开采沉陷复习资料

填空
1.岩石的空隙性包括孔隙性，
裂隙性，水理性包括吸水
性，软化性和透水性。

2.弹性模量和泊松比是反映
岩石变形特征的两个基本
指标。

3.根据世家荷载方式不同，岩
石硬度分为单向抗压强度，
单向抗拉强度，单向抗剪强
度，三轴压缩和抗弯强度。

4.反映岩石流变性的两种宏
观表现是蠕变，松弛。

5.影响岩石流变性等性质和
力学性质的三个重要因素
是结构，矿物和构造。

6.岩石移动形式有弯曲，冒
落，片帮，滑移，下滑和底
板岩隆起。

7.移动稳定后的岩层按其破
坏程度分为三份不同的开
采影响带分别是冒落带，断
裂带，弯曲带。

将底板以下
岩体也分为三带底板采动
导水带底板阻水带底板
承压水导升带
8.设采空区平均开采深度为
H，通常在采空的长度和宽
度达到和超过1.2-1.4h时可
达到充分采动。

9.地表变形分为倾斜变形，曲
率变形，水平变形。

10.冒落带内岩层破坏的特点
分带性，碎胀性，可压缩性，
冒落高度h=m/（k-1）cos 11.断落带内岩层破坏的特点
裂缝断层，层状结构，漏水。

12.弯曲带内岩层破坏的特点
移动过程连续而有规律，隔
水性
13.按照地表移动变形值的大
小及其对建筑物及地表的
影响程度，可将地表移动盆
地划分出三个边界最外边
界，危险移动边界，裂缝边
界。

14.描述地表移动盆地形态和
范围的角量参数主要有一
下几种:边界角，移动角，
裂缝角，松散层移动角，充
分采动角。

15.目前我国采用的临界变形
值是r=3mm/m,ξ
=2mm/m,k=0.2mm/m２.
16.地表观测站建立后要进行
链接测量，全面测量，日常
观测。

17.地表点移动过程分三个阶
段开始阶段，活跃阶段，衰
退阶段
18.常用的岩土物性关系：各向
同性线弹性模式，横观各向
同性线弹性模式，弹塑性模
式，低抗拉或不抗拉模式19.计算岩体力学参数：变形模
量 E 泊松比( )粘聚力 C
内摩擦角（）抗拉强度T 20.矿山开采沉陷的控制技术：
填充开采技术支撑矿柱技
术协调开采技术保安
煤柱设计技术
21.填充管理顶板：水沙填充
风力填充矸石自溜填充法
22.常用的定量指标：下沉，水
平移动，倾斜，曲率，水平
变形，扭曲和剪硬变
23.开采沉陷对环境影响的评
价内容：地表建筑物，水体，
道路管线，土地。

名词解释
矿山开采沉陷：有用矿物被采出
后，在开采区域由于开采活动引
起运动重新分布，在此过程中伴
随着岩层的移动和破坏，上述开
采活动引起覆岩移动，力由下往
上逐层的影响传递导致地表产
生沉降和变形破坏，这一过程称
为矿山开采沉陷。

岩石：由矿物或岩屑在地质作用
下，按一定规律聚积而形成的自
然物体。

岩石湿度：具有自然湿度的岩石
试样中所含水的重量与绝对干
燥的岩石试样重量之比
变形：物体上任一点的绝对或相
对位移，或者线性尺寸的变化，
称为该物体的变形。

岩石的蠕变：在一定湿度和应力
的情况下，岩石随时间延长而产
生的缓慢连续变化。

弹性模量：单轴受力的情况下，
正应力与其产生的应变之比E=
泊松比：在弹性形变范围内，岩
石在纵向压力作用下所产生的
横向压缩应变与纵向压缩应变
之比
地表移动盆地：当地下工作面开
采达到一定距离后，地下开采便
波及地表使受采动影响的地表
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
区大的多的沉陷区域，这种地表
沉陷区称为地表移动盆地。

充分采动：是指地下矿层采出后
地表下沉值达到该地质采矿条
件下应有的最大值，此时的采动
状态称为充分采动。

非充分采动：采空区尺寸小于该
地质采矿条件下的临界开采尺
寸是，地表最大下沉值未达到该
地质采矿条件下应有的最大下
沉值，称为非充分采动。

临界开采：通常把地表移动盆地
内只有一个点的下沉达到最大
下沉值的采动状态称为刚好达
到充分采动，此时的开采称为临
界开采。

地表移动盆地主断面：将地表移
动盆地内通过地表最大下沉点
所作的沉矿层走向和倾向的垂
直断面。

沿走向的的主断面称为
走向主断面；沿倾向的主断面称
为倾向主断面。

充分采动角：充分采动条件下，
地表移动盆地的主断面上移动
盆地平底边缘和同侧采空区边
界线与煤层在采空区一侧夹角。

最大下沉角：就是在倾向主断面
上由采空区的中点和地表移动
盆地的最大下沉点的连线与水
平线之间的矿层下方一侧的夹
角
地表移动的持续时间：是指在充
分采动或接近充分采动的情况
下，地表下沉值最大的点从移动
开始到移动稳定的持续时间。

起动距：通常指地表开始移动时
的工作面的推进距离
起前影响：在工作面推进过程
中，工作面前方的地表受采动影
响而下沉的一种现象
起前影响角：将工作面前方地表
开始移动的点与当时工作面的
连线和水平线在煤柱一侧的夹
角。

开始移动的点到工作面的水
平距离称起前影响距
岩层移动:在底下开采前，岩体
在地应力作用下处于相对平衡
状态，当局部矿体采出后，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，从而
引起应力重新分布，使岩体产生
移动变形和破坏，甚至达到新的
平衡，随着采矿工作进行，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
层产生移动和破坏的过程，这一
过程和现象称为岩层移动。

移动盆地的最外边界：指以地表
移动变形为零的盆地边界点所
圈定的边界。

危险移动边界：指以临界变形值
确定的边界，表示处于该边界范
围的建筑物将会产生损害，而位
于该边界外的建筑物则不会产
生明显的损害
裂缝边界：是指根据移动盆地的
最外侧的裂缝圈定的边界。

边界角：在充分采动或接近充分
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
的连线与水平线在矿柱一侧的
夹角。

移动角：在充分采动或接近充分
采动条件下，地表移动盆地主断
面上三个临界变形中最外边的
一个临界变形值点至采空区边
界的连线与水平线在矿柱一侧
的夹角。

裂缝角：在充分采动或接近充分
采动条件下，在地表移动盆地主
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
平线在矿柱一侧的夹角。

围护带：即根据建筑物不同的保
护级别，从建筑物的边界向外扩
展一定的范围，作为设计保护煤
柱的受护边界。

1.将底板以下岩体也分为三带底板采动导水带底板阻水带底板承压水导升带
跨落带内岩层破坏特点分带性碎胀性可压缩性跨落带高度主要取决于采出厚度和直接顶岩层的碎胀系数通常为采出厚度三道五倍
裂缝带破坏特征：裂缝带内岩层不仅发生垂直与岩理面的裂缝或断裂而且产生顺层理面的离层裂缝
弯曲带岩层移动特点：移动过程连续而有规律，保持整体性和岩层结构，此带下部也存在离层裂缝
2. 破裂岩体碎胀规律：初次采动时，离矿层越近，碎胀系数越大，碎胀系数达到最大值所需工作面推进距离越小。

重复采动时，离矿层越近岩体碎胀系数越小，甚至不出现碎胀，重复采动碎胀系数小于初次采动碎胀系数。

软岩体碎胀系数比硬岩体碎胀系数小，岩石的初始碎胀系数分布在1.2到1.8之间。

破裂岩体压实稳定后残余碎胀系数分布在1.05到1.15之间
3.地表移动盆地移动和变形的分布规律：1下沉等值线以采空区中心为原点呈椭圆形分布，椭圆的长轴位于工作面开采尺寸较大的方向2盆地中心下沉值最大，向四周逐渐减小；3水平移动指向采空区中心，采空区上方地表几乎不产生水平移动，开采边界上方地表水平移动值最大，向外逐渐减小为空
4.地表移动盆地主断面特征：1在主断面上地表移动盆地的范围最大；2在主断面上地表移动量最大3在主断面上不存在垂直于主断面方向的水平移动
5. 地表移动对建筑的影响：1下沉和水平移动对建筑物的影响；2地表倾斜对建筑物的影响；3地表曲率对建筑物的影响；4地表水平变形对建筑物的影响
6.建筑物下采矿防护措施结构措施有哪些一方面减小地表移动变形的开采措施，目的是尽量控制建筑物所在地表的移动变形，另一方面是对建筑物开采采取结构措施，以增加其抵抗变形的能力。

保护建筑物的结构措施大致可分为两：一类是提高建筑物的刚度和整体性，增加建筑物的抵抗变形的能力另一类是提高建筑物适应地表的能力，减小地表变形引起的建筑物附加能力
8.钢拉杆的作用采用钢拉杆的优点作用：增大地表正曲率变形区建筑物墙体的抗拉能力，防止建筑物的上部产生拉应力而破坏。

优点：施工简单，工作量小，地表移动稳定后可以回收钢材7.变形缝的作用有哪些变形缝
的位置
减小建筑物的长度，减小建筑
物的损坏，增加抵抗地表变形的
能力，减小地基反力不均匀对建
筑物的影响
位置：长度过大的建筑物，可每
隔20米左右设置一条变形缝
平面形状复杂的建筑物转折部
位建筑的高度差异或荷载差
异处建筑物的类型不同处地
基强度有明显差异
9.铁路下采煤的特点和技术措
施
特点：1.铁路是延伸性建筑物，
相互之间为一整体。

如果某一区
段出现问题必然会影响全线通
车，必须全盘考虑。

2.铁路运输
不能中断，必须保证采动过程中
列车行车的安全，这就要求在短
时间维修的条件下，保证铁路维
修的质量。

3.铁路突然的局部的
陷落对列车危害极大，可能导致
列车行车事故，必须加以防止。

4.铁路的移动变形可通过及时维
修加以消除。

技术措施主要有两大类：开采措
施和维修措施。

开采措施是减小
地表的移动变形和下沉速度，维
修措施是消除开采对铁路线路
的影响，保证铁路的安全运行。

维修技术措施主要有1.加宽，加
高路基，保护路基的稳定性。

2.
用起道和顺坡的方法消除地表
下沉对线路的影响。

3.用拨道，
改道的方法消除横向水平移动
对线路的影响。

4.用串道的方法
消除纵向水平移动变形对线路
的影响，调整轨缝
10.影响开采沉陷的地质采矿因
素：1.覆岩力学性质，岩层层位
的影响。

2.松散层对地表移动特
征的影响。

3.煤层倾角的影响。

4.开采厚度和开采深度的影响。

5.采区尺寸大小的影响。

6.重复
采动的影响。

7.采煤方法及顶板
管理方法的影响
11.地表沉陷土地复垦分类：可
分为工程复垦技术和生物复垦
技术。

工程复垦技术又分为：充填复垦
技术，平整和修建梯田复垦技
术，疏排法复垦技术，挖深垫浅
复垦技术，建筑复垦技术
12.岩层移动的过程：当地下矿层
开采后，采空区直接顶板岩层在
自重应力及上覆岩重力的作用
下，产生向下的移动和弯曲。

当
其内部应力超过岩层的应力强
度是，直接顶板首先断裂，破碎
并相继冒落，而基本顶岩层则以
梁，板形式沿层面法向方向移
动，弯曲，进而产生断裂，离层。

随着工作面的向前推进，受采动
影响的岩层范围不断扩大。

当开
采范围足够大时，岩层移动发展
到地表，在地表形成一个比采空
区范围大得多的下沉盆地。

附图
13.地表移动变形规律：是指地下
开采引起的地表移动和变形的
大小，空间分布形式及其与地质
采矿条件的关系，包括地表移动
盆地主断面内的移动变形分布
规律，地表移动稳定后全面积移
动分布规律等。

需满足的条件：1深厚比H／m
大于30.这种条件下的地表移动
变形在空间和时间上都具有明
显的连续性和一定的分布规律；
2.地质采矿条件正常，无大的地
质构造，并采用正规循环的采矿
作业；3.采空区为规则的矩形；
4.不受邻近工作面开采的影响。

14.地表移动盆地移动和变形分
布规律：1.下沉等值线以采空区
中心为原点呈椭圆形分布，椭圆
的长轴位于工作面开采尺寸较
大的方向。

2.盆地PIS下沉值最
大向四周逐渐减小。

3.水平移动
指向采空区中心，采空区中心上
方地表几乎不产生水平位移，开
采边界上方地表水平移动值最
大，向外逐渐减小为0.
15.地表点的移动轨迹：当地表点
与工作面相对位置不同时，地表
点的移动风向和大小不同。

地表
最大下沉值点从开始移动到移
动结束的全过程，分为四个阶
段：1.当工作面由远处向A点推
进时，移动波及A点，A点开始
下沉。

随着工作面推进，A点下
沉速度由小逐渐变大，此时A点
的移动方向与工作面推进方向
相反，此时为移动的第一阶段：
2.当工作面通过A点正下方继续
推进时，A点的下沉速度增大并
逐渐达到最大下沉速度，A点的
移动方向近于铅垂方向，此时为
移动的第二阶段：3.当工作面继
续推进并离开A点后，A点的移
动方向与工作面推进方向相同，
此时为移动的第三阶段：4.当工
作面远离A点一定距离后，回采
工作面对A点的影响逐渐减小，
A点下沉速度逐渐趋于零，点A
移动停止，此时为移动的第四阶
段。

移动稳定后，A点的位置并
不在其起始位置的正下方，一般
略偏向回采工作面停采线一侧。

附图：
16.采动过程中地表下沉的变化规律：在走向主断面上，工作面由开切眼推进A点时，岩层移动开始波及地表。

通常把地表开始移动时的工作面推进距离称为起动距。

随着工作面再推进，地表移动盆地的范围和移动量均增加。

当工作面推进到C点时，地表达到充分采动，地表移动最大值达到该地质采矿条件下的最大值。

工作面再推进，地表移动范围增大，但地表下沉量不再增加，当工作面停止推进后，地表移动范围和移动量较推进过程中有所增大，说明地表动态移动量和移动范围小于稳定后的移动量和移动范围。

附图
17.观测程序：观测站的观测，连接观测，全面观测，日常观测。

全面观测：一般包括测点的高程测量、各测点间的距离测量、各测点偏离观测线方向的支距测量、地表特征状况记录与素描。

高程测量可直接从观测站控制点开始，按三等水准测量的精度要求进行。

若观测站两端有控制点，可进行附合水准测量；若只在一端有控制点，则需进行往返水准测量。

经平差后求得各测点的高程。

当观测站地形起伏较大时，可进行三角高程测量。

距离测量可用经比长后的钢尺进行往返丈量，或用检验后的测距仪观测两个测回，并加入各种改正数，取平均值作为边长。

支距测量可利用经纬仪配合支距尺进行。

日常观测：一般包括巡视测量加密水准测量及地表变化特征的素描、摄影等。

巡视测量的目的就是确定出观测站是否遭受开采的影响、地表移动是否稳定、地表移动的剧烈程度等，为全面观测和加密水准测量提供依据。

18.开采沉陷观测站的分类：按设立的地点考虑分：地表移动观测站，岩层内部观测站，专门观测站。

按分布站的形式分：网状观测站和剖面线观测站。

按观测站的时间和内容分：普通观测站和短期观测站。

19.观测站的设计原则：1.观测线应设在地表移动盆地的主断面上；2.设站地区在观测期间不受邻近开采影响；3.观测线长度应大于地表移动盆地范围；4.观测线上测点应有一定的密度，测点间距要根据开采深度和设站目的而定；5.观测站的控制点要设在移动盆地范围以外埋外要稳固；6.可用旧有控制点引测标定。

20 观测站成果整理有哪些
观测成果整理包括计算和绘图两部分。

观测成果计算：1观测数据的内业计算2移动变形计算3地表移动变形参数的确定。

绘图工作包括：1移动变形曲线图2下沉速度曲线图
21设站所需资料及控制点设置
要求
观测站通常由两条线组成，一
条沿煤层走向布设一条沿煤层
倾向布设，二者垂直相交
1设站地区井上井下对照图开
采图以便确定井下开采与地面
关系2设站地区的水文地质资料
3开采工作面设计资料4观测地
区井上井下测量坐标资料5开采
沉陷资料控制点设置要求：1必
须保证控制点的坚固稳定2必须
定期进行检测3控制点应埋设在
观测线两端，每段不少于两个4
控制点的间距以及工作测点的
外端点到控制点的间距为50到
500米
22地表移动持续时间定义及阶
段定义：在充分采动或接近充分
采动情况下，地表下沉值最大的
点从移动开始到移动稳定持续
的时间
开始阶段——下沉量达到10mm
时刻为移动开始时刻，从移动开
始到下沉速度达1.67mm\d时为
移动开始阶段活跃阶段——
下沉速度大于1.67mm\d的阶段
衰退阶段——从下沉速度小于
1.67mm\d起到各点下沉累计不
超过30mm为移动衰退阶段，这
三个阶段时间总和为移动持续
时间
判断
1.岩石比重大小，取决于组成岩
石的矿物比重及其在岩石中的
相对含量而与孔隙性和吸水性
无关。

错
2.一般来说，岩石质量密度越大，
力学强度也大。

错
3.岩石碎胀系数恒大于1. 对
4.一般情况下，致密而坚硬岩石
的碎胀系数大于软弱或松散岩
石的碎胀系数。

对
5.对同一种岩石来说其碎胀系数
是常数。

对
6.岩石在应力作用下首先是发生
变形，其次是破坏。

对
23试述地表主断面上五种变形
值的具体含义及其对地表建筑
物的影响
1下沉变形：地表点的沉降叫
下沉用w表示，是地表移动向量
的垂直分量Wn=Hno-Hnm
2水平移动：地表下沉盆地中某
点沿某一水平方向的位移水平
移动Un=Lnm-Lno 3倾斜变
形：是指相邻两点在竖直方向的
下沉值与其水平距离的比值，用
以反映地表移动盆地沿某一方
向的坡度im-n=Wn-Wm\Lm-n
4是相邻线段的倾斜差与线段中
点间的水平距离的比值，用以反
映测线断面上的弯曲坡度5水
平变形：是指相邻两点的水平位
移与两点间水平距离的比值通
常用ξ表示
下沉和水平位移对建筑物的
影响：地表均匀地平缓地下沉和
水平移动可使建筑物位置发生
变化，但不会使建筑物内产生较
大附加应力也不会使其损坏
地表倾斜对建筑物的影响：地表
倾斜会使位于其影响范围内的
建筑物不斜，特别是底面积很小
而高度大的建筑物会使铁路公
路管线等坡度发生改变，增加阻
力，改变水流方向
地表曲率对建筑物的影响：使建
筑物地基产生弯曲，从而使建筑
物产生附加应力。

地表水平变形对建筑物的影响：
地表水平变形通过建筑物基础
与周围土体的摩擦力而传递给
上部建筑物，使建筑物产生附加
拉应力和压应力导致建筑物损
坏和压坏，在门窗洞口墙体基础
上产生裂缝。

24.井工开采对生态环境的影响主要包括三个方面：开采沉陷对生态环境的影响，矿山废弃物对生态环境的影响和开采沉陷对水的影响。

（一）开采沉陷对环境的影响1.对耕地的影响：使耕地标高降低潜水位上升，导致土地淹没，盐渍化，土地肥力下降；耕地坡度变化，导致水土流失；使土壤结构发生变化，位于地表拉伸区的土壤孔隙度增加，而位于压缩区的土壤孔隙度减小，密实度增大；在浅部开采，岩溶区开采，急倾斜矿层露头开采时，使地面出现塌陷坑，塌陷漏斗，导致土壤肥力和水分丧失，影响农作物的生长；使采空区边缘地表附近出现裂缝。

2.对地面建筑物等人工设施的影响：地表移动变形对建筑物的影响：地表下沉对建筑物的影响：均匀的地表下沉不会使建筑物地基反力产生重分布，也不会在建筑物上产生附加应力，因而不会使建筑物损害，但当地下潜水位高，地表下沉量大时，均匀下沉可使建筑物积水或地基受水软化，影响建筑物使用甚至破坏；倾斜对建筑物的影响：地表倾斜对于平面面积小而高度大的建筑物有实际的影响，地表倾斜引起建筑物倾斜，在建筑物自重的作用下引起水平分力和弯矩；地表曲率对建筑物的影响：由于曲率变形，地表将由原来的平面变成曲面形状，引起建筑物地基反力重分布，是原来均匀的地基反力发生变化，出现加载区和卸载区，在地基反力重分布的影响下，建筑物墙壁在竖直面内受到附加弯矩和剪力的作用，使房屋结构弱面处产生裂缝；地表水平移动变形对建筑物的影响：地表水平移动变形主要通过两个方面的作用影响建筑物，一是地基与基础间摩擦力作用将水平变形产生的拉压应力传递给建筑物，因而在建筑物上产生附加拉应力和剪应力使建筑物损坏，二是地基的移动在基础上产生横向挤压力，使基础在水平面内产生弯曲变形，从而在建筑物上引起附加应力导致建筑物受损。

地表移动变形引起的建筑物裂缝：斜裂缝；墙身顶部竖向裂缝；窗台上竖向裂缝；勒脚处竖向裂缝；窗前墙上水平裂缝；砖过梁上竖向裂缝。

3.对野生动物和微生物的影响：由于开采沉陷使矿区自然景观发生变化，影响绿色植物的生长发育，改变了动物的栖息环境，使一些野生动物由于不适应环境的变化或由于缺少食物而死亡或迁移；可使土壤中水分增加，pH发生变化从而影响微生物的生长繁殖。

（二）矿山废弃物对环境的影响：矿山在开采过程中除了采出有用矿物还采出一些无用的矸石，这些废弃的矸石堆积在地面在水风化作用下，排出大量有毒有害物质，污染大气土地和水造成严重的环境污染。

（三）开采沉陷对水体的影响：地下开采导致覆岩及地表破坏，从而影响地下和地面水体，使含水层水位下降，地面河流干涸，破坏地下和地面水资源加剧了西部地区的沙漠化。

露天开采对生态环境的影响：1.对土地资源的破坏主要表现为对土地的直接挖损、外排土场和尾矿排气物压占土地2.对水环境的影响：使含水层水位下降；露天采场内基岩裸露使流入露天采场内的地下水酸化并遭受重金属等有害物质的污染；露天矿大量排放的酸性水和排土场淋溶酸性度水，对周围水体均产生一定的污染3.露天矿对大气环境的污染主要表现为露天爆破和排土场场尘。