变形监测作业 第7章-开采沉陷预测理论和方法 图文
矿山开采沉陷观测
经验教训
总结矿区沉陷治理的经验教训，为类似矿区的治理提供借鉴和参考。
05
矿山开采沉陷观测的未来发 展
智能化沉陷观测技术
自动化数据采集
利用无人机、遥感等技 术实现沉陷观测数据的 自动化采集，提高数据 获取的效率和精度。
人工智能分析
利用机器学习、深度学 习等技术对沉陷观测数 据进行智能分析，实现 沉陷形态的自动识别和 预测。
实时监测预警
通过物联网、云计算等 技术实现沉陷区的实时 监测和预警，及时发现 潜在的安全隐患。
沉陷观测数据共享与服务平台
数据整合
将不同来源、不同格式的沉陷观测数据进行整合， 形成统一的数据共享平台。
全自动沉陷观测站能够实现自动化数 据采集，减少人工干预，提高观测效 率和准确性。
全自动沉陷观测站采用高精度测量设 备，能够准确测量矿山开采沉陷的深 度、范围和变形量等参数。
实时监测
全自动沉陷观测站具备实时监测功能， 能够及时发现矿山开采沉陷的变化情况 ，为采取相应的应对措施提供依据。
GPS定位技术
沉陷产生的原因
地下矿藏开采
随着地下矿藏的开采，矿体周围的岩 层失去支撑，导致应力平衡破坏，引 起岩层移动和地表沉陷。
地下水流失
矿藏开采过程中，地下水被大量抽取 ，导致地下水位下降，土层失去水分 支撑，进而产生沉陷。
沉陷对环境的影响
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地表形态改变
沉陷使地表形态发生明显变化 ，形成塌陷坑或塌陷盆地，影
综合利用率。
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跨界合作
加强与其他领域的合作，如土地资源管理、环境保护等，共同推进矿区
开采沉陷
名词解释：1.半无限开采：沿着工作面推进方向x 区间0到正无穷上被开采，而沿垂直工作面推进方向的开采尺寸足够大，使之达到充分采动。
（1.2--1.4H ）2.主要影响半径：半无限开采主要的地表移动和变形均发生在r x -=～r +的范围之内，称r 为主要影响半径。
2.下沉盆地的角度参数： 边界角：开采达到或接近充分采动是，移动盆地主断面上盆地边界点和采空区边界点连续与采空区外侧水平线的夹角移动角：开采达到或接近充分采动时，移动盆地主断面上临界变形点和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角。
下山、上山和走向方向的移动角分别用β、γ和δ来表示；i=± 3.0mm/m ；E=±2.0mm/m ；K=±0.2×10-3/m 。
裂缝角：开采达到或接近充分采动时，采空区上方地表最外侧位置裂缝和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角最大下沉角：在移动盆地的倾斜主断面上，采空区的中点与地表下沉盆地中点的连线与矿层下山方向水平线的夹角3.启动距：地表开始移动式工作面推进距离地表开始移动：观测地表下沉值达到10mm地表移动时间：从地表开始移动到地表停止移动的持续时间。
分为启动。
活跃。
衰减阶段，1.67mm/d ，百分之854.减沉开采：是通过改变采场顶板管理方法控制顶板下沉量，达到减缓地表沉陷量5.协调开采：根据开采引起地表移动变形分布规律，通过合理的开采布局，开采顺序，方向时间等方法，减缓开采地表变形值6.变形缓冲沟：是在建筑物周围地表挖掘的一定深度的沟槽。
沟深超过基础底面深200--300mm ，沟槽不小于600m ，沟外缘建筑物外侧1--2m7.变形缝：是将建筑物从屋顶到地基分成若干长度较小，刚度较大，自成变形体系的独立单元8安全开采上限：安全开采边界的标高9.安全开采深度：地表至安全开采边界的距离，即地面标高与安全开采上限的标高之差10.安全煤岩厚度：水体地面向下至安全开采上边界水平面之间的距离11.“三下”采煤：是指在建筑物下、铁路和公路下、水体下进行开采。
《矿山开采沉陷观测》课件
智能化沉陷观测技术是指利用先进的信息技术、传感 器技术和数据处理技术，实现沉陷观测的自动化、智 能化和高效化。
智能化沉陷观测技术能够提高观测精度和效率，减少 人工干预和误差，为矿山安全生产提供更加可靠的技 术支持。
自动化数据处理与分析
自动化数据处理与分析是指利用计算机技术和软件技术， 对沉陷观测数据进行自动处理、分析和挖掘，以获取更加 准确和深入的矿山开采沉陷信息。
观测结果
发现矿区地面沉陷深度达到 1.5米，沉陷面积超过3平方公 里，主要集中在采空区附近。
结论
该矿区地面沉陷严重，需采取 措施控制沉陷进一步发展，加
强矿区环境保护。
某矿区地下水位观测案例
观测目的
了解矿区地下水位变化情况， 预测矿坑突水等安全事故，保
障矿区安全生产。
观测方法
建立地下水位观测井，定期进 行水位测量，分析水位变化规 律。
GIS技术的优点包括强大的数据 管理和空间分析能力、可视化效 果好等，能够为矿山开采沉陷观
测提供全面的技术支持。
04 矿山开采沉陷观测案例分 析
某矿区地面沉陷观测案例
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观测目的
了解矿区地面沉陷程度、范围 和规律，为矿区安全和环境保
护提供科学依据。
观测方法
采用水准仪、全站仪等测量仪 器，定期对矿区地面进行高程 测量，分析地面沉降数据。
《矿
• 矿山开采沉陷概述 • 矿山开采沉陷观测方法 • 矿山开采沉陷观测技术 • 矿山开采沉陷观测案例分析 • 矿山开采沉陷观测的未来发展
01 矿山开采沉陷概述
矿山开采沉陷的定义
矿山开采沉陷是指由于地下矿藏的开 采，导致地表及地表下的岩层和土体 发生变形、位移和破坏的现象。
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。
观测站：在研究对象上按一定要求设立的一系列测点，这些测点统称为观测站。
起动距：地表开始移动时工作面的推进距离称为起动距。
超前影响：在工作面推进过程中，工作面前方的地表受采动影响而下沉，这种现象称为超前影响。
超前影响角：将工作面前方地表开始移动的点与当时工作面的连线，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
超前影响距：开始移动的点到工作面的水平距离称为超前影响距。
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=qmcosαm——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√n1n2k——系数，取2~3n1，n2——沿倾向和走向的充分采动程度系数n1=D1/D01，n2=D2/D02D1，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 =bWmaxUmax——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基本假定：（1）岩体是各向同性的、均质的、不连续介质，开采引起的各方向移动与方向无关（等影响原理）：（2）承认线性迭加原理（3）弯曲带内的岩体只产生形变而不发生体积变化；（4）移动稳定后地表下沉盆地的体积等于采出体积单元开采：开采厚度和宽度均为无穷小单位的开采单元盆地：单元开采形成的盆地单元下沉：单元盆地中的下沉单元水平移动：单元盆地中的水平移动平面问题：指某一方向开采是无限（一般是充分采动），在另一个方向的开采可以是无限的（充分采动），也可以是有限的（非充分采动）半无限开采：指在平面问题中，开切眼一侧的煤层未被开采，而其他方向的煤层已全部采出有限开采：指在平面问题中，一个方向无限开采，另外一个方向有限开采参数r的意义（最大倾斜处的下沉为最大下沉值的一半）rβ——主要影响角；tanβ——主要影响角正切主要影响角：将x=±r的地表点与煤壁相连，其连线与水平线之间所夹得锐角β称为主要影响角水平煤层半无限开采主断面地表移动与变形计算公式下沉：Wmax=mqcosɑ倾斜变形：imax=Wmax/r曲率：Kmax=±1.52Wmax/r²水平移动：Umax=bWmax水平变形：εmax=±1.52bWmax/r移动及变形曲线的平移拐点偏距：由于采空区悬顶的作用，使地表下沉曲线的拐点距离煤壁有一定的距离，该距离称为拐点偏距①当四周未开采时，l=l0 -2S走，L=L0-S上-S下②当倾向方向两侧已经开采时，L=L0+S上+S下注意：当周围无老采空区时，拐点偏向采空区内侧；当周围有老采空区时，拐点偏向采空区外侧例一：枣庄田屯煤矿开采2024工作面，H0=31米，m=1.45米，α=12°，采宽100米，属充分采动，参数为：q=0.76，tanβ=2.2,s=4（米），b=0.36预计采后地表移动变形最大值和主断面上距边界内外10米A，B两点的移动变形。
开采沉陷形成机理及其预测方法
�)8 图见(域区个三为分划可地盆动移表地态静的成 形终最�下件条的造构质地大有没内围范响影动采、动采分充超到达、坦平表地 方上区空采在。同相尽不小大及质性形变和动移的位部个各�内地盆动移在 。角倾的 层煤于决取置位对相的区空采和地盆动移 。角倾层煤和状形的区空采于决取状形 的地盆动移表地。围范区空采的应对于大远围范的地盆动移表地�明表测实 征特的地盆动移表地)二(
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11 图
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观地实于由。法数函面剖即�法方验经的形变和动移表地计预下件条矿采质地同 不合适出结总渐逐�识认的律规形变和动移表地对深加断不�累积的料资测观着 随�象现陷沉采开表地识认段手的测观过通要主们人�期初究研陷沉采开在 。法数函面剖为称统 法方的形变和动移表地计预种这�式公的形变和动移表地计预为作�地盆沉下述 描于用数函面剖的同不定确来 �状形面剖地盆沉下表地下件条采开同不据根 法数函面剖、1 。法线曲型典和法数函面剖有要主法方计预和算计验经的性表代有具且而泛广 较比用应�前目。式公验经计预算计及以格表者或线曲、式公析解括包式形数函 的值形变和动移种各计预定确�系关的件条采开下地与形变和动移表地出找�析 分和结总行进料资测观际实的量大对过通�础基为料资测实以是法方验经 法方验经的料资测实于基 �一� �有法方的形变 和动移表地计预的用常 。务任的计预陷沉采开是值形变和动移种各的内地盆沉下 算计件条矿采质地体具据根�形变和动移种各现出内围范地盆沉下表地在。地盆 沉下个一成形表地在�表地到展发动移层岩�候时的大够足围范采开下地当 法方计预陷沉采开 、一 。的同不是值的数参计预�说来采开的同不对�数常是数参 计预�说来采开的定特个一对。的定确素因和据数矿采质地的采开个那的计预所 据根是据数些这�据数列系一的到用中)等形图或式公析解(数函计预在指是�数 参计预。中数参和数函的计预在映反�素因和据数矿采质地些这�时计预在 。等度进进推面作工和 � 。H、H、2H、1H 度深采开的均平和的上面断主向走、界边山上、界边山下区空 采� 。α 角倾层煤�m 度厚采开向法的层煤�有件条矿采质地的到用时计预 状形面作工�质性的层岩覆上�法方理管板顶�2D 长斜向倾、1D 长向走区空采
开采沉陷学
3）冒落带和裂缝带合称为两带，又称为冒落裂缝带或 导水裂缝带。
4）导水裂缝带高度与岩性有关。 5）裂缝带随着工作面推进距离的增加，当采空区扩大
到一定范围时，裂缝带的高度达到最大。
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
弯曲带指的是裂缝带之上直至地表的整个岩 系。其岩层移动和破坏特征：
（一）对地表移动盆地形态的影响
• 在水平和近水平矿层开采条件下，地表移动盆地是 以采空区中心对称的椭圆。在倾斜矿层开采条件下， 地表移动盆地为偏向下山方向的非对称椭圆，形状 为碗形或盘形。随着倾角的增大，这种非对称性增 大，当矿层倾角接近90°时，又成为对称的椭圆， 地表移动盆地为碗形或兜形。
1.4岩层与地表移动与地质采矿 条件的关系
影响开采沉陷分布规律的地质和采矿因素
1.4岩层与地表移动与地质采矿 条件的关系
覆岩力学性质、岩层层位的影响
• 组成岩层的岩石可分为坚硬（f>6）、中硬（f=3~6）和软弱 （f<3）三种类型。
• 1．在覆岩坚硬的条件下，岩层及地表移动具有如下特征： • 采空区悬顶面积大、地表易产生非连续性变形。 • 岩层及地表下沉量小，拐点平移距大。 • 急倾斜矿层开采条件下，地表易出现塌陷坑或塌陷漏斗。 • 移动角较大。 • 导水裂缝带高度较大。 • 在覆岩较弱的情况下，有与以上相反的特征。
第1章 地表移动和变形的规律
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
岩层移动和破坏过程
采空区上覆岩层移动和破坏示意图 采空区影响范围内影响带的划分示意图
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
岩层移动和破坏的形式 1．弯曲 2．垮落，又称冒落 3．矿体的挤出，又称片帮 4．岩石沿层面的滑移 5．岩石的下滑 6．底板的隆起
沉降观测与评估技术简介PPT课件
ห้องสมุดไป่ตู้
2021年6月17日
机械工业勘察设计研究院
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五、工作分工与职责——施工单位
• 施工单位主要负责以下内容：
1．负责线下工程变形的观测。
• 1．《客运专线无碴轨道铺设条件评估技术指南》 （铁建[2006]158号）；
• 2．《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》 （铁建设[2006]189号）；
• 3．《全球定位系统(GPS)铁路测量规程》 (TBl0054-97)；
• 4．《国家一、二等水准测量规范》(GBl2897— 2006)；
机械工业勘察设计研究院
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六、沉降变形观测及评估工作程序
• 建设单位制定管理办法，建立管理机构； • 咨询单位制定基础工程沉降观测及评估的指导方案； • 设计单位提出沉降观测基准网的建立方案和标准，完成基础
2021年6月17日
机械工业勘察设计研究院
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• 具体的说评估如何来做 ：
• 1、路基
•
路基施工至设计标高(有预压土方时至预
压土方的顶面)后，先持续观测不少于6个月
时间后，根据这6个月的观测数据，绘制“时
间一填土高度一沉降量”曲线，按实测沉降
推算法或沉降的反演分析法，分析并推算总
沉降量、工后沉降值，并初步分析推算最终
的30％。对于地质复杂、沉降变化大以及过渡段等 区段，平行观测的数量不应少于50％。平行观测的 断面和观测点要固定，并进行全过程观测。 • 3．完成平行观测实施方案，报咨询单位审核，建设 单位批准后实施。 • 4．对平行观测数据的真实、可靠性负责，并建立观 测和评估数据库。 • 5．负责提交平行观测数据、图表及分析报告。
变形监测及沉陷工程学内容提要
煤炭高校“十二五”规划教材变形监测及沉陷工程学邓喀中、谭志祥、姜岩、戴华阳、师芸、徐良骥编内容提要本书分为两篇。
第一篇为工业与民用建（构）筑物变形监测及控制技术，包括工业与民用建（构）筑物变形规律、变形监测控制网设计及监测方法、变形监测数据处理及变形控制技术。
第二篇为矿山开采沉陷及控制技术，包括矿山开采沉陷规律及观测站设计、矿山开采沉陷预测、开采沉陷的数值模拟与物理模拟法、建构筑物保护煤柱设计及损害评定方法、建构筑物下采煤技术、水体下（上）采煤技术、开采沉陷对环境的影响及其治理等。
本书为煤炭高校测绘工程专业本科生教材，也可共有关专业研究生、生产技术人员、设计人员和科学研究人员参考。
前言具有矿业特色高校的测绘工程专业大都开设《变形监测与沉陷工程学》课程，原使用教材为1991年何国清等编写的《矿山开采沉陷学》，已不能满足现有大纲教学的要求。
本书是在该教材基础上，为适应教学改革、学科发展需要，删减、合并了部分内容，并增加了工业与民用建筑物的变形监测网设计、变形监测方法和数据处理、变形控制技术等内容，为煤炭高校“十二五”规划教材。
本书涉及面较广，学生在学习本课程前，一般应先学习以下课程：数字测绘技术、高等数学、普通物理、线性代数、概率论与数理统计、矿井地质、煤矿开采、矿山测量、卫星导航及定位技术、弹性力学、误差理论与测量平差等。
全书共分两篇。
第一篇为工业与民用建（构）筑物变形监测及控制技术，包括：变形体变形规律、变形监测网设计、变形监测方法、变形监测数据处理及工程变形控制技术。
第二篇为矿山开采沉陷及控制技术，包括矿山开采沉陷的基本概念、规律、变形观测站设计、开采沉陷预计理论、建筑物下、水体下、线性构筑物下开采技术、井筒煤柱开采及开采沉陷对环境的影响，可根据实际需要进行选修。
本书由邓喀中主编。
参加编写有：邓喀中（前言、第一章、第八章），谭志祥（第五章、第九章、第十章、第十一章）、姜岩（第七章）、戴华阳（第二章、第六章）、师芸（第三章、第四章）、徐良骥（第十二章）。
变形观测与沉陷
若将式2-3、式2-4相加则测站Ⅰ、Ⅱ所测高差之和中消除了标尺零点误差的影响。故作业中应将测站数目安排为偶数。
适用条件
1.适用于地面不平坦的山区，或者两者相近但不通视的复杂地形
2.3
原理
液体静力水准测量又称连通管测量，它是利用静止的液面传递高程的一种测量力法，它的优点是：两点间不需要通视，观测精度高，可实现观测的自动化。
若为两端不测定向角的导线，则应按下述方法进行计算：
（1)首期观测完成后，在图示的坐标系中，按支导线计算各导线点和导线加密点的坐标，并按坐标反算计算A、B二端点间的边长SAB。
（2）以后各周期的重复观测完成后，依同法进行计算，设求得第i号导线点的坐标为xi’和yi’，导线两端点间边长为SAB。
（3）由于观测点（包括端点）的位移，以及观测值中所包含的不可避免的误差，使计算的S’AB不等于其基准值SAB。如果测定了端点位移，并对S’AB施加改正数△S,则S’AB+△S=SAB。这样，以后各周期的重复观测结果均应满足这一边长条件（由于导线两端未观测定向角，故不产生方位角条件）。在图示资用坐标系中，可得
（式1-16）
根据边长平差值和角度平差值计算各点的坐标 和 ，并与首期观测所计算的基准值比较，即可求得各点的位移值 和 。
适用条件
1.可在交通不便、气候恶劣地区，采用导线法来测量位移。
1.4
1.4.1
观
如图所示，1，2，点为互不通视的控制点， 为建筑物上的位移观测点。由于 及 不能直接测量，为此必须测量连接角 及 ，则及通过计算
水准仪在作业中由于受温度等影响，i角误差会发生一定的变化。这种变化有时是很不规则的，其影响在往返测不符值中也不能完全被发现。减弱其影响的有效方法是减少仪器受辐射热的影响，避免日光直接照射。如果认为在较短的现测时间内角误差与时间成比例地均匀变化，则可以采用改变观测程序的方法，在一定程度上消除或减弱其影响。因此水准测量规范对观测程序冇明确的要求，往测时，奇数站的观测顺序为:后视标尺的基本分划，前视标尺的基本分划，前视标尺的辅助分划,后视标尺的辅助分划，简称“后前前后”;偶数站的观测顺序为：前视标尺的基本分划,后视标尺的基本分划，后视标尺的辅助分划,前视标尺的辅助分划，简称“前后后前”。返测时，奇、偶测站的观测顺序与往测偶、奇数站相同。
开采沉陷
充分采动角：是指在充分采动的情况下，在地表移动盆地的主断面上，移动盆地平底的边缘在地表水平线的投影点和同侧采空区边界线与煤层在采空区一侧的夹角。
主断面：通常将地表移动盆地内通过地表最大下沉点，所做的沿煤层倾向和走向的垂直断面称为移动盆地的主断面。
最大下沉角：在倾斜主断面上，由采空区的中点和移动盆地最大下沉点，在基岩上投影点的连线与水平线之间沿煤层下山方向一侧的夹角。
边界角：在充分采动或接近充分采动的情况下，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称为边界角。
移动角：在充分采动或接近充分采动的情况下，地表移动盆地主断面上三个变形中最外边的一个临界变形值点，至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。
裂缝角：在充分采动或接近充分采动的情况下，地表移动盆地主断面上，移动盆地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称为裂缝角。
启动距：通常把地表开始移动（下沉为10mm ）时的工作面推进距离称为启动距。
超前影响：在工作面推进过程中，工作面前方的地表受采动影响下沉，这种现象称为超前响。
最大下沉滞后距离：当地表达到充分采动后，在地表下沉速度曲线上，最大下沉速度点的位置总是滞后回采工作面一固定距离，此距离称为最大下沉滞后距离。
最大下沉滞后角：把地表最大下沉速度点，与相应的回采工作面连线和煤层在采空区一侧的夹角，称为最大下沉速度滞后角。
预计参数：是指预计函数中用到的一系列数据，这些数据是根据所预计的那些工作面的地质采煤条件确定的。
下沉系数：下沉系数q 与开采的顶板控制方法有关，若本矿区没有实测下沉系数，也可以根据类比的方法确定。
其可用公式表示为αmcos q 0W = 拐点偏距：在走向半无限开采中，实际开采边界与计算机边界之间沿煤层的平距称为拐点偏距。
水平移动距离：指地表最大水平移动值和最大下沉值的比值建立典型曲线的步骤1.根据某矿区的地质采煤条件，将各观测站分为若干组。
矿山开采地面沉降与变形监测培训
采空区的形成与扩展
采空区的形成是矿山开采的必然结果，随着开采深度的增加 ，采空区规模不断扩大。
采空区的扩展会导致岩层移动和地面沉降与变形，对周边环 境和设施造成影响。
地面沉降与变形的后果与影响
地面沉降和变形会导致土地资源损失、建筑物和基础设施 损坏、生态环境破坏等。
监测数据的预警与决策支持
总结词
通过实时监测矿山开采过程中的地面沉降与变形数据，可以及时预警并支持决策者做出 科学合理的决策。
详细描述
建立完善的监测系统，对矿山开采区域进行实时监测，获取地面沉降与变形的数据。通 过对数据的分析，可以及时发现异常情况并进行预警。同时，监测数据可以为决策者提 供科学依据，制定相应的预防和控制措施，有效减少地面沉降与变形对矿山开采的影响
培训国际化
计划开展国际合作培训，引进国外先进的监测技术和理念，提升我 国在这一领域的整体水平。
实践应用研究
加强与矿山企业的合作，深入开展地面沉降与变形监测在实际生产 中的研究，推动技术的实际应用。
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XX矿区采空区治理案例
治理பைடு நூலகம்的
对XX矿区采空区进行综合治理， 防止因采空区塌陷引发安全事故
。
治理方法
采用充填、注浆等工程技术手段， 对采空区进行填充和加固，提高其 稳定性。
治理效果
经过综合治理，采空区的稳定性得 到显著提高，有效降低了塌陷风险 ，保障了采矿作业的安全。
XX矿区地下水保护案例
01
保护目的
• 培训总结与展望
01
矿山开采地面沉降 与变形监测概述
定义与重要性
采场底板变形破坏探测原理与方法优质PPT资料
关键：双端堵水器。
b)加压(水或气)使胶囊膨胀封堵钻孔，在钻孔中分隔出两胶囊之间的观测段；
观测过程： 应力测量法
关键：双端堵水器。
钻孔注(放)水资料可得到底板破坏深度；
a③)钢物尺 探量法测：法钻；孔声a波)法先将胶囊处于收缩状态的双端堵水器推入钻孔中的观
测深度位置； 穿过岩体的声波波速与岩体力学性质、应力状态、结构状况等密切相关。
由于岩体中一般存在节理、裂隙，声波的传播将会受到这些非连续面的影响，波速降低，能量衰减。 多点位移计量测法：是一种专门用于钻孔位移测量的仪器，精度达±0.
岩层的开采扰动破坏深度。 钢尺量测法：比较简单，在孔口外钢丝端系上重锤，用钢尺量测孔口点与重锤的相对距离即可。
②位移观测仪器：
钻孔注水量：是指人为向钻孔内注入的水量；
采用一定的钻孔布置方案和观测方法，可以观测到不同深度处的底板岩层在开采前后的注(放)水量变化，从而判断底板岩层的开采扰
动工破作坏 面深开度采。前采，向用采场一底板定岩层的中钻钻一定孔深度布的钻置孔。方案和观测方法，可以观测到不同深
所测结果不是关于点的变化资料，而是观测范围内整个钻孔段的变化资料。
度处的底板岩层在开采前后的注(放)水量变化，从而判断底板 在推进过程中测试钻孔推过前后，注(放)水量的变化。
应力卸压带，底板岩层由于法向弹性变形恢复，整体向上位移，
岩层中的原生裂隙重新张开，并进一步扩展、贯通，使岩层渗
采场透底板性变形增破坏大探测，原理这与方时法 钻孔注(放)水量会增大；
②岩石力学法：钻孔岩移观测法
③随采场继续向前推进，采空区顶板岩层下沉，底板垂向 在开采过程中当测点处的岩层发生移动时，在孔口通过测量仪器测出该点岩层与孔口处岩层的相对位移值，就表示测点处的岩层移动
《变形观测成果整》PPT课件_OK
回归分析
假设P有个自变量x1, x2 ,, xp ，n是观测值的个
数，因变量的观测值、观测值的均值及回归值分 别用符号 y、y、yˆ 表示。
总离差平方和，表示观测值与均值之差的平方
和，它反映了数据总的波动情况：
n
n
Lyy ( yi y)2 yi2 ny 2
i 1
i 1
18
回归分析
13
回归分析的基本原理
变量之间的关系分为两类，一类是变量之间存 在着完全确定的函数关系，称为函数相关；另一 类是变量之间存在统计上相关，称为统计相关， 即既存在一定的制约关系，又不能由一个（或几 个）变量精确地求出另一个变量的值来。使用统 计方法研究变量之间统计相关的规律就是回归分 析，它利用建立的经验公式处理连续型随机变量 之间的相关关系。
20
2 ．理论上，变行体的变形场是惟一的客观存在。 由于观测误差和模型误差的存在，无法获取客观存在 的变形场。因此，在外业数据采集过程中，在内业数 据处理和变形分析中，均应采用合适的方法和程序排 除误差干扰，以便获取客观变形场的最佳描述。
3
平差过程
(1)采取一定的物理方法或数学模型消除系统误差的 影响，获得仅包含偶然误差的观测值空间向量。如采 取一定的观测程序和方法消除仪器的误差，将系统误 差作为未知参数进行解算等。
对于第一个问题，主要运用专业的知识来确定，然后利用 统计检验的方法对因子的显著性进行检验，以使回归方程中只 保留影响显著的因子，剔除影响不显著的因子。
n
y b0 bi xi v
i 1
第二个问题：利用最小二乘法由观测资料计算回归系数的 估值，实际上就是测量中的间接平差问题。
16
回归分析
逐步回归的基本思想是在众多的自变量中，根 据这些自变量对回归方程影响程度的大小，逐次 地选入到回归方程中，在这个过程中，先前被选 入回归方程的变量，有些由于其后新引入的变量 而失去了重要性，这时就应从回归方程中将它们 淘汰掉。持续上述过程，直到回归方程中不在有 可淘汰的变量，也没有再可引入的变量为止，最 后所得的结果就是选定的回归方程。
开采沉陷地表移动变形监测及规律分析
开采沉陷地表移动变形监测及规律分析煤炭资源是我国国民经济和社会发展的基础性能源与重要原材料。
近年来,由于煤炭资源的高强度开采,所造成的地表沉降和环境问题也日益显现,为满足矿井安全开展’三下’采煤工作的需要,恢复与重建矿区生态环境,对矿区的地表移动沉陷进行持续的监测显得极为重要。
对于传统的地表监测方法来说,其工作周期长、劳动强度大且覆盖面积也有限,不能适应矿区生产的要求。
随着我国第三代“北斗”卫星导航定位系统的组网,GNSS技术的精度得到了很大的提高,与之相关的自动化监测设备、CORS-RTK技术等在矿山测量中应用也得到了推广。
受矿区地理环境的影响,地表移动沉陷的规律也较复杂,同时,由于GNSS技术受高程精度限制较大。
因此,本文针对朱集东矿1222(1)工作面的地表移动变形规律及探究CORS-RTK技术在矿山测量中应用的精度及RTK高程、高差代替四等水准测量的可行性。
本文所做的工作和成果如下:通过对朱集东矿1222(1)工作面进行资料收集、选点埋石、外业数据采集、数据整理等工作,结合矿山开采沉陷理论及矿山开采沉陷综合数据处理与分析软件MISPAS软件、HGO等进行外业数据进行计算及分析,求取地表移动变形参数,绘制了地表移动变形图,分析了地表移动变形规律等。
通过对1222(1)工作面附近村庄的监测点观测,结合“三下”采煤的相关理论和要求,求取村庄监测点的移动变形量,采用村庄三维变形显示系统软件简称“3DMS软件”对村庄监测点的移动变形进行可视化显示,在此基础上分析村庄变形规律及变形趋势。
通过对高程系统理论知识的学习,对高程转换模型进行研究,建立了二次曲面模型、多面函数模型、BP神经网络模型三种高程转换模型,并采用1222(1)工作面前期静态数据训练,验证了高程转换模型的精度和可靠性,在此基础上对外业采集的CORS-RTK数据进行高程转换,将转换后的高程、高差与四等水准测量的高程、高差进行对比,探究了 RTK高程在矿山开采中代替四等水准测量的可行性。
开采沉陷总结
从采空区到地表覆岩坏范围逐渐增大，破坏强度逐渐减弱，划分为三带:跨落袋，裂隙带和弯曲下沉带；五区：垂坠下移区，垂直上移区，垂直与水平移动区，地板下移区和开采支撑压力区。
覆岩移动破坏形式：弯曲，跨落，片帮，滑移，滚动，底鼓。
主断面：是指与开采边界方向垂直，并通过地表最大下沉值的垂直剖面。
稳态移动盆地划分为三个区域：中性区，压缩区和拉伸区下沉盆地的角度参数：边界角：开采达到或接近充分采动是，移动盆地主断面上盆地边界点和采空区边界点连续与采空区外侧水平线的夹角；移动角：开采达到或接近充分采动时，移动盆地主断面上临界变形点和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角；裂缝角：开采达到或接近充分采动时，采空区上方地表最外侧位置裂缝和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角；最大下沉角：在移动盆地的倾斜主断面上，采空区的中点与地表下沉盆地中点的连线与矿层下山方向水平线的夹角。
启动距：地下开采达到一定范围之后，岩层移动开始波及地表，通常降地表开始移动时工作面的推进距离。
启动距通常约为平均采深的1/4-1/2.地标移动时间：从地表开始移动（下沉量大于等于10mm）到地表移动停止*连续6个月内地表下沉量小于等于30mm)d 持续时间。
影响地表移动变形的主要地址采矿因素：1.岩石力学性质对覆岩移动破坏的影响，2岩石力学性质对开采沉陷分布的影响3松散层对地表移动的影响4矿层倾角的影响5采深与采高的影响6开采方法和顶板管理的影响7开采范围的影响8开采速度的的影响9重复采动的影响。
移动变形规律:1.当覆岩中的关键层位于覆岩的中上部时，关键层的断裂失稳对地表移动变形的变化影响很大；2.通常开采速度越快，地表的移动变形越小；3.当开采速度小于2m/d-3m/d时，开采期间的短期的停滞对地表保护物影响不大；4.采动地表动态变形与采深采高比H/m有关。
开采沉陷预计理论有：影响函数方法，理论模型方法，经验方法半无限开采：沿着工作面推进方向x 区间0到正无穷上被开采，而沿垂直工作面推进方向的开采尺寸足够大，使之达到充分采动。
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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
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
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)
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)
（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
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。
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。
x
z
Z水平单元水平移动表达式
Ue
(x,
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
（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
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
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
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。
-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)
变形与沉陷工程学
环境与测绘学院 郭广礼 电话：15351632038
邮箱：GUOGL65@
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
dW0 (x)
W0
[ e
x2 r2
e
(
xl r2
)2
]
i( x) i( x
l)
dx
r
x2 r2
（二）移动变形最大值及参数
主要影响半径
拐点平移距
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。