11-基于下沉等影响原理的倾斜煤层开采沉陷预计方法及应用

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矿区开采沉陷原因及防治

矿区开采沉陷原因及防治[摘要]针对煤矿开采对矿区环境、地表破坏的影响,以减轻危害程度为目标,根据深陷原因,提出了防治和控制开采沉陷的技术措施[关键词]开采沉陷;原因;沉陷控制1 背景煤炭的开发为经济快速持续发展提供了基本保证,然而煤炭的大规模开采对矿山及其周围环境造成了严重的破坏日益突出,开采沉陷造成的矿区环境灾害主要有土地塌陷或积水,农田减产或绝产、道路塌陷、房屋变形破坏等,在矿山开发过程中形成的地表沉陷、植被破坏、土地荒漠化、水源枯竭等一系列问题,不仅破坏了矿区的生态环境,甚至对当地居民生存环境构成了威胁。

采空区沉陷致使滑坡、崩塌、地裂、沉陷等地质灾害频繁发生,时刻影响矿井的正常生产和矿区人民的正常生活秩序。

随着煤炭形式的好转,各集团公司都加大了环境的防治和治理,对煤炭事业来说,功在当代,利在千秋,如何准确分析和确定影响煤矿区开采沉陷发生和发展的重要因素是今后有效开展煤矿区开采沉陷防治工作所必须解决的课题,具有重要意义。

2 主要影响因素在煤矿区,影响开采沉陷的因素有很多,来自于不同方面。

一般认为有:地质因素、水文因素、环境因素、采矿因素、时间因素等2.1 地质因素2.1.1 煤层的厚度、埋深及倾角的影响(1)煤层厚度:开采煤层的厚度影响着地表下沉量的大小。

显然,如果其他条件相同时,煤层越厚,则地表下沉量越大,这是因为需要充填的采空区体积较大。

(2)开采深度的影响:随着开采深度的增加,地表各项变形值减小。

这是由于开采深度的增加,地表移动盆地范围增大,地表移动盆地变得平缓,因此,地表各项变形值是与采深成反比关系的。

(3)煤层倾角的影响:煤层倾角的大小对地表移动特征有明显的影响。

对于倾斜煤层,地表沉陷盆地移向采空区较深的一端。

在水平及缓倾斜煤层(0～35°)开采条件下,地表下沉盆地为对称的碗形和盘形。

在煤层倾角大于35。

以上,地表下沉盆地为四周非不对称的碗形和盘形。

当煤层倾角大于54°后,下沉盆地剖面形状又转化为比较对称的碗形或兜形。

煤矿开采沉陷防治和控制技术(三篇)

煤矿开采沉陷防治和控制技术一.沉陷的防治技术途径沉陷破坏的防治技术途径可以从两方面考虑；（1）对开采沉陷的控制，即通过合理选择采矿方法和工艺、合理布置开采工作面、采取井下充填法、覆岩离层带空间充填等措施，来减少地表下沉，控制地表下沉速度和范围，达到保护地表和地面建、构筑物与耕地的目的。

（2）开采沉陷破坏的恢复和整治，运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术，对开采沉陷破坏的土地进行整治和利用。

1.1.1全部充填开采在煤炭采出后顶板尚未冒落之前，用固体材料对采空区进行密实充填，使顶板岩层仅产生少量下沉，以减少地表的下沉和变形，达到保护地面建、构筑物或农田的目的。

其中水沙充填是充填采煤法中减少地表下沉效果作好的方法，其次是风力充填和矸石自溜充填。

但充填采矿法需要专门的充填设备和设施，还需要有充足的充填材料。

矿井初期投资大，吨煤成本相应的增加。

1.1.2条带开采根据煤层和上覆岩层组合条件，按一定的采留比，在被开采的煤层中采出一条，保留一条。

由于条带开采仅是部分地采出地下煤炭资源，保留了一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层。

从而减少覆岩移动，控制地表的移动和变形，实现对地面建、构筑物的保护。

但该方法采出率低、巷道掘进多，工作面效率低。

1.1.3覆岩离层带充填根据采空区上方覆岩移动形成三带的岩移特性，在煤炭采出后一定时间间隔内，用钻孔往离层带空间高压注浆，充填，加固离层带空间，将采动的砌体梁结构加固为稳定性较好的连续梁结构，使离层带的下沉空间不再向地表传递，以减少或减缓地表下沉，保护地面建、构筑物或农田。

但该技术难度大，再近一步研究。

1.1.4限厚开采根据矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力，以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据，确定可开采的煤层厚度，开采是仅回采这一厚度的煤，其余各煤层均不开采，以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。

但该技术采出率低，仅在薄煤层中应用有一定的使用价值。

基于ArcGIS的煤矿开采沉陷预测与可视化分析

基于ArcGIS的煤矿开采沉陷预测与可视化分析石秀伟;李晶;赵换新;王凤娇;张瑞娅【摘要】以山东平原矿区某新开发矿区为研究对象,应用基于概率积分法的MSPS 软件对其首采区的开采沉陷情况进行了模拟开采预测；利用ArcGIS强大的空间分析和图形显示功能对预测结果进行了可视化分析和三维立体显示；将预测结果与实际沉陷情况进行了对比,结果表明:预测结果真实地反映了开采沉陷对周围环境的影响范围及影响程度,可为该新开发矿区的采煤塌陷的提前治理及压煤村庄的搬迁选址提供真实、科学的依据.%The mining subsidence at first mining district of a coal mine at Shandong plain mining area was forecast by the Mining Subsidence Forecasting System software based on the probability integral method. The prediction results were analyzed by the 3D model of ArcGIS,which reflected the situation of mining subsidence in the form of Three-dimensional graphics. Compared with the actual situation,the accuracy of the forecast result is verified. It reduces the losses caused by mining subsidence and provides an intuitive and effective basis for controlling mining subsidence.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】5页(P103-106,166)【关键词】开采沉陷;ArcGIS;概率积分法;可视化分析【作者】石秀伟;李晶;赵换新;王凤娇;张瑞娅【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院【正文语种】中文开采沉陷是一个在时间和空间上都非常复杂的过程。

煤矿开采地表沉陷预测及分析方法

１工程概况
目前中国大中型煤矿大多采用综合机械化采煤工艺，条带式采煤方法，煤层赋存条件大多为近水平煤层。因此，本次主要针对以上采煤工艺和采煤方法以及煤层倾角小于４５。的井工煤矿项目地表沉陷预测方法进行阐述。２地表沉陷预测方法目前我国地表沉陷预测可以选用负指数函数法；
中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司北京100120煤矿开采过程中及开采后会导致地表沉陷我们可以采用概率积分法进行煤层开采沉陷预测得出地表下沉等值线图和地表移动变形最大值
煤矿开采地表沉陷预测及分析方法
王麒（中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司，北京１００１２０）
摘要：煤矿开采过程中及开采后会导致地表沉陷，我们可以采用概率积分法进行煤层开采沉陷预测，得出地表下沉等值线图和地表移动变形最大值。通过沉陷预测结果可以为土地复垦及地表沉陷防治措施提供依据，对以后煤炭开采具有参考价值。
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（４）沿 ‘ ｐ方向水平移动Ｕ
Ｕ（ｘ，Ｙ， ‘ ｐ）＝ｖ争ｖ × ［ｕｃ（ｘ） × ｗ。（Ｙ） × ｃｏｓｑ￣＋ｕ。
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采煤塌陷区土地建筑利用技术与工程应用

为科学合理地利用采煤塌陷区土地新建地面建（构）筑物，在开采沉陷区进行各类工程建设时，有必要首先进行建设场地稳定性评价［1］，确保采空区上新建建（构）筑物安全使用。河南明珠世纪城建设项目场地（研究区）下方开采了 3 层煤，老采空区存在将对其上方新建建（构）筑物产生一定影响，在对场地地基进行稳定性评价的基础上，综合考虑地表倾斜变形因素，合理确定了建筑物层数，通过对建筑物采取一定的抗变形技术措施，确保新建建筑物得以安全使用。
Series No. 521
November 2019
·安全与环保·
金属矿山
METAL MINE
总第 521 期 2019 年第 11 期
采煤塌陷区土地建筑利用技术与工程应用
朱伟1
（中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北唐山 063012）
摘要我国采煤塌陷区土地量大面广利用率低，加大对采煤塌陷区土地利用具有重要意义。为科学评估采
关键词开采沉陷采煤塌陷区概率积分法残余沉陷变形地基稳定性
中图分类号 TD325
文献标志码 A
文章编号 1001-1250（2019）-11-176-06
DOI 10.19614/ki.jsks.201911029
Construction Utilization Technology and Engineering Application of the Land in Coal Mining Subsidence Area
荷载影响，地表还将产生一定的残余沉陷变形，可能
对新建建筑物产生一定的损害影响，特别是对新建
高层和大跨度建（构）筑物影响严重（图 2），因此需要
对采空区地表残余沉陷变形进行预测。
本研究采用概率积分法对地表残余沉陷变形进

地表沉陷预计系统在缓倾斜煤层开采中的应用

图２缓倾斜煤层开采沉陷预测系统整体流程图３ｓｆｒｕｅ软件的主要功能Ｓｆｒｕｅ是美国Ｇｌｅｏｎ软件公司在Ｗｉｏｓ环境下开发的地理数ｄｎｗｄ
１概述
参数包括煤层埋深、煤层倾角、上山方位角、影响角系数Ｋ初次采动系、数ｑ煤厚、、重复采动系数、水平移动系数、下山影响角正切、上山影响角
正切、面点数、工作拐点平移信息、拐点平移系数和工作面角点坐标及编号。《地表移动与变形预计系统》界面菜单如图１所示，包括初始化、参数输入及检查、参数查询、数据处理、绘制等值线图和库的查询等，在实际的应用中预计系统的主要工作流程如图２所示。
合理取舍预测参数值，应用《地表移动与变形预计系统》ｓｒ软件二者结合，和ｕｒｅ对地表沉陷进行预计，出地表沉陷的二维和三维结果，得使地表沉陷能直观的表现出来，以更好的说明煤层开采带来的地质环境问题。
关键词：煤沉陷；动变形；维立体；采移三系统
图３各采区工作面划分图
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地表沉陷预计系统在缓倾斜煤层开采中的应用
解钢锋吴亚安席国强
（中煤科工集团西安研究院，陕西西安７０５）１０４摘要：于平原地带、对近水平煤层的开采沉陷特点，用概率积分法进行预测研究，采综合考虑矿区开采地质及采矿技术影响因素，

大三上开采沉陷考试答案

21、重复采动：是指岩层和地表已经受过一次开采的影响而产生移动、变形和破坏之后，再一次经受开采的影响，使得岩层和地表又一次受到采动，这种采动称为重复采动。
22、重复采动地表移动参数变化：1下沉系数 q复1=（1+a)q初 q复2=（1+a)q复1 q初、q复1、q复2：初采、第一次复采、第二次复采的下沉系数； a：下沉活化系数 2 最大下沉角，重复采动时最大下沉角较初次采动增大 3 边界角、移动角重复采动时，边界角减小5~10°，移动角减小10°~15° 4 充分采动角、超前影响角、最大下沉速度滞后角。重复采动时，充分采动角增大1°~5°，超前影响角减小10°~15°，最大下沉速度滞后角增大5°~10°。
13 、描述地表移动盆地形态和范围的角量参数：主要是边界角、移动角、裂缝角、松散层移动角。
14 、描述地表移动盆地内移动和变形的指标是：下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形、扭曲和剪切变形。
15、下沉曲线分布规律：在采空区中央上方O点处地表下沉值最大，从盆地中心向采空区边缘下沉逐渐减小；在盆地边界点A，B处下沉为零，下沉曲线以采空区中央对称。
超充分采动：当达到充分采动后，回采工作面的尺寸再继续扩大时，地表的影响范围相应扩大，但地表最大下沉值不再增加，地表移动盆地将出现平地，地表有多个点的下沉达到最大下沉值的采动情况。
6、充分采动角：指在充分采动条件下，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。
4 、地表移动的形式：地表移动盆地、裂缝及台阶、塌陷坑。
5 、非充分采动;当采空区尺寸小于该地质采煤条件下的临界开采尺寸时，地表任意点的下沉值均未达到该地质采煤条件下应有的最大值，这种采动称为非充分采动。

煤矿开采地表沉陷预测与生态影响评价

煤矿开采地表沉陷预测与生态影响评价摘要：贵州作为煤炭资源较为丰富地区之一，地下埋藏的煤层开采以后，上覆的岩层将由于失去支撑而产生移动，且由上而下依次形成垮落带、裂缝带和弯曲下沉带，由下至上波及到地表，开采过程中地下水的疏干将加剧这一过程，矿区的岩层移动甚至地表的塌陷是井工法采煤特有的环境破坏问题。

因此对矿山地表沉陷的进行预测，生态环境进行评价，使矿山企业减少了对土地及生态环境的破坏，同时对生态文明建设也具有重要意义。

关键字：煤矿；生态环境；地表沉陷0、矿井概况马幺坡煤矿位于贵州平坝县乐平乡，距平县城28km。

井田可采煤层4层(M8、M9、M12、M14煤层)，平均总厚度5.54m，煤层倾角4º~10º，煤层结构简单，属于稳定煤层。

采用斜井开拓方式。

通过采用LOS卫星多光谱影像，利用REGION MANAGER处理软件编制评价区1/50000生态图件，并进行数据统计。

该矿属于贵阳安顺石灰岩山原常绿栎林常绿落叶混交林及石灰岩植被小区。

土壤为石灰土和黄壤。

该区水土流失类型以水力侵蚀为主，水土流失侵蚀方式为面蚀，属中度流失区。

项目区平均土壤侵蚀模数为1557t/(km2.a)，允许土壤侵蚀模数500t/(km2.a)，土壤侵蚀以轻度侵蚀为主。

1、地表沉陷预测模式与参数确定覆岩沉陷的状况，受覆岩性质、煤层赋存条件、开采深度、采煤方法及地表地形地貌的直接影响。

采用概率积分法进行预测，利用中国矿业大学开发的《矿区沉陷预测预报系统hpMSPS软件》进行计算。

(1)地表移动变形预测模式采用概率积分法作为预测地表移动与变形的模式，其变形与移动的最大值分别由下式计算[5]。

最大地表下沉值Wmax=q﹒m﹒cosα(mm)最大地表倾斜值imax= Wmax /r(mm/m)最大地表曲率值Kmax=±1.52Wmax /r2 (10-3/m)最大水平移动值Umax=b﹒Wmax (mm)最大水平变形值εmax=±1.52 b﹒Wmax /r (mm/m)式中：m—煤层法线采厚，m；q—下沉系数；α—煤层倾角；b—水平移动系数；H—开采煤层距地表垂深(采深)，m；r—主要影响半径，r=H/tgβ ，m；tgβ—主要影响角正切；(2)地表移动参数的确定马幺坡煤矿煤层倾角5º~9º。

开采沉陷的动态过程及基于关键层理论的沉陷模型

开采沉陷的动态过程及基于关键层理论的沉陷模型“三下”采煤最主要的技术难题是开采沉陷的防治技术。

目前,以概率积分法为代表的开采沉陷预计方法可以预计地表充分采动或非充分采动后的各种静态指标,如下沉量、倾斜和曲率等,但不能预计地表移动的整个过程。

开采沉陷对地表建（构）物的损害程度不仅取决于各种指标的最终结果（静态值）,也取决于各种指标的变化过程（动态值）。

因此,研究开采沉陷的动态过程对于沉陷灾害的预防和控制具有重要的理论意义和工程应用价值。

本文以长壁工作面采煤引起的岩层移动和地表沉陷为主要研究对象,采用现场观测、数值模拟、理论分析、数学建模、实测验证等手段,对开采沉陷的动态过程进行了深入的研究和有益的探讨,取得了如下一些进展:1)提出了一种长壁式工作面开采煤层形成的地表下沉盆地及其走向、倾向主断面下沉曲线的拟合函数模型。

模型中参数a、b控制沉陷盆地的范围,参数wm ax、d控制沉陷盆地的深浅及走向、倾向主断面下沉曲线的形状。

实测资料验证,该函数能很好地拟合沉陷盆地主断面下沉曲线,与负指数函数、双曲正切函数模型相比,具有表达形式简单、参数容易取得、拟合程度高等优点。

2)针对较大深厚比（开采深度与开采厚度之比大于25）条件下开采煤层形成矩形采空区的过程,提出了上覆岩层移动形成地表下沉盆地的形态和大小主要决定于离地表最近一层关键岩层的弯曲变形,并且地表下沉量远远小于关键岩层的厚度,关键层的变形符合弹性薄板弯曲变形的学术观点。

3)用弹性薄板理论的半逆解法分别建立了缓倾斜煤层开采和倾斜煤层开采地表下沉盆地的力学模型,推导出了倾斜煤层开采时地表最大下沉点在倾斜方向的坐标公式和形态参数d的计算公式。

4)提出了可描述地表点下沉过程的时间函数模型不仅能较好地拟合w-t曲线,而且由模型求出的v-t和a-t曲线也要符合地表点下沉的客观过程。

从曲线形态、速度和加速度三个方面计算分析了knothe 模型、Gompertz模型、logistic模型、Weibull模型,得出这些模型不能用于描述开采沉陷的动态过程。

绿色开采(复习题)

煤矿绿色开采复习题1.循环经济的“3R原则”是指减量化原则、再利用原则和资源化原则。

2.地表移动和破坏的主要形式有以下几种地表移动盆地、裂隙与台阶和塌陷坑。

3.我国目前应用最多的两种开采沉陷预计方法是概率积分法和数值模拟法。

4.常用的下沉控制技术包括条带开采、房柱式开采、充填开采和部分充填开采。

5.煤矿开采中遇到的水体类型可分为地表水和地下水。

6.安全煤岩柱可分为防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防塌煤岩柱。

7.典型的疏降水技术措施包括钻孔疏降、巷道疏降和回采疏降。

8.煤矿采前瓦斯抽采技术主要包括地面钻井抽采煤层瓦斯和井下钻孔预抽煤层瓦斯。

9.根据科学采矿要求，煤矿开采的完全成本应包括资源成本、生产成本、安全成本、环境成本和发展成本。

10.影响开采沉陷的地质采矿条件主要包括煤层埋藏条件、覆岩与地层条件和开采技术条件。

11.采动岩层破断规律是绿色开采的主要理论基础，具体包括采动岩层裂隙演化规律、采动岩体应力场分布规律、开采对岩层与地表移动的影响规律和水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律。

12.影响开采沉陷的地质采矿条件主要包括煤层埋藏条件、覆岩与地层条件和开采技术条件。

13.现有开采沉陷预计方法主要包括典型曲线法、剖面函数法、概率积分法和数值模拟法。

14.连续、平缓和渐变的地表下沉和水平移动式铁路下安全采煤的条件。

15.减少开采影响的井下技术措施可分为下沉控制技术和变形控制技术两大类。

16.充填开采方法主要有：水砂充填、膏体充填、矸石充填和高水材料充填等。

17.减少开采沉陷影响的柔性地面措施主要有：设置缓冲沟、设置变形缝和设置滑动层等。

18.根据动力方式分类，矸石直接充填可分为：人工充填、自溜充填、风力充填和机械化充填等四类。

19.煤矿部分充填开采分为：采空区条带充填技术、冒落区注浆充填技术和离层区注浆充填技术等。

名词解释1、充填开采：利用外来的材料如矸石、砂子、碎石、粉煤灰等物料充填采空区，达到控制岩层移动及地表沉陷的目的。

采煤沉陷区拟沉陷土地复垦阶段划分研究

采煤沉陷区拟沉陷土地复垦阶段划分研究冉艳艳【期刊名称】《《能源与环保》》【年(卷),期】2018(040)010【总页数】4页(P63-66)【关键词】沉陷区; 土地复垦; 阶段划分; 复耕率; 复垦成本; 复垦工程成功率【作者】冉艳艳【作者单位】陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司陕西西安710075【正文语种】中文【中图分类】P9510 引言煤炭开采为社会经济发展提供能源动力，也对土地造成不可避免的破坏。

土地复垦是指对因生产建设活动和自然灾害损毁的土地采取整治措施，使其达到可供利用状态的活动［1］。

适时开展土地复垦与生态修复工作能够提高土地利用率，以往研究多针对采后进行末端治理，沉陷区已经大面积积水，损失大量肥沃耕地，增加了复垦难度和复垦成本。

复垦阶段划分意在最大限度保护耕地资源、缩短复垦时间、实现及时复垦、降低复垦的施工难度和施工费用［2］。

1 研究区概况研究区位于豫、皖两省交界的河南省永城市西北部某煤矿，矿区南北长12.5 km，东西宽5.9 km，面积62.38 km2。

开采20多年来，随着厚煤层的现代化高强度开采，地表也随之大面积下沉，最大下沉值超过7 m。

地表下沉已经造成800 hm2耕地绝收。

研究区矿属于生产矿山，采用长壁式采煤方法，后退式回采，全部垮落法管理顶板，此种开采方法会使采空区上方地表毁损较大。

地表毁损主要是地下水上升，水生植物丛生，主要毁损特征表现:①煤炭井下开采会出现地表移动变形、沉陷，造成表土层松动，损毁植物的生存环境;②沉陷加大了地表坡度，局部季节性积水使原有土地功能发生改变，如果不及时治理，极易加剧水土流失和侵蚀。

由于研究区的开采方法和顶板控制法，在煤炭开采时将会产生大量煤矸石。

大量的煤矸石堆积在地表形成矸石山，不仅压占损毁土地，使土地丧失耕种能力，而且还存在自燃隐患，潜在危险较大。

本文基于研究区土地损毁特征，对研究区各影响因素进行分析，完成了2015年后拟损毁土地的复垦阶段科学划分。

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

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。

开采沉陷预计方法概述

开采沉陷预计⽅法概述开采沉陷预计⽅法概述摘要：本⽂主要介绍了当前使⽤的开采沉陷预计⽅法（基于实测资料的经验⽅法、影响函数法和理论模拟法）的原理、特点及应⽤情况，并简要介绍了开采沉陷预计的发展趋势，相信会对开采沉陷⼯作具有⼀定的帮助意义。

关键词：开采沉陷；预计⽅法；概率积分法；理论模拟法1 引⾔开采沉陷预计是矿⼭开采沉陷的核⼼内容之⼀，它对开采沉陷的理论研究和⽣产实践都有重要意义[1]。

由于采矿引起的地⾯沉陷损坏地⾯建筑、公路、铁路等，不但给⼈民⽣活带来了威胁，⽽且破坏环境。

开采沉陷的预计，对建筑物和⽣态环境的保护有重要意义。

因此，有必要对开采沉陷预计⽅法进⾏探讨，以指导矿⼭的开采。

开采沉陷预计⽅法很多，按建⽴预计⽅法的途径可分可分为三类：基于实测资料的经验⽅法、影响函数法和理论模拟法[2-4]。

2 开采沉陷⽅法简介基于实测资料的经验⽅法是通过对⼤量的已知开采沉陷实测资料进⾏数据处理，确定开采沉陷中各种移动变形值的函数形式和计算预计参数的经验公式。

这种⽅法在预测时，⾸先根据开采的地质条件，确定经验公式中的预计参数，再代⼊公式确定预计函数进⽽求出移动和变形值。

这种⽅法是当前最为可靠的⼀种预测⽅法，常见的经验⽅法有：典型曲线法和剖⾯函数法等。

理论模拟法把岩体抽象为某个数学的、⼒学或数学-⼒学的理论模型，按照这个模型计算受开采影响岩体产⽣的移动、变形和应⼒的分布情况。

如认为岩层和地表是⼀种连续的介质，则此模型属于连续介质模型；否则，就属于⾮连续介质模型。

此法所⽤的函数⼀般均由理论研究得出，所⽤的参数常⽤实验室试验或理论推导求得，⼀般与现场实测资料没有直接关系，常⽤的理论模型法主要有连续介质⼒学法等。

影响函数法是介于经验⽅法和理论模型⽅法之间的⼀种⽅法，它的实质是根据理论研究或其他⽅法确定微⼩单元开采对岩层或地表的影响（以影响函数表⽰），把整个开采对岩层和地表的影响看作采区内所有微⼩单元开采影响的总和，并据此计算整个开采引起的岩层和地表的移动和变形，⽬前此⽅法中所⽤的参数根据实测资料获得。

【国家自然科学基金】_开采沉陷预计_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

科研热词推荐指数开采沉陷 9 概率积分法 5 沉陷预计 3 预计参数 2 渗流 2 概率积分 2 保护煤柱 2 高速公路 1 静态预计 1 铁路下采煤 1 钻井水溶法开采 1 近水平煤层 1 边缘修正模型 1 边坡稳定性 1 超高水充填 1 计算机软件 1 覆岩移动 1 纠偏方法 1 等价采高模型 1 神经网络 1 矿区土地 1 深部开采 1 流-固耦合 1 河堤 1 沉陷预计误差 1 沉降预计 1 沉降系数 1 求参 1 条带开采 1 村庄下压煤 1 曲面拟合 1 时间因素影响系数 1 时空数据模型 1 时空推理 1 数据处理 1 数值模拟 1 建筑物 1 岭估计 1 岩移观测站 1 岩移参数 1 地表移动变形 1 地表移动参数 1 地表移动 1 地表沉陷预测 1 地表变形 1 固结 1 含水松散层 1 合成孔径雷达差分干涉测量 1 可视化 1 变形预测 1 变形 1 厚松散层 1
推荐指数 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
推荐指数 6 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

开采沉陷预计系统

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1-3
开采沉陷预பைடு நூலகம்系统
V1.0
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式中 W0 仍为走向和倾向均达到充分采动时的地表最大下沉值，W(x)为倾向方向达到充分采动时走向主断面上横坐标为 x 的点的下沉值，W(y)为走向方向达到充分采动时倾向主断面上横坐标为 y 的点的下沉值。根据下沉表达式，可推导出地表（X，Y）的其它移动变形值。注意：除下沉外的其它移动变形都有方向性，同一点沿各个方向的变形值是不一样的，要对单元下沉盆地求方向导数，然后积分。 2）沿方向的倾斜 i(x，y， ) 设角为从 x 轴的正向沿逆时针方向与指定预计方向所夹的角度。坐标为(x，y)的点沿方向的倾斜为下沉 W(x，y)在方向上单位距离的变化率，在数学上即为方向的方向导数，即为： i(x，y， )＝
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开采沉陷预计系统
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该方法把井下煤层划分为若干小单元，先计算每个小单元对地表变形的影响，然后再把所有小单元对地表的影响叠加起来，该叠加后的值就是地表变形值。该方法符合先微分再积分的思维过程，与剖面函数相比该方法能推广到三维空间应用。我国最著名的影响函数法是概率积分法。该方法来源于波兰学者李特维尼申的随机介质理论，后来我国学者刘宝琛将其实用化，发展为概率积分法。概率积分法将采空区上方覆岩岩层看成松散介质，将地表移动看成服从统计规律的随机过程，该方法符合叠加原理。概率积分法自从引入国内以来，很多学者对其研究，提出修正模型以适应中国的地质采矿条件。概率积分法比较利于编制计算机程序，是我国开采沉陷预计运用最广泛的方法，也是本系统开发采用的方法。
1.2 开采沉陷预计方法
对一个计划进行的开采，在开采进行以前，根据其他地质采矿条件和选用的预计函数、参数、预先计算出岩层和地表变形，称为开采沉陷预计。我国的开采沉陷预测方法大概有如下几种：（1）剖面函数法该方法利用剖面函数来描述地表下沉盆地。剖面函数很直观，而且方便使用计算机解算。对实测资料分析可以较快地确定函数的参数值。但剖面函数和实际下沉盆地形状有一定差异，特别是在地表变形特征点处差异明显。对于相同地质条件下，该种方法比较适合矩形工作面开采的地表变形预计。我国著名的剖面函数预计方法有：皮尔森函数法、双曲函数法、负指数函数法等。（2）典型曲线法该方法通过对研究区域设立观测站，观测工作面主断面上方的地表移动情况，把地表变形观测值绘制成无因次曲线，通过无因次曲线来描述地表的下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形的分布规律，在我国有名的典型曲线是峰峰矿区典型曲线，平顶山矿区典型曲线。该方法预计精度高，但局限性大，不能大面积推广。（3）影响函数法

概率积分法在煤矿开采沉陷预计中的应用

概率积分法在煤矿开采沉陷预计中的应用李帅;宋振柏;曹俊茹;王廷【摘要】为了对由煤炭开采引起的地表变形进行预计,基于概率积分法,利用最小二乘原理反演求取地表变形参数,对矿区地表变形作出高精度变形预计,得到地表变形等值线及开采沉陷预计三维模拟图.结果表明,最小二乘原理求取的变形参数可以高精度的对地表变形进行预计,可为开采沉陷进一步研究提供理论依据.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2013(000)012【总页数】3页(P31-33)【关键词】概率积分法;最小二乘原理;变形参数;开采沉陷【作者】李帅;宋振柏;曹俊茹;王廷【作者单位】山东理工大学建筑工程学院;山东理工大学资源与环境工程学院;山东理工大学建筑工程学院;淄博职业学院建筑工程学院【正文语种】中文随着经济的发展对煤炭需求量进一步增大，“三下”采煤的研究和实施逐步成为目前迫切需要解决的难题［1］。

煤炭开采会引起矿区地表变形，变形量有一定的允许范围，如果大于允许值，可能引发居民地破坏与地表沉陷等严重灾害［2］，所以要对矿区地表进行监测，并充分掌握煤炭开采引起的沉陷规律，为矿山安全生产运营提供可靠的技术保障。

在开采沉陷研究方面我国积累了丰富的经验，并建立了较适合我国实情的数学模型和预计方法。

目前，常用移动变形预计方法有概率积分法、负指数函数法、典型曲线法等［3］。

但无论什么方法，未经实测资料充分验证的，在预计中均不宜采用［4］。

概率积分法是一种基于随机介质理论的数学模型，能够准确合理描述下沉盆地，得到了广泛应用。

本文采用概率积分法，根据最小二乘原理求取所需变形参数，对矿区地表移动与变形进行预计。

从统计观点出发，概率积分法是把整个开采区域微分为无限多个微小单元，各单元开采影响之和等于整个开采对地表的影响。

建立单元坐标系O－xyz，设原点O为开采单元的中心，xy面为开采单元所在的水平面。

对于采区任意一点A，由于单元开采引起A点邻域d SA下沉的概率与坐标轴方向的选择无关，由此可建立概率分布函数的常微分方程式［5］。

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。

煤矿开采沉陷预计理论与方法研究评述

引言：煤矿开采沉陷是指由于地下煤层开采引起的地表沉降和变形现象。煤矿开采沉陷不仅对矿区生产安全和地面设施造成影响，还涉及到土地资源、水资源和生态环境的保护。因此，对煤矿开采沉陷预计理论与方法进行研究，对于保障矿区生产安全、保护矿区生态环境具有重要意义。本次演示将重点探讨煤矿开采沉陷预计理论与方法的研究现状、研究成果、不足和建议。
三、管理措施
1、完善制度
加强煤矿开采沉陷控制的制度建设，制定相关法规和标准，明确企业对环境保护的责任。同时，建立健全的监管体系，确保制度的严格执行。
2、加强监测
增设监测设备，对矿区进行实时监控，及时发现并解决潜在的安全隐患。同时，对开采沉陷进行定期评估，以便及时调整控制措施。
四、经济效益
一、研究现状
目前，国内外对于煤矿开采沉陷自动化监测系统的研究已经取得了一定的成果。其中，基于GPS、GIS、RS等技术的监测系统是研究的重点。这些技术可以实现对开采沉陷区域的实时监测，获取地表变形数据，为开采沉陷的分析和控制提供数据支持。
二、应用
煤矿开采沉陷自动化监测系统的应用十分广泛。首先，在采煤作业中，该系统可以实时监测地表变形情况，及时发现和解决安全隐患，保障采煤作业的安全。其次，在矿区环境保护方面，该系统可以监测矿区地表塌陷、裂缝等问题，为矿区环境治理提供数据支持。此外，自动化监测系统还可以应用于矿区土地复垦、灾害预警等方面。
2、生态失衡
煤矿开采沉陷会对周边生态造成严重的影响，导致植被破坏、水资源污染等问题。通过采取新的控制途径，可以在一定程度上保护矿区生态环境，降低生态失衡的风险。
六、结论和建议
煤矿开采沉陷有效控制的新途径为矿业领域提供了一种新的解决方案。通过采用充填开采和条形煤回采等技术手段，结合完善的管理制度和加强监测等措施，不仅可以提高煤炭资源的利用率、降低企业成本，还能有效保护矿区环境，减少对周边社区的影响。

煤矿开采地表沉陷预测及其防治研究

煤矿开采地表沉陷预测及其防治研究摘要：为了进一步提升煤矿开采的安全质量，需要进行地质灾害防治策略的优化。

地质灾害防治策略不仅能够控制地质灾害发生的几率，而且能够提升煤矿开采和环境保护工程的发展。

因此，分析煤矿开采过程中常见的地质灾害类型，并建立在地质灾害勘查方法的角度进行分析，不仅是本文论述的重点，也是进一步推进煤矿安全管理以及绿色煤矿建设工程的重点研究课题。

关键词：开采煤层;地标沉陷;防治引言通过对煤矿矿区地质环境现状的调查，收集矿区的地形地貌、水文、植被、地质构造、煤矿及周边其他人类重大工程活动资料，提取数据，依据相关公式计算，获得煤矿开发活动范围内的各类地质灾害种类及危害程度，对煤矿地质环境进行针对性治理，使煤矿地质环境保护成为可能。

1煤矿开采地表沉陷防治的重要性地矿工作过程中，加大地质环境的保护以及煤矿地质灾害的防治力度，发挥着极其重要的作用，除了能够预防各类灾害和保证工作人员安全之外，还能够为企业提供与防治地质灾害有关的信息，进而制定更加科学的采矿路线。

例如，某煤矿处于地质与水质环境较为复杂的地区，周围存在许多暗河，采矿前应明确掌握该地段暗河数量与未知，防止产生突水等情况，科学规划路线，如此便能够在保证工作人员安全的同时，提高采矿效率。

立足于企业角度进行分析，加大地质环境保护以及煤矿地质灾害防治力度，可以最大化节省物力与人力，有效控制企业成本，并保障员工安全性，与传统探测方式相比之下，具备许多优越性，因此需增强对煤矿地质灾害防治与地质环境保护的探究。

2煤矿地质环境特点随着我国矿业经济的快速发展，煤矿地质环境问题日益突出。

煤矿地质环境的治理是一个复杂的系统工程，不仅要考虑到对生态环境的影响程度，还要从根本上解决好与当地居民的利益关系，使其在保护矿区资源的同时也能兼顾社会效益和生态效益。

目前，在国内，煤矿地质环境的现状主要有以下几个特点：（1）矿产开发过度，煤矿开采不合理，导致地质灾害频发；（2）煤矿的规模不断扩大，但由于管理不到位，造成了地下水位下降，水土流失严重；（3）采矿区的植被破坏，水土流失，土地沙漠化，土壤肥力降低，对地下水的补给能力减弱，加剧了地表水和地下水的污染；（4）采空区的塌陷、乱石、滑坡现象频发，给周边的生物多样性的生存带来极大的威胁等。