矿山开采沉陷观测

第十四章
§14.1 §14.2
矿山开采沉陷观测
开采过程中的移动和变形 地表移动观测站的设计
§14.3
§14.4 §14.5 §14.6 §14.7
地表移动观测和资料整理
岩层移动及破坏检测技术 ”三下”采煤观测概述 保护煤柱的留设 保护煤柱设计实例
第十四章
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§14-1 地表与岩层移动的几个基本概念
一、 岩层移动的几种形式 由于开采地下矿产资源引起的地表与上覆岩层 的岩体遭到破坏而产生的移动与变形统称为地表与 岩层移动。地表与岩层移动的形式主要有以下六种。 1 弯曲 当地下煤层被采出后，从其直接顶到地表将沿 其层理的法线方向，向采空区方向弯曲。在整个弯 曲过程中，岩层整体上保持其连续性和层状结构。
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4 岩石沿层面的滑动 当煤层倾斜时，岩石的自重力方向与岩层的 层理面不垂直，岩石除产生沿其法向的弯曲外， 还将产生沿层理面方向的滑动。岩层倾角越大， 沿层理面的滑移越明显。 5 垮落岩石的下滑 当煤层倾角较大时，采用自上而下的开采顺 序采煤，上山部分回采过后，采空区已被冒落的 岩块充填，这时开采下山部分的煤层，上山部分 的垮落岩石可能下滑充填下山部分的采空区，从 而使上山部分的岩层和地表移动加剧，下山部分 岩层移动减弱。
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地表曲率变形对建筑物的影响 曲率变形是反映地表弯曲程度的指标，分正曲 率(地表上凸)和负曲率(地表下凹)两种。负曲 率变形使建筑物中间受力小，两端受力大，乃 至中央部分处于悬空状态，使建筑物产生八字 形的裂缝。 4 地表水平变形对建筑物的影响 水平变形也分为正负两种：正值表示拉伸变形； 负值表示压缩变形。水平变形是引起建筑物破 坏的重要因素，尤其是拉伸变形。
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四、 移动盆地的主断面 通常情况下，通过采空区中心与煤层走向平行 或垂直的断面上的地表移动值最大，我们将该断 面称为移动盆地的主断面。在主断面上不仅移动 量最大，而且地表移动盆地的范围也是最大的。 主断面的位置一般在采空区中间，但与采动情 况和煤层倾角有关。在非充分采动情况下，通过 采空区中心所作的平行于煤层倾向的垂直断面， 即为移动盆地的倾斜主断面。走向主断面的位置 则需要通过倾斜主断面上的最大下沉点，按最大 移动角θ确定(所谓最大下沉角是指采空区的中 点和地表移动盆地的最大下沉点的连线，与水平 线之间在煤层下山方向一侧的夹角)。
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五、地表移动和变形对建筑物的影响 1 地表下沉和水平移动对建筑物的影响 地表大面积的均匀下沉和水平移动，只会 引起建筑物整体的移动，不会导致建筑物的 破坏。但当移动值很大、地下水位很浅时， 地表移动盆地积水，不仅会使建筑物淹没在 水中，而且易使地基强度降低，严重时可造 成建筑物的倒塌。非均匀的下沉和水平移动 对建筑物和交通线路等都有严重的不利影响。
2 断裂带 在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层和断 裂，但仍保持层状结构的那部分岩层称为断裂 带。断裂带位于冒落带和弯曲带之间。断裂带 内岩层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂， 而且产生顺层理面的离层裂缝。
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3 弯曲带 断裂带之上直至地表都属于弯曲带。在弯 曲带内，岩层在自重力作用下产生沿层面法线 方向的弯曲，但仍保持其原有的层状结构；岩 层的移动是连续而有规律的。弯曲带的高度主 要受开采深度的影响，当采深很大时，弯曲带 的高度将很大，但地表的移动和变形相对较平 缓。
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6 底板岩层的隆起(又称底鼓) 如果煤层底板岩石很软且倾角较大，在煤 层采出后，底板在垂直方向减压，水平方向 受压，造成底板向采空区方向隆起的现象， 称为底鼓。
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二、移动稳定后采动岩层内的三带 煤层采出后，所产生的地表与岩层移动过程 较为复杂，为了满足采矿工程的需要，将移动 稳定后的采动岩层按其破坏程度不同，分为三 个不同的开采影响带，即冒落带、断裂带和弯 曲带。
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三、 地表移动盆地 当开采影响波及到地表之后，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。地表移 动盆地是在工作面的推进过程中逐步形成的，
地表移动盆地的大小和形状主要与煤层 倾角、采空区的大小和采深是否达到充 分采动有关。
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1 冒落带 冒落带是指采用全部垮落法管理顶板时， 回采工作面放顶后引起煤层直接顶板产生破 坏的范围。其特点是顶板岩石发生破碎，而 且越是靠近煤层的岩石破坏愈严重。冒落带 的高度主要取决于采出煤层的厚度和上覆岩 石的碎胀系数，一般为采出煤层厚度的3-5倍。
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地表倾斜对建筑物的影响 移动盆地内非均匀的下沉引起的地表倾斜， 将使位于其范围内的建筑物重心发生偏斜，特 别是对于底面积小、高度大的建筑物(如水塔、 烟囱和高压电线铁塔等)影响更大，严重时可 导致建筑物发生折断或倾倒。 此外，地表的倾斜还会引起公路、铁路和管 道等坡度的变化以及机械设备的倾斜，从而影 响它们的正常工作状态，因此必须及时进行修 复。
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2 冒落 煤层被采出后，其上覆岩层最初的弯曲达 到一定限度后，其直接顶板岩层将与整体分开， 破碎成小的岩块而落下来充填采空区，这种移 动形式称为冒落。 3 片帮 煤层采出后，采空区顶板岩层内出现悬空， 其压力便转移到煤壁上，形成增压区，煤壁在 附加载荷的作用下，一部分被压碎并垮向采空 区，这种现象称为片帮。
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所谓充分采动是指地下煤层
采出后ห้องสมุดไป่ตู้地表下沉值达到该地 质采矿条件下应有的最大值。
一般情况下，当采空区的长度和 宽度均达到或超过采深的1.2-1.4 倍时，地表可达到充分采动。凡 是采空区的尺寸没有达到充分采 动的临界值，地表下沉也未达到 该地质采矿条件下应有的最大下 沉值时，这种采动称为非充分采 动。