采空区地表沉陷规律的研究
浅析煤矿采空区地表沉陷预防及应对措施
面构 筑 物 ， 要 在建 设前 期 加强 构筑 物抗 沉 陷的 能力 。对
响地面水体 、 土壤 、 植被 的依 附环境 ， 加速植被 、 耕地的 退化 ， 污染周围居民的生活用水 ， 增加煤矿开采 的生产
难 度和 生产 成本 。
于采空区构筑物的基础， 除了要有满足设计要求的强
度 、刚度 和 承载 能力 外 ， 还 应具 有 一 定 的适 应地 表 变 形 的能力 ，以抵抗 或部 分 吸收 地表 变形 ， 使 构筑 物上 部 结
２ ． ３ 诱 发 二次 地质 灾 害
物 安 全 隐患 ，造 成大 量 土地 资 源 的浪 费 和人 民群众 财 产 的不必要 损失 。因此 ， 如何 预 防并 治理好 煤 矿采 空 区 的沉 陷 问题 ， 势必 会关 系到 煤炭 资 源 的安 全 、 绿 色 开发 及 国家 经济 、 社会 、 生 态 的健康 发展 。
作者简介 ： 李旭 （ １ ９ ７ ８ 一 ） ， 男， 汉族 ， 山西 太 原 人 ， 在读 研 究 生 ， 主 要研 究方 向 ： 煤炭资源高效开采。
２７
环 境 科 学
水体疏干 、 污染 以及 开 采矿 井 透水 等 灾 害事 故 ， 直 接影
２ ０ １ ４ 年（ 第４ ３ 卷） 第１ ｌ 期
危害 ， 文章从技术 、 政策 、 法律等层 面提 出了一些预 防及应对措施 。 关键词 ： 采空 区； 沉 陷ห้องสมุดไป่ตู้； 构筑物 ； 复垦 ； 生态环境
１ 概 述
随着 我 国 国 民经济 的飞速 发 展 ，对 于 能源 的消耗
陷 的矿 山 中 ， 约有 ９ ０ ％是 煤 矿 。
煤 矿采 空 区 的地 表沉 陷 ，对 于 生 产活 动 及环 境 的 危害 主要 体现 在如 下几 个方 面 。 ２ ． １ 损毁 地表 人工 构筑 物
采空区地表沉降变形规律研究
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2021年第06期·35·文章编号：2095－6835（2021）06－0035－03采空区地表沉降变形规律研究王亚林，郑周（江苏省第二地质工程勘察院，江苏徐州221000）摘要：通过理论分析、采空区实测数据以及灰色模型模拟方法的结合，对张双楼煤矿采空区上方的光伏发电项目沉降变形进行分析研究，发现地表移动形变的延续时间与地表整体的不均匀沉降具有相当密切的联系，利用灰色模型理论对未来沉降量模拟预测，预测结果较好，有助于更好地服务指导矿区的开采、采空区域的二次开发、沉陷灾害控制与环境保护等，并为相似条件下的矿区的发展和保护提供一定的参考。
关键词：灰色模型；移动形变；延续时间；沉降中图分类号：TU196文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2021.06.011一光伏发电项目位于位于徐州矿务集团张双楼煤矿采空区上方，地下煤层开采后，地表发生了较为明显的移动变形，主要表现为整体沉降下的局部不均匀连续沉降，未出现塌陷坑、地裂缝、台阶等非连续变形现象[1]。
分析研究该采空区地表变形的特征，以及局部不均匀连续沉降对光伏发电运营的影响程度，有助于更好地指导矿区的开采、采空区的二次开发利用、沉陷灾害控制与环境保护等[2]。
1地表沉降观测点的布置矿区平面如图1所示。
由资料可知，张双楼矿区煤层赋存于二叠系山西组和石炭系太原组，其中可采煤层为4层，分别为7煤、9煤、17煤和21煤，倾角范围15°～33°，基本属于缓倾斜煤层。
在采空和未来采空影响区域内共埋设沉降观测点375个，一期238个全部位于7煤工作面上方，二期137个部分位于7煤、9煤工作面上方。
实际观测点布置如图所示，进行了18个月的沉降观测，共计8期，并在矿区后续开采过程中会对沉降点持续测量。
图1矿区平面示意图监测点均匀分布在采空区影响的光伏发电项目区域内，对于项目区域内的地表的变化情况能较为直观地表现出来。
绿色矿山密实充填开采地表沉陷规律研究
绿色矿山密实充填开采地表沉陷规律研究摘要为保护地表建筑物、农田、河流及主要井巷，在城镇范围内留设了大量优质煤柱资源。
该部分矿量属于典型的“三下”开采，因此如何在保证地表及矿山主要井巷安全的前提下，最大限度地回收优质的煤炭资源，对矿山可持续发展意义重大。
我矿充分借鉴其它煤矿连采连充技术，利用煤矸石作为充填骨料，实现高浓度充填，解决煤矸石地表堆放难题、消除环境污染、解放保安煤柱、减轻地表沉降对地表建构筑物的损坏，提高安全开采保障程度和资源回收率。
关键词绿色矿山密实充填地表沉降一、密实充填开采的背景充填采矿法由于能够确保“三下”开采安全，最大限度地回收矿产资源，保护地下、地表环境，特别是近些年来，由于充填材料、充填工艺、管道输送装备和技术的不断进步、充填成本的不断降低及其无可替代的优势，密实充填开采方法在煤矿开采中有很大的优势。
目前，由于存在以下难题，矿山可持续发展受到一定程度的制约：1、由于多年的强化开采，掘进产生的煤矸石日益增多（按12%的煤矸石产出率，每年新增煤矸石近20万吨），现有煤矸石山容积已近饱和，如何为新增煤矸石堆放寻找出路成为当务之急。
2、煤矸石山位于城区内，靠近柴汶河，对城镇环境和柴汶河水系造成严重污染。
如果能够将这部分煤矸石彻底消化，不仅可以恢复宝贵的土地资源，创造显著的经济效益（按每亩土地20万元计算，占地近200亩的煤矸石山占用资金4000万元），而且会对保护环境、创建绿色矿山作出重大贡献，经济效益、社会效益和环境效益显著。
3、为保护地表建筑物、农田、柴汶河及主要井巷，在城镇范围内留设了大量优质保安煤柱。
由于该部分矿量属于典型的“三下”开采，因此如何在保证地表及矿山主要井巷安全的前提下，最大限度地回收这部分宝贵的煤炭资源，对矿山可持续发展意义重大。
二、开采方法的调研及开采沉降的分析论证1、密实充填开采试验区开采设计方案充填开采试验区位于-210水平西部，开采范围：东至-210～-600原皮带井保安煤柱线，西至充填联络巷，南至矸石充填运输巷，北至矸石充填回风巷。
充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律
充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律
1.采空区范围：
采空区是指煤矿开采后留下的空洞空间，采空区范围的大小和形状直接影响着地表沉
陷的程度。
较大的采空区范围会导致更为显著的地表沉陷，因此采空区范围是影响沉陷的
主要因素之一。
2.充填体性质：
充填体的性质对于地表沉陷的影响至关重要。
充填体的强度、厚度、密实度以及变形
特性都会直接影响地表沉陷的情况。
一般来说，较为坚实的充填体可以有效减缓地表沉陷
的速度和程度。
3.开采方式和工艺：
不同的开采方式和工艺会对地表沉陷产生不同的影响。
采煤工艺中的采高采宽比、回
采方式、支护方式等都会对地表沉陷产生较大影响。
4.地质条件：
地质条件是影响地表沉陷的重要因素之一。
地表沉陷的程度与地下岩层的性质、构造
形态、地下水位等都密切相关。
5.采煤深度：
采煤深度是直接影响地表沉陷程度的主要因素之一。
一般来说，采煤深度越大，地表
沉陷的程度就越严重。
二、充填采煤开采沉陷影响规律
5.充填采煤开采对地表建筑和地下管线的影响：
充填采煤开采引起的地表沉陷对周围的建筑、道路、地下管线等都会产生严重的影响。
充填采煤开采沉陷的影响规律对于保护地表建筑和地下管线具有重要意义。
充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律是一个复杂而又重要的问题。
研究这一问题
对于指导煤矿生产、保护地表建筑和地下管线、保证矿山安全和改善生态环境都具有重要
意义。
希望各界能够加大对于这一问题的研究力度，为充填采煤开采沉陷问题的解决提供
更为科学的依据。
采矿区塌陷及沉陷区治理方式探析
采矿区塌陷及沉陷区治理方式探析摘要：地表沉陷是由采矿采空区所引发的，随着大规模的煤炭从地下采出，采空区范围不断扩大和加深，必然会导致严重的地质环境问题的发生。
我国部分地区由采矿区引发的地质环境问题首当其冲，塌陷坑、地裂缝、沉陷区等所造成环境危害和修复难度也最大，通过加强采矿区塌陷及沉陷区治理方式的深入研究与探讨，对采空区地面沉陷区的形成与治理方式进行了初步探讨，为其综合治理提供了一些方法，对实现绿色矿山建设和可持续发展具有十分重要的意义。
关键词：采矿区；塌陷；沉陷区；治理方式引言在实际开展采矿沉陷区治理工作的过程中，相关人员应该有效结合采矿沉陷区所属类型和当地实际情况，选择适宜的综合治理模式，不但要有效地修复自然生态系统，还要为整个矿区可持续发展提供有效保障。
1采矿区塌陷及沉陷区的形成及危害沉陷区形成原因主要有两点：第一，大面积长时间的采矿开采，地下逐渐形成了采空区，采矿区内岩层稳定性变差，易导致岩层断裂、弯曲，地表水平及垂直移动等现象；第二，因开采矿区的水文地质条件影响比较复杂，受采空扰动的影响，巷道顶板塌落，形成采矿区。
由于沉陷区的形成改变了水文地质条件，地表水系受到破坏，周围水系受到严重影响，特别是对于平原矿区，地下水位较浅且降水集中，随着采矿区形成，地表会形成沉陷水域，进一步使沉陷区内可利用土地面积减少，自然景观被破坏，动植物栖息环境受影响，生物多样性锐减，因此对于沉陷区治理迫在眉睫。
2采矿区形成过程采矿区是指在采矿作业过程中，将地下煤炭或煤岩石等开采完成后留下的空洞或空腔。
在采矿工程开采过程需要将地下煤炭资源开采运走，一般会在掘进过程中，采用类似道路上过山隧道方法，逐步打通地下煤炭所在位置到采矿井口间的隧道，一般会将开采过程中遇到的矿石、煤炭等运送到地面，以便形成合理的运送和开采作业面，随着煤炭和其他矿石的不断运出，地下形成了采矿区。
由于开采工艺和使用技术不同，采矿区略有差别，一般会以采矿井口为中心，向煤炭资源存储点形成采煤巷道，采煤巷道类似过山隧道的形状。
采空区塌陷规律资料
采空区塌陷规律资料第一章绪论研究背景随着国民经济的快速发展，对矿产资源需求口益增加，伴随着矿石的开采人们获得了巨大的经济效益，然而采空区安全问题口益突出。
部分矿山采用空场采矿法开采，矿体开采后，形成了大面积采空区，随着采空区规模的扩大，采空区地压不断增加，局部出现应力集中现象，采空区局部冒落，矿柱变形并破坏，最终有可能导致采空区塌陷，严重威胁到矿山的安全生产。
近几十年来，采空区冒顶塌陷事故不断，造成了重大人员伤亡和经济损失，部分采空区现状己成为矿山安全生产的重大隐患，采空区塌陷己成为矿山生产的重要地质灾害之一「1-3] 以大冶桃花山矿采空区塌陷事故为例，该矿山采用空场采矿法，经过多年开采，己形成多水平大面积采空区。
由于回采结束后采空区缺乏有效支护手段，1998年至2003年矿山共发生过六次采空区塌陷事故，上下采空区连通且塌陷至地表，形成了一个长约70- 80 米，宽约30-}-50米，50米深，面积约3000平方米的近似圆形塌陷坑，给矿山生产带来了巨大经济损失[[4-6]采空区塌陷是一个复杂的力学时空过程，矿山岩体复杂，影响因素极多，解决这类问题需要进行全面系统的研究。
研究采空区塌陷规律，可以找出矿山采空区塌陷的主要影响因素，判断塌陷区的发展趋势以及现有采空区的稳定性，为采空区塌陷预警、采矿工程设计、采空区治理工作、采空区安全评价等提供理论依据。
准确的采空区塌陷规律研究对矿山安全和生产具有重大作用，准确的研究结果可保证最大限度的回收国家矿产资源，避免资源的浪费，为矿山带来巨大经济效益，同时可指导矿山生产的安全进行，预防塌陷事故的发生和降低塌陷事故带来的危害。
因此，在地下采矿形成大规模采空区时，掌握采空区塌陷规律，对矿山安全生产的顺利进行具有重要意义[7]。
2国内外研究现状采空区塌陷规律的研究，是矿山重要课题之一。
采空区塌陷问题研究的重点是采空区顶底板的管理、采空区围岩的控制、采空区上覆岩层移动规律和采空区地压活动所导致灾害的控制及地表沉陷的控制。
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
海如拉·热合曼
（新疆煤田灭火工程局，新疆 乌鲁木齐 830063）
摘要：煤矿采空区地表塌陷危险预测具有综合性的特点，相关部门需根据煤层深度、覆盖变化、工程地
质条件等，搜集完备的数据，进行先期预测判断，多角度分析煤层开采对环境的影响程度，并提出相应的解
针对煤矿开采，施工部门必须准确分析采空区地表塌陷 的原因，设计合理的解决方案，同时根据采空区结构与煤 层分布，进行全面控制与精确预测，确保开采工作的有序 进行，促进煤矿产业的平稳发展。实际调查发现，现在大 多数的煤矿开发企业都没有重视施工预案的安排，没有考 虑开采中可能出现的突发情况，如地表塌陷、煤层陷落等 问题。从施工角度分析，造成采空区地表塌陷的因素有很 多，施工人员操作不当、施工步骤环节分布错误、监督检 测缺失、环境考察不到位等等。所以，不管在开采前还是 开采后，都必须派施工队检测地质结构，整合信息数据， 并结合煤矿开采的实际情况做好预报工作，提升整个施工 的安全性。
降速率。同时，监管部门需定时观测搜集地表塌陷的程 度，制作成表格，以便后期分析核对，完善施工计划。其 中，最为关键的是采空塌陷区的矿坑信息调查，技术人员 可以利用无线探测仪来勘测采空区矿坑的分布位置、构造 破碎情况、蚀变带和节理裂隙，导入数据库形成三维动画 图，技术部门便可以参照这些信息数据来预测判断地表塌 陷情况，从而合理制定解决方案。 3.3 正确处理地表塌陷问题，确保煤矿资源有序开采
易出现地面凹陷。根据实地调研和资料分析，山西地带煤矿 开采的深度大，形成“U”型凹陷形态，逐渐发育成冒落带。
2）如果进行多层开采，机械开采工具会造成岩土层松 动，稳定性下降，采空区的空间位置也会越来越小，地面 塌陷的系数也越来越高。根据各类数据来看，矿层一般分 为6层，如果不断开采挖掘，则导致整个采空区内部沉陷， 继而发生安全事故。
采空区地表沉陷及移动规律的数值模拟(1)
ＩＳＳＮ１６７ｌ一２９００ＣＮ４３—１３４７／ＴＤ采矿技术第８卷第４期ＭｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖ０１．８，Ｎｏ．４２００８年７月Ｊｕｌ．２００８采空区地表沉陷及移动规律的数值模拟金爱兵，明世祥，孙金海（北京科技大学土木与环境工程学院，北京１０００８３）摘要：在室内物理力学试验、ＥＨ一４综合探测采空区的基础上，利用ＭＩＤＡＳ／Ｇ髑建立三维数值模型，通过动态模拟某河床下民采开采过程，研究了沉降区覆岩移动规律，得到了与实际监测结果相吻合的结论，并在此基础上对沉降区范围和变化规律进行了预测，为采空区治理方案的确定提供了依据关键词：ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ；采空区；地表沉陷；地表移动；数值模拟某铁矿北区与中区之间的人工渠槽下所留保安矿柱遭到民窑采矿的严重破坏，留下了约４６．７万ｍ３的采空区，与该人工渠槽沉陷区对应的１。
民采空区冒落裂隙带已发展到地表。
为防止雨季河床水沿裂缝流入井下，与采空区贯通造成重大事故，２００５年６月对河床表面进行了应急加固处理。
加固后的河床在雨季过后（２００５年ｌＯ月）再次发生沉陷，河床、河堤、沿河公路均出现了不同程度的沉陷和沉陷裂缝破坏，沉陷裂缝宽度达３～５ｌｌＵｎ。
沉陷情况见图１～图２。
图１河堤沉降裂缝图２河床混凝土防冲刷层沉降裂缝通过对２００５年８月２５日与２００４年７月２４日沉降观测记录的比较，河堤沉陷深度最大达一０．７９５ｍ。
河床内沉陷面积达１２５６８ｍ２，已形成以０。
观测点东北３０Ｉｎ处为中心，河床内外沉陷面积达３３１７５ｍ２的近似环形的锅底状沉降盆地。
２００５年１０月马河渠槽再次发生的剧烈沉陷，可以明显看出本次沉陷发生在原沉陷范围内，这说明该人工渠槽沉陷并没有得到根治，还需要进一步查明河床下民采空区的岩移规律及影响因素。
本文正是在此基础上，结合变形监测成果，采用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ数值模拟软件，对民采空区地表沉陷、覆岩移动及渗流规律进行数值模拟研究ｎ－２１，并对沉降区塌陷范围及时空变化规律进行预测，为采空区治理方案的确定提供依据。
采空区地面沉降
下列地段作为建筑场地时，应评价其适宜性 （1）采空区采深采厚比小于30的地段； （2）采深小、上覆岩层极坚硬，并采用非正规开采方法地段； （3）地表倾斜为3-1Omm/m，地表曲率为0.2-0.6mm/m2或地表 水平变形为2-6mm／m的地段。
七、采空区勘察 （1）勘察目的和任务 对老采空区主要查明采空区的分布范围、采厚、埋深、充填 情况和密实程度、开采时间和开采方式等，评价上覆岩层的稳定 性，预测残余变形的影响，评价采空区作为建筑场地的适宜性。 对现采空区和未来采空区尚应预测地表移动的规律，计算预 测地表移动和变形特征值，并根据地表变形特征值和建筑物容许 值，评价对建筑物的危害程度，制定建筑物保护和加固措施。 （2）勘察方法 采空区勘察主要通过搜集资料和调查访问，必要时辅以物探、 勘探和地表移动的观测等手段，以查明采空区特征和地表移动基 本参数。
采 空 区 a 采空区 a 采空区
A
A
（a）
（b）
（c）
地表移动盆地特征 （a）水平岩层；（b）倾斜岩层；（c）急倾斜岩层
开采近水平或缓倾斜矿层时，走向和倾向主剖面均通过采空区 中心，开采倾斜矿层时，倾向主剖面通过采空区中心，走向主剖面 向下山方向偏离，矿层倾角越陡偏离越多
地表移动发展阶段 地表移动可划分出三阶段，即起始阶段、活跃阶段和衰退阶 段。 起始阶段：地表下沉值达到10mm至下沉速度小于50mm/月 的阶段； 活跃阶段：地表下沉速度大于 50mm/ 月（急倾斜煤层大于 30mm/月）； 衰退阶段：活跃阶段结束至连续六个月下沉值不超过 30mm 时为止。
地表移动盆地及特征 当地下开采影响到达地表以后，在采空区上方地表形成的凹地 称地表移动盆地。当开采达到充分采动、地表变形已达稳定后的盆 地称最终移动盆地。 中间区：位于采空区正上方，地表下沉均匀，地面平坦，一般 不出现裂缝，地表下沉值最大。 内缘区：位于采空区外侧上方，地表下沉不均匀，地面向盆地 中心倾斜，呈凹形，产生压缩变形，一般不出现明显裂缝。 外缘区：位于采空区外侧煤层上方，地表下沉不均匀，地面向 盆地中心倾斜，呈凸形，产生拉伸变形，当拉伸变形值超过一定数 值后，地表产生张裂缝。 内缘区 外缘区 外缘区 内缘区 中间区
煤矿开采的采空区对地面沉陷
详细描述
监测预警系统是预防和减轻地面沉陷灾害的 重要手段之一。通过建立和完善这一系统， 可以实时监测采空区的形态变化和地面沉陷 情况，及时发现和预警潜在的危险，为采取 有效的应急处置措施提供支持，最大程度地 减少灾害损失。同时，监测预警系统的建立 和完善也有助于提高煤矿开采的安全性和可
靠性。
THANKS
采用各种监测手段，如地压监测、矿压监 测等，对采空区进行实时监测，及时发现 和预警可能出现的地面沉陷。
应急处理措施
制定应急预案
针对可能出现的地面沉陷，制 定应急预案，明确应急组织、
应急流程和救援措施。
建立应急救援队伍
建立专业的应急救援队伍，配 备必要的救援设备和器材，确 保在发生紧急情况时能够迅速 响应。
详细描述
采空区的形成和发展是一个复杂的地质工程过程，涉及到多种因素，如煤层厚度、采煤方法、顶板管理方式、地 质构造等。深入研究这些因素之间的相互作用和影响，有助于揭示采空区发展的内在规律，为地面沉陷的预测和 防治提供理论支持。
采空区对地面沉陷的数值模拟研究
总结词
利用数值模拟方法，模拟采空区的形成和发展过程，预测地面沉陷的规律和趋 势，为制定防治措施提供依据。
地下水状况
地下水压力和流动对土 层稳定性产生影响，进
而影响沉陷程度。
采空区对地面沉陷的预测方法
01
02
03
04
数值模拟
利用数值计算方法模拟地层应 力分布和沉陷过程。
经验公式法
根据开采参数和地质条件，利 用经验公式预测沉陷程度。
现场监测
通过在采空区周围设置监测点 ，实时监测地层变形和沉陷情
况。
综合分析法
监测与控制实例
山西某煤矿
沿采煤工作面推进方向的地表沉降规律研究
环境工程2018·10107Chenmical Intermediate当代化工研究技术应用与研究沿采煤工作面推进方向的地表沉降规律研究＊刘应龙（山西汾西正善煤业有限责任公司 山西 032300）摘要：随着煤炭浅部资源的消耗殆尽，采掘活动逐渐向深部延伸成为必然，为了最大限度地保护矿区地貌、建构筑物、水体等不受或少受地表沉降损害，研究煤矿开采引起的地表沉降移动规律特别必要。
通过对宏盛煤矿11032工作面采空区沉降进行完整的观测研究，得出沿工作面走向的部分移动规律，为研究地表沉降及开拓部署决策提供参考。
关键词：开采沉降；走向；移动规律中图分类号：TD327 文献标识码：BStudy on the Law of Ground Settlement Along the Advancing Direction of Coal FaceLiu Yinglong(Shanxi Fenxi Zhengshan Coal Industry CO., LTD., Shanxi, 032300)Abstract ：With the depletion of shallow coal resources, it is inevitable that mining activities will gradually extend to the deep part. In order tomaximize the protection of mining area landforms, structures, water bodies from or less by surface subsidence damage. It is very necessary to study the movement rule of surface subsidence caused by coal mining. Through the complete observation and study of goaf settlement of 11032 working face of hongsheng coal mine, the partial movement rule along the strike of working face is obtained, which provides reference for the study of ground settlement and development and deployment decision.Key words ：mining subsidence ；trend ；movement rule煤层采出后，地表沉降是普遍存在的，这给地表建构筑物的稳定及居民生产生活带来威胁。
ch2-1 开采引起的地表沉陷规律
ψ
3
δo r
2、倾斜
倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，用i表 示 单位为mm/m，i坐标轴向下为正
倾斜
Δ X W A B W
A
o WB
X
i AB
WB W A W x x
W dW i lim t x 0 x dx
倾斜是地表下沉的一阶导数，i(x)
倾斜的正负号
i = tg 正负号的决定： ① i=tg 下沉曲 线的切 线与 x轴正 向 所 夹 锐 角 为 + 时 ,倾 斜 w 为正; 下沉曲 线的切 线与 x轴正 向所夹锐角为-时倾斜为 o 负。 ② 左侧w0 右侧w0
D D′ D″ 采空区 A A′A″ o B B″ B′
γ γ γ ″
0
C″ C′ C A A′A″ φ B″B′ B φ
δ δ″ δ
0
δ δ δ″
0
C C′ C″ φ
β ″β β
0
θ
急倾斜煤层边界角、移动角、裂缝角
φ φ φ φ
" β
β β0
λλ
0
" λ
急倾斜煤层的顶板、底板边界角、移 动角和裂缝角
下沉曲线的凹凸或内 外边缘区分界点称为 拐点
δ
0
B
B
非充分采动的近水平煤层地表移动盆地
B
δ
A A
ψ3 ψ3
0
采空区
B
δ0
ψ3 A
ψ3 A
δ0
δ
0
B
B
缓倾斜和中倾斜煤层地表移动盆地
B
γ0
采空区
A
W0
B
β0
1 ψθ
A
移动盆 地在倾向 方向上与 采空区不 对称
矿山地表沉陷规律探索
路、 管路、 建筑物 、 河渠 、 生态环境等 ， 都带来不同程度 在倾斜矿层条件下 ， 岩石的 自 重力方向与岩层的 的影 响 。
层 理面不 垂直 。因此 ， 岩石 在 自重 力 的作 用下 ， 除产生 （） ２ 裂缝 或 台阶 在 地表 移动 盆地 的外边缘 区 ， 表可 能产 生裂 缝 。 地
学 变化过 程 ， 是岩层 产生 移动 和破坏 的过程 ， 一过 也 这 程 和现象称 为岩层 移动 。
以近水平 矿层 开采 为例 ， 当地下 矿层 采 出后 ， 采空
① 弯 曲 弯 曲是 岩层 移动 的 主要形式 。 当地 下 矿层采 出后 ， 上覆 岩层 中的各 个分层 ，从 顶板 开始沿 层理 面 的法线
方向， 依次向采区方向弯曲， 直到地表。在整个弯曲范 围内 ， 可 能 出现 数量 不多 的微小 裂缝 ， 岩层 基本 上保持
其 连续性 和层状 结构 。 ② 岩层 的垮 落 采 区矿 层采 出后 ， 顶板 岩层 弯 曲而产生 拉伸 变形 。
区顶板岩层在 自重力及其上覆岩层重力 的作用下 ， 产 生向下的移动和弯曲。当其 内部拉应力超过岩层的抗 拉强度极限时 ， 顶板首先断裂 、 破碎 、 相继冒落。 随着工 作而推进 ， 受采动影响的岩层范围不断扩大。 当开采范
２ 覆岩移动规律和变形特征
（） １ 覆岩 的受力状 态
根 据观测 和研 究 的结果分 析 ， 在整个 移动 过程 中 ，
开 采空 间周 围岩层 的移 动形式 可 归纳为 以下 ５种 ：
局 部矿 体被采 出后 ， 在岩体 内部形成 一个 空洞 ， 其 周 围原 有 的应 平衡状 态受 到破 坏 ，引起应 力 的重 新分 布 ， 至 达到新 的平衡 ， 是 一个 十分 复 杂 的物 理 、 直 这 力
路基下煤矿采空区地表塌陷特征及其形成机理
公路2007年10 月第10期HIG HW A Y O ct. 2007 N o . 10 文章编号: 0451- 0712( 2007) 10- 0101- 05 中图分类号: U 416. 1: T U 475. 4 文献标识码: A路基下煤矿采空区地表塌陷特征及其形成机理王兵1, 2, 杨为民3,王辉4,李占强4( 1. 北京理工大学管理学院北京市100081; 2. 河北冀威公路工程咨询有限公司石家庄市050011;3. 安徽理工大学资环系淮南市232001;4. 河北大地土木工程有限公司石家庄市050011)摘要:基于现场调研和室内测试,详细研究了青兰高速公路邯郸～涉县段沿线北八特采空区地表塌陷特征,分析了地表塌陷形成的影响因素,探讨了该区地表塌陷形成的宏观和微观机理。
这项研究可为拟建高速公路采空区治理方案的选择,以及路基路面、桥梁设计提供科学依据。
关键词:采空区;地表塌陷;形成机理目前,采空区问题研究主要集中于4个方面,即 1 北八特采空区地表塌陷特征地下采空区的探测技术、稳定性评价技术、治理技术北八特采空区分布有四矿八特井和大量的村办及质量监控技术[ 1～3],而对于引起地表塌陷的机理小窑。
这些小窑遍布全区,据调查,北八特采空区内研究不足,仅李永树等[ 4]根据开采沉陷地区地表点共有27个小窑,其回采率为30%～35% ,采矿深度的实测移动轨迹,探讨了由于岩梁下沉和弯曲引起为40. 0～200. 0 m,开采煤层及采矿深度受地质构地表水平移动的机理,以及岩层间的剪应力对水平造控制,煤层埋深沿西、东向逐渐变浅。
该区小窑多移动所起的作用。
唐小明[ 5]、贺可强[ 6]、王景明[ 7]等在1985年～1991年投产,到1998年～2000年基本根据黄土地区潜蚀地貌的调查,研究了黄土地区潜停产,仅局部(如井8宏兴煤矿和井21)仍有采矿活蚀地貌的形成与岩性、构造节理、气候、地下水等因动,地表塌陷仍在发展中。
邢台煤矿采空区地表沉陷规律研究.kdh
名称弹性模量/MPa 泊松比粘聚力/MPa 内摩擦角/（°）重度/（kN ·m -3）单轴抗拉强度/MPa 砂岩125000.26 1.28036.525.40 1.090砂页岩41600.210.92032.024.300.780泥岩13000.230.86028.024.800.650煤12500.340.30030.513.500.510松散层6000.350.01515.018.000.002表1岩层力学参数表不宜使用。
（2）静力触探检验结果受检验位置、检验操作人员的影响较大，影响对浆喷桩和粉喷桩质量的判定。
（3）静力触探用于浆喷桩和粉喷桩的检验有待于从检测原理、检测工艺、检测方法上予以改进，就目前的技术水平，静力触探检验结果还不能作为评价浆喷桩和粉喷桩质量的依据，建议对其检测数据只能作为参考。
参考文献：［1］高大钊.岩土工程的回顾与前瞻［M ］.人民交通出版社，2001：239-243.［2］龚晓南.复合地基［M ］.杭州：浙江大学出版社，1992：1-20.［3］龚晓南.复合地基理论及工程应用［M ］.北京：中国建筑工业出版社，2002：1-16.［4］何开胜.水泥土搅拌桩的施工质量问题和解决方法［J ］.岩土力学，2002，23（6）：778-781.［5］何军，周同和，赵彤.国内外深层喷射搅拌法的发展与应用［J ］.郑州工业大学学报，1999，20（1）：110-112.［6］张建新，杜海金，吴东云.用水泥土桩复合地基载荷试验确定承载力标准［J ］.岩石力学与工程学报，2002，21（12）：1903-1906.［7］陈甦，彭建忠，沈剑林等.水泥粉喷桩钻芯检测工程实例［J ］.岩石力学与工程学报，2002，21（12）：1891-1893.收稿日期：2008-09-22邢台煤矿采空区地表沉陷规律研究王丽娟，女，助教，硕士。
摘要通过对邢台矿区铁路下开采引发的地表沉陷进行分析，以有限元法对地表沉陷过程进行了数值模拟，研究了地表变形特征，为进行采空区地表沉陷处理提供了理论依据。
采空区沉陷研究历史及现状
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｏ ｙ ａ ｔ ｔ ｕｏ ｏ ｉ ｉ ｕｂｓｄｅ ｅ ｓ ａ ｃ Ｈｉ ｔ ｒ ｎｄ Ｓ ａ ｕｓｑ ｆＭ ｎ ｎｇ Ｓ ｉ ｎｃ
Ｓ ｎ Ｃｈ ｏ１ ｉ ｇ ｈ ｎ ＇ ＳｕｎＹ ｏ ｕ ａ ， Ｂｏ Ｊｎ ｓ ａ ２ ２ ３ ｕｗ ｅ。 ｉ
展过程 ， 比较详细地介绍 了开采沉 陷研 究方法的基本理论及研 究现状 。就 唯象学研 究方法 ，力学研 究方法 ， 数值模拟分析方 法的适用 条件 、 本原理做 了较详细 的介 绍，并对各方 法的优 点及 不足做 简单评述。 基
关键词 ：采 空 区；开采沉陷；综述
中图分类号 ：Ｐ ４ ．６ ６ ２ ２ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ — ０ ７ ２ ０ ）０ — １ ８０ ６ ３ ８ ４ （０ ８ ４ ０ ２ — ４
，
ｆ ．ｉｉ ｎ ｔ ｕｅｏ Ａｒｈｔｃｕ ｅａ ｄＣｉｉＥｎ ｉｅ ｒｎ ， ａ ｇ ｈ ｎ Ｊｌ ３ ０ １ １ Ｊｌ Ｉ ｓ ｔｔ ｆ ｃ ｉ ｔｒ ｎ ｖｌ ｇｎ ｅ ｇ Ｃｈ ｎ ｃ ｕ ， ｉｎ １ ０ ２ ； ｎ ｉ ｅ ｉ ｉ
２ Ｉ ｓ ｔ ｔ ｆ ｇ ｎ ｅ ｎ ｅ ｈ ｎ ｃ ， ｉ ａＥａ ｔ ｑ ａ ｅＡｄ ｎ ｓ ａｉ ｎ Ｈａ ｂ ｎ １ ０ ８ ．ｎ ｔｕｅｏ ｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ Ｍ ｃ ａ ｉ ｓ Ｃｈ ｎ ｒｈ ｕ ｋ ｍｉ ｉｔ ｔ ， ｒ ｉ ５ ０ ０ ｉ ｒ ｏ
炭 、冶金 、军 事和 交通 等 部 门进 行 的 。针对 开采 沉
分布 的影响 函数 ，为 影 响函数 法 奠定 了基础 。
１４ ９７年 ， 苏 联学 者阿 维 尔 申利 用 塑性 理论 对 前
开采 沉 陷进行 了细致 的理 论分 析 ，并 结合 经验 方法
井工煤矿开采造成的地表沉陷及治理措施
井工煤矿开采造成的地表沉陷及治理措施摘要：在井工煤矿开采过程中由于煤炭层被采空，很容易发生地表沉陷，导致地面中出现裂缝，进而造成地苗水渗漏，影响周围的环境。
针对地表沉陷的情况，需采取合适的治理措施，改善开采煤矿对周围环境，地质的影响。
本文主要讲解井工煤矿开采导致的地表沉陷以及治理措施的情况。
关键词：井工煤矿；地表沉陷；治理措施随着科学技术的不断发展以及社会发展对煤矿资源的需要量不断增多，对煤炭开采技术的要求逐渐增加[1]。
煤炭行业快速发展过程中，煤炭开采的规模以及数量不断增多，但是在煤炭开采中，经过开采的矿区中出现地面沉陷特征，会对周围环境造成严重的影响，具体表现为塌陷坑，地裂缝，建筑出现损坏等情况。
对煤矿区域中地面沉陷发生原因进行分析，制定出合理的治理方法。
1 煤矿开采对矿区环境影响在地下井矿中开采煤矿过程中会对周围地层产生影响，对周围环境的采动影响主要从深处向周围扩散的。
开采空间的大小会对周围岩性的地层造成不同的影响。
在地下开挖矿井，会对周围地层造成较大的影响，若挖掘一个菜窖，那么产生的地层影响会比较轻微。
如果挖掘一个巷道，会较大地影响周围地层，这个影响范围中称为松动圈，一般范围在1米到2米左右。
如果地层的岩性比较软，开采的深度比较小，在煤矿开采中使用长臂采矿方式，在推进几十米后，会对地表造成影响[2]。
如果地层的岩性比较硬，开采的深度比较大，开采煤矿的工作面需要推进一个比较大的长度后才能对地面产生影响。
在煤矿区域中采空区域发生地面塌陷的原因主要由于地下煤矿开采完后，造成大范围的采空的情况，会造成地面的变形以及坍塌的情况，会对农作物、耕地以及民房造成较大的危害。
其中最危险的地段是由于地面沉陷导致部分农田水平面降低，积水进入其中形成潭水或者沼泽地，农作物由于地面沉陷导致损坏，整块田地无法再次进行耕种，导致出现丢荒的情况。
煤矿发生塌陷不仅会对土地，地表的植被资源造成破坏，还会严重影响矿区周围的人们的生活生产。
2-2开采引起的地表沉陷规律资料
X
AB Δx
K AB
iB iA x
i x
K limt i x0 x
di(x) dx
d 2W dx2
H
倾 斜
曲 率
1 2 3 4 o5 6 7 8 w
δ0
ψ3
ψ3
δ0
r
+
o
-
i
K
+
- o-
+
9 x x x
K1=0 K3=0 K5=0 K7=0 K9=0
曲率正负号的物理意义
t(月)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
-20
Ⅳ
500
-40
W(t)
-60
1000
-80
-100
W (mm)
l(m)
地表移动持续时间
顶 板 管 理 矿区 方法
垮落法
充填法 部分充填 法
枣庄 焦作 开滦 阜新 新汶 阜新 北票 枣庄
地表移动延续时间
地表移动延续时间（月）
总时间 8
急倾斜煤层边界角、移动角、裂隙角
φφ
φφ
β" ββ 0
λ0λ λ"
急倾斜煤层的顶板、底板边界角移动角和裂隙角
3、最大下沉角
在移动盆地倾向主 断面上，采空区中 点和地表最大下沉 点在地表水平线上 投影点的连线与水 平线在下山方向的 夹角
=90-K
K=0.50.8
wo
θ
ψ1
ψ2
wo
θ
ψ1
ψ2
下沉系数：最大下沉量与煤层采高的比值
下沉系数与覆岩岩性有关 下沉系数与采空区处理方法有关 下沉系数与重复采动有关 下沉系数与采深有关
采空区塌陷规律资料
第一章绪论研究背景随着国民经济的快速发展，对矿产资源需求口益增加，伴随着矿石的开采人们获得了巨大的经济效益，然而采空区安全问题口益突出。
部分矿山采用空场采矿法开采，矿体开采后，形成了大面积采空区，随着采空区规模的扩大，采空区地压不断增加，局部出现应力集中现象，采空区局部冒落，矿柱变形并破坏，最终有可能导致采空区塌陷，严重威胁到矿山的安全生产。
近几十年来，采空区冒顶塌陷事故不断，造成了重大人员伤亡和经济损失，部分采空区现状己成为矿山安全生产的重大隐患，采空区塌陷己成为矿山生产的重要地质灾害之一「1-3]以大冶桃花山矿采空区塌陷事故为例，该矿山采用空场采矿法，经过多年开采，己形成多水平大面积采空区。
由于回采结束后采空区缺乏有效支护手段，1998年至2003年矿山共发生过六次采空区塌陷事故，上下采空区连通且塌陷至地表，形成了一个长约70- 80 米，宽约30-}-50米，50米深，面积约3000平方米的近似圆形塌陷坑，给矿山生产带来了巨大经济损失[[4-6]采空区塌陷是一个复杂的力学时空过程，矿山岩体复杂，影响因素极多，解决这类问题需要进行全面系统的研究。
研究采空区塌陷规律，可以找出矿山采空区塌陷的主要影响因素，判断塌陷区的发展趋势以及现有采空区的稳定性，为采空区塌陷预警、采矿工程设计、采空区治理工作、采空区安全评价等提供理论依据。
准确的采空区塌陷规律研究对矿山安全和生产具有重大作用，准确的研究结果可保证最大限度的回收国家矿产资源，避免资源的浪费，为矿山带来巨大经济效益，同时可指导矿山生产的安全进行，预防塌陷事故的发生和降低塌陷事故带来的危害。
因此，在地下采矿形成大规模采空区时，掌握采空区塌陷规律，对矿山安全生产的顺利进行具有重要意义[7]。
2国内外研究现状采空区塌陷规律的研究，是矿山重要课题之一。
采空区塌陷问题研究的重点是采空区顶底板的管理、采空区围岩的控制、采空区上覆岩层移动规律和采空区地压活动所导致灾害的控制及地表沉陷的控制。
采空区地表沉陷规律的研究
采空区地表沉陷规律的研究
吕文玉;潘仁飞;李杨;崔国亮
【期刊名称】《露天采矿技术》
【年(卷),期】2007(000)004
【摘要】以"太平煤矿采空区地表沉陷规律研究"项目为依托,以开采沉陷等理论为基础,对采空区地表沉陷规律作了一些研究,对太平煤矿似膏体充填开采引起的地表沉陷进行了分析预计,获得了太平煤矿井下开采引起的地表移动的基本特征和地表变形的相关参数,揭示了地表移动及变形的规律,研究成果对太平矿今后的充填开采实践具有一定的参考价值.
【总页数】3页(P3-5)
【作者】吕文玉;潘仁飞;李杨;崔国亮
【作者单位】中国矿业大学北京校区,北京,100083;中国矿业大学北京校区,北京,100083;中国矿业大学北京校区,北京,100083;中国矿业大学北京校区,北
京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TD325
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