开采沉陷地表下沉系数（3）

3 地质采矿因素对开采沉陷的影响
3.1影响开采沉陷的地质采矿因素
多年的实践经验表明，开采沉陷的分布规律取决于地质和采矿因素的综合影响。

这些地质和采矿因素中，一类是人们无法对其产生影响的，称之为自然地质因素；另一类为采矿技术因素。

波兰曾对这些地质采矿因素进行了分类，如下图所示。

只有正确的认识和掌握这些因素的影响，才能合理有效地解决矿山生产中所遇到的实际问题，才能进一步地改进移动预计方法。

其中主要包括的有以下几种地质采矿因素：
1、覆岩力学性质、岩层层位的影响；
2、松散层对地表移动特种的影响；
3、煤层倾角的影响；
4、开采厚度与开采深度的影响；
5、采区尺寸大小的影响
6、重复采动的影响；
7、采煤方法及顶板管理方法的影响。

埋藏条件的可靠性
图1
3.2 地表下沉系数的主要地质采矿影响因素分析
大量的实测资料以及理论研究已证实,地表下沉系数主要与以下地质采矿因素有关。

(1) 上覆岩层岩性。

覆岩强度对煤层开采以后上覆岩层及地表的下沉值起着重要作用。

统计规律表明,下沉系数与上覆岩层的性质密切相关,覆岩岩性越坚硬,下沉系数越小,反之越大。

通常用覆岩平均坚固性系数f 来反映上覆岩层岩性, f
按下式计算:
ƒ =
∑∑i
i i
m
10R m （1）
上式中 mi 为覆岩第i 层的法向厚度(m) ; Ri 为第i 层的单向抗压强度(MPa) 。

(2) 开采深度H 和开采厚度M 。

开采深度越大,开采厚度越小,地表下沉系数就越小。

资料表明,初次采动时地表下沉系数与深厚比有关。

根据国内30 个观测站资料回归得出下沉系数与深厚比的关系为
q = 1-0.29235
⎪⎭
⎫ ⎝⎛M δ-H 0.054573
（2）
上式中 H, M 分别为开采深度和开采厚度(m) ;δ为松散层厚度(m) 。

文献[6 ]通过模糊聚类分析也得出了沉系数与深厚比成反比的结论, 故本文采用深厚比( H/ M) 来反映采深与采厚对地表下沉系数的影响。

(3) 松散层厚度δ。

采动破裂岩体碎胀或离层是使地表最大下沉值小于采厚的主要原因。

开采影响下松散层的移动主要表现为弯曲下沉, 基本无碎胀性或离层特征,因此,表现为松散层厚度越大, 地表下沉系数也越大,公式(2) 也反映出了这一规律。

有关资料表明:如果上覆岩层中以第四纪土层为主或其厚度很大时,地表下沉系数在初次采动时可接近甚至大于1。

(4) 覆岩中坚硬岩层所占的比例。

根据关键层理论,坚硬岩层在岩层移动过程中起着重要的控制作用。

它不仅反映了上覆岩层的强度性质, 更重要的是反映了地层结构和地表下沉模式。

统计表明, 坚硬岩层在上覆岩层中所占的比例越大,地表下沉系数就越小。

(5) 是否为重复采动。

由于上覆岩层在受到初次采动时已破裂、离层而“软化”,使得重复采动时岩体的碎胀量减小,或者重复采动引起老采空区的“活化”,地表移动变形增大。

文献[1 ]在宏观上给出了下沉系数在重复采动时增大10 %～20 %的变化规律,且给出了重复采动与初次采动下沉系数之间的关系:
q 1 = (1 + a) q （3）
上式中 q 1为重复采动时的地表下沉系数; q 为初次采动时的地表下沉系数; a 为活化系数。

(6) 顶板管理方法。

顶板管理方法对上覆岩层及地表下沉值起着至关重要的作用,不同的顶板管理方法下沉系数差别很大,如采用水砂充填时下沉系数就很小。

本文考虑全部垮落法及水砂充填法管理顶板时的下沉系数,对刀柱法管理顶板及采取岩层控制措施(如离层注浆等) 时的下沉系数不作讨论。

(7) 工作面尺寸。

工作面沿走向和倾向的尺寸分别反映了两个方向的采动程度, 非充分采动时下沉系数随采动程度的增大而增大。

充分采动时下沉系数不随工作面尺寸而变化。

本文所指的下沉系数是充分采动时地表最大下沉值Wmax 与开采厚度M 的比值。

故可不考虑采动程度的影响。

当观测站工作面为非充分采动时,可将非充分采动的下沉系数按采动程度换算到充分采动时的下沉系数。

（8）采煤方法。

我国普遍采用的采煤方法是长壁式采煤法，并且大部分地表移动观测站是建立在长壁开采工作面上。

因此，本文仅讨论长壁式采煤法的下沉系数，对特殊的采煤方法如条带开采法、房柱式采煤法暂不作讨论。