开采沉陷计算过程说明
概率积分法开采沉陷
概率积分法开采沉陷沉陷是指土地表面在地下资源开采或其他人为活动的影响下发生的下沉或下降现象。
在沉陷区域开展资源开采活动，需要对沉陷进行科学评估和监测，以减少对环境和人类活动的影响。
概率积分法是一种常用的沉陷预测方法，它通过对沉陷概率分布进行积分，得到沉陷量的概率密度函数，从而对沉陷进行精确预测。
概率积分法的基本原理是将各种可能的沉陷情况视为随机变量，并利用概率统计的方法进行分析。
首先，需要确定沉陷的概率分布函数，即确定沉陷量的可能取值及其概率。
然后，通过对概率分布函数进行积分，得到沉陷量的概率密度函数。
最后，可以根据概率密度函数来评估不同沉陷量的可能性及其对工程和环境的影响。
概率积分法在沉陷预测中的应用可以帮助决策者更好地评估和控制沉陷风险。
例如，在选择地点进行资源开采前，可以通过概率积分法预测不同沉陷量的概率，从而选择较低沉陷概率的地点。
在资源开采过程中，可以根据概率密度函数对可能的沉陷量进行预测，制定相应的工程措施和管理策略，以减少沉陷对工程的影响。
此外，概率积分法还可以用于评估不同开采方案的沉陷风险，从而指导决策者选择最优方案。
概率积分法在沉陷预测中的应用也存在一些挑战和限制。
首先，概率积分法需要大量的数据支持，包括地质勘探、地下水位监测和沉陷监测等数据。
缺乏数据或数据质量不高会影响预测的准确性。
其次，概率积分法对沉陷机理的理解要求较高，需要对沉陷的成因和影响因素有较为深入的研究。
最后，概率积分法在处理复杂情况时的计算量较大，需要借助计算机模拟等方法进行计算。
为了提高概率积分法的预测准确性和应用效果，可以采取以下措施。
首先，加强对沉陷机理的研究，深入了解沉陷的成因和影响因素，提高对概率分布函数的确定性。
其次，加强监测和数据采集工作，提高数据的质量和可靠性。
同时，发展先进的数据处理和计算方法，提高计算效率和精度。
此外，加强沉陷风险评估和管理的规范化，建立科学合理的决策和管理机制。
概率积分法是一种有效的沉陷预测方法，可以用于评估和控制沉陷风险。
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。
采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析
采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析2005年11月12日摘要：本文在煤矿开采沉陷理论的基础上，导出了塌陷面积和万吨塌陷亩数的通用计算公式，同时，对影响塌陷面积的主要因素进行了深入分析，从而为煤矿塌陷区面积的预测和计算提供了理论依据。
关键词塌陷区塌陷面积预测与分析1 万吨塌陷面积的计算公式1.1 按长圆形计算如图1所示，设地面平坦，采空区为长壁大冒顶矩形采区，采区倾向长为L0，走向长为S0；L0和S0在平面图上的投影长度分别为a和b。
开采边界为ABCD，其面积为F。
由地表塌陷角β、γ和δ圈定的地表塌陷范围a1a2b1b2c1c2d1d2可近似视为由直线和圆弧组成的长圆形，设其面积为F′，取a,b的单位为米，面积F的单位为亩，则煤层开采面积F为：（1）长圆形的地表塌陷面积F′可满足工程需要的近似计算公式为：（2）或（3）图1 采煤塌陷面积计算示意图式中α为煤层倾角，dβ、dγ、dδ分别为走向、倾向下山和倾向上山主断面开采边界至塌陷边界的水平距离，可按下式计算：dδ＝Hctgδ；dβ＝Hxctgβ；dγ＝Hsctgγ（4）式中δ、β、γ分别为走向、下山、上山地表塌陷角，一般平地按移动角，山区按裂缝角取值。
当开采煤层为水平时，α＝0；Hx＝Hs＝Hz；β＝γ＝δ；dδ＝dβ＝dγ＝Hctgδ=d，则有F0＝a.b（5）F′0＝［a.b+2(a+b)d+πd2］.10－6（km2）（6）F′0＝［F＋2（a+b)d+πd2］.0．0015（亩）（7）设煤炭采出量为Q（万t），采高为M（m），煤的容重为γ（t／m3），回采率为c，则（8）因而采出万吨原煤的地表塌陷亩数（简称万吨塌陷率或万吨塌陷亩数）P应为当开采水平煤层时，万吨塌陷亩数P0可表示为1.2 按椭圆面积计算地表塌陷面积F′亦可近似地按椭圆面积计算，此时F′可表示为：或（km2）（15）则万吨塌陷亩数P′可表示为：当开采煤层为水平时，则有或因而此时的万吨塌陷亩数P′0可表示为：度和层数有某种反比函数关系。
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。
（四）岩石沿层面的滑移。
在开采倾斜煤层时，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会产生沿层面方向的移动。
岩层倾角越大，岩层沿层面滑移越明显。
沿层面滑移的结果，使采空区上山方向的部分岩层受拉伸，甚至剪断，而下山方向的部分岩层受压缩。
（五）垮落岩石的下滑（或滚动）。
煤层采出后，采空区为冒落岩块所充填。
开采沉陷第一讲
1.2 盆地内地表移动和变形分析 1.3移动稳定后盆地内移动和变形分布规律
1.4采动过程中盆地主断面内移动和变形分布规律
1.5岩层与地表移动与地质采矿条件的关系
1.6特殊地质采矿条件下的岩层及地表移动规律
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1.1开采引起的岩层和地表移动
1.1.1 开采引起的岩层移动和破坏
主断面的个数?
主断面的位置?
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1.1.2 开采引起的地表移动和破坏
最大下沉角(Angle of maximum subsidence)
定义：就是在倾斜主断面上，由采空区的中点和地表移动盆地的最大 下沉点（在地表水平上的投影点）的连线与水平线之间在煤层下山方 向一侧的夹角，以θ表示。
实测表明，缓倾斜煤层时，最大下沉角主要与覆岩岩性和煤层倾角有 关：
弯曲带位于裂缝带之上直至地表。其移动特点为： 1)岩层在自重作用下产生层面法向弯曲，在水平方向处于双向压缩状 态；
2)岩层的移动过程是连续而有规律的，并保持其整体性和层状结构， 不存在或极少存在离层裂缝；在竖直面内移动值相差很小；
3）一般情况下具有隔水性 4)弯曲带高度主要受采深影响。
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开采沉陷学
第一讲
主讲：蔡来良
Email：cailailiang@
河南理工大学 测绘与国土信息工程学院
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绪论
研究对象：矿山开采沉陷
矿山开采沉陷（Mining subsidence）定义：地下 有用矿物被采出以后，开采区域周围的岩体的原 始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到 新的平衡。在此过程中，使岩层和地表产生连续 的移动、变形和非连续的破坏（开裂、冒落等） ，这种现象称为矿山开采沉陷，或开采沉陷。
浅议煤矿开采引起地表沉陷预测
浅议煤矿开采引起地表沉陷预测摘要：煤矿开采过程中及开采后会导致地面沉陷，我们可以采用概率积分法和极值情况预测两种方法进行煤层开采沉陷计算，得出地表移动变形最大值。
通过对计算结果分析得出开采后沉陷在保护煤柱外侧较小，内侧呈逐渐增大趋势。
通过沉陷预测可以有效减少地质灾害的发生，为土地复垦及地表沉陷防治措施提供依据，对以后煤层开采具有参考价值。
关键词：煤矿开采地表沉陷预测当今随着我国经济的快速发展，能源和电力的需求也迅猛增长。
煤矿开采后会破坏岩体内部原有的力学平衡，导致上覆岩层和地表发生移动和变形，随着开采的推进将扩散到地表，导致地面发生沉陷，破坏现有土地资源并给周边建（构）筑物带来直接或间接危害。
因此，合理预测沉降范围和最大沉降量对减少次生地质灾害和保护建（构）筑物等具有重要意义。
1 煤矿开采实例某井田主要含煤地层为1组、2组，1组可采煤层4层，编号为2、3、4、5号煤层，煤层总厚度为 1.20m—5.40m，平均值 3.20m，1组地层平均厚度为58.35m，含煤系数5.2％；2组可采煤层5层，编号6、7、8、9、10号煤层，煤层总厚度4.50m—8.00m，平均值6.23m，2组地层平均厚度90.23m，含煤系数为6.3％。
煤层老顶为组砂岩，以石英、长岩为主，厚度为10.34m；直接顶为砂质泥岩，厚度为2.6m；伪顶为泥岩，厚度0.15m；直接底为砂质泥岩。
矿井采用两斜井一立井开拓方式，由井田中部大巷逐层下行开采。
设计采用走向长壁一次全高采煤方法，采用全部跨落法管理顶板。
文章通过概率积分法和极值法对地表沉陷值进行了比较。
2 基于概率积分法的沉陷预测2.1概率积分法把岩层看作大量松散的颗粒体介质组成，由随机介质理论将岩层移动看作服从统计规律的随机过程。
根据统计理论可知整个开采对岩层及地表的影响等于各单元开采对地表影响之和。
整个开采引起的下沉剖面方程可表示为概率密度函数的积分方程。
2.2地表沉陷的预测方法及模式根据概率积分法预测井田范围内地表移动、变形的过程和范围，据体计算公式如下：2.3参数选取按覆岩性质并结合附近煤矿现生产矿的实测经验，综合考虑各因素后得出相关参数值。
开采沉陷预计参数的确定方法
w z
γxz
=
u z
+
w x
,
(2)
收稿日期 :2001-01-15 ;修回日期 :2001-03-11 基金项目 :教育部高等学校骨干教师资助计划 、 煤炭科学基金 (96 采 10811) 和焦作工学院博士基金 (5922) 资助 . 作者简介 :邹友峰 (1964-), 男 , 湖北天门人 , 教授 , 博士 , 焦作工学院副院长 , 主要从事开采沉陷方面的教学与研究 .
ρ—岩体的平均质量密度 , g/ cm3 ;
g —重力加速度 , m/ s2 .
(7)
2 地表下沉系数 q
对地表而言 , z = H 为一定值 , 而 υ和 λ对地表下沉的影响较小 .由下沉系数的定义可知 : q = f E/ E m , ρH 2/ 100 E m M .岩体的综合变形模量 E 可由表 1 中各岩层的变形模量按公式 E =
25 4 焦作工学院学报 (自然科学版) 2001 年第 20 卷
物理方程 :
边界条件 :
εx = 1 + E υ[ (1 -υ)σx -υσz ]
εz =1 E+υ[ (1 -υ)σz -υσx]
γxz
=
2(1
+ E
υ)τxz
, (3)
焦作工学院学报(自然科学版), 第 20 卷 , 第 4 期 , 2001 年 7 月 Journal of Jiaozuo I nstitute of Technology (Natural Science), Vo l.20, N o .4 , Jul.2001
开采沉陷预计参数的确定方法
邹友峰
(焦作工学院 , 河南 焦作 454000)
2-1 开采引起的地表沉陷规律
δ0
ψ3
ψ3
δ0
r
o
-
+
i
K
+
- o-
+
9 x x x
1=0
3=0
5=0 7=0
9=0
水平变形正负号的物理意义
水平变形正值 的物理意义为 地表受拉伸变 形
负值的物理意 义为地表受压 缩变形。
x
W(mm)
δo
ψ3
ψ3
δo
r
ε (m/mm)
+
+
x
-
-
水平变形的变化规律
两个相等的正极值和两个相 等的负极值
负值的水平移动与x轴的负方向一致
1点 U1=0
5点 U5=0
9点 U9=0
U坐标向下 为正
水平移动
1 23 4 5 6 7 8 9 x
1′ 2′
9′ 8′
3′
7′
4′ 5′ 6′
δ0
ψ3
ψ3
δ0
o
-
+
x
U 边界点和采空区中点的水平移动为零；
边界点和采空区中点之间有极值。
3、倾斜 i
倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，单位 为mm/m，i坐标轴向下为正
o
x
W(x)
δ0
ψ3 ψ3
δ0
(a)
o
x
i(x)
(b)
o
x
U(x)
(c)
K(x) x
o
(d)
ε (x)
o
x
(e)
x
W(mm)
δo
ψ3
ψ3
δo
r
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。
第二章开采沉陷基本概念
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38
谢谢!
✓ 移动盆地的内边缘区 （压缩区域）；
✓ 移动盆地的外边缘区
（拉伸区域）。
地表移动盆地的三个区域
① 水平煤层充分开采地表移动 盆 地特征：
地表移动盆地位于采空区的正上 方；
地表移动盆地的形状与采空区 对称；
移动盆地内外边缘区的分界点， 大致位于采空区边界的正上方。
水平煤层超充分采动地表移动盆地示意图
超充分采动地表移动盆地
充分采动角（以ψ表示 ）：在充分采动条件下，地表移 动盆地的主断面上，移动盆地平底边缘（在地表水平线上的投 影点）和同侧采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。
充分采动地表移动盆地
超充分采动地表移动盆地
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• 地表移动盆地的主断面
地表移动盆地：当开采工作面自开切眼开始向前推进 的距离约为1/4～1/2Ho时，开采影响即波及到地表，引起地
表下沉。随着工作面继续向前推进，影响范围不断扩大，在 地表形成一个比开采范围大得多的下沉盆地。
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12
✓ 动态移动盆地：在工作面推进过程中形成，如W1、W2、 W3和W4
分类：走向移动角δ 、下山移动角β 、上山移动角γ 、急 倾斜煤层底板移动角λ
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裂缝角：充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地
主断面上最外侧的地表裂缝和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。
分类：走向裂缝角δ〃 、下山裂缝角β〃 、上山裂缝角
非充分采动地表移动盆地
超充分采动（Supercritical Mining）：地表最大下沉值不 随采区尺寸增大而增加且超出临界开采的状态，又称超临界 开采。此时形成的地表移动盆地为超充分采动下沉盆地（
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。
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。
矿山开采沉陷学(名词解释)
矿山开采沉陷学：研究煤矿地下开采引起的岩层与地表移动规律、移动变形控制方法及相关问题的科学。
它是一个工程技术研究领域，也是矿山测量、采矿工程学科的专业方向之一。
开采沉陷：矿层地下开采引起的岩层移动、松散层移动、地表移动现象和过程。
岩层移动：地下有用矿物被采出以后，开采区域周围岩体原有的应力平衡状态受到破坏，使岩体产生变形、位移和破坏的现象和过程。
地表移动：当开采的面积达到一定范围之后，岩层的移动和变形将发展到地表，引起地表的移动、变形和塌陷的现象和过程。
岩层移动六种形式：弯曲、煤的挤出(片帮)、垮落(冒落)、底板岩层的隆起、岩石沿层面的滑移、垮落岩石的下滑。
弯曲：岩层沿层面法向一次向采空区方向的弯曲。
煤的挤出(片帮）：煤壁在支承压力作用下压碎向采空区突出的现象。
岩层的垮落(冒落)：顶板岩层受上覆岩层压力弯曲而拉伸破坏，从岩体中垮落。
底板岩层的隆起：在煤层采出后，底板在垂直方向减压，水平方向受压，导致底板向采空区方向隆起。
岩石沿层面的滑移：倾斜煤层时，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会产生沿层面下坡方向的移动。
垮落岩石的下滑：倾斜煤层时，采空区上部垮落的岩石下滑充填下方采空区。
岩层移动分区：充分采动区、最大弯曲区、岩石压缩区、垮落带、断裂带（裂隙带）、弯曲带、底板采动导水破坏带、底板阻水带、承压水导升带。
地表移动的四种形式：下沉盆地、裂缝与台阶、塌陷坑、采动滑移或滑坡。
下沉盆地：受影响地表从原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成一个比采空区范围大得多的沉陷区域，也称“地表下沉盆地”。
裂缝与台阶：地表产生的延伸性裂缝，裂缝两侧地表有时还会有一定的落差而形成台阶。
塌陷坑：边缘较陡、塌陷深度大的漏斗状或沟槽状塌陷坑。
常发生在浅部开采急倾斜煤层或特厚煤层时。
采动滑移或滑坡：采动滑移是指地下开采引起的山区地表附加移动；采动滑坡是指地下开采引起的坡体整体性大面积滑动或坍塌。
充分采动：地表最大下沉值不随采区尺寸增大而增大的临界开采状态。
5开采沉陷的预计
ε 0=1.52bw0/r=5.7mm/m
4）查表
xA/r＝0.2，(xA-l)/r=-0.8
A(xA/r)=0.6919 A’ (xA/r)=0.8819 A’’ (xA/r)=-0.730 5）计算 A((xA-l)/r)=0.0225 A’ ((xA-l)/r)=0.1339 A’’ ((xA-l)/r)=0.422
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
200
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
例题4-2
1
例题4-2
1
例题4-2
1
1
1
（七）补充例题
某一矩形工作面（水平煤层），采用走向长壁全部垮落法 采煤，工作面走向长 140m ，倾向长 120m ，采厚 2.0m ，平均 采深100m。已知地表移动变形预计参数为：s=0.1H、q=0.9、 tgβ =2.0 、 b=0.3 。试用概率积分法预计位于 A 点下沉及沿走 向逆时针转450方向的倾斜和水平移动。 (距边界右50m，距上边界40m)
开采沉陷计算过程说明
开采沉陷计算过程说明一、数据准备1．地形图数据（1）AutoCAD图数据首先将AutoCAD文件备份，然后在AutoCAD中将地形图中的等高线、高程点分别设置到图层上，并逐条等高线赋高程值，高程点赋高程值，然后将其它内容全部删除，处理完后另存为AutoCAD2000格式的dxf类型文件。
注意：一定要将不是等高线、高程点的内容删除，特别是块信息须全部删除，否则会引起读入数据不正确。
（2）扫描图矢量化数据将扫描的地形图应用矢量化软件对等高线、高程点进行矢量化，并对所有等高线、高程点赋高程值，处理完后转换成AutoCAD2000格式的dxf类型文件。
（3）文本格式数据文件地形图数据一般包括三个数据文件：线数据文件、点数据文件、文字注记数据文件。
线数据文件格式：序号曲线开闭标志(开=1;闭=2) 等高值线型颜色值点数n X1 Y1 ……Xn Yn。
数据之间用空格隔开，一条等高线数据为一行，第二条等高线数据另起一行。
例：1 2 500.0 255 6 100.0 100.0 120.0 120.0 140.0 140.0 140.0 160.0 120.0 180.0100.0 100.02 1 505.0 0 8 128.284271 100.0 134.142136 105.857864 154.142136 125.857864 174.142136 145.857864 194.142136 165.857864 214.142136 185.857864 234.142136 205.857864 254.142136 225.857864……………64 1 515.0 0 4 100.0 976.812409 101.593796 978.406204 121.593796 998.406204 123.187591 1000.0点数据格式:X坐标 Y坐标 Z坐标（高程值）。
例：99973.751000 86063.929000 1022.20000098981.372000 86069.009000 897.80000098699.407000 86035.140000 935.90000098412.786000 86079.170000 1000.40000098039.797000 86055.038000 943.10000098181.626000 86245.978000 947.00000098436.918000 86150.296000 984.10000098430.991000 86331.499000 935.20000098653.683000 86258.679000 891.900000……………文字注记数据格式：文本起点横坐标X 起点纵坐标Y 标注角度字体旋转角度字体高度字体宽度间隔宽度字体标注信息的长度标注的文本信息其中：字体旋转角度值为：不旋转=90；字体高度为像素高度值；间隔宽度=0为系统默认间隔；字体标注信息的长度=汉字数×2+数字（字母）×1。
开采沉陷形成机理及其预测方法
归纳起来有下列几种： (一) 地表移动盆地 在开采影响波及到地表以后，受采动影响的地表从原有标高向下沉降，从而
在采空区上方地表形成一个比采空区面积大得多的沉陷区域。这种地表沉陷区域 称为地表移动盆地，或称下沉盆地(见图 1)。在地表移动盆地形成的过程中，改 变了地表原有的形态，引起了高低、坡度及水平位置的变化。因此，对位于影响 范围内的道路、管路、河渠、建筑物、生态环境等等，都带来不同程度的影响。 在华东地区，由于地下潜水位很高，地表下沉 l m 左右，移动盆地内便可积水， 严重影响土地的使用，造成矿区耕地大量减少。
图 1 采空区影响范围内的影响带的划分示意图 1-地表下沉曲线；2-支承压力区内的正应力图；3-沿层面法向岩石变形曲线图；4-冒落带
(二)裂缝及台阶 在地表移动盆地的外边缘区，地表可能产生裂缝。裂缝的深度和宽度，与有 元第四纪松散层及其厚度、性质和变形值大小密切相关。若第四纪松散层为塑性 大的粘性土，一般是地表拉伸变形值超过 6~l0mm/m 时，地表才发生裂缝。塑性 小的砂质粘土、粘土质砂等，地表拉伸变形值达到 2~3mm/m 时，地表即可发生 裂缝。地表裂缝一般平行于采空区边界发展。当采深和采厚的比值较小时，在推 进中的工作面前方地表可能发生平行于工作面的裂缝。但裂缝的宽度和深度都比 较小。这种裂缝是随工作面推进先张开而后逐渐闭合。地表裂缝的形状为楔形， 地面的开口大，随深度的增大而减小，到一定深度尖灭。但在基岩直接出露地表 的情况下，裂缝深度可达数十米。当采深很小、采厚较大时，地表裂缝有可能和 采空区相连通。
有用矿物的开采可以是井工方法开采，也可以是露天方法开采；开采的有用 矿物可以是层状的也可以是非层状的。本材料主要指的是层状有用矿物(特别是 煤层)的井工开采，“开采沉陷”也是特指煤层地下开采后产生的开采沉陷。
开采沉陷计算过程说明 工程量计算眉头
修整土方量（m3）
合计（m3）
林地
图斑号
面积（亩）
权属
破坏程度
填裂缝土方量（m3）
平整土方量（m3）
修整土方量（m3）
合计
（m3）
草地
图斑号
面积（亩）
权属
破坏程度
填裂缝土方量(m3)
平整土方量(m3)
修整土方量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱm3)
合计(m3)
坡改梯土方量(m3)
面积（亩）
坡改梯土方量(m3)
177
26.3
北洼-2
轻度
4.7
584.475
2.9
489.071
10.6
2212.194
18.2
985.722
3645.974
105.733
58.336
174.327
3285.74
10555.85
园地
图斑号
面积（亩）
权属
破坏程度
填裂缝土地方量（m3）
耕地
图斑
面积（亩）
权属
破坏程度
坡地改建梯田挖（填）土方量
坡改梯田总面积（亩）
坡改梯田总土方量(m3)
熟土剥离土方量(m3)
平整土地土方量(m3)
充填裂缝土方量(m3)
修筑田坎及蓄水埂工程量(m3)
熟土覆盖土方量(m3)
坡改梯总工程量(m3)
≤5°
6~15°
16~25°
面积（亩）
坡改梯土方量(m3)
面积（亩）
任意形状工作面沉陷值计算方法
任意形状工作面沉陷值计算方法摘要任意形状工作面沉陷值计算方法是一种经典的矿山工程计算方法，该方法基于矿山工作面的形状和工作面开采方式，通过建立工作面沉陷模型，计算工作面沉陷量，为矿山工程设计和生产管理提供重要依据。
本文介绍了任意形状工作面沉陷值计算方法的基本原理和实现方式，包括用软件进行计算的方法和手工计算的方法，并分析了不同方法的优缺点。
最后，提出了进一步发展和应用该计算方法的建议。
关键词：任意形状工作面，沉陷值，计算方法正文1. 引言任意形状工作面沉陷值计算是矿山工程设计和生产管理中最基本的问题之一。
根据沉陷值计算结果，可以确定工作面的稳定性和支护需求，为实现高效、安全的矿山开采提供可靠依据。
本文将介绍任意形状工作面沉陷值计算方法的基本原理和实现方式，并对不同的计算方法进行分析和比较，提供建议以进一步发展和应用该计算方法。
2. 基本原理2.1 工作面沉陷模型任意形状工作面沉陷值计算需要建立工作面沉陷模型，该模型可以根据矿山工作面的形状和开采方式进行选择和优化。
一般情况下，采用经典的AE模型或AEFC模型，即考虑菱形或长方形工作面的沉陷情况，或者在此基础上增加一些相应的调整因素，如[F17]地表覆盖厚度、支护方式、巷道尺寸等。
2.2 工作面沉陷量计算对于任意形状的工作面，需要对其沉陷量进行计算。
一般情况下，采用数学公式或计算软件进行计算。
针对任意形状工作面的沉陷值计算方法，非常适合于矿山开采，研究的十分成熟，我们可以根据自己需要来选用计算软件和手工计算方法，以此基础上进行近似估算和优化。
3. 实现方式3.1 软件计算当前，许多专业软件已经支持了对于任意形状工作面的沉陷值计算，并且，这些软件还提供了许多优秀的功能，如支护优化、煤层顶板稳定性分析等，给优化开采方案提供了很大的便利，且计算较为精确。
3.2 手工计算除了使用软件计算，还可以采用手工计算方法，根据工程规范进行计算，主要包括AE模型计算、AEFC模型计算等。
采煤 地表下沉 计算公式
采煤地表下沉计算公式
地表下沉指的是地表下的地质介质在采煤过程中受到破坏或变动而逐渐深厚或下沉的现象。
地表下沉的计算公式如下: 地表下沉深度 = (1/3)×地质层的沉降系数×岩层的厚度 + 地质层的地下水位深度
其中,地质层的沉降系数取决于地质条件,一般取值为0.3-0.5,岩层的厚度取决于岩层类型和地质构造条件。
地下水位深度取决于地下水的埋藏深度和当地的水文地质条件。
需要注意的是,地表下沉深度的确定需要综合考虑多种因素,包括地质、水文、工程等,因此在实际应用中需要进行综合分析和评估。
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开采沉陷计算过程说明一、数据准备1．地形图数据（1）AutoCAD图数据首先将AutoCAD文件备份，然后在AutoCAD中将地形图中的等高线、高程点分别设置到图层上，并逐条等高线赋高程值，高程点赋高程值，然后将其它内容全部删除，处理完后另存为AutoCAD2000格式的dxf类型文件。
注意：一定要将不是等高线、高程点的内容删除，特别是块信息须全部删除，否则会引起读入数据不正确。
（2）扫描图矢量化数据将扫描的地形图应用矢量化软件对等高线、高程点进行矢量化，并对所有等高线、高程点赋高程值，处理完后转换成AutoCAD2000格式的dxf类型文件。
（3）文本格式数据文件地形图数据一般包括三个数据文件：线数据文件、点数据文件、文字注记数据文件。
线数据文件格式：序号曲线开闭标志(开=1;闭=2) 等高值线型颜色值点数n X1 Y1 ……Xn Yn。
数据之间用空格隔开，一条等高线数据为一行，第二条等高线数据另起一行。
例：1 2 500.0 255 6 100.0 100.0 120.0 120.0 140.0 140.0 140.0 160.0 120.0 180.0 100.0 100.02 1 505.0 0 8 128.284271 100.0 134.142136 105.857864 154.142136 125.857864 174.142136 145.857864 194.142136 165.857864 214.142136 185.857864 234.142136 205.857864 254.142136 225.857864……………64 1 515.0 0 4 100.0 976.812409 101.593796 978.406204 121.593796 998.406204 123.187591 1000.0点数据格式:X坐标 Y坐标 Z坐标（高程值）。
例：99973.751000 86063.929000 1022.20000098981.372000 86069.009000 897.80000098699.407000 86035.140000 935.90000098412.786000 86079.170000 1000.40000098039.797000 86055.038000 943.10000098181.626000 86245.978000 947.00000098436.918000 86150.296000 984.10000098430.991000 86331.499000 935.20000098653.683000 86258.679000 891.900000……………文字注记数据格式：文本起点横坐标X 起点纵坐标Y 标注角度字体旋转角度字体高度字体宽度间隔宽度字体标注信息的长度标注的文本信息其中：字体旋转角度值为：不旋转=90；字体高度为像素高度值；间隔宽度=0为系统默认间隔；字体标注信息的长度=汉字数×2+数字（字母）×1。
例：9978.751000 86068.429000 0.0 90.0 10.0 10.0 0.0 0 7 1022.2098986.372000 86073.509000 0.0 90.0 10.0 10.0 0.0 0 6 897.8098704.407000 86039.640000 0.0 90.0 10.0 10.0 0.0 0 6 935.9098417.786000 86083.670000 0.0 90.0 10.0 10.0 0.0 0 7 1000.40…………………2．煤层底板等高线数据（1）AutoCAD图数据首先将AutoCAD文件备份，然后在AutoCAD中将煤层底板等高线图中的底板等高线设置到一个图层上，并逐条等高线赋高程值，然后将其它内容全部删除，其次将钻孔作为点放到这个图层上，且将钻孔点的高程值赋为煤层厚度，单位为米，处理完后另存为AutoCAD2000格式的dxf类型文件，每一个煤层底板等线保存一个文件。
（2）扫描图矢量化数据将扫描的煤层底板等高线图应用矢量化软件对等高线进行矢量化，并对所有等高线赋高程值，处理完后转换成AutoCAD2000格式的dxf类型文件。
（3）编辑文本数据煤层底板等高线数据一般包括二个数据文件：线数据文件、点数据文件。
线数据文件格式：曲线开闭标志(开=1;闭=2) 等高值点数n X1 Y1 ……Xn Yn。
例：1 500.0 5 100.0 100.0 120.0 120.0 140.0 140.0 160.0 160.0 180.0 180.01 505.0 8 128.284271 100.0 134.142136 105.857864 154.142136 125.857864 174.142136 145.857864 194.142136 165.857864 214.142136 185.857864 234.142136 205.857864 254.142136 225.857864……………1 515.0 4 100.0 976.812409 101.593796 978.406204 121.593796 998.406204 123.187591 1000.0点数据格式:X坐标，Y坐标，Z坐标（高程值）。
例：99973.751000，86063.929000，1022.20000098981.372000，86069.009000，897.800000……………3．工作面平面位置数据（1）AutoCAD图数据首先将AutoCAD文件备份，然后在AutoCAD中将煤层底板等高线图中的工作面连接成pline闭合线，并设置到一个图层上，然后将其它内容全部删除，处理完后另存为AutoCAD2000格式的dxf类型文件。
（2）编辑文本数据第一种方法：首先在AutoCAD中将煤层底板等高线图中的工作面连接成pline闭合线，然后选中工作面线，用list命令列出工作面各点的坐标值（参见图1），再选择列出的所有点用Ctrl+C复制到记事本中，其数据如下例：图1于端点X=19487678.2000 Y=4179072.3000 Z= 0.0000于端点X=19486679.2000 Y=4178002.0000 Z= 0.0000于端点X=19489437.9000 Y=4175758.7000 Z= 0.0000于端点X=19490232.7000 Y=4176736.0000 Z= 0.0000于端点X=19490114.9000 Y=4176953.2000 Z= 0.0000于端点X=19490132.1000 Y=4177003.2000 Z= 0.0000于端点X=19490095.4000 Y=4177083.7000 Z= 0.0000于端点X=19490106.1000 Y=4177097.8000 Z= 0.0000于端点X=19488497.2000 Y=4178406.3000 Z= 0.0000于端点X=19488408.8000 Y=4178297.7000 Z= 0.0000于端点X=19488098.5000 Y=4178550.0000 Z= 0.0000于端点X=19488186.8000 Y=4178658.6000 Z= 0.0000于端点X=19487678.2000 Y=4179072.3000 Z= 0.0000 运用替换命令替换掉“于端点X=”和“Y=”，并在前面添加总工作面数、工作面名称工作面角点数后，形成如下格式数据文件：2//工作面总数101gzm 619490245.1 4176719.5 Z= 0.019489453.5 4175746.0 Z= 0.019489605.4 4175626.0 Z= 0.019490378.4 4176619.5 Z= 0.019490348.1 4176641.6 Z= 0.019490285.9 4176665.1 Z= 0.0103gzm 419490569.5 4176509.1 Z= 0.019489826.2 4175443.0 Z= 0.019489948.9 4175343.4 Z= 0.019490697.4 4176415.3 Z= 0.0第二种方法：直接编辑数据文件，其格式为：总工作面数n第一个工作面名称点数mx1 y1x2 y2……xm ym………第n个工作面名称点数x1 y1……用这种方法时，坐标点数据每一点为一行。
二、生成开采沉陷预计数据1．生成地形图（1（2:图2若输入的数据是新文件或重新绘制等值线，则回答“是”，若在原数据基础上添加数据，则回答“否”，回答完后出现打开数据文件的对话框：图3（3图4（4，出现输入边界线数据对话框：图5边界线数据第一次可用手工输入，即在图 5 对话框中按逆时针方向顺序输入边界各点的坐标和高程值，当输入有错误时，可在显示框内的这一行上双击，即退出到坐标输入的三个编辑框内，重新进行输入并输入保存文件名即可。
在以后运行中，读入边界线数据。
边界线数据文件格式为：边界线点数nX1 Y1 H1…………Xn Yn Hn例：54173650.175565 19485949.871830 443.6506624173650.175565 19494350.096195 66429.2441934181950.812150 19494350.096195 61821.7660224181950.812150 19485949.871830 66889.6809414173650.175565 19485949.871830 443.650662若回答“否”则系统会自动生成边界线。
当地形图数据读入后，系统一般会自动计算边界线，但有时由于地形图区域不规则，则边界线数据生成不正确，为了系统的后续计算工作，必须保证边界线的正确性，为此须进行边界线数据输入。
（5）进行地形图文件保存。
注意：在生成地形图时，必须保证等高线和高程点的高程值正确。
2．工作面数据生成（1打开地形图文件。
（若生成的地形图已在系统内时不必执行此步骤）。
（2:图6有两种方式导入煤层底板等高线:1)出现图4对话框进行比例尺和等高距的选择，然后进行线数据读入。
煤层底板文本数据文件格式见前面2(3)。
2) 当选择DXF后，出现图4对话框进行比例尺和等高距的选择，然后进行数据读入。
（3）6情形：3（1）、3（2）。
当没有确定比例尺时还会出现选择比例尺对话框。
（4（5）（6）用记事本打开刚才保存的数据文件，对采厚、下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切tg β、拐点偏移距（S1、S2、S3、S4）进行调整修改。