矿山开采沉陷学(知识点整理)

矿山开采沉陷学(知识点整理)

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。当煤层倾角较大，而且开采自上而下顺序进行，下山部分煤层继续开采而形成新的采空区时，采空区上部垮落的岩石可能下滑而充填新采空区，从而使采空区上部的空间增大，下部空间减小，使位于采空区上山部分的岩层移动加剧，而下山部分的岩层移动减弱。

（六）底板岩层的隆起。当底板岩层较软时，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。

3：岩层移动的三带

（一）冒落带(Caving zone)

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岩层产生破坏的范围。冒落带内岩层破坏的特点为：冒落岩块大小不一；无规则地堆积在采空区内；冒落岩块间空隙较大，连通性好，易导水、导砂。

具：碎胀性、可压缩性。分：不规则冒落带、规则冒落带

（二）裂缝带（断裂带）(Fractured zone) 裂缝带是指在采空区覆岩中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层。位于冒落带之上。其特征为：岩层不仅产生垂直于层理面的裂缝或断裂，还产生顺层理面的离层裂缝，易导水。分：严重断裂带、一般断裂带、微小断裂带。冒落带和裂缝带合称为冒落裂缝带，或导水裂缝带(Water conducted zone)。

（三）弯曲带(Sagging zone)（整体移动带）弯曲带位于裂缝带之上直至地表。其移动特点为：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；弯曲带顶面（地表）有时产生一些拉伸裂缝，一般到一定深度尖灭。

4：地表移动

所谓地表移动，是指是指在采空区面积扩大到一定的范围后，岩层移动发展到地表，使地表产生移动和变形，这一过程和现象称为地表移动。5：地表移动和破坏形式

（一）地表移动盆地(Ground subsidence

trough)：

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，或下沉盆地。

（二）地表裂缝(Surface fracture)及台阶（step）：

在一定条件下，地表移动盆地外边缘拉伸变形区可能产生裂缝。裂缝的深度、宽度与有无第四系松散层及其厚度、性质和变形值大小有关。（三）塌陷坑(Subsidence cave)及塌陷槽

开采缓倾斜煤层和倾斜煤层时，地表破坏主要是地表出现裂缝，但在某些特殊地质开采条件下，地表可能出现漏斗状塌陷坑或塌陷槽。6：充分采动和非充分采动

充分采动(full subsidence)：是指地下煤层采出后，地表下沉值达到了该地质采矿条件下应有的最大值，此时称为地表达到充分采动，随着工作面的继续扩大，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底。地表只有一点达到最大下沉值――刚达到充

分采动――临界开采(Critical extraction)。地表移动盆地呈碗形。有多个地表点达到最大下沉值――超充分采动――超临界开采(Supercritial extraction)，地表移动呈盘形。

采空区尺寸（长度和宽度）小于该地质采矿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矿下应有的最大下沉值，称这种采动为非充分采动，此时地表移动盆地为碗形。7：充分采动角

充分采动的范围用充分采动角（以ψ表示）确定。充分采动角的确定方法是：在充分采动的条件下，在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称为充分采动角。下山方面的充分采动角以ψ1表示，上山方面的充分采动角以ψ2表示，走向方向的充分采动角以ψ3表示。

8：地表移动盆地的特征

在移动盆地内，各个部位的移动和变形性质及大小不尽相同。在采空区上方地表平坦、达到超充分采动、采动影响范围内没有大地质构造条件下，最终形成的静态地表移动盆地可划分为三个区域（图7b）

移动盆地的中间区域（又称中性区域）；

移动盆地的内边缘区（又称压缩区域）；

移动盆地的外边缘区（又称拉伸区域）。

在刚达到充分采动和非充分采动时，盆地内不出现中间区域。

拐点：内外边缘区分界点、下沉曲线凹凸变化点。

水平煤层开采时地表达到充分采动的地表移动盆地，它有下列的特征：