山区采动裂缝对地表移动变形的影响分析
第27卷 第1期
岩石力学与工程学报 V ol.27 No.1
2008年1月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，2008
收稿日期：2007–03–28；修回日期：2007–05–07
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50774067)；江苏省高校自然科学基金资助项目(05KJB170131)
作者简介：康建荣(1966–)，男，博士，1988年毕业于山西矿业学院采矿工程专业，现任教授，主要从事测绘工程方面的教学与研究工作。E-mail ：jrkang@https://www.wendangku.net/doc/f13359242.html,
山区采动裂缝对地表移动变形的影响分析
康建荣1
，2
(1. 徐州师范大学 测绘学院，江苏 徐州 221116；2. 太原理工大学 采矿工艺研究所，山西 太原 030024)
摘要：根据现场实测资料，分析地表产生采动裂缝的4个阶段及其形成过程机制，揭示采动裂缝对山区地表移动变形的影响：(1) 地表采动裂缝使得地表下沉呈现出非连续性移动特性，并在凹形地貌部位，地表下沉值减小；在凸形地貌部位，地表下沉值增大。(2) 采动裂缝会使山区地表沿坡体下坡方向的水平移动值增大，增大的量值与坡体形态及与采空区相对位置、表土层特性有关。(3) 采动裂缝的产生会改变水平变形的性质：在拉伸变形区域出现拉伸变形值减小或转变为压缩变形值；或在压缩变形区域出现拉伸变形或压缩变形值减小情形，并且会使拉伸变形区域的拉伸变形值增大，压缩变形区域的压缩变形值增大。 关键词：采矿工程；沉陷；山区；地表移动变形；采动裂缝
中图分类号：TD 32 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)01–0059–06
ANALYSIS OF EFFECT OF FISSURES CAUSED BY UNDERGROUND
MINING ON GROUND MOVEMENT AND DEFORMATION
KANG Jianrong 1
，2
(1. School of Geodesy and Geomatics ，Xuzhou Normal University ，Xuzhou ，Jiangsu 221116，China 2. Institute of Mining Technology ，Taiyuan University of Technology ，Taiyuan ，Shanxi 030024，China )
Abstract ：Based on in-situ data ，the four stages of fissures and the mechanism of ground movement and deformation caused by underground mining are analyzed. The results are drawn as follows. (1) Subsidence is shown of discontinuous movement ，and it is found in concave region ；the ground subsidence decreases ，but increases in convex region. (2) The fissure can increase the displacement along with the mountain slope down ramp direction ，and the increase is related to slope form ，position of gob ，and characteristics of surface. (3) The fissure can change the horizontal deformation properties. It can reduce tensile strain or increase the compression strain in the tensile strain region ，or reduce compression strain or tensile strain in compression strain region ，or increase strain in tensile or compression regions.
Key words ：mining engineering ；subsidence ；mountainous region ；movement and deformation ；fissure caused by underground mining
1 引 言
我国大约有1/3的煤矿位于山区，如中西部地
区的山西、陕西、四川、湖南、贵州等重要产煤地有相当数量的矿山位于山区，由于山区的地形起伏，开采煤炭资源对地表产生的影响远大于平原地区，其中最突出的问题是开采地下煤炭资源使地表产生
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大量的裂缝(见图1～4)[1]，这些采动裂缝不仅破坏了土地，而且使得山区地表坡体的稳定性受到影响，从而形成滑坡等矿山环境灾害，因而在山区，地表采动裂缝是引起矿山地质环境灾害的主要因素。本文以古交嘉乐泉矿1208～1210工作面地表移动观测站实测资料分析了采动裂缝对地表移动变形的影响，提出了山区地表移动变形预计时应考虑的问题。
图1 黄土峁顶部采动裂缝[1]
Fig.1 Fissures in the loess hilltop due to mining[1]
图2 黄土坡地上的塌陷裂缝[1]
Fig.2 Subsidence fissures in the loess hillside fields[1]
图3 黄土坡地上的裂缝和崩塌[1]
Fig.3 Fissure and collapse in the loess hillside fields[1]
图4 黄土坡地上出现的倒台阶裂缝[1] Fig.4 Reverse step fissures in the loess hillside fields[1]
现场调查和观测结果表明，山区地下煤层开采引起的地表移动和变形情况十分复杂，开采产生的地表裂缝与煤层的地质采矿条件、覆岩性质、覆岩产状、地表地形和地貌(包括地表倾角、倾向、微地貌特征和松散层结构特性)、采动程度、坡体形态、地表岩(土)性质、浅层构造和弱面状态等因素有关[2～16]。为了能够充分掌握开采影响下的山区地表移动变形规律，对开采影响下裂缝产生的机制和规律研究是十分关键的。
目前，国内外在山区地表移动规律方面的研究主要体现在：(1) 总结了山区地表移动变形的一般特征及分布规律；(2) 根据地表移动观测线获取的实测数据建立预计模型[1，2]，在该模型中考虑了地表趋势面倾角、地表倾斜方向角、地表特性系数等与山区地形特性相关的参数。
从现有的研究成果[6]看，对采动地表裂缝仅是以开采裂缝角来描述采动裂缝的范围，没有分析裂缝角与开采程度、上覆岩层岩性、地形地貌特征等因素的关系。而现有的山区地表移动变形预计模型主要以观测线数据分析而得出的经验型模型，特别是其中参数在选择时的客观规律性不足，另外观测线的建立是以主断面为基础的，而在山区实质是不存在这一理论上的主断面，因而观测数据具有一定的局限性，实质上开采影响下的山区地表移动是三维向量，其移动变形与采动程度、工作面与地表点的相对位置、上覆岩层的走向倾向分布及岩石力学特性、地表地形(坡度、坡向、微地貌特征)等因素密切相关，用二维观测数据分析三维移动向量必然会存在一定的缺陷。由于开采在地表产生裂缝，地表移动和变形呈现非连续性。山区地表移动变形的已有成果也是建立在连续移动变形的基础上，故与现实情况不符。因此，分析开采影响下地表采动裂
第27卷第1期康建荣. 山区采动裂缝对地表移动变形的影响分析? 61 ?
缝的形成机制、影响因素及规律，为山区矿区环境
灾害的防治提供理论依据以及煤炭资源的绿色开采
有着重要理论意义[16]。
2 采动裂缝的产生过程
开采影响传递到地表后，在地表产生移动，由
于地表点之间的移动量不均衡，从而在其内部产生
变形，当其拉伸变形超过其抵抗变形能力之后，地
表产生裂缝。通过调查分析，地表采动裂缝的产生
可分为如下4个时期：
(1) 移动变形积累期。工作面开采后，其上覆
岩层在重力作用下产生弯曲变形，当开采面积还没
有达到使上覆岩层产生破坏断裂前，地表中形成较
小的移动变形量，采动影响也较弱，这时一般不会
产生裂缝，故称为移动变形积累期。
(2) 裂缝产生期。随着开采面积的增大，其顶
板岩层垮距超过其极限后发生断裂，并使移动破坏
过程向上逐步传递到地表，这时地表移动变形量逐
渐增大，且地表点之间的不均衡移动量尤为突出，
当不均衡移动量产生的变形量超过地表抵抗变形的
能力之后，地表产生裂缝，这时裂缝的宽度及延伸
长度也相对较小，其位置一般出现在开采边界的外
侧。
(3) 裂缝扩展期。当地表产生裂缝之后，随着
开采面积的进一步增大，地表裂缝也会进一步扩
展，但由于山区地形的影响，裂缝的扩展一般在山
顶部位较大，而在山谷部位相对较小。
(4) 裂缝闭合期。随着开采面积的增大，开采
工作面与裂缝位置的距离超过了开采影响范围，这
时原先张开的裂缝随着地表移动变形的逐渐稳定而
产生一定闭合。当开采活动停止一定时间后，裂缝
也逐渐稳定到一定宽度和范围内。
3 地表采动裂缝形成过程机制分析
地下煤层开采后，顶板岩层在初次断裂前发生
弯曲下沉，其力学模型如图5所示[10]。图5中：q(x)
为顶板所承受的上覆岩层作用力，即上覆岩层的自
重应力；q
(x)为煤层对顶板岩层的反作用力，它是
由于顶板弯曲下沉引起的煤层弹塑性变形形成的反
力；h为顶板岩层厚度；b为从煤壁到顶板岩层移动
为零的距离，根据分析可取b = 0.4H
0(H
为平均采
深)；l为顶板初次断裂前的开采长度；Z为岩层体
图5 顶板初次断裂前力学模型[10]
Fig.5 Mechanical model for roof before initial caving[10]
力，即Z =γ。
由于这时顶板岩层还没有断裂垮落，上覆岩层仅是弯曲下沉，故传递到地表的移动变形量还很小，地表处于移动变形积累期。
当工作面开采达到一定面积后，其顶板岩层的垮距超过其极限后发生断裂，随着工作面的推进，工作面开采侧的顶板岩层成为悬臂梁(或悬臂板)，而在开切眼侧的岩层在第一次断裂后应力转移到其上面岩层，使得上面的岩层又成为固支梁(或固支板)，其一侧在开切眼上方，另一侧在工作面侧的悬臂岩层上方，随着工作面的推进，工作面侧的岩层悬臂梁的不断发生破断，其上的岩层固支梁当超过其极限垮距后再次发生破断，该过程不断重复，直到开采活动停止，此时的力学模型如图6所示[10]。
图6中：
i
φ，
i
φ′分别为在开切眼侧和工作面开
采侧的岩层断裂角；b
1
，b
2
分别为从开切眼侧和工作面开采侧到顶板岩层移动为0的距离，根据分析
可取b
1
= 2.52H
/M(M为采厚)，b
2
=0.4H
；q
1i
(x)，q
2i
(x)分别为开切眼侧和开采侧上覆岩层不同层位上的应力分布，其分布形式随工作面向前推进而发生变化；
L为开采长度；L
x1
为煤层直接顶的悬臂长度；L
xi 为某一层位岩层的悬臂长度。
根据顶板初次断裂后力学模型分析可知，随着工作面的不断推进，上覆岩层每次的断裂长度不完全相同，上层位与下层位岩层的断裂长度也不相同，往往是下层位的几个周期性断裂形成上层位岩层的一次断裂，这种周期性断裂也使得这部分岩层移动变形呈跳跃式变化，当断裂垮落过程逐步传递到地表后，在地表形成剧烈的不均衡移动，而这种不均衡移动会产生水平和垂直拉应力，水平拉应力使地表在水平方向拉开，形成裂缝宽度，垂直拉应力则使地表在垂直方向拉开，形成裂缝落差，从而在地
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图6 顶板初次断裂后力学模型[10]
Fig.6 Mechanical model for roof after initial caving[10]
表产生裂缝，这就形成了裂缝产生期。随着岩层垮
落的进一步发展，地表裂缝也逐渐发展增大，这就是裂缝扩展期。当开采工作面推进到一定距离后，在开始产生裂缝的区域已不再受到开采影响，这时在岩层及地表自重作用下，其内部应力形成重新平衡过程，在该过程中，地表裂缝特别是张开裂缝会产生不同程度的闭合，这就形成了裂缝闭合期。
4 采动裂缝对山区地表移动变形的
影响
当地表产生开采裂缝后，会影响地表移动变形的分布规律。为了分析采动裂缝对地表移动与变形的影响，选择了古交嘉乐泉矿1208～1210工作面地表移动观测站(见图7)较典型的观测资料进行分析。
根据观测资料绘制的曲线见图8。在实地观测中，A8～A9(见图8(a))点间有一槽形塌陷裂缝(参见图2的左上部)，A11～A12点间有较大裂缝(参见图2右下部)，A13～A14点之间也有裂缝贯穿。
(1) 采动裂缝对下沉的影响
从图8(a)中可以看出，采动裂缝对下沉的影响主要体现在：①采动裂缝会改变下沉曲线的分布形态。②在山顶部位和坡体上部区域(见图8(a)中的A8～A13点区域、A17～A20点区域)的下沉值比相对于平地的计算值增大，增大的量值与开采程度及点与采空区的相对位置有关。③由于裂缝产生后使得坡体上部区域向下部区域挤压，从而在坡体的下部区域和沟谷部位产生压缩变形，使得这些部位(见图8(a)的A14～A17点区域)的下沉值比对应于平地的计算值减小。④采动裂缝的产生会使下沉曲线
比例尺：1∶2 000 单位：m
图7 嘉乐泉矿1208～1210工作面地表移动观测站Fig.7 Observation stations on the working faces 1208–1210 of Jialequan Coal Mine
出现波折(见图8(a)中的A9，A10，A13点)。
由此可知，在山区地表移动变形预计时，开采产生的地表裂缝对下沉值的影响是不可忽略的因素。由图8(a)可知，在整个区域内，对应于平地的下沉预计计算值呈一条光滑曲线，表现出连续移动的特性，但由于地表采动裂缝的产生，使得实际的下沉曲线出现波折形态，呈现出非连续性移动的特性，并反映出山区地表移动的特征：在凹形地貌部位，山区地表下沉值减小；在凸形地貌部位，山区
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W ′—实测下沉值；W —预计平地下沉值；ΔW = W ′－W
(a) 下沉值
u ′—实测水平移动值；u —预计平地水平移动值；Δu = u ′－u
(b) 水平移动值
E ′—实测水平变形值；E —预计平地水平变形值；ΔE = E ′－E
(c) 水平变形值
图8 嘉乐泉矿1208–1210工作面地表移动变形值图 Fig.8 Ground subsidence and deformation on the working
faces 1208–1210 of Jialequan coal mine
地表下沉值增大。
(2) 采动裂缝对水平移动的影响
从图8(b)中可以看出，在A6点之前，实测水平移动与对应于平地的计算值基本一致，但A7～A16点间的实测水平移动值远大于对应于平地的预计计算值，这说明了在位于A8～A9点间的槽形塌陷裂缝(见图2的左上部)，使得沿坡体下坡方向的水平移动值增大，增大的量值与坡体形态及与采空区相对位置、表土层特性有关。在A17～A20点间，由于在A18～A19点间产生的裂缝影响，使得这些部位产生了沿坡体下坡方向的水平移动值，而这个区域相应于平地的预计计算值为0。由此可知，采动裂缝会使山区地表产生沿坡体下坡方向的水平移
动。由于采动裂缝在不同部位的大小及分布不同，因而对水平移动的影响也不相同，使得水平移动曲线产生曲折变化，但总体水平移动值大小呈现在一
定范围内。
(3) 采动裂缝对水平变形的影响
从图8(c)中可以看出，采动裂缝对水平变形的影响可分为2种情况：① 采动裂缝的产生会改变水
平变形的性质，即在拉伸变形区域出现拉伸变形值减小或转变为压缩变形值；或在压缩变形区域出现拉伸变形或压缩变形值减小情形。② 采动裂缝使得拉伸变形区域的拉伸变形值增大，压缩变形区域的压缩变形值增大。一般情况下，在山顶部位和坡体
的上部区域内，采动裂缝会使拉伸变形增大；在充分采动区内水平变形值不为0，其量值大小与地形形态等因素有关。
古交矿区的实测资料表明，当黄土层地表受拉伸水平变形值达到1～5 mm/m 时，地表就产生裂缝。随着工作面的推进，地表会形成动态裂缝区域，动态裂缝开始宽度为2～10 mm ，间距为4～10 m ，随着水平拉伸变形值的逐渐增大，地表裂缝的宽度也不断增大，动态裂缝宽度也增大到60～80 mm ，落差增大到30～50 mm ，且大致呈弧形平行于工作面。动态裂缝随着工作面的推进，会形成永久性拉伸裂缝，裂缝的宽度一般达100～400 mm ，落差达100～400 mm 。由于存在较大宽度和落差的地表裂缝，因而必然会改变地表下沉和水平移动值的分布形态。
山区地表在采动后由于裂缝而产生的附加水平移动和下沉包括2个部分：裂缝直接和间接产生的附加水平移动和下沉。采动裂缝产生的附加水平移动和下沉，与裂缝宽度、地表倾角、采动影响系数、表土层特性(内摩擦角?、压缩模量E 和侧压系数λ)有关。由于采动裂缝的产生，会使地表点的移动变形量及分布形态产生变化。
5 结 论
本文的研究结果分析表明，采动裂缝的产生对山区地表移动变形有较大的影响：
(1) 地表采动裂缝的产生，会改变下沉曲线的分布形态，使得下沉呈现出非连续性移动的特性，并在凹形地貌部位，地表下沉值减小；在凸形地貌部位，地表下沉值增大。
(2) 采动裂缝会使山区地表沿坡体下坡方向的
距A1点的距离/m
距A1点的距离/m
距A1点的距离/m 水平变形值/(m m ·m －
1)
水平移动值/m m
下沉值/m m
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水平移动值增大，增大的量值与坡体形态及与采空区相对位置、表土层特性有关。
(3) 采动裂缝的产生会改变水平变形的性质：即在拉伸变形区域出现拉伸变形值减小或转变为压缩变形值；或在压缩变形区域出现拉伸变形或压缩变形值减小情形，并且会使拉伸变形区域的拉伸变形值增大，压缩变形区域的压缩变形值增大。
(4) 采动裂缝可在山区地表产生附加水平移动和下沉，包括2个部分：裂缝直接和间接产生的附加水平移动和下沉，其值与裂缝宽度、地表倾角、采动影响系数、表土层特性(内摩擦角?、压缩模量E和侧压系数λ)有关。
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矿山地表及岩层移动观测
矿山地表及岩层移动观测 为了保护井巷、建筑物、水体、铁路等免受开采的有害影响，合理提高煤炭资源回收率，并为留设保护煤柱提供技术资料，新建矿井应开展地表及岩层的移动观测工作。 地表及岩层的移动观测工作设置的各种观测站必须编写岩移观测方案，并报请集团公司地质勘测处审批。观测站设计由文字说明和图纸两部分组成。文字部分包括观测站设计书。图纸包括井上、下对照图（包括观测线和观测点的位置）、观测线剖面图（包括观测线长度的确定）、岩层柱状图、观测点的构造图等。 矿区设置观测站时应统一规划，并选择在有代表性的地方设置。地表移动观测站位置的选择，应遵循由简单到复杂的原则，初次建立地表移动观测站的位置应满足：煤层走向、倾角及厚度均稳定，地势平坦，无大断层，单煤层开采，四周无采空区。 地表移动观测站一般可设走向观测线和倾斜观测线各 一条，设在移动盆地的主断面位置。如回采工作面的走向长度大于1.4H0+50m（式中H0为平均开采深度），亦可设置两条倾斜观测线，但至少应相距50m，并且应距开切眼或停采线0.7H以上。 观测点间距离应根据开采深度按下表21确定。
表21 矿山企业应根据矿区地面控制网，按5″级导线（网） 精度要求建立岩移观测控制网。各控制点和观测点的高程测量应组成水准网，按三等水准测量的要求进行观测。 控制点和观测点的设置应符合下列要求： （一）埋设的控制点和观测点必须用全站仪按设计标定，并应尽可能使观测点中心位于控制点连线的方向上； （二）在非冻土地区，测点的埋设深度应不小于0．6m。在冻土地区，测点的底面一般应在冻结线0.5m以下。测点可采用浇注式或混凝土预制件； （三）当地表至冻结线下0.5m内有含水层时，一般应采用钢管式测点； （四）埋设的测点应便于观测和保存。如预计地表下沉后测点可能被水淹没，则点的结构应便于加高； （五）在一般情况下，倾斜观测线上观测点编号应自下山向上山方向顺序增加，走向观测线上观测点编号应按工作面推进方向顺序增加。 在观测站各点埋设10-15天后，即可进行观测。首先应
采动区建筑物移动变形与地表移动变形关系研究
采动区建筑物移动变形与地表移动变形关系研究 发表时间：2018-09-12T16:51:49.900Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：刘治国 [导读] 摘要：矿山开采导致地表移动变形，从而使位于采动区的建筑物损害，建筑物移动变形与地表移动变形关系是采动区建筑物损害评定及抗变形设计的基础，对此进行研究具有重要的理论与实际意义。 山西华润煤业有限公司山西省太原市 030012 摘要：矿山开采导致地表移动变形，从而使位于采动区的建筑物损害，建筑物移动变形与地表移动变形关系是采动区建筑物损害评定及抗变形设计的基础，对此进行研究具有重要的理论与实际意义。本文通过现场实测及对实测资料的分析，研究了不同类型建筑物位于工作面不同位置时，建筑物下沉、倾斜、曲率、水平变形与相应的地表移动变形的关系，获得了其变化规律，分析了不同区域建筑物应采取不同的抗变形措施，这一研究为采动区建筑物保护和设计提供了基础。 关键词：拉伸变形区，压缩变形区，井下开采 1建筑物观测站概况 研究区的建筑物为位于国内某矿的超长工作面上方，选择一幢村学校和一幢民房，村学校两层楼房，建筑尺寸为58m×8m×6m，建筑质量一般；民房为平房，建筑尺寸为16m×8m×3.5m，建筑质量一般。学校、民房均为砖石结构建筑物。 为研究建筑物移动变形破坏与地表移动变形的关系，分别在建筑物和对应地表设置观测点，根据这些观测点观测不同时间建筑物移动变形与地表移动变形，从而研究建筑物移动变形与地表移动变形的关系，下面的分析基于该方法进行的。 2建筑物变形与地表变形关系 在地下开采的影响下，地表的移动和变形取决于地表各点在时间-空间上与回采工作面相对位置关系。建筑物的变形是由于采空区上方及其周围地表产生的移动与变形作用于建筑物的基础，导致建筑物受到附加应力而产生的。在采动过程中地表产生各种变形（下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形），建筑物亦将受到这些变形的影响。地表移动盆地是随着开采工作面的推进逐渐形成的，随着地表产生的移动与变形，破坏了建筑物与地基之间的初始平衡状态，伴随着力系平衡的重新建立，使建筑物产生附加应力，从而导致建筑物发生变形，严重时将遭到破坏。 由于建筑物位于工作面不同位置时，所受到的移动变形不一样，当建筑物位于煤柱上方时受拉伸变形和正曲率作用，而当工作面推过建筑物后，建筑物位于采空区上方，受压缩变形和负曲率作用，由于两者对建筑物的影响不同，从而使建筑物移动与地表移动变形的关系不同，因此，必须分开进行研究。 2.1建筑物下沉与地表下沉关系 根据观测资料，分别研究了学校和民房位于正曲率和拉伸变形区及位于负曲率和压缩变形区时，建筑物下沉与地表下沉的关系可以得出以下规律： （1）学校下沉比对应的地表下沉大，民房下沉比地表下沉小，这是由于学校高度大，建筑物载荷相对大，在采动影响下，由于地基应力重分布的影响，更容易切入地基，从而导致学校下沉比地表下沉大；而民房相对单位载荷小，从而使建筑物下沉小于地表下沉； （2）位于正曲率和拉伸变形区建筑物下沉系数（建筑物下沉与地表下沉之比）比位于负曲率和压缩变形区的建筑物下沉系数大。其原因为，建筑物位于正曲率区时，建筑物与地基为点接触，在同样建筑物作用下，产生的地基附加应力更大，基础切入地基[13]的量更大。而位于负曲率区时，建筑物与地基为两点接触，在同样建筑物作用下，产生的地基附加应力相对更小，基础切入地基的量也更小，从而使位于负曲率区的建筑物下沉系数比位于正曲率区的建筑物下沉系数小。 2.2建筑物倾斜与地表倾斜关系 根据观测数据，经分析计算，获得了建筑物倾斜与地表倾斜，将两者进行统计分析，建筑物倾斜与地表倾斜具有以下规律：（1）位于负曲率和压缩变形区时，建筑物倾斜系数（建筑物倾斜与地表倾斜之比）大于位于正曲率和拉伸变形区的建筑物倾斜系数，其原因与建筑物下沉与地表下沉关系一样，说明位于负曲率和压缩变形区建筑物基础切入地基的量小，建筑物随地表倾斜而倾斜，位于正曲率和拉伸变形区的建筑物基础切入地基的量大，吸收了部分地表倾斜，从而使建筑物倾斜小于地表倾斜。 （2）对同一建筑物来说，位于正曲率和拉伸变形区时，墙体的倾斜小于基础的倾斜，而位于负曲率和压缩变形区，则是墙体的倾斜大于基础的倾斜。 2.3建筑物曲率与地表曲率关系 建筑物曲率表示建筑物受采动影响时，随地表的弯曲程度，由于建筑物自身具有一定的刚度，在地表变形过程中，建筑物基础与地基存在协同变形，部分建筑物基础切入地基，减小了建筑物弯曲，建筑物曲率比地表曲率要小很多，这一见效量与建筑物的高度、长度等有关，通过分析观测资料获得如下规律： （1）总体来说，建筑物曲率小于地表曲率，这是由于建筑物有一定的刚度，可以抵抗一定的曲率变形，不完全随地表弯曲而弯曲； （2）位于正曲率区的建筑物传递的地表曲率比位于负曲率区的大； （3）建筑物高长比（建筑物高度与长度相比）越小（学校高长比为0.10,民房为0.22），在正曲率区随地表的弯曲程度越大，这是长高比大的建筑物容易损害的原因，由此可见，在同样长度的条件下，高层建筑物比低层建筑物抗曲率变形更强，越不容易损害。 2.4建筑物水平变形与地表水平变形关系 在采动影响下，地表水平变形通过地基与基础接触面传递给建筑物，导致建筑物产生拉伸和压缩变形，从而使建筑物拉坏或压坏。传递到建筑物上的水平变形大小与建筑物基础与地基接触面及摩擦力有关，接触面和摩擦力越大，传递到建筑物上的水平变形越大，通过对现场数据的分析，得到如下规律： （1）对同一建筑物而言，传递到基础的水平变形大于传递到墙体的水平，因此，为防止水平变形对建筑物的损害，应加强基础的强度； （2）位于不同变形区的建筑物，地表水平变形传递到建筑物的量不同，压缩变形区的建筑物传递的水平变形比拉伸变形区的传递的少，对于学校而言，拉伸区水平变形系数（建筑物水平变形与地表水平变形比值）大约是压缩区水平变形系数的4倍，民房为2倍多，分析原因是，学校建筑物高度和长度均较大，学校长高比为民房长高比的2倍，导致两者的水平变形系数也接近2倍。
地表移动观测站设计
地表移动观测站设计作业 一、设站目的： 某矿6200工作面西部、西南部有后鲍店村、中鲍店村。为研究地下开采对村庄的影响及地表移动变形规律和参数，拟在该矿6200工作面设置地表移动观测站，进行地表移动观测，通过观测获得地表移动动态参数和角值参数，同时，监测地下开采对建筑物的影响。 二、设站地区地质采矿概况： 6200工作面位于六采区东北部，是该采区设计开采2层煤的第一个工作面，北部、东部分别为3煤的一采区1308、1310、1312采空区和二采区2310、2311、2312采空区及未开采区域，南部、西部尚未开采。6200工作面基本沿走向布置，为刀把型，倾向长为623～820m，走向宽为46～129m，煤层厚度0.70～1.33 m，平均 1.10m，煤层倾角4～19/6°，第四系平均厚度196.16m。工作面标高为-233～-303m。2煤与下伏3煤的层间距一般为21m。 6200工作面上方地表地势平坦，标高为43m左右，冻土深度 0.4m。 三、地表移动参数：
根据现场实测，求得本区域实测地表移动参数为： 走向移动角δ=750，上山移动角γ=750，下山移动角β=750-0.6α，表土移动角φ=450，充分采动角ψ1=ψ2=ψ3=550，最下沉角θ=900-0.5α 平均采深 H=0.5（-233-303）=-268m，煤层平均倾角α
四、地表移动观测线位置、长度确定： 采空区走向长度超过1.2~1.40H （0H 为平均采深），地表走向方向达到充分采动；倾向方向小于1.2~1.40H ，地表倾向方向为非充分采动。 1、走向观测线位置确定： 由于倾向充分采动，走向观测线由最大下沉角θ=900-0.5α或充分采动角ψ1=ψ2=550确定 2、全走向观测线长度确定： m 439)cot()2(H cot 2AB 0=+?--+=l h h δδ? l 为走向工作面长度，m 3、倾向观测线位置确定： 由于走向非充分采动，倾斜主断面位于采空区中央 4、半倾向观测线长度确定： 384cos 2 L )cot(h cot h CD 1=+ ?--+=αββ?）（H 五、确定观测点间距、测点编号： 根据国内对开采沉陷的大量研究，一般根据开采深度确定观测点密度，该矿区平均采深在200~300m ，所以观测点间距为20m 。
高速公路采空区地面变形计算及处理措施
高速公路采空区地面变形计算及处理措施 摘要：本文主要针对高速公路采空区地面变形问题进行分析，提出了高速公路采空区地面变形的计算方法，以期能够为高速公路采空区的地面变形计算问题提供参考，提升高速公路建设的效果，同时对高速公路采空区地面变形计算的处理措施进行了深入研究。 关键词：高速公路；采空区；地面变形；计算 一、前言 随着我国高速公路数目的增多，高速公路采空区的地面变形计算也显得更加重要，只有做好了采空区的地面变形计算，才能够提升采空区的施工水平和建设质量。 二、采空区介绍 采空区，主要分为小型采空区以及大面积采空。在这我们主要讨论的是小型也就是浅层采空。 小型采空区也称为人为坑洞，是人们为了各种目的在地下挖掘后遗留下来的洞穴，它一般是手工，采空范围较窄，开采深度较浅，无规则，少支撑。小型采空区又分为掏煤洞、掏砂洞、掏金洞、坎儿井，在贵州西部的高速公路勘察设计中，主要以掏煤洞这种小型的采空是最为常见的，这类小采空区它们一般主要有以下一些特点：分布于埋藏浅且易于开采的含煤地层中，主要形状以平洞及斜井为主，煤洞长，多有岔洞，洞门处有简单支护，洞口多有弃渣堆砌的痕迹，且遇见地下水后就停止挖掘，由于采空设备有限，采空范围狭窄，多呈巷道式，不会产生移动盆地，但因为开采深度较浅，又任其坍落，底边变化较剧烈，主要的一些变形类型有地表塌陷和开裂等，地表裂缝的分布常常与开采工作面方向平行，且随开采面的推进而不断向前发展，除极浅的采空区外，裂缝一般上宽下窄，且无显著位移。 三、采空区地表移动监测网的设计 1、公路的采动响应性能分析 由于开采沉陷，采空区地表将产生2种移动和3种变形：垂直下沉、水平移动、倾斜、曲率与水平变形。采动移动与变形将导致道路工程在通过采空塌陷区时可能会发生路基路面病害、桥梁或隧道病害等，如路基的过量沉陷或差异沉陷导致的开裂、路基坡度的变化，水平移动与变形导致的路基压缩或拉伸引起坡度、竖曲线现状改变和沿路线方向的改变，地表倾斜和水平变形对路基稳定性的影响等。 根据铁路下采煤研究结果，路线发生突然的、局部的沉陷，危害较大，而大
地表移动观测站设计
旬邑县宋家沟煤矿 xunyixiansongjiagoumeikuang 2026综采工作面地表移动观测站 设计方案 编制单位：地测科 编制日期： 2013.06.01
前言 为了获得2026综采工作面最可靠的地表移动参数，掌握该工作面地质采矿条件下的地表移动规律，我矿决定建立2026综采工作面地表移动观测站，进行该工作面地表移动的观测和研究工作。 2026工作面地表移动观测与研究的主要内容： 1、掌握地质采矿条件与地表移动的变形关系； 2、获得综采条件下地表移动与变形的分布规律； 通过对2026工作面地表移动观测站的研究，为我矿保护煤柱的留设和实现煤矿安全生产等提供科学依据，并进一步探求地表移动规律，丰富和发展我矿采煤技术。
2026综采工作面地表移动 观测站设计方案 一、2026工作面地质采矿条件 2026工作面走向长度为1110米，倾向宽150米，面积约16.65万㎡，平均采深为227米，工作面平均倾角12°，该工作面4-2煤层厚度在2.4-3.0米之间，平均2.7米，采用走向长壁垮落采煤法，综合机械化采煤。本工作面掘进水文地质条件简单，顶底板均为泥岩、粉砂岩，隔水性能好；该工作面老顶为粉砂岩或砾岩，厚度为5.75-75米，该层非常坚硬；直接顶为泥岩、砂质泥岩厚度为1.46-6.67米，直接底为细砂岩、砂质泥岩，岩性变化不大，厚度约2.47米，具有膨胀性，上部松散层厚度约为145米。 二、地表移动观测站的设计 1、观测站设计原则 为了能够获得准确、可靠、有代表性的观测资料，在观测站设计中应遵循以下原则： （1）观测线应设在地表移动盆地的主剖面上； （2）观测线在观测期间不受临近开采的影响； （3）观测线的长度要大于地表移动盆地的范围； （4）根据开采深度和设站目的，观测线上的测点应有一定的密度； （5）观测站的控制点要设在移动盆地范围以外，埋设要牢固。 2、角量参数的选定 由于该观测站为我矿第一个观测站，角度参数的选定只能参照我矿采矿条
最新11042地表移动观测站设计方案汇总
11042地表移动观测站设计方案
六盘水恒鼎实业有限公司 盘县石桥镇喜乐庆煤矿 地表移动观测站设计方案2015年1月20日
11042采面地表移动观测站设计方案 前言 为了获得我矿采煤工作面最可靠的地表移动参数，掌握我矿地质采矿条件下的地表移动规律，我矿决定建立11042采面地表移动观测站，进行该工作面地表移动的观测和研究工作。 11042采面地表移动观测与研究的主要内容： (1)掌握地质采矿条件与地表移动与变形的关系； (2)获得厚松散层、炮采条件下地表移动与变形的分布规律； (3)确定采面地质采矿条件下的角量参数、动态参数和预计参数。 通过对采面地表移动观测站的研究，为我矿保护煤柱留设、征地、迁村和实现煤矿安全生产等提供科学依据，并进一步探求厚松散层条件下的地表移动规律，丰富和发展我国“三下”采煤技术。 一、11042采工作面地质采矿条件 4#煤层位于龙潭组上部，上距飞仙关组（T1f）底界平均12.09m。11042采工作面倾向平均长87m，走向长222m，面积约19314m2，平均煤厚为m=2m，平均倾角14o，工作面标高为+1531m～+1541m，该工作面相对范围内地面标高为+1625m～+1655m,其最大开采深度为114m,最小开采深度为94m。上部松散层厚度为h=70m且该工作面上方无农田、建筑物等。 二、地表移动观测站的设计 1、观测站设计原则
为了能够获得准确、可靠、有代表性的观测资料，在观测站设计中，应遵循以下原则： （1）观测线应设在地表移动盆地的主断面上； （2）观测线在观测期间不受邻近开采的影响； （3）观测线的长度要大于地表移动盆地的范围； （4）根据开采深度和设站目的，观测线上的测点应有一定的密度； （5）观测站的控制点要设在移动盆地范围以外，埋设要牢固。若在冻土地区，控制点底面应在冻土线0.5m 以下。 2、角量参数的选定 角量参数的选定只能参照网上相似地质采矿条件矿区地表移动观测站成果资料。 网上相似地质采矿条件矿区的角度参数为： ，040=?αβ*8.0~750＝ 000075~7075~70==δγ， 网上地表移动规律研究报告中经验公式可得: 0000 005.49.585.46.257.508.71±=±-H h H m －＝＝综综γδ 0000 009.15.589.132.02.247 .555.73±=±--αβH h H m －＝综 其中 ?——松散层移动角； γ、β——上、下山移动角； δ——走向移动角； α——煤层倾角；
CSS3属性transform详解之(旋转rotate,缩放scale,倾斜skew,移动translate) 0101后花园
CSS3属性transform详解之（旋转rotate,缩放scale,倾斜skew,移动translate）0101后花园 在CSS3中，可以利用transform功能来实现文字或图像的旋转、缩放、倾斜、移动这四种类型的变形处理，本文将对此做详细介绍。 一.旋转rotate 用法：transform: rotate(45deg); 共一个参数“角度”，单位deg为度的意思，正数为顺时针旋转，负数为逆时针旋转，上述代码作用是顺时针旋转45度。 二.缩放scale 用法：transform: scale(0.5) 或者transform: scale(0.5, 2); 参数表示缩放倍数； 一个参数时：表示水平和垂直同时缩放该倍率 两个参数时：第一个参数指定水平方向的缩放倍率，第二个参数指定垂直方向的缩放倍率。 三.倾斜skew 用法：transform: skew(30deg) 或者transform: skew(30deg, 30deg);
参数表示倾斜角度，单位deg 一个参数时：表示水平方向的倾斜角度； 两个参数时：第一个参数表示水平方向的倾斜角度，第二个参数表示垂直方向的倾斜角度。 关于skew倾斜角度的计算方式表面上看并不是那么直观，这里借鉴某大拿绘制的图举例说明一下： 首先需要说明的是skew的默认原点transform-origin是这个物件的中心点 skewX(30deg) 如下图： skewY(10deg) 如下图： skew(30deg, 10deg) 如下图： 我当初就是看到此图瞬间理解的。 四.移动translate 用法：transform: translate(45px) 或者transform:
五沟煤矿1013工作面地表移动观测站设计
皖北煤电集团有限责任公司 五沟煤矿1013工作面地表移动观测站设计 安徽理工大学 五沟煤矿 2008年4月
前言 为了获得五沟煤矿1013工作面最可靠的地表移动参数，掌握该地质采矿条件下的地表移动规律，皖北煤电集团有限责任公司五沟煤矿决定建立1013首采面地表移动观测站，进行该工作面地表移动的观测和研究工作。 1013首采面地表移动观测与研究的主要内容： (1)掌握地质采矿条件与地表移动与变形的关系； (2)获得厚松散层、综采条件下地表移动与变形的分布规律； (3)确定首采面地质采矿条件下的角量参数、动态参数和预计参数。 通过对首采面地表移动观测站的研究，为五沟煤矿保护煤柱留设、征地、迁村和实现煤矿安全生产等提供科学依据，并进一步探求厚松散层条件下的地表移动规律，丰富和发展我国“三下”采煤技术。 1 1013首采工作面地质采矿条件 1013工作面倾向长1000m，走向宽150m，面积约15万m2，平均采深为385m，平均倾角10o，该工作面10煤层厚度在0~5.5m之间，平均3.1m。采用走向长壁垮落采煤法，综合机械化采煤。本工作面掘进水文地质条件较复杂，本区有“四含”水，其中四含岩性复杂，泥质含量高，渗透性差，补给条件较差，直接覆盖在煤系地层之上，而与上覆一、二、三含水层无直接水力联系。该工作面老顶为泥岩、粉细砂岩，岩性和厚度变化大。直接顶工作面外段为中厚层灰白色中、细粒砂岩，厚度为6.4~10m；中段为灰色~浅灰色粉砂岩，一般厚度为3.7m；里段直接顶板则为深灰色~灰黑色块状泥岩，含炭质，厚度为2.5m。直接底板岩性变化不大，岩性为粉、细砂岩或粉细砂岩互层。上部松散层厚度为270m左右。
地表移动观测站设计
地表移动观测站设计-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
地表移动观测站设计作业 一、设站目的： 某矿6200工作面西部、西南部有后鲍店村、中鲍店村。为研究地下开采对村庄的影响及地表移动变形规律和参数，拟在该矿6200工作面设置地表移动观测站，进行地表移动观测，通过观测获得地表移动动态参数和角值参数，同时，监测地下开采对建筑物的影响。 二、设站地区地质采矿概况： 6200工作面位于六采区东北部，是该采区设计开采2层煤的第一个工作面，北部、东部分别为3煤的一采区1308、1310、1312采空区和二采区2310、2311、2312采空区及未开采区域，南部、西部尚未开采。6200工作面基本沿走向布置，为刀把型，倾向长为623～820m，走向宽为46～129m，煤层厚度～ m，平均，煤层倾角4～19/6°，第四系平均厚度。工作面标高为-233～-303m。2煤与下伏3煤的层间距一般为21m。 6200工作面上方地表地势平坦，标高为43m左右，冻土深度。 三、地表移动参数： 根据现场实测，求得本区域实测地表移动参数为： 走向移动角δ=750，上山移动角γ=750，下山移动角β=α，表土移动角φ=450，充分采动角ψ1=ψ2=ψ3=550，最下沉角θ=α 平均采深 H=（-233-303）=-268m，煤层平均倾角α
四、地表移动观测线位置、长度确定： 采空区走向长度超过~0H （0H 为平均采深），地表走向方向达到 充分采动；倾向方向小于~0H ，地表倾向方向为非充分采动。 1、走向观测线位置确定： 由于倾向充分采动，走向观测线由最大下沉角θ=α或充分采动角ψ1=ψ2=550确定 2、全走向观测线长度确定： m 439)cot()2(H cot 2AB 0=+?--+=l h h δδ? l 为走向工作面长度，m 3、倾向观测线位置确定： 由于走向非充分采动，倾斜主断面位于采空区中央 4、半倾向观测线长度确定： 384cos 2 L )cot(h cot h CD 1=+?--+=αββ?）（H 五、确定观测点间距、测点编号： 根据国内对开采沉陷的大量研究，一般根据开采深度确定观测点密度，该矿区平均采深在200~300m ，所以观测点间距为20m 。 在倾斜观测线上自下山向上山方向顺序增加，分别为B0-B19，在走向观测线上按工作面推进方向顺序增加，分别为A0-A11。
采空区地表沉降影响因素研究
采空区地表沉降影响因素研究 孙 超 1,2 ,薄景山 1,3 ,刘红帅1,齐文浩 1 1.中国地震局工程力学研究所,哈尔滨 150080 2.吉林建筑工程学院勘查工程系,长春 130021 3.防灾科技学院地震工程系,河北三河 065201 摘要:采空区地表沉降影响因素众多,以有限元软件A N SYS 为基础,利用数值模拟方法的灵活性,分别对各主要影响因素进行分析。选用适合于岩土类材料的德鲁克-普拉格本构模型,利用A NSY S 特有的/杀死单元0命令模拟矿体被采出,再通过/激活单元0命令模拟采空区被填充。分别研究了开采深度、开采厚度、地形条件、采空区填充等因素对地表沉降的影响。结果表明:随开采深度的增加,地表变形随之降低;随开采厚度的增加,地表变形增长较快;随着地形坡度的变化,采空区地表移动盆地逐渐向地势较低方向移动;矿体开采后及时充填,对控制地表变形效果显著。 关键词:采空区;地表沉降;A NSY S;德鲁克-普拉格模型 中图分类号:P642.2 文献标识码:A 文章编号:1671-5888(2009)03-0498-05 收稿日期:2008-12-17 基金项目:国家自然科学基金项目(50808164) 作者简介:孙超(1978)),男,黑龙江绥阳人,博士研究生,讲师,主要从事地下结构、岩土工程抗震方面研究,E -mail: sunchaobox @https://www.wendangku.net/doc/f13359242.html, 。 Study on Influencing Factors of Ground Settlement over Mined -Out Area SUN Chao 1,2,BO Jing -shan 1,3,LIU H ong -shuai 1,Q I Wen -hao 1 1.I nstitu te of E ngineer ing M echanics ,China E arthquake A d ministration,H arbin 150080,China 2.I nv estig ation E ngineer in g Dep artment,J ilin Institute of Ar chite ctu re and Civ il Eng inee ring ,Chang chun 130021,China 3.Ear th quake Engineer ing Dep artment,I nstitute of Disater Pr ev ention Sc ienc e and Te chnology ,Sanhe ,H e bei 065201,China Abstract:There are many factor s to influence on the g round settlement in mined -o ut area.Based o n the finite element software ANSYS,making use o f the flexibility of numerical sim ulation method,the main factor s are analyzed respectively.The Druker -Prag er m odel is chosen,w hich is suitable to simulate the m aterials of rock and soil.-Kill Elem ent .co mmand is used to simulate the situation of ex plo iting,and then the co mmand of -Activ ate Element .in ANSYS is used to sim ulate that the mined -out ar ea is filled.T he influence of each factor in the g round settlement o ver m ined -out area is studied r espectively such as depth,thickness of the mined -o ut area,the topog raphic co ndition and the filling of the mined -out area.The r esult show s that the gr ound settlement decreases w ith the increase of the mining depth,the g round settlem ent increases obviously w ith the increase of m ining thickness,the basin m ovement w ill m ove to the low er direction w ith the change of topogr aphty ,and it w ill reduce the gr ound settlement ev idently to fill the mined -o ut ar ea in time after mining. Key words:mined -out area;g round settlement;ANSYS;Dr ucker -Prag er model 第39卷 第3期 2009年5月 吉林大学学报(地球科学版) Jour nal of Jilin U niver sity(Ea rth Science Editio n) Vo l.39 No.3 M a y 2009
岩层及地表移动的各种参数
岩层及地表移动的各种参数（08-12-2修订） 通过地表移动观测确定地表移动参数： 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（下沉值为10mm）至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。考虑松散层时，还要根据松散层移动角确定。 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值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。考虑松散层时，还要根据松散层移动角确定。 三个临界变形值为：倾斜变形3mm/m；水平变形2mm/m；曲率变形0.2mm/m2。 裂缝角：在充分采动或接近充分采动条件下，地表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。 充分采动角：在充分采动条件下，地表移动盆地平地边缘点至采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。 以上各角又都分为上山、下山和走向三角。 最大下沉角：非充分采动时，地表移动盆地中心区的最大下沉点至采空区中心点的连线与水平线在下山方向的夹角。充分采动
时，在松散层不厚情况下，可依据上下山充分采动角作两直线，其交点至采空区中点连线与水平线在下山一侧的夹角。 开采影响传播角：充分采动时，倾向主断面上地表最大下沉值与该点水平移动值的比值的反正切值。 关于最大下沉角和开采影响传播角，有些书和文章不加区分，其实从以上《规程》中的定义来看，一个通过作图得到，一个通过计算得到，二者从数值上是很可能不同的。 地表移动计算参数： 下沉系数：充分采动时，地表最大下沉值与煤层法线采厚在铅垂方向投影长度的比值。 水平移动系数：充分采动时，走向主断面上地表最大水平移动值与地表最大下沉值的比值。 主要影响角正切：走向主断面上走向边界采深与其主要影响半径之比。在概率积分法预计时，不用边界角、移动角和裂缝角作为预计参数而一般采用主要影响角正切作为预计参数。 注意：主要影响角与下山移动角是不同的概念。 拐点偏距：下沉曲线的几何拐点与煤壁在水平方向上的偏离距离（偏向采空区）。 对于以上计算参数，《规程》给出了根据地表移动观测站数据计算的方法。对于缺少实际观测资料的矿区，可采用覆岩综合评价系数P及地质、开采技术条件来确定地表移动计算参数（见《规程》）。《规程》还给出了煤层群条件下，如果下层煤开采的影
第一章 地表移动和变形规律
第一章地表移动和变形规律 第一节开采引起的岩层和地表移动 一、开采引起的岩层移动和破坏 （一）岩层移动和破坏过程 在地下煤层被采出前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。当部分煤层被采出后，在岩体内部形成一个采空区，其周围岩体应力平衡状态受到破坏，引起应力重新分布，从而使岩体产生移动、变形和破坏，直至达到新的平衡。随着工作面的推进，这一过程不断重复。这是十分复杂的物理、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（Strata Movement）。 为了便于理解，以近水平煤层开采为例，说明岩层移动和破坏过程和应力状态的变化。当地下煤层开采后，采空区直接顶板岩层在自重应力及上覆岩层重力的作用下，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时，直接顶板首先断裂、破碎，相继冒落，而老顶岩层则以梁、板的形式沿层面法向方向移动、弯曲，进而产生断裂、离层。随着工作面向前推进，受到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，如图1-1所示。 由于岩层移动和破坏的结果，使采空区周围应力重新分布，形成增压区（支承压力区）和减压区（卸载压力区）。在采空区边界煤柱及其边界上、下方的岩层内形成支承压力区，其最大压力为原岩应力场的3～4倍。由于支承压力的作用，使该区煤柱和岩层被压缩，有时被压碎，煤层被挤向采空区。如图1-2所示。由于增压的结果，使煤柱部分被压碎，支承载荷的能力减弱，于是支承压力峰值区向煤壁深处转移。在回采工作面的顶、底板岩层内形成减压区，其应力小于采前的正常压力。由于减压的结果，使下部岩层发生弹性恢复变形。上部岩体由于受下部岩体移向采空区的结果，可能在顶板岩层内形成离层，而底板岩层在采空区范围内卸压，在煤柱范围内增压，两种压力作用的结果，可能出现采空区地板向采空区隆起的现象。 （二）岩层移动和破坏的形式 在岩层移动过程中，采空区周围岩层的移动和破坏形式主要有以下几种：1．弯曲 弯曲是岩层移动的主要形式。当地下煤层被开采后，从直接顶板开始岩层整体沿层面法线方向弯曲，直到地表。此时，有的岩层可能会出现断裂或大小不一的裂隙，但不产生脱落，保持层状结构。 2．垮落 垮落（又称冒落）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。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，无规律地充填在采空区，此时，岩体体积增大，岩层不再保持其原有的层状结构。 3．煤的挤出 采空区边界煤层在上覆岩层强大的压力作用下，部分煤体被压碎挤向采空区，这种现象称为煤的挤出（又称片帮）。由于增压区的存在，煤层顶底板岩层
采空区塌陷处理措施
深度解析：采空区地面塌陷勘察与设计！ 本文从采空区塌陷勘察、采空区塌陷治理设计两方面展开： 一采空区塌陷勘察 主要依据：高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册； 岩土工程勘察规范； 铁路工程不良地质勘察规程； 一）采空区分类： 1、按采煤方法与顶板管理方法分类： （1）长壁陷落法采空区：由长壁大冒顶采煤法形成的采空区 （2）短壁陷落法采空区：由短壁自由冒顶采煤法形成的采空区（3）巷柱或房柱式采空区：由巷柱或房柱式采煤法形成的采空区 （4）条带法或填充法采空区：由条带或填充采煤法形成的采空区 2、按采煤深厚比可分为以下几类： （1）浅层采煤区：开采深、厚比小于40的采空区； （2）中深层采空区：开采深、厚比大于40，但小于200的采空区； （3）深层采空区：开采深、厚比等于或大于200的采空区。 3、按煤矿采空区形成和停采的时间分类： 可以分为新采空区和老采空区两种。 新采空区是指现采空的采空区，其地表移动、变形尚未发生或正
在发生过程中，或位于正在采煤的采区、采煤工作面近旁的采空区已放顶，地表移动、变形和移动盆地正在发生、发展中。 老采空区是指已停采闭矿的矿区或已停采的采空区，其地表移动、变形和移动盆地等已形成并趋于稳定的采空区。 采空区地面变形灾害包括地面塌陷、地面沉降、地面开裂（地裂缝）等。勘察范围应大于地面变形范围。 (一) 主要任务 查明老采空区上覆岩层的稳定性,预测现采空区和未来采空区的地表移动和变形特征，对工程场地的适宜性进行评价。在此基础上，提出预防、整治的对策和方案。 可行性研究勘察阶段 1、该阶段应以收集资料、工程地质调查、采矿情况调查为主，辅之以大比例尺航卫片解译，必要时可布置少量勘探工作。其工作内
《开采损害学》课程讲义 第二章 采动地表移动变形预计
第二章 采动地表移动变形预计 重点：①预计理论体系概况； ②概率积分法。基本含义、基本概念、应用条件、应用方法、分布规律、特征值的确定方法，极值公式及计算、按特征值绘制移动变形分布图。 ③半无限开采及半无限叠加方法； ④地表任一点移动变形预计方法； ⑤动态移动变形与静态方法的区别及其评价方法。 2.1 地表移动和变形预计理论方法概述 开采沉陷损害预计理论，可以概括为影响函数方法，理论模型方法，经验方法三大类型。 2.1.1 影响函数方法 ①国内外学者及理论应用情况； ②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：dp s f m dw a )(η= （2-1） ③影响函数的可叠加性； 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 的下沉量的通式表示为： ??=P a dp s f m w )(η （2-9） 2.1.2 经验方法 ①前苏联应用的负指数函数方法；②英国煤田方法（NCB.1975）；③波兰学者Z.Kowalczyk (1972)积分网格法；④中国学者何国清提出的威布尔分布法；⑤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。 2.1.3 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；J.Litwiniszy （1963）等为代表的随机介质理论。建立在弹性或塑性理论基础上的计算方法如：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。 目前应用情况简介 2.2 概率积分法（重点） 目前已成为我国乃至世界范围较为成熟、应用最广泛的预计方法之一。 2.2.1 水平成层介质中的单元盆地 开采沉陷的随机性→随机介质理论为基础 ①非连续介质单元模型，②单元相互分离并发生相对运动。 如图2.1在三维问题中，地下（x 0, y 0, z 0）处开采使地表点A(x, y, z )附近某一小块面积ds 发生下沉这一事件的概率为： ds z y x ds P ),,()(δ= （2-10）
地表移动观测站设计方案
1概述 济三煤矿123上04工作面位于工业广场的北部，幸福河与济东公路在工作面南部穿过，工作面上方地表还有秦庄、前卓庙、后卓庙、及金桥集团，其余大部分为农田及其附属设施，观测站的布设届时可根据地面实际情况作调整。 本次观测站位于１2３上04工作面(十二采区中部）的正上方,地势平坦,另外该工作面为十二采区首采工作面,受外界影响因素相对较少。 本工作面所采煤层为山西组煤3上，地质构造较简单，大部分煤厚在１.４m以上,最大厚度2.2m，平均厚１．72m,倾角0°～12°,平均为3°。 煤３上底板为泥岩、中砂岩及粉细砂岩互层,煤３上顶板为粉砂岩及细粉砂岩互层、粉砂岩;泥岩硬度系数ｆ=２～4，粉砂岩、细砂岩及细粉砂岩互层硬度系数f＝4～6,中砂岩硬度系数为8～10。 工作面回采过程中预计出现顶板淋水及采空区涌水，以采空区涌水为主。预计１２３上0４工作面最大涌水量200m３／h,正常涌水量60～１0０m3/ｈ。 ２建立观测站的目的和意义 建立地表移动观测站实测研究是开采沉陷规律研究的最可靠手段。本工作面已经进入了秦庄、前卓庙、后卓庙及金桥集团保护煤柱,属于建筑物下采煤范
畴，另外工作面回采引起的地表移动将会对济东公路、幸福河及河堤造成影响；根据有关规程也必须设立地表移动观测站。因此,在工作面上方建立地表移动变形观测站的主要目的有: (１)由于本矿煤3上采用综合机械化开采技术,设置观测站的目的主要是为了取得本地区因地下煤层开采后,采动地表的移动、变形及破坏规律,包括各种移动角、边界角、移动与变形预计参数,并为进行矿区总体规划、环境评价和矿井设计时，对于建筑物、水体、铁路及主要井巷的压煤开采论证提供评价依据; （2）为安全合理的留设保安煤柱提供技术参数,也为安全合理开采保安煤柱提供理论依据； (3）为开展建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱的开采提供变形预计方法，以便在进行“三下”采煤时，为合理布设工作面和选定开采顺序、制订建(构）筑物及河堤加固保护措施提供依据； （4）由于综合机械化开采地表沉陷变形的特殊规律，为了寻求在观测站布设方法、观测手段、研究内容及分析方法等方面的合理性。 ３观测站工作内容 地表移动变形观测站的基本工作内容可归纳如下： （１）地表变形观测站设计; （2）地表观测站实地布设; （３)地表移动观测(包括联测、首次全面观测、重复水准测量、最终全面测量等)； （4)数据处理与分析;
矿区采动诱发地表变形
⑴评估区地表移动变形预测 采用倾斜长壁、走向长壁为主的采煤方法，顶板管理采用全部垮落法，设计工作面长度150—260m ，推井长度1800—2800m ，属充分采动。 国内外采矿经验认为，当煤层采深采厚比小于30时，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的不连续特征，地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。当采深采厚比介于30—100之间，地层中没有较大地质破坏情况下，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的连续性和一定的分布规律，常表现为地表移动盆地。 上组煤层埋深及采深采厚比特征见下表。 表3—4 上组煤采深采厚比特征表 采深采厚比特征表明，当上组煤层联合采出后，将会引起岩层移动并波及到地表，局部地段地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。 为定量评估开采上组煤层后地表变形特征，下面依据国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称《规程》）中的经验公式，对煤层开采后地表最大移动、变形和倾斜值进行计算。采用公式如下： 地表移动与变形极值计算： 最大下沉值：Wmax=Mqcos α 最大曲率值：Kmax=±1.52 2 max r W 最大倾斜值：Imax= r W max 最大水平移动值：Umax=b Wmax 最大水平变形值：εmax=±1.52b r W max
式中： q—下沉系数 M—煤层采空区厚度（m） r—主要影响半径，其值为采深与影响角正切值tgβ之比 α—煤层倾角 b—水平移动系数 本矿无实测的地表移动变形基本参数数据，本次评估中煤层厚度、埋深采用《煤矿资源储量核实报告》中的数据，其它参数根据根据覆岩性质及顶板单向抗压强度在《规程》P222附表5-3中选择经验参数。根据《选煤厂改扩建可行性研究报告（修改）》，在方案适用期内，开采北一采区（5#）、北二采区（2#煤）和北三采区（3#+4#）。北一采区综采工作面长度180m、平均采高2.8m，设计工作面年推进度按2800m；北三采区综采工作面长度260m，平均采高4.2m，设计工作面年推进度为1800m；北二采区2#煤综采工作面长度150m，平均采高1.08m，设计工作面年推进度为2200m。 从全矿区煤层分布情况看，2#、3#、5#大部分区域稳定可采，4#煤层全区稳定可采。因2#、3#、4#、5#煤层间距较近（2#、3#煤层间距平均10.34m，3#、4#煤层间距平均6.16m，4#、5#煤层平均间距5.56m），矿区内上组煤采取联合开采方式。本次变形特征值计算将上组煤合并进行。 从煤层底板高线来看，井田为一缓倾斜的单斜构造，地层走向自北向南由南北向渐变为北西向，倾向由西渐变为南西，地层倾角平缓，一般为3～15°，平均7°。 井田上组煤顶板岩性主要为砂质泥岩、泥岩，单轴抗压强度为10.8－36.2MPa，分别为较稳定和不稳定顶板。 下沉系数取q初=0.80，q复=（1+a）q初=0.96； 水平移动系数取b初=0.26； 移动角取72°； 水平移动系数取b复=b初=0.26 主要影响角正切tgβ=2.77 按上述公式及计算参数，上组煤开采后，不同埋深地表产生的最大变形值列