第2章采动地表移动变形预计
开采沉陷知识总结
开采沉陷知识总结地表到充分采动时的采空区面积。
半无限开采：工作面煤壁一侧的煤层未被采动，而另一侧的煤层全部采空的开采情况。
填空（包含解释）1、岩层移动的形式：弯曲、冒落、片帮、底板隆起、滚动、岩石沿层面滑移（1）弯曲岩体部分下落，向下移动的现象。
特点：不在保持其原有的层状性，岩体积增大。
（3）片帮当底板角软时，在矿体采出后，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的现象。
（5）滚动在开采倾斜矿体时，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。
特点：岩层沿层面滑动，层间有错动。
2、岩层三个移动区特征：充分采动区（减压区），最大弯曲区，岩石压缩区。
（1）充分采动区移动特征是：1）下部岩体破碎成块状，上部岩体断裂、离层、裂隙；2）竖向方向受拉、横向方向受压，3）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；4）移动量最大。
（2）岩石压缩区（支承压力区）特征：沿层面方向受拉、层面法线方向受压。
（3）最大弯曲区（Ⅱ、Ⅱ’）特征：1）在此范围内岩层向下弯曲的程度（曲率）最大。
2）在层内产生沿层面方向的拉伸变形和压缩变形。
3、移动稳定后岩层内的三带：冒落带，裂缝带，弯曲带。
冒落带（垮落带）垮落带是指由采矿引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围。
、垮落带内岩层破坏特点是：（1）分带性（2）碎胀性，碎胀系数值恒大于1，一般在1、5～1、80之间。
（3）可压缩性（4）垮落带高度主要取决于采出厚度、上覆岩层的碎胀系数、岩性等，通常为采出厚度的3～5倍。
薄煤层开采时垮落高度较小，一般为采出厚度的1、7倍左右。
顶板岩石坚硬时，垮落带高度为采出厚度的5～6倍；顶板软弱时，垮落带高度为采出厚度的2～4倍。
实践中可用下式近似估算垮落带高度：h=m/(k-1)cosα式中 h采出矿层厚度；K矿层倾角。
（5）形态，随倾角不同而变化裂缝带（断裂带）在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层称为裂缝带。
建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范-2017
第五章 水体安全煤（岩）柱留设与压煤开采 ................ 21
第一节 水体安全煤（岩）柱的留设 ..................... 21
第二节 水体压煤的开采 ............................... 23
第六章 井筒与工业场地及主要巷道保护煤柱留设与压煤开采 .. 30
第三条 煤矿企业应当根据矿区生产、建设发展需要，由企 业技术负责人组织制定有关建筑物（构筑物）、水体、铁路压煤 及主要井巷煤柱的合理开采、受护对象保护及治理的规划，并组 织实施。
第四条 建筑物（构筑物）、水体、铁路及主要井巷所压覆 煤炭资源，应当遵循煤炭资源优化利用、受护对象安全、生态环 境保护和企业经济与社会效益良好等原则，除特级保护煤柱严禁 开采（不包括巷道开拓）外，凡技术上可行、经济上合理的，均 应当进行开采；技术条件可能，但本矿区尚无成熟经验的，必须 进行试采；在目前开采技术条件下难以实现保护要求，但采用搬 迁、就地重建、就地维修、改道（河流）和疏干或者改造（地下
第十七条 当煤层为向斜、背斜构造时，应当根据建筑物与 向斜、背斜构造的空间位置关系，用垂直剖面法设计保护煤柱。
第十八条 在设计山区建筑物保护煤柱时，为防止采动引起 山体滑坡和滑移的附加影响，应当采取下列措施：
（一）位于可能发生采动滑坡和古滑坡地基上的或者可能受 采动引起陡崖峭壁崩塌危害的建筑物，应当首先考虑采取搬迁措 施，否则应当将可能发生采动滑坡的坡体划入受护范围，或者采 取防治采动滑坡的技术措施。坡体受采动影响后是否会产生滑坡， 可以用采动坡体稳定性分析方法结合本矿区积累的实践经验判 定。
5
第二十三条 编制建筑物下压煤开采方案时，对于地表下沉 造成的地表积水问题，应当采取有效控制地表沉降的井下开采措 施或者地面疏排水措施。
急倾斜煤层开采地表移动变形预计
维普资讯
第１ 期
黄森林
急倾斜煤层 开采地表移动变形 预计
５
高发热量、 高挥发分 、 低灰、 低硫等特点。
的体积成正 比” 的假设 ， 设开始开采时刻 ｔ－ ； －Ｏ 预计 起始时间距开始开采 的时间间隔 ； 地表稳定时 ｔ 一∞； 则为了求 出预计至地表下沉稳定时间 内， 地 表的动态下沉系数 ：
河组 ， 中统的西山窑 组及头屯河组 ， 上统的齐古组 ，
西山窑组为区内主要含煤岩系。区内主要构造是由 中生界地层构成的北东 向展布的不对称线型褶皱 ， 轴部发育区域走 向压扭性逆冲断 层 ， 结构 面倾 向南
东。
矿区内 自 向东有乌鲁木齐河 、 西 水磨沟河 、 八道 湾河 、 芦草沟河及铁 厂沟河等 ， 发源于天山， 向西北
流经矿区 ， 消失于准噶尔盆地。乌鲁木齐矿区被数 条河流切割成多个河 间地块 ， 各井 田矿井涌水 主要 来自 东西两侧界河流水沿煤层走 向的补给 ， 为井 次 田南部地表 、 地下水横穿塌陷坑时的渗入 ， 基岩与煤
层 一般 不 含水 。
矿区开采煤层为 中侏罗统西 山窑组 （： ， Ｊ ） 共含
０ 引言 据有关部 门预测 ， ２ 到 ００年我 国煤 炭需 求为
ｌ． 亿 ｔ而我国的煤炭储量主要集 中在西部地 区， ８２ ， 储量 占全 国储量的一半 以上。在我 国西部新疆 、 青
海、 甘肃 、 四川 、 重庆等地 区赋存着大量的急倾斜煤 层， 随着这些地区的煤炭大规模开发 ， 对环境 和资源 的损害愈来愈严重。在急倾斜煤层条件下开采引起 地表形成塌陷槽和大面积的地表沉 陷、 开裂破坏 ， 造 成区内大批的建筑物 、 道路 、 交通设施 、 输水输气 管 线、 高压输电线等公共设施遭到严重破坏 ， 也使 区内 脆弱的生态环境更加恶化 ， 严重影响 了矿区经济的 可持续发展。因此 ， 研究上述问题 ， 于我国煤炭工 对 业的健康持续发展 ， 实现经济发展 和生态环境保 护 协调统一 ， 建设西部 “ 绿色矿 区” 再造一个 山川秀 ， 美的西部显得十分必要和迫切。
第2章 开采沉陷基本概念
（1）中间区特点：下沉均匀、下沉值最大，各处下沉近于 相同，变形值为零，一般无裂缝 （2）内边缘区：地表下沉不等，地面向盆地中心方向倾斜， 呈凹形，产生压缩变形，一般不出现裂缝 （3）外边缘区：地表下沉不等，地面向盆地中心方向倾斜， 呈凸形，产生拉伸变形，当拉伸变形超过一定值后，地面出 现裂缝
• 地表移动盆地的采动程度
充分采动（Critical Mining）：地表最大下沉值不 随采空区尺寸增大而增加的临界开采状态。此时形成的
地表移动盆地称为充分采动下沉盆地
盆地内只有一个点的下沉值达到该地质采矿条件下
应有的最大下沉值。
一般当采空区的长度和宽度均达到1.2~1.4H0（H0为
平均开采深度）时，地表达到充分采动。
• 地表移动盆地的主断面
主断面：通过地表移动 盆地最大下沉点沿煤层倾
向或走向的垂直断面。主
断面个数与采动程度有关。
槽型盆地示意图
AB:走向主断面 CD:倾向主断面
主断面的特征：
主断面上地表移动盆地的范围最大；
主断面上地表移动最充分，移动变形量最大；
主断面上的点，通常不产生垂直于主断面方 向的水平移动。
尺寸，地表任意点的下沉值均未达到该地质采矿条
件下应有的最大值。
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，盆地中央出现平底，平底区域点的下沉值均达到 最大下沉值。
主断面的位置：与采动程度和煤层倾角有关。
最大下沉角：倾斜煤层
开采时，地表移动盆地主断
矿山开采沉陷学答案整理 2
1．“三带”的定义?答：冒落带是指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岩层产生破坏的范围。
裂缝带：在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层。
弯曲带：又称整体移动带，位于裂缝带之上直至地表。
2.地表移动盆地边界的确定（此题答案不确定）一、地表移动盆地边界的划分地表移动盆地划分成如下三个边界：(一)移动盆地的最外边界移动盆地最外边界是以地表移动和变形都为零的盆地边界点所固定的边界。
这个边界由仪器观测确定。
考虑到观测误差一般取下沉为10mm的点为边界点。
所以，最外边界实际上是下沉为10mm的点圈定的边界。
（图中ABCD）(二)移动盆地的危险移动边界危险移动边界是以盆地内的地表移动与变形对建筑物有无危害而划分的边界。
（图中A’B’C’D’）不同结构的建筑机能承受最大变形的能力不一样，所以各种类型的建筑物都应有对应的临界变形值。
在确定移动盆地内危险移动边界时，用相应建筑物的临界变形值圈定，会更接近于实际。
(三)移动盆地的裂缝边界裂缝边界是根据移动盆地内最外侧的裂缝圈定的边界。
3.地表移动观测站设计内容有哪些？答：观测站设计包括便携设计说明书和绘制设计图两部分工作。
设计说明书应包括下列内容：1)建立观测站的目的和任务2)设站地区的地形、地物及地质采矿条件3)观测站设计时所用的开采沉陷参数4)观测线的位置及长度的确定，测点及控制点的数目、位置及其编号5)工作测点和控制点的构造及其埋设方法6)观测内容及所用仪器，与矿区控制网的联测方法，精度要求，联测的起始数据，定期观测时间、方法及精度要求，有关地表采动影响的测定，编录方法。
7)经费估算：包括观测站所需材料、购地、人工等费用的预算8)观测成果的整理方法与分析步骤，所需获得的成果4.水平煤层(或沿煤层定向主颁)非充分采动时主断面内下沉曲线特征?答：判别：水平煤层开采时的采动程度可用走向充分采动角φ3来判别。
当用φ3 角作的两直线交于岩层内部而未及地表时，此时地表为非充分采动。
地表移动变形计算公式
地表移动变形计算公式
地表移动变形计算涉及多个方面，包括下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等。
以下是一些相关的计算公式：
最大下沉值：Wmax=Mqcosa，其中M为煤层厚度，q为下沉系数，α为煤层倾角。
最大倾斜值：Imax=Wmax/r，其中r为主要影响半径。
最大曲率值：Kmax=1.52*Wmax/r。
最大水平移动值：Umax=b*Wmax，其中b为水平移动系数。
最大水平变形值：εmax=1.52bWmax/r。
以上公式主要用于预计煤层开采后的地表移动和变形情况。
其中，Wmax、Imax、Kmax、Umax和εmax分别代表最大下沉值、最大倾斜值、最大曲率值、最大水平移动值和最大水平变形值。
M、q、α、r和b则是相关的计算参数，需要根据具体情况进行确定。
请注意，这些公式是基于一定的假设和简化的，实际应用中可能需要根据具体情况进行调整和修正。
此外，地表移动变形计算还需要考虑其他因素，如地质条件、开采方式、采深采厚比等，因此建议在专业人员的指导下进行。
A矿区采矿活动造成地面塌陷地质灾害预测
A矿区采矿活动造成地面塌陷地质灾害预测作者：马少东来源：《山东工业技术》2018年第24期摘要：本文以12、13、14三个主采煤层的埋深、煤层厚度及煤层倾角三个关键因素为切入点，通过类比当地矿区其他地质条件相似矿的参数，采用概率积分法、极值法和叠加原理，对A矿区开采可能引起的地面塌陷的危险性进行了初步估算。
研究结果表明：该矿开采引起的地表变形严重程度为中度-重度破坏，采空区地面塌陷发生的可能性大，规模中等。
研究成果对A矿区矿山地质环境评价提供了参考。
关键词：概率积分法；地面塌陷；叠加原理DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.24.062A矿区地处黄土高原鄂尔多斯盆地南部，地形南高北低，为丘陵沟壑区，地貌类型为黄土丘陵和山地，基岩零星露头，地形起伏平缓，利于排水，坡度一般小于20°。
目前，该矿处于生产阶段，做好地面塌陷的预测工作，对保证矿山安全生产具有极为重要的意义。
1 煤层开采情况井田含煤地层为石炭系上统太原组（C3t），煤矿开采煤层为12、13、14煤层，各煤层特征如下：12煤层：煤层厚度0.95m～1.56m，平均厚度1.22m；13煤层：煤层厚度1.06m～1.71m，平均厚度1.41m；14煤矿：煤层厚度1.21m～2.49m，平均厚度1.83m。
煤层倾角均为25°～40°之间，平均倾角取32°，煤层采深一般在60～350m，埋藏相对较浅，总体上属结构简单的较稳定煤层。
2 地面塌陷预测2.1 影响因素的分析因煤矿主采12～14煤层，随着开采规模的扩大和全面垮落法的顶板管理方式，当煤层大面积采空放顶后，采空区净空加大，顶板弯沉，引起冒落带、裂隙带及整体移动带，当覆岩移动波及地表时，地表将出现有规律的移动变形，即为地表移动盆地。
地表移动盆地的形成和大小与煤层厚度、倾角以及开采的范围、开采方式等因素相关。
本次预测以煤层埋深、煤层厚度及煤层倾角三个关键因素，估算整个井田范围内煤层开采时可能造成的地表移动与最大变形量。
2第二章 保护煤柱的设计
第二章保护煤柱留设第一节保护煤柱留设基础知识地下采煤引起岩层与地表产生沉陷、移动和变形，导致位于其影响范围内的井筒、巷道、地面建筑物和构筑物、地表水系及地下含水层等遭受不同程度的破坏。
为了保护有些重要的建筑物、水体等，使其免遭采动损害的影响，有时需要在井下留设保护煤柱。
保护煤柱：指专门留在井下不予采出的、旨在保护其上方岩层内部和地表的各种保护对象不受开采影响的那部分煤炭。
受保护对象包括：井筒、井下主要巷道和硐室、地面各类建（构）筑物、铁路、水体等。
留设保护煤柱的优点是能有效保护地表建（构）筑物，其缺点是：（1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限；（2）使采掘工作复杂化，增大掘进工作量，造成采掘关系紧张。
下列情况下需要留设临时性的或永久性的保护煤柱：（1）矿井工业场地及风井井口附近的建筑物、构筑物和其他重要设施；（2）国务院明令保护的文物、纪念性建筑物和构筑物；（3）采用不搬迁进行采煤在技术上不可行，而搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建筑物和构筑物；（4）煤层开采后，地表可能产生抽冒、切冒等形式的塌陷漏斗坑和突然陷落，对地基及上部建筑造成严重破坏的重要建筑物和构筑物；（5）所在地表下方潜水位较高，采后地表下沉将导致建筑物及其附近地面积水，而又不可自动排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的建筑物或构筑物；（6）对国民经济和人民生活有重大意义的、用其他保护方法不能确保安全的河(湖、海、水库) 堤坝、船闸、泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑工程。
一、保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理是在保护对象的下方留出一部分煤炭不开采，使其周围的煤炭的开采对保护对象不产生有危险性的移动和变形。
图2-1 保护煤柱留设原理图如图2-1：设煤层上方的地面有一建筑物，其受护面积为a0b0c0d0，为保护建筑物不受开采的有害影响，需要留设保护煤柱。
确定煤柱大小的方法具体如下：首先，通过建筑物中心作沿煤层走向和倾向的剖面图，如图所示。
辽宁灯塔西马煤矿充填式开采地表变形预测
辽宁灯塔西马煤矿充填式开采地表变形预测题正义;柳东明;王振【摘要】针对建筑物保护煤柱的煤炭资源回收问题,根据西马煤矿具体地质采矿条件,选择概率积分法对西马峰村保护煤柱开采后引起地表移动变形进行预计;并以1326工作面似膏体充填开采结果为基础,计算出充填采区工作面的等效采高;预计结果表明,如按设计开采方案布置工作面,西马峰村建筑物损害等级为Ⅱ级,不符合预先制定的标准;将开采方案进行一定的调整后再进行预计,结果表明,西马峰村建筑物所处地表的移动变形值均在建筑物损坏等级Ⅰ级所规定的范围内,即建筑物在不用维修或简单维修的情况下可以正常使用,则西马峰村保护煤柱似膏体充填开采是可行的.【期刊名称】《中国地质灾害与防治学报》【年(卷),期】2014(025)004【总页数】6页(P66-71)【关键词】充填开采;概率积分法;开采沉陷预计;地表移动变形【作者】题正义;柳东明;王振【作者单位】辽宁工程技术大学,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学,辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】TD820 引言“三下”开采一般指建筑物、铁路、水体下矿体的开采［1-2］。
矿山生产过程中，通常在建筑物下、铁路下、水体下预留保护煤柱，不仅造成大量煤炭资源的积压，而且影响矿井生产的合理布局和接续。
我国“三下”资源储量巨大，据统计煤炭资源中，“三下”压煤约137.9×108t，其中建筑物下压煤量最大，约为94.63 × 108t［3-5］。
近年来，“三下”开采技术发展迅速，随着充填技术及充填工艺的不断发展，“三下”压煤充填开采已经成为一种必然趋势。
充填开采不仅能有效控制地表移动变形，而且资源回收率最高可达90%以上。
充填开采技术主要有似膏体充填、超高水材料充填和固体废物充填等，特别是似膏体充填开采技术在我国的矿井生产应用最为广泛。
沈阳焦煤集团西马煤矿在南一采区1326工作面、1327工作面成功地进行了似膏体充填开采，为该项技术应用于北翼充填采区西马峰村保护煤柱开采提供了宝贵的经验。
采动过程中地表移动变形规律
在 此 条 件 下可 认
图
1
卜一 卜 一 刊
动态盆地坐标 系
4
为 采 动 过程 中 动 态 地 表 下 沉 盆 地 任 一 点 的 移
动 变形 值
,
只 是 随工 作 面 沿 走 向 的 推 进 距 离
。
的 变化 而 变 化
,
w 票
、
L
、
a
和b
个 动 态 参 数随
,
不变 化
。
在
根 据进 一 步 理 论 研究 和 实 测 资 料 分 析 得 知
、
,
式
与变 形 预 计 的 必 备 条 件 变 形 值 的大小
1
.
,
决 定 着 地 表移 动 与
二、
) 中q
x 只 有C
m
a
和 C 都 可视 为 不 变 的 常
y
。
。
数
C,
随
乙变 化
通 过 分 析 整 理 实测 资 的 数据 列 于 表
1
,
动 态采 动 程 度 系 数 C
,
料
,
求
二 出 了 一 组C 与l / H
又在 匀速 开 采 的 条 件 下
,
方 沿煤 层 走 向 方 向 的 半 个 动 态 地 表盆 地 下 沉
因此
推进 距 较好 地 反 映
了 动 态 下 沉盆 地 的 时 间 与 空 间 关 系 切反 映
王 与各 参 数 间 的 关 系
,
,
。
为 更确
。
式中
q c
进 而 分 析 地表
移 动与 变 形规 律 二
在 地 表达 到 充 分 采 动 前所 必 需 的 工 作面
半无限开采时地表移动盆地走向主断面的移动和变形的预计
… …
、 恐 Ｌ 。
都 崃 为。 ｊＬ上． ｊ匕腌的 善 善Ｌ 大 眉恐 Ｌ 。（ 『 落窿物斋』 ）
（ ４ ７ ） 匕 耳鼻三至切扎 ＇ ｊ 亨 匕毛 ） 、 命ｅ 加９
（ ４ ５ ） 丧三 蓬莱 木加 、 二考恩 ， ） 礼。 真忙蓬莱 木加匕 ０ 童Ｌ 士。（ 『 竹取 物捂 ） （ 『 日 本文言文法Ｊ ｐ ３ ９ ３ ） （ ４ ６ ） 人 屯三至来扣。¨加 世允匕 胸汇 虮
、
言文法』 ｐ ３ ９ ６ ） （ ３ Ｏ ） 玉 陵 取９ 忙 也 圭 力 、 否。 玉 ） 枝老取 ９ Ｉ 二 行墨喜寸。（ 『 竹取物捂』 六） （ ３ １ ） 橘 老八一 ） 盘壁 为Ｉ 二 土口 、 八橘 匕
｝ 于 为。
橘老 ／ ７ 渡Ｌ 南为二匕ｃ ： 上， ） ／ 允。（ 『 伊势物希 九） （ 『 日 本文言文法． Ｊ ｐ ３ ９ １ ）
为匕 … …。
、 一 ）
芑 ７ ＞ ｂ冥檬 屯 一 ） 弓 。（ 『 新编古典 ３ ￣ ｐ １ １ ３ ， ｐ １ １ ４ ） （ ３ ６ ） 野分 朝三 、 老加 Ｌ ｃ 于 扎 台凰 翌朝（ 耋 三上 面 白 、（ 『 日 本螽古文人 ｒ ￣ ］ Ｊ ｐ ９ ） （ ３ ７ ） 平家ｅ 耋 水螭 戟汇膀 与 三至 ， 会稽
件有： 煤层 的法向开采厚度 １ Ｔ ｔ ， 煤层倾 角 ａ ， 采空区 下山边界、 上山边界、 走向主断面上 的和平均的开 采深度 Ｈ， 、 Ｈ 、 Ｈ、 Ｈ 。 ， 采空区走向长 Ｄ ， ， 倾向斜长 Ｄ ． 顶板管理方法 ， 上覆岩的性质 ， 工作面形状和工 作面推进进度等。在预计时， 这些地质采矿数据和 因素， 反映在预计的函数和参数中。
济阳煤矿首采区地表移动与变形规律分析
结 济 阳煤 矿 初 采 和 复 采 情 况 下 的地 表 移 动 变形 规 律 ， 本 井 田 和 相 似条 件 的矿 井开 采 具 有 指 导 和借 鉴 作用 。 对
关 键 词 首 采 区 位 移 反 分 析 地表 移 动参 数 中 图 分 类 号 Ｄ ２ ． Ｆ ３５ ４ 文献标识码 Ｐ
由于五层煤与七 层煤 共用 同一观测 站 ， 因此 地表 观测工 作是一 直延续 的， 据 ２０ 依 ０ ８年 １ ２月 ８日的第 十三期 、 ０ ２ ９年 １月 １ ０ ５ Ｈ的第 十 四期及 ２０ ０ ９年 ３月 １ ３日的第 十五期的观测结果 分析可知 ， 五层 煤开采对 地表 的影 响 于 ２ ０ ０ ８年 １ ２月 初 已结 束 。 由于七 层 煤 １０ 工作 面开始 回采 ， 测站 东 端 的点 位 于 ２ ０ ７３ 观 ０ ８年 １ ２月初 已经开始下沉 。随着 工作面 的继续 回采 ， 表 地 下沉量逐 渐增 大 ， 形成下沉盆地 。依据 ２ １ ０ １年 １ ２ 月 ３
１ ２ 七 层 煤 采 动 后 地 表 移 动 变Fra bibliotek形 情 况 ．
多储量丰 富 ， 但可采煤层 以簿煤层为主 ， 地表 下巨厚松 散层 达 ３ ０ 以 卜， ０ｍ 采矿 条件较 为特殊 ， 区域 内可借 鉴
的岩移 资料缺乏 。该 蚌兀 采 区位于井 田北 部工广 以 东， 为单 翼 采 ， 面标 商 ＋２ 地 ２～ ＋２ ｍ， 西 走 向 ７ 东 １０ １０ ｍ， 北宽 ６ ０～７０ 首采 区 ５ ７煤 层可 ５ ０～ ６０ 南 ０ ０ ｍ， 、 采储 量 １４ ６万 ｔ ７． 。地 向有 ３个 村序 ， 前街 村 ８０户 ０
的五 层 煤 与七 层 煤 采 后 点 位 累 计 最 大 下 沉 值 为
地下开采引起的地表移动变形分析
1502017年/第一期/一月（上）地下开采引起的地表移动变形分析侯晓兵张艺霞（安阳工学院河南・安阳455000）摘要山东省莱芜市小官庄铁矿由于长期的地下开采，地下已经形成一定范围的采空区，引起了地表的下沉和变形，对地上一定范围内的构筑物及人的安全造成了影响。
为了有效地减少和防止灾害的发生，准确地预测出地下开采引起的地表沉降值和水平变形值，采用了双曲正切函数和随机介质理论进行了计算分析，并与实测沉降数据进行了对比，确定了适用于该地层的正确参数，为今后开采过程中及开采完成后，对地表的影响范围、沉降及水平变形的预测提供了可靠的保证。
关键词地下开挖双曲正切函数法随机介质理论地表移动变形中图分类号：TD325，TU457文献标识码：ADOI:10.16400/ki.kjdks.2017.01.069Analysis of Ground Movement and Deformation due to Underground MiningHOU Xiaobing,ZHANG Yixia(Anyang Institute of Technology,Anyang,Henan 455000)Abstract Duo to the long term underground mining,the underground of Xiaoguanzhuang Iron Mine in Laiwu City,Shandong Province has formed a certain range of goaf,which caused the surface subsidence and deformation and posed a threat to the surface building and people in a large area.In order to reduce and prevent any case of disaster with accurate data,the hyperbolic tangent function model and the stochastic medium theory are adopted to make statistical analysis of surface subsidence value and the level deformation pared with the field data,the correct parameters can be settled which provides a guarantee for the prediction of influence on range of subsidence and deformation during the process or in the aftermath of mining.Keywords underground mining;hyperbolic tangent function;stochastic medium theory;ground movement and deformation 0引言近几十年来，随着勘探技术的不断发展与进步，在全国范围内地下开采工程越来越多，其开采的技术与方法也越来成熟。
矿区地表移动变形预计的基本理论和方法
矿区地表移动变形预计的基本理论和方法摘要: 本文从结合现有理论基础和实践经验，从各方面总结了矿区地表移动变形预计的基本理论和方法，重点介绍了概率积分法的基本原理和相关的预计公式。
概率积分法预计模型在我国开采沉陷的应用中是最普遍的，其预计精度较高，使用方便。
关键词：矿区地表移动变形预计;基本原理Abstract: this article from the theoretical basis and according to the practical experience, all in summarizes the surface deformation is expected to move in the basic theory and method, the paper focuses on the basic principle of probability integral method and the relevant formula is expected to. Probability integral method in our country mining subsidence prediction model of application is the most common, and its expected high accuracy, easy to use.Keywords: mining area is expected to surface movement deformation; Basic principle0 开采沉陷预计的基本概念对一个计划进行的开采，在开采进行以前，根据其地质采矿条件和选用的预计函数、参数，预先计算出受此开采影响的岩层和(或)地表的移动和变形的工作，称为开采沉陷预计，也称岩层和(或)地表移动预计(或计算)，简称“预计”[1]。
预计时用到的地质采矿条件有：煤层的法向开采厚度（采高）m，煤层倾角a，采空区下山边界、上山边界、走向主断面上的开采深度以及平均的开采深度、、、，采空区走向长、倾向斜长，顶板管理方法，上覆岩层的性质，工作面形状和工作面推进进度等。
《采空区的勘察设计与治理技术》规范
向，采空区的塌落情况。
（3）采空区开采历史及规划发展情况。
（4）采空区地下水发育情况，排水、抽水情况及对采
空区稳定的影响。
（5）建筑物变形情况和防治措施。
（6）有条件时，可进行实地测量。
采空区调查表
3 、地质调绘
（1）地形地貌，地质构造，地层时代、成因、岩性、
产状，矿层的分布范围、开采深度、厚度等。 （2）不良地质现象的类型，分布位置与规模。 （3）地下水水位变化幅度，了解采空区附近工农业抽 水和水利工程建设情况及其对采空区稳定的影响及地 表水、地下水水质及其腐蚀性。
至最低层洞底地层以下不少于2米。布孔应结合工程和
坑洞展布情况以及物探异常点，经综合分析研究后进 行布置。
②测试 (a)对上覆不同性质的岩、土层，应分别取代表性试样 进行物理力学性质试验，提供稳定性检算及工程设计
所需参数。
(b)分别取地表水及地下水样作水质分析。 (c)对煤层或可能储气部位，必要时进行有害气体含量 及压力的现场测试。
② 裂隙带（破裂弯曲带）处于冒落带之上，并产生较大的弯曲和变形， 其厚度一般取采矿厚度的12～18 倍（从矿层顶板向上的厚度）。 ③弯曲带（不破裂弯曲带）裂隙带顶面至地面的厚度。 上述三个分带适于水平状岩层，根据采空区大小、采矿厚度和开采深度 的不同，上述三个带不一定同时存在。
二、采空区勘察
采空区的勘察方法
（a）采取充填法处理顶板，及时全部充填或两次充填，以减少地表下沉 量。 （b）减少开采厚度或采用条带法（房柱式）开采，使地表变形值不超过 建筑物的容许极限值。 （c）增大采空区宽度，使地表移动充分和建筑物很快处于盆地中部的均 匀下沉区。 （d）控制开采的推进速度均匀，合理进行协调开采。
（3）加强建筑物基础刚度和上部结构强度。 （4）加强维修养护，在地表变形期，特别是变形活跃期， 应加强巡道，对建筑物加强观测，发现变形及时维修。 （5） 松土坑洞已坍塌成陷坑，空洞小时，仅做地表夯实， 可不做其它处理。 （6.）坑洞埋深较深，可用试坑和分段拉槽的方法，用普通 土或卵石土灌注回填夯实。 （7）对建筑有影响且埋深较浅的采空，可用开挖回填方法 处理。 （8）埋深较深,面积较大的采空区可用钻孔压力注浆处理。 （9）根据洞穴变形的预测值，选择相应的和允许变形的建 筑结构形式。
急倾斜煤层开采地表移动变形预计研究
１１ Ａ Ｙ ． ＮＳ Ｓ程序 简介
某井 田煤 层为 中生代 侏罗 纪成 煤 ， 矿主要 可采煤 煤 层平 均 厚度 为 ５ 煤 层 倾 角 为 ６。属 急 倾 斜 煤 层 开 ｍ， Ｏ， 采 ， 层 赋 存 稳 定 ， 质 构 造 简 单 ， 开 采 煤 层 位 于 煤 地 现
２１ ０ ２年第 ５期
西 部探矿 工程
１３ ６
急 倾 斜 煤 层 开 采 地 表 移 动 变 形 预 计 研 究
贺 林
（ 中煤 科 工集 团武 汉设 计研 究院 中汉岩土 工程 分公 司 ， 北 武汉 ４ ０６ ） 湖 ３０４ 摘 要 ： 急倾斜 煤层 的地质 条件 及破 坏机 理与 水平煤 层 开采 时有本质 不 同， 急倾 斜煤 层 开采 引起 的地 表 移 动 变形 规律 在 国 内外研 究 中属 于薄 弱环节 ， 其地 表 沉 陷预计 是 国 内外开 采沉 陷研 究领 域 尚未解 决的难题 之 一 。通过 ＡＮＳ ＹＳ数值 模 拟及计 算机 编程 方 法对急倾 斜煤层 开采地表 移动 变 形预 计进 行 了一 定 的研 究 ， 以期 对急倾 斜煤 层 的合 理 开采和 矿 区环境 保护提供 相 关依 据 。
关 键词 ： 急倾 斜 煤层 ； 地表 移动 变形 ； 值模 拟 ； 陷预 计 数 沉 中图分 类号 ： Ｄ８ ３ ２ 文献标 识码 ： 文章编号 ： ０ ４ ７ ６ ２ １ ） ５ １ ３ ４ Ｔ ２． １ Ａ １ ０ —５ １ （ ０ ２ ０ —０ ６ —０
采动过程中地表移动变形规律
｜
＼
图２
（ ） 沉 速 度 经 历 一 个 由 小 到 大 再 到 小 的 变 化 过 程 ， １下 （） ２ 当地 表 下 沉 速 度 达 到 最 大 值 时 ， 表 点 的 下 沉 大 地 约 达 到 该 地 表 点 最 终 下 沉 量 之 半 。 此 时 水 平 移 动 亦 达 到 最 大 值 ， 水 平 移 动 速 度 为 零 （ 维 空 间 ）水 平 移 动 速 度 有 两 而 三 ， 个极值 。 （ ） 的 最 终 位 置 超 过 其 原 始 位 置 正 方 下 一 微 小 距 离 ３点 极 为有 利 的 条 件 ， 在 此 种 条 例 下 试 采 。 新 集 一 矿 已 成 功 试 可 采 １０ 、３ ０ １０ ３ ８ １ １ 、 ３ ７东 段 、３ ９西 段 ， 小 防 水 煤 柱 １ ６Ⅳ ， １０ 最 ０ ｚ 已 安 全 回 采大 髓 的煤 炭 资 源 ，４３ １ 作 面 已 进 行 ８ 防 水 ２ １０ 工 ０ｍ 煤 柱 的 试采 。 新 集 二 矿 已 布 置 １０ 、３８工 作 而 准 备 试 采 ． ３７ １０ 又 可 望 回 采 煤 炭 近 ２０万 ｔ经 济 及 技 术 效 益 显 著 。 ８ ， （） 寒 武 系 张 夏 组 下 开 采 ｌ一 ｌ 层 时 ， 于 煤 厚 较 ４在 ３ 煤 由 大 ， 留 设 足 够 的 防 水 煤 岩 柱 ， 择 适 当 的 开 采 方 案 ， 小 须 选 减 岩 破坏程度 ， 回采 工 作 而 加 大 排 水 抗 灾 能 力 ， 保 安 全 开 采 。 确
度小 ， 平分 量 和垂直 分量 都较 小。此 阶段 可 称移 动 水
的第 １阶 段 （ 始 阶 段 ） 当 回 采 工 作 面 到 达 地 表 点 的 正 方 开 。 下 并 继 续 向 前 推 进 时 ， 沉 速 度 增 长 较 快 ， 逐 渐 达 到 最 大 下 并 下 沉 速 度 ． ， 动 方 向 仍 然 与 工 作 面 推 进 方 向 相 反 ， 移 移 但 动 向量 与 铅 垂 线 的 夹 角 将 逐 渐 变 小 。 当 下 沉 速 度 达 到 最 大 值 时 ， 平 移 动 速 度 等 于 零 （ 图 ｌ ｂ ） 动 向 量 接 近 于 铅 水 见 （）移 垂方 向 ， 即 ＝０ 此 阶段 称 移 动 的 第 Ⅱ阶 段 。 回 采 工 作 而 继 ， 续 向 前 推 进 ， 渐 远 离 地 表 点 Ａ， 沉 速 度 将 由 最 大 逐 渐 变 逐 下 小 ， 动 向 量 发 生 根 本 变 化 ， 与 工 作 而 推 进 方 向 相 反 变 为 移 由 与 工 作 面 推 进 方 向一 致 。 由于 移 动 向 量 发 生 了根 本 变 化 ， 因
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☞
1）影响函数方法
影响函数方法是预计采动地表移动变形的一种有效方法。它是 从经验方法向理论模型过渡的一种方法。它的理论基础是分布函 数，因而称之为影响函数方法。
☞
假定开采单元矿层dv,其水平投影面积为dp,单元矿层开采引起 地表点A的下沉表达式为
dwa mf (s)dp
m—采高，mm；
w( x) w( x l )
利用半无限开采叠加方法计算有限开采移动变形值
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☞ 同样可得出有限开采条件下的其它移动变形 指标的半无限叠加计算表达式：
i 0 ( x) i( x) i( x l )
K 0 ( x) K ( x) K ( x l )
0 ( x) ( x) ( x l )
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第2章采动地表移动变形预计
Xi`an University of Science and Technology Yu Xueyi
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2.1地表移动和变形预计理论方法概述
早在1858年，比利时学者哥诺（Gonot）以观测资 料为基础，提出了“法线理论”，认为采空区上下 边界开采影响范围可用相应点的层面法确定。此后 德国学者依琴斯凯（ Jicinsky,1876 ）提出了“二等 分线理论”。豪斯（ Hausse,1885～ 1887 ）建立了采 空区上方有三带分布沉陷模式。第二次世界大战以 后，随着经济的发展，矿山开采大规模进行，形成 了各种各样的开采沉陷损害预计理论，其可以概括 为影响函数方法、理论模型方法和经验方法三大类 型。
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•☞
3）理论模型方法
属于理论模型方法是建立在力学模型上的，以及 建立在弹性或塑性理论基础上的计算方法。在这方面 主要有以A.Salstowicz（1958）等为代表的固体力学 理论[13]；J.Litwiniszy（1963）等为代表的随机介质 理论[14]。建立在弹性或塑性理论基础上的计算方法如：
0
令： ds
r
d
得： ( x s) ，
r
在上式中作变元，换元有：
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w ( x)
0
wmax
( xl ) e d
r x 2 r
2 x ( x l ) 2 2 2 r e d r e 0 0 wmax 2 2 2 2 d e d e x 0 2 r
地表下沉系数
0.6～1.1
备注 厚松散层下沉系数较大
0.10～0.20
0.05～0.08 0.3～0.5 0.45～0.55 0.2～0.3 0.45～0.60 0.6～0.7 0.06～0.25 0.01～0.05 0.35～0.55
矿体倾角大于35
适合于薄煤层 冒落区充填是近年来国外发展的新方法 回采率35%～55%
式中
—下沉系数；
f(s)—影响函数
☞典型的影响函数方法如：
式中 dp—采出矿层单元面积； s—单元采出面积dp距地表点 A的水平投影距离； b—柯郝曼斯基理论的深度系 数； Rg、r、r0—开采影响范围的特 征参数。
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• 根据影响函数的叠加原理，对于开采 范围为 P 的矿层开采引起地表点 A 的下沉 量可用通式表示为：
u1, 2 ( y ) b1, 2 wmax e
1, 2 ( y )
2b1, 2 wmax r
2 1, 2
y r 1, 2
2
w( y )ctg
2
ye
y r 1, 2
i1, 2 ( y )ctg
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u 0 ( x) u( x) u( x l )
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在有限开采情况下，移动盆地视开采宽度大小而发 生变化，主要体现在移动变形的极值及其出现的位置 和相应的移动变形参数:
下沉
水平移动（倾斜）
水平变形（曲率）
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(二)倾斜主断面的移动变形预计
• 倾斜主断面的水平移动和水平变形计算式：
xe r
2
d
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2.2.1半无限开采时地表移动盆地走向
主断面的移动变形预计
(一)移动变形计算表达式
u （1）下沉预计表达式
(x)
ue(x-s)
u(x)
o
x
we(x-s)
w(x)
H
wmax
s x
x-s
m dv
s
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wmax 2 2
w max 2
倾斜方向有限开采叠加计算图
在矿层倾斜方向有限开采情况下，倾斜主断面上由两个半 无限开采叠加方式计算移动变形的,其叠加计算式如下 :
w 0 ( y ) w1 ( y ) w2 ( y L) 0 i ( y ) i1 ( y ) i2 ( y L) K 0 ( y ) K 1 ( y ) K 2 ( y L) u 0 ( y ) u1 ( y ) u 2 ( y L) 0 ( y ) 1 ( y ) 2 ( y L)
0
xe r
2
d
2
2 e d 0
x erf r 1
（2）倾斜、曲率表达式
dw( x) i ( x) dx
2
x2 wmax r 2 e
r
wmax d w( x) r2 K ( x) 2 3 x e 2 dx r
有限单元法（ FEM ）；边界元法（ BEM ）； 离散元(DEM)等方法；非线性力学（Nonlinear） 等方法。
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☞ 在采动地表沉陷预计评价方法中， 经验方法和影响函数方法基本类似，它 们都是建立在大量的观测研究基础上的， 但是经验方法具有局限性，而影响函数 方法可通过预计参数的调整，应用于不 同条件下的预计，它的通用性强。
wa m f (s)dp
P
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2）经验方法
地表沉陷预计的经验方法是在特定的地质采矿条件 下，根据大量的观测数据，确定出地表移动盆地主断面 移动变形规律，并以典型曲线理论化，或以诺摸图方法， 供在相近地质采矿条件下的地表移动预计应用。
☞
典型的经验函数方法如
：
前苏联应用的负指数函数方法；英国煤田方法 （ NCB.1975 ）；波兰学者 Z.Kowalczyk (1972) 积分网 格法；中国学者何国清提出的威布尔分布法 （ Weber,1983 ）及各矿区通过观测曲线拟合得出的适 用本矿区的典型剖面曲线法等。
布
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移 动 变 形 分 布 函 数 表
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2.2.2有限开采时地表移动盆地主断面的移 动变形预计
(一)走向主断面的移动变形预计 根据叠加原理可求得此条件下的地表下沉分布预 计式为:
wmax l r 2 ( x s ) 2 w ( x) e ds 0 r
覆岩性质 主要岩性 平均坚固系 数f 概率积分法经验参数
b
tg
S 0 /H
影响传播 角
以中生代地层硬砂岩、硬石炭 坚硬 岩为主，其他为砂质页岩、页 岩、辉绿岩 以中生代地层硬砂岩、石灰 中硬 岩、砂质页岩为主，其他为软 砾岩、致密泥灰岩、铁矿石 以新生代地层砂质页岩、页 软弱 岩、泥灰岩及粘、砂质粘土等 松散层
x2
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（3）水平移动、水平变形表达式
x2
wmax r 2 w( x) u ( x) B B e x r
式中 B B( z) z H 。由于当 x=0 时，上式具有最大值
umax B wmax r
令
B b b被称之为水平移动系数，则 r 2
u ( x ) bwmaxe
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(三)双向均为有限开采时的预计
（2 主断面内各点的移动变形值计算式； 1）xy 主断面内各点的移动变形值计算式
00 i i ((y Cyx ()y ) i i2 ( ly x) ) C ii( (x ) L) 1x 00 K ( x ) C K ( x ) K ( x l ) K ( y Cyx K1 ( y ) K 2 ( y L) 00 x) )C u (1x (ly ) uu ((y Cyx u ()y )u ( x u2 L) 0 0 x) ) C x (ly ) ((y Cyx (1x ()y ) ( L) 2 0 0 wmax y w Cy max x C x wmax w max
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类别 主要充填系统
各类充填开采工艺特点
充填设备 充填能力/（m3· h-1）
水砂充填法
浅部：简易注沙盆、沙泵加 压；深部：注沙井、压气或 沙泵加压 充填材料破碎、下料井、压 风和送料系统 下料井
管路输送
200～300
风力充填法
风力充填机、管路输 送 矿车或皮带输送
ห้องสมุดไป่ตู้
50～250
矸石自溜充填法
>6
0.40 ～ 0.65
0.2 ～ 0.3
1.4 ～ 1.6
0.15 ～ 0.20
90 - （ 0.7 ～ 0.8 ）
3～ 6
0.65 ～ 0.85
0.2 ～ 0.3
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2.2概率积分法
开采沉陷的随机介质理论50年代由波兰学 者李特维尼申提出后，中国学者刘宝琛、廖国 华60年代初期在随机介质理论基础上解决了地 表移动平面预计问题。近30年来，又成功地解 决了地表移动预计空间问题、覆岩内移动预计 问题、露天开采移动预计问题，发展为概率积 分法特殊地表地形问题的预计体系，目前已成 为我国较为成熟、应用最广泛的预计方法之一。 ☞ 这里将概率积分法的半无限开采计算公式 及其近水平矿层开采条件下的有限开采引起地 表移动变形预计问题和预计参数的确定方法作 简要的介绍 ：