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

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）

r

β——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。

解：1）预计地表最大移动变形值：

W=qmcosα=0.76×1450×cos12°=1078(mm)

U0=bW0=0.36×1078=388(mm)

r=H0/tanβ=31/2.2=14(mm)

i0=W0/r=1078/14=77(mm/m)

k0=1.52W0/r2=8.4(mm/m2)

ε0=1.52bio=42(mm/m)

2)建立坐标系，求x/r

坐标应建在拐点上方，由于拐点平移距的存在，周围工作面未采，偏向工作面内侧4米： A点坐标：xA=-14米，xA/r=-14/14=-1.0

B点坐标：xB=6米， xB/r =6/14=0.42863

查表，求出A，B两点移动变形值：

同理可求得：

WB=924mm, iB=43.3mm/m，kB=-8.26mm/m2，

UB=218mm, εB=-41.3mm/m

水平煤层有限开采时主断面内地表移动和变形计算

有限开采地表下沉盆地通过迭加两个半无限开采的地表下沉盆地而得到。（其一开采边界在

s=0点上，下沉取正值；其二为开采边界在s=l 点，下沉取负值）

采动程度系数表示走向或倾向不是充分采动而是不同程度的非充分采动使倾向或走向主断

面上移动和变形值减少的倍数，分为走向采动程度系数和倾向采动程度系数

当计算开采宽度l 为主要影响半径的2倍时，沿此方向即达到充分采动

计算实例：

某矿开采一工作面，走向充分采动，倾向长l0=120米，近水平煤层，采深250米，采厚

2米，岩移参数为：tan β=2.0，q=0.8,b=0.3,S0=0.04H0,试求A ，B ，C 三点的移动变形值。 解：

1）建立坐标系：确定坐标

S0=0.04×250=10米

xA=50, xB=-20， xc=120

2)判断采动程度

10020120=-=l ，非充分采动充分采动

,2,2r l

r l <≥

100<250,非充分采动

3）计算移动变形最大值

W0=qm=0.8×2000=1600mm

查表，计算各移动变形值并叠加：

1)A 点: