限单元法（ ｉｉ ｌ ｎ ｔｏ Ｅ “ 拉格 Ｆｎｔ Ｅｅ ｔ ｈｄＦ Ｍ） ｅ ｍｅ Ｍｅ 、
矿山开采地面沉降与变形监测培训
应急预案制定与实施
应急预案概述
应急预案是为了应对矿山开采地面沉降与变形可能引发的突发事件而制定的应急方案。
应急预案内容
应急预案应包括应急组织、应急流程、应急资源和救援力量等方面的内容，确保在突发事 件发生时能够迅速、有效地应对。
应急预案实施
应急预案的实施需要建立相应的应急指挥和协调机制，确保各部门和人员能够快速响应和 协作，共同应对突发事件。同时，应急预案的实施还需要进行定期的演练和评估，以提高 应急响应能力。
数据预处理
对原始监测数据进行校准、滤波等处理，提高数据质量。
形变模型建立
根据监测数据，建立地表形变模型，进行形变分析和预测。
安全性评估
结合地质信息和监测数据，评估矿山开采对周边环境及设施的影响 ，为安全生产提供依据。
04
监测方案设计与实施
监测点布设Leabharlann Baidu则
01
02
03
04
代表性
监测点应能反映矿山开采区域 内的典型地质条件和变形特征
对人员安全的影响
威胁人员生命安全
地面沉降和变形可能导致矿洞坍 塌、地面裂缝等事故，威胁人员 的生命安全。
影响人员身心健康
地面沉降和变形可能产生噪音、 灰尘等污染，影响人员的身心健 康。
03
监测技术与方法
传统监测方法
水准测量
变形测量-第七章边坡地质灾及监测
具体监测系统之一： “CD-1型传感器”+“MCS2000瞬态波形存储器记录”+“计算 机”。 六、巡检
此外，对边坡的定期是非常必要的。巡检通常包括边坡新出现的变形、开裂、塌方、 地表水的变化等。除目测方法外，还可以采用携带式仪器和手段。
（2）为防治滑坡及可能的滑动提供技术依据； （3）对已发生滑动破坏的滑坡和加固处理后的滑坡， 作出评价； （4）为有关位移分析及数值 模拟分析计算提供参数。
变形测量-第七章边坡地质灾及监测
露天矿边坡监测的内容包括：
• 边坡面上移动值的大小和分布，移动的过程、规律； • 滑动面位置、形状、滑体的大小、滑动方向； • 边坡移动对坡顶及其附近各种建筑物的危害程度； • 加固措施的效果。 • 对边坡的变形监测，是科学管理边坡和正确处理潜在问题
变形测量-第七章边坡地质灾及监测
1．边坡监测
边坡监测与预警预报是指对边坡的稳定状态及其变 化情况和发展趋势进行监测和预报，对重要边坡还需观 测其效果和变化，并随时修正和补充处理措施。
针对不同的地质病害特征，分析研究病害机理，制 定监测方案。 监测方案包括：
监测内容：位移、变形速率、应力、地下水、声发 射、爆破震动监测等；
尺量测，也可用摄影测量的方法量测记录相关结果并加以统计分析。 2.5倾斜计测量
开采沉陷控制理论与应用技术进展
矿区开采沉陷控制理论与应用技术进展
第一讲开采沉陷灾害控制理论与技术现状
一、采矿沉陷研究得发展历程
矿山开采损害理论研究概括分为以下几个时期：
（1）对开采损害的认识和初步研究时期
l838年比利时工程师哥诺特(Gonot)提出开采损害预计的第一个理论“垂线理论”。克诺特及法国工程师陶里兹“法线理论”。依琴斯凯(Jicinsky,1876)提出了“二等分理论”等等，这些理论为以后深入研究开采损害预计理论奠定了基础；
（2）二战--80年代末期，属于开采损害预计理论研究的形成时期
形成了几何积分理论、概率计分法、典型剖面法、固体力学理论等。
（3）90年代进入第三阶段—开采损害新理论形成
大量研究揭示出天然岩体是非连续、非均质、非弹性、各向异性的介质，而且具有时效性，并存在初始地质构造应力，而以往的开采损害预计理论是没有综合考虑天然岩体的这些属性，因此需要发展一些新的开采损害预计理论。由于岩体和土的复杂性，需要发展一些全新的思想和方法，形成开采—覆岩损伤破坏—地表沉陷灾害—地面防护的综合理论方法。
二、研究开采沉陷灾害控制与治理的体系：
（1）预计理论：概率积分法；几何积分理论；典型剖面法。
（2）实验方法：物理模拟（解决的问题和存在的问题---模型比例、配比、观测方法）；数值计算模拟分析（岩土条件的复杂性、非均匀性、受地质构造和沉积过程影响）
（3）观测方法：
（a）传统的观测方法—经纬仪、水准仪和全站仪
该法通过定期对边坡控制网点进行大地坐标测量，每次测量后都把坐标值与
上期测量结果进行比较，从而得出边坡位移的方向、大小和快慢，此法能确定边坡地表变形范围，量程不受限制，能观测到边坡坡体的绝对位移量，但各点测量不能同时进行，工作量大，测量周期长，数据的读取和记录比较麻烦，连续观测能力较差。
矿山沉陷预测步骤
矿区沉陷预计(MSPS)
使用说明
中国矿业大学
开采损害及防护研究所
二零零七年六月
目录
MSPS 2007使用说明 (1)
1 安装 (1)
1.1安装预计系统 (1)
1.2卸载预计系统 (4)
1.3 安装软件狗驱动 (4)
2 程序使用 (7)
2.1程序界面 (7)
2.2 程序的使用 (8)
2.2.1数据文件准备 (8)
（1）数据文件结构 (8)
（2）在AutoCAD中获取角点坐标 (8)
2.2.2 预处理 (10)
2.2.3预计计算 (11)
2.2.4 绘图数据文件生成 (11)
2.2.5绘等值线图 (12)
2.2.6 CAD图层管理 (15)
2.2.7 工程管理 (15)
MSPS 2007使用说明
1 安装
把软件狗插在主机箱后面的接口上。
把安装光盘放入光驱，自动运行弹出程序安装界面：
图1 安装界面
1.1安装预计系统
点击“应用程序(P)”开始安装预计系统。弹出如下界面：
图2 必需的技术文件对话框
这个对话框的弹出与否与您的操作系统有关系，有的时候弹出，有的时候不弹出，您只需点击确定即可。点击确定以后，弹出如下对话框：
图3 预计系统安装界面一
点击下一步：弹出许可协议对话框：
图4 安装程序许可协议对话框选择同意，点击下一步，弹出用户信息对话框。
图5 用户信息对话框点击下一步，弹出安装文件夹对话框：
图6 安装文件夹对话框
点击更改，可以更改程序的安装路径。点击下一步继续。弹出快捷方式文件夹对话框：
图7 快捷方式文件夹对话框
点击下一步继续，弹出准备安装对话框
图8 准备安装对话框
点击下一步，程序将自动运行到安装结束。弹出安装成功对话框：
煤矿开采沉陷预计理论与方法研究评述
煤矿开采沉陷预计理论与方法研究评述
摘要：开采沉陷预计是矿山开采沉陷学科的核心内容之一,它对开采沉陷的理论
研究和生产实践都有重要意义。本文详细分析了煤矿开采沉陷预计理论与方法。
关键词：开采沉陷；预计方法；影响因素；预计误差
开采沉陷预计理论和方法是认识采动地表移动变形规律、明确沉陷移动机理、开展采动损害评价和责任认定及采动损害控制技术研究的基础，也是开采优化设
计的先决条件之一。
一、开采沉陷的预计方法
1、剖面函数法。根据不同开采条件下地表下沉盆地剖面形状,确定不同的剖
面函数来描述下沉盆地,作为预计地表移动和变形的公式,这种预计地表移动和变
形的方法统称为剖面函数法。它的优点是使用方便且直观；利用数学公式便于进
行数学分析和使用计算机解算；利用较少的实测资料就可以确定预报公式的参数值。但剖面函数不一定符合实际下沉盆地的形状,特别是预报特征点变形值时可能
出现较大的偏差。该方法仅适合于相同地质采矿条件下的矩形工作面上方的地表
移动变形预计。因此,这种方法没有被广泛使用。
2、影响函数法。目前，此法所用的参数常根据实测资料求定，可适用于任
意形状的工作面，任意开采程度、地表任意点及岩层的移动和变形预计，相比剖
面函数法应用范围较广，但没有剖面函数法精度高。目前已成为我国较成熟的、
应用最为广泛的预计方法之一。
3、典型曲线法。通过建立在研究区域的观测站观测地表移动情况，把观测
值绘制成无因次曲线，来表示移动盆地主断面上的变形曲线方法，称为典型曲线法。该方法虽然预计精度比较高，但需要大量的实测数据，由于很多区域数据不足，造成这种方法局限性比较大，并未被广泛使用。
《矿山开采沉陷观测》PPT课件
精选ppt
23
区，这种现象称为片帮。
精选ppt
3
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
精选ppt
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第十四章 矿山开采沉陷观测
§14-2 地表移动的观测
研究地表与岩层移动的方法主要有实 地观测法、理论研究法和相似材料模型 法。目前最主要的方法仍是实地观测法。 一、 地表移动观测站的设计
精选ppt
21
第十四章 矿山开采沉陷观测
1 需要收集的资料
2 观测站的设计方法
(1) 倾斜观测线位置及其长度的确定
第十四章 矿山开采沉陷观测
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14
第十四章 矿山开采沉陷观测
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
变形监测技术PPT课件
如：测定由于地下采矿而引起的地表移动. 由于火山喷发而致的环境变化
2.1.3.2优点：
……
①可同时测定变形体的任何变形
②提供完全和瞬时的三维空间信息
③大量减少野外的测量工作量
④可以不需要接触被测物体
⑤可以观测到变形体以前的状态。
地壳构造运动监测。
2 变形监测技术
2.1 变形监测方法 2.2 变形监测方案设计
2.1 变形监测方法
2.1.1 常规的大地测量方法 2.1.2 特殊的大地测量方法 2.1.3 地面摄影测量方法
2.1.1 常规大地测量方法
指用常规的经典或现代的大地测量仪器测量方向、角度、边长和高差等量所 采用的方法的总称。
S1
M
l2
(
6
2
7
5
2
8)
S2
l l12 l2 2
= arctan l2
l1
4 3 2 1
A
l
H
B
S
S2
B 6 5
7 8
S1
2.1.1.4 挠度观测 挠度：在建筑物的垂直面
S5 P5
内各不同高程点相
S4
对于底点的水平位
S3
P4
移称为挠度。
P3 S2
美国纽约‘帝国大厦’高 102层，在风荷载作用
变形监测意义：
第七章 矿山开采沉陷预测
第七章矿山开采沉陷预测
开采沉陷预计：根据已知的地质采矿条件在开采之前预先算出地表可能产生的移动和变形叫开采沉陷预计
预计参数：指在预计函数中所用到的一系列数据
按预计方法的形式：
①剖面函数；②影响函数；③典型曲线
（一）
（1）充分采动条件下地表最大下沉值
Wmax=qmcosα
m——煤层法向开采厚度，mm；α——煤层的倾角；q}——充分采动条件下的下沉系数
影响最大下沉值的因素：1）采厚；2）岩性；3）倾角；4）开采方法及顶板管理方法；5）采空区尺寸大小；6）采动次数；7）采深等
（2）非充分采动条件下的最大下沉值
Wmax=qmcosα.k√n1n2
k——系数，取2~3
n1，n2——沿倾向和走向的充分采动程度系数
n1=D1/D01，n2=D2/D02
D1，D2分别是采空区沿倾向和走向的长度；D01，D02分别为地表达到充分采动时采空区的临界长度
当倾向和走向的充分采动程度系数n1，n2同时等于或大于1时，地表达到充分采动，计算时取n1=n21=1，否则为非充分采动
（二）最大水平移动值预测
在充分采动或接近充分采动条件下，最大水平移动：
（1）走向方向
Umax =bWmax
Umax——最大水平移动；b——水平移动系数，b=0.2~0.3
（2）倾向方向
Umax= bαWmax
表土层较薄时：bα=b+0.7cotθ
表土层较厚时：bα=b+0.7（tanɑ-h/（H0-h）），其中H0——平均开采深度；θ开采影响传播角；h——表土层厚度
，P=0
概率积分法
作为开采沉陷的研究主体——岩层可以用两种完全不用的介质模型来模拟：一种是连续介质模型，另一种是非连续介质模型
开采沉陷知识总结
开采沉陷知识总结
名词解释
开采沉陷：有用矿体被采出以后，开采区域周围的岩体原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡。在这过程中，使岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的破坏现象。
地表移动：采空区面积扩大到一定范围后，岩层移动到地表，使地表产生移动变形，在地表沉陷的研究中称这一过程和现象为地表移动。
岩层移动：局部区域矿体被采出后，（在岩体内部形成一个空洞）其周围应力平衡状态遭到破坏，引起应力的重新分布，直到达到一个新的平衡，这是一个十分复杂的物理，化学变化过程，也是岩层产生移动和破坏的过程，这一过程和现象称为岩层移动。
下沉盆地：在开采影响波及到地面时，受采动影响地面由原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成了一个比采空区面积大的沉陷盆地。
充分采动：地下煤层采出后，地表下沉值达到了地质条件下应有的最大值，此时的采动为充分采动。
临界开采：正好达到其最大值。
地表移动盆地主断面：将地表移动盆地主断面上，移动盆地平底边缘在地表水平线上的投影同采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。
临界变形值：建筑物不需要维修仍能够保持正常使用所允许的地表最大变形值。
边界角：在充分或接近充分采动条件下，地表移动盆地主断面上盆地边界点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
裂缝角：在充分或接近充分采动条件下，地表移动盆地主断面上，移动盆地内最外侧的地表裂缝至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
松散型移动角：用岩层移动角自采空区边界划线与基岩松散层相交线于一点，同地表下沉值为10MM的点相连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
矿山开采沉陷学
矿山开采沉陷学
第一章：
1：在地下开采前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。局部矿体被采出后，在岩体内部形成一个采空区，导致周围岩体应力状态发生变化，引起应力重分布，从而使岩体产生移动变形和破坏，直至达到新的平衡。随着采矿工作的进行，这一过程不断重复。它是一个十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动和破坏过程，这一过程和现象称为岩层移动。
2：
充分采动区COD位于采空区中部上方，其移动特征是：煤层顶板在上覆岩体重力作用下，先向采空区方向弯曲，然后破碎成大小不一的岩块向下冒落而充填采空区。此后，岩层成层状向下弯曲，同时伴随有离层、裂隙、断裂等现象。成层状弯曲的岩层下沉，使冒落破碎的岩块逐渐被压实。移动结束后，此区内下沉的岩层仍平行于它的原始层位，层内各点的移动向量与煤层法线方向一致，在同一层内的移动向量彼此相等。
3：岩层移动形式
（一）弯曲，这岩层移动的主要形式。当地下开采后，从直接顶板开始沿层面法线方向弯曲，直到地表。
（二）岩层的垮落（或称冒落）。当煤层采出后，采空区附近上方岩层弯曲而产生拉伸变形。当拉伸变形超过岩层的允许抗拉强度时，岩层破碎成大小不一的岩块，冒落充填于采空区。此时，岩层不再保持其原有的层状结构。这是岩层移动过程中最剧烈的形式，通常只发生在采空区直接顶板岩层中。
（三）煤的挤出（又称片帮）。采空区边界煤层在支承压力作用下，一部分被压碎挤向采空区，这种现象称为片帮。由于增压区的存在，煤层顶底板岩层在支承压力作用下产生竖向压缩，从而使采空区边界以外的上覆岩岩层和地表产生移动。
《变形观测技术》课件
某水库大坝的变形观测案例
总结词
多测点与高频率
详细描述
该案例需要在水库大坝的不同位置设置多个测点，并进行 高频率的观测，以全面监测大坝的变形状况，及时发现潜 在的安全隐患。
总结词
实时监测与预警
详细描述
该案例要求实现实时监测和预警功能，一旦发现大坝变形 异常，能够及时发出警报，为决策部门提供快速响应的时 间。
变形观测的精度要求越高，对仪 器和方法的要求也越高，同时成 本也相应增加。
高精度变形观测需要采用高精度 的测量仪器和方法。
变形观测的精度要求通常以毫米 级或更小为标准。
Part
03
变形观测的常用仪器
全站仪
全站仪是一种集测距仪、
1
电子经纬仪和计算机技术
于一体的智能型测量仪器
。
4
全站仪的测量精度高，能 够满足各种变形观测的需 求，为工程安全提供可靠 的数据支持。
地质工程
对矿山、油田、水库等地质构造 进行变形监测，评估地质灾害风 险和资源开采的安全性。
岩土工程
对土体、边坡、地下工程等进行 变形监测，预防滑坡、泥石流等 自然灾害和工程事故。
变形观测技术的发展趋势
智能化
利用物联网、传感器等技术，实 现自动化、远程化的变形监测和 预警。
云计算与大数据
利用云计算和大数据技术，实现 海量数据的存储、处理和分析， 为变形监测提供更强大的技术支 持。
5开采沉陷的预计
开采影响传播角： ； =900 -k 900 0.8 180 75.60
沿走向方向计算开采宽度： ； 沿倾斜方向计算开采宽：
l L1 2S0 240 61 179m
77.5 sin 86.40 79.9m sin 75.60
0 ( L2 S1 S2 )sin(180 ) 。 L sin
19
68
200Hale Waihona Puke Baidu
474
924
1500
2076
2526
2800
2932
2981
7
(4) imax
(5) Kmax (4) Umax
0.65
2.01
4.84
9.07
13.23
15.00
13.23
9.073
4.843
2.003
0.65
8
K ( x)(mm / m2 )
U ( x)(mm)
0.020
2.869
5.186
6.480
4.724
0.000
-4.724
-6.480
-5.186
-2.869
-1.157
（三）补充例题
某煤矿一矩形工作面，近水平煤层，采用走向长壁全部垮落法采 煤，倾向充分采动，工作面走向长 120m ，采厚 1.88m ，平均采深 200m 。 已 知 地 表 移 动 变 形 预 计 参 数 为 ： s=0.05H 、 q=0.80 、 tgβ =2.0、b=0.25。试用概率积分法预计 A 点沿走向的移动变形值。
煤矿开采沉陷预计理论与方法研究评述
结果与讨论：经过对文献的综述和分析，可以得出以下结论：
1、煤矿开采沉陷预计理论与方法的研究在理论和实践方面均取得了一定的 成果。不同的预计方法在不同条件下的适用性不同，经验预计方法适用于条件简 单、数据充足的情况，而物理模拟方法适用于条件复杂、需要高精度预测的情况。
2、现有的沉陷预计模型仍存在一定的局限性和不足之处。例如，经验预计 方法缺乏对采煤机-围岩-地表系统本质特征的考虑，精度有待提高；物理模拟方 法计算复杂，对于大规模矿区的预测效率较低。此外，现有模型主要沉陷深度和 范围等指标，对于沉陷对生态环境的影响评估尚不完善。
2、生态失衡
煤矿开采沉陷会对周边生态造成严重的影响，导致植被破坏、水资源污染等 问题。通过采取新的控制途径，可以在一定程度上保护矿区生态环境，降低生态 失衡的风险。
六、结论和建议
煤矿开采沉陷有效控制的新途径为矿业领域提供了一种新的解决方案。通过 采用充填开采和条形煤回采等技术手段，结合完善的管理制度和加强监测等措施， 不仅可以提高煤炭资源的利用率、降低企业成本，还能有效保护矿区环境，减少 对周边社区的影响。
3、未来的研究方向应包括以下几个方面：一是改进沉陷预计模型，提高预 测精度；二是完善土地复垦方案，加强对受损土地的修复治理；三是加强矿区生 态环境保护，评估沉陷对生态环境的影响，提出相应的保护措施。
参考内容
基本内容
随着煤炭开采的深入，开采沉陷问题日益突出。为了更好地监测和控制开采 沉陷，自动化监测系统的研究成为了重要的研究方向。本次演示旨在探讨煤矿开 采沉陷自动化监测系统的研究现状、应用和未来发展方向。
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（b）颗粒移动概率模型
图5-1随机介质的颗粒介质的理论模型
如果在a1格处（中心坐标为x=z=0）放出单位体积的小 球，则z水平的概率分布曲线P(x,z)趋近于一条正态分布概 率密度曲线。
P(x, z)
1
x2
.e 4 AZ
4 AZ
令： rz 4AZ
P(x, z)
1
e
x2 rz2
rZ
Z水平单元开采下沉盆地的表达式
x2 r2
（二）移动变形最大值及参数
主要影响半径
拐点平移距
Baidu Nhomakorabea
z x
W(x) H
o
m
BC
W0
S0
移动和变形曲线的偏移
（三） 移动和变形分布函数值表
例题
半无限开采 采深31m，采厚1.45m 概率积分参数：q=0.76，tanβ=2.2，S=4m，b=0.36 预计地表移动最大值和距边界内外10m处（A、B） ， 两点的移动变形。
预计手段 预计时采用的函数
分类
①基于实测资料的经验方法 ②影响函数法 ③理论模拟法 ①解析法—（过时） ②图解法—（过时） ③计算机软件 ①剖面函数法 ②影响函数法
7.2 概率积分法
概率积分法基本原理 半无限开采时地表移动盆地走向主断面沉陷预计 有限开采时地表移动盆地主断面沉陷预计 地表移动盆地内任意点的移动与变形的预计
we (x, z)
1 rZ
x2
e rZ2
地表形成的单元下沉盆地的表达式 Z=H ， rZ r 4AH
We (x)
1 r
x2
e r2
（二）单元水平移动
假定岩体只发生变形而不发生体积变化
三维： 二维：
e x y z 0 x z 0
x
U e (x, z) x
z
We (x, z) z
U e (x, z) We (x, z)
7.1 概述
基本概念
开采沉陷预计：对一个计划进行的开采，在开采之前根据其 地质采矿条件和选用的预计模型、参数，预先计算出受此 开采影响的岩层和（或）地表的移动和变形工作，称为开 采沉陷预计，简称“预计”。
预计的作用：（1）定量表达某一个开采将产生的地表移动 和变形在时空上的分布规律；（2）掌握地面的损害程度； （3）地面建(构)筑物保护及治理的依据。
dW0 (x)
W0
[ e
x2 r2
e
(
xl r2
)2
]
i( x) i( x
l)
dx
r
基本概念
平面问题：指某一方面开采是无限的（y方向，一般指充 分采动），该方向不考虑，研究另一方向的移动。
半无限开采：指在平面问题中（y→∞），x方向的开采 已使地表达到充分采动。
有限开采：在平面问题中，x方向的开采不使地表达到充 分采动。
（一）移动和变形的预计公式
z
We
1
e
x2 r2
r
x
dW
W(x)
变形与沉陷工程学
环境与测绘学院 郭广礼 电话：15351632038
邮箱：GUOGL65@126.COM
1
7 开采沉陷的预计理论和方法
7.1 概述 7.2 概率积分法 7.3 概率积分法预计参数的求取方法 7.4 概率积分法预计专门问题 7.5 典型曲线法 7.6 剖面函数法 7.7 综合分析 7.8 开采沉陷的数值模拟与物理模拟
预计的精度：必须要满足工程的需要
预计内容
• 最大值预计：沉陷盆地的最大值，某一指定点的最大值 • 主断面上的移动和变形预计 • 地表任意点移动及变形值预计 • 岩体内任意点移动和变形值预计 • 多工作面和（或）多煤层开采时岩层和地表移动变形预 计
预计需要的基础数据
• 煤层数据：开采厚度（采高）m；煤层倾角а；开采深度
随机介质理论首先由波兰学者李特威尼申于50年代引入 岩层移动研究，后由我国学者刘宝琛、廖国华等发展成为概 率积分法。
概率积分法基本原理
作为开采沉陷研究主体的岩体可以用两种完全不同的介 质模型来模拟：一种是连续介质模型，一种是非连续介质模 型。
李特威尼申等应用非连续介质力学中的颗粒体介质力学 来研究岩层及地表移动问题，认为开采引起的岩层和地表移 动的规律与作为随机介质的颗粒体介质模型所描述的规律在 宏观上相似。
-14m
A
10m
6m
B o
10m
H=31m
S=4m
有限开采时地表移动盆地主断面的沉陷预计
-W(x-l)
O W
W(x)
O1 W(x)
W0
x W0
AC
DB
E
S3
l
S4
D3
有限开采时地表的移动与变形
W0 (x) W0 {[1 erf( 2
x )][1 erf( r
x
r
l
)]
W(x)
W(x
l)
i0 ( x)
（一）单元体下沉现象
P(x,z)
第五层 第四层 第三层 第二层 第一层
a5 b5 c5 d5 e5 a4 b4 c4 d4 a3 b3 c3 a2 b2 a1
z 地表
1/16 4/16 6/16 4/16 1/16
1/8 3/8 3/8 1/8
1/4 1/4 1/4
1/2 1/2
1
x
（a）理论模型
概率积分法是因其所用的移动和变形预计公式含有概率 积分而得名。这种方法是将矿山岩层移动作为一个服从统计 规律的随机现象来讨论。因此，这种方法是以随机介质理论 为基础的一种预计方法，也叫随机介质理论法。
经过我国开采沉陷工作者20多年的研究，概率积分法预 计已成为我国较成熟的、应用最为广泛的预计方法之一。
H S
o m
dS
S W(s)
半无限开采时下沉
公式汇总
W (x) W0 [erf ( x) 1]
2
r
i( x)
dW(x)
W0
e
x2 r2
dx r
k(x)
d2W(x) d2 x
2
W0 r3
xe
x2 r2
U(
x)
bri(
x)
bW0
e
x 2 r2
(x)
brk ( x)
2
b
W0 r2
xe
H1、H2、H0 • 开采工作面数据：采空区走向长D3、倾向斜长D1；描述 工作面形状的坐标数据；工作开采速度 • 地质采矿数据：顶板管理方法，上覆岩层的性质 • 预计参数：对应预计模型的参数，由实测数据反演或类 比
预计方法分类
最常用预计方法： 概率积分法、典型曲线法和负指数函数法
分类依据 建立预计方法的途径
x
z
Z水平单元水平移动表达式
Ue
(x,
z)
B(z)
We (x, x
z)
B(z)ie
(x,
z)
地表单元水平移动表达式，Z=H，B=B（H）为常数
Ue (x)
B
dWe (x) dx
Bie (x)
Ue
(x)
2Bx
rZ3
x 2
e rZ2
单元盆地水平移动与单元下沉盆地的倾斜分布成正比
半无限开采时地表移动盆地走向主断面沉陷预计