開采引起的地表沉陷規(guī)律(已修改)
2025-05-11 06:44 本頁面
【正文】 22 開采引起的地表沉陷 規(guī)律 一 、 地表移動和破壞的形式 二 、 地表移動盆地的形成及特征 三 、 地表移動的角量參數(shù) 四 、 地表移動的變形參數(shù) 五 、 地表移動變形參數(shù)分析 六 、 開采沉陷預(yù)計方法 一、地表移動和破壞的形式 地表移動盆地 地表裂縫及臺階 煤層露頭處附近漏斗狀塌陷坑 二、地表移動盆地的形成及特征 地表移動盆地的形成 H 1 W1 2 W2 3 W3 4 5 W4 W5 充分采動與非充分采動 充分采動 — 地表最大下沉值不再隨開采區(qū)域尺寸增大而增加 。 非充分采動 — 地表最大下沉值隨開采區(qū)域尺寸增大而增加 。 1 2 3 4 5wwww 1235w 4H( ～ )H非充分采動時的地表移動盆地 p111δ 0 ψ3ψ 3 0δW 0臨界充分采動時的地表移動盆地 Aψδ 030W0ψ 3δB臨界開采尺寸 ， ～ 超充分采動時的地表移動盆地 δ43ψ30W 0W 30B ψ1δ0A 4 3 12 地表移動盆地特征 主斷面 — 通過盆地內(nèi)最大下沉點沿煤層傾向或走向的垂直剖面 （ 1）近水平煤層地表移動盆地 3BAB采空區(qū)Aδ0ψ30BWA ABψδ 03W 0ψ3 δ 0δ0ψ傾向臨界充分采動 3δAAψδ 0B3W 0ψ3 0δ0ψBA采空區(qū)BWA ψ03δ0B 非充分采動 ψAAδ 0 ψψ 33Bδ 0Bδ0AB采空區(qū)ABψ33δ0下沉曲線特征 主斷面上的地表下沉曲線分為三段 。 采空區(qū)上方的內(nèi)緣區(qū)下沉曲線呈凹形 煤柱上方的外邊緣區(qū)下沉曲線呈凸形 3δAAψδ 0B3W 0ψ3 0δ0ψBA采空區(qū)BWA ψ03δ0B下沉曲線的凹凸或內(nèi)外邊緣區(qū)分界點稱為拐點 。 拐點偏移距。 （ 2）緩傾斜和傾斜煤層地表移動盆地 ψγ00βB1ψBθ2A Aδ00WBδ0A采空區(qū)BW0A移動盆地在傾向方向上與采空區(qū)不對稱 。 盆地、最大下沉值 和 拐點均下移 。 （ 3）急傾斜煤層地表移動盆地 非對稱性更加明顯 ， 整個盆地及最大下沉值向采空區(qū)下邊界方向偏移 ， 地表最大水平移動值大于最大下沉值 ， 煤層底板巖層也移動 λ 0采空區(qū)β 0在移動盆地主斷面上 ， 將地表下沉曲線上的最大下沉點或盆地平底邊緣點投影在地表水平線上 ， 該投影點和采空區(qū)邊界的連線與煤層底板在采空區(qū)一側(cè)的夾角叫充分采動角 。 下山方向的充分采動角 ?1 上山方向的充分采動角 ?2 走向方向的充分采動角 ?3 oo3ψww3ψ三、地表移動的角量參數(shù) 充分采動角 o1ψw w oψ 2邊界角、移動角和裂隙角 ?移動盆地的最外邊界 一般取下沉為 10mm的點為邊界點 ACBD ?移動盆地危險邊界 傾斜 i=3mm/m 水平變形 ?= 2mm/m 曲率 K=A39。C39。B39。D39。 ?移動盆地裂縫邊界 ACBD A A ′ A ″δδ ″φ0δA ′A A ″BB ′B ″δδ 0 δ ″φCC ′C ″采空區(qū)oB ′B ″ BD ′D ″DD″C″φCC′β″ββθ0φDD′0γγ″γA A ′ A ″δδ ″φ0δA ′A A ″BB ′B ″δδ 0 δ ″φCC ′C ″采空區(qū)oB ′B ″ BD ′D ″DD″C″φCC′β″ββθ0φDD′0γγ″γ松散層移動角 松散層 第四紀(jì) 、 第三紀(jì)未成巖的沖積層 、 洪積層和殘積層的統(tǒng)稱 松散層移動角 ? ， 一般取 45176。 。 當(dāng)有松散層時 ， 應(yīng)先以松散層移動角 ?將邊界點投影到基巖面 ， 再與開采邊界連線確定移動角 。 急傾斜煤層邊界角、移動角、裂隙角 β φφ φ φλ 0λλ0ββ急傾斜煤層的頂板、底板邊界角移動角和裂隙角 最大下沉角 在移動盆地傾向主斷面上 ， 采空區(qū)中點和地表最大下沉點在地表水平線上投影點的連線與水平線在下山方向的夾角 ψ 1ψ 2owθow2ψθψ1?=90?K? K=? yWZoUU xXY四、地表移動的變形參數(shù) 空間問題 平面問題 在主斷面上用數(shù)學(xué)方法研究 任意一點的向量 橫向 （ X） 縱向 （ y） 開采引起的地表移動是復(fù)雜的時間 空間現(xiàn)象。一點的移動矢量是空間位置（ x、 y、 z）和時間（ t）的函數(shù) 。 垂直移動 （ Z） 水平移動 描述地表移動盆地內(nèi)移動和變形的主要指標(biāo) ? 下沉 ? 水平移動 ? 傾斜 ? 曲率 ? 水平變形 下沉 W 4′3o ψδ1′12′2 33′4δ o3ψ r8′6′5′5 6 77′9′8 9 x主斷面內(nèi)地表移動向量的鉛直分量 ?W=W（ x） ?最大下沉值在盆地中央 ?下沉曲線凹凸分界的拐點處，下沉值約為最大值的一半。 水平移動 U 地表移動向量的水平分量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x δ0 ψ3 ψ3 δ0 2′ 3′ 4′ 5′ 6′ 7′ 8′ 9′ 1′ U=U（ x） ,有兩組方向不同的水平移動 規(guī)定 :正值的水平移動與 x軸的正方向一致 負(fù)值的水平移動與 x軸的負(fù)方向一致 水平移動 1點 U1=0 5點 U5=0 9點 U9=0 U坐標(biāo)向下為正 U o x + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x δ0 ψ3 ψ3 δ0 2′ 3′ 4′ 5′ 6′ 7′ 8′ 9′ 1′ 邊界點和采空區(qū)中點的水平移動為零； 邊界點和采空區(qū)中點之間有極值。 傾斜 i 傾斜是指地表單位長度內(nèi)下沉的變化 ， 單位為 mm/m， i坐標(biāo)軸向下為正 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x δ0 ψ3 ψ3 δ0 2′ 3′ 4′ 5′ 6′ 7′ 8′ 9′ 1′ ABXWW ABXoWΔ xWxWWi ABAB ??????dxdWxWix?????? 0lim t傾斜是地表下沉的一階導(dǎo)數(shù) dxxdWxi )()( ?傾斜的正負(fù)號 有兩組方向不同的傾斜 邊界點和最大下沉點之間的傾斜必然有正極值和負(fù)極值存在 。 (b)(a)3o ψδ+δ o3ψi(mm/m)r xW(mm)x傾斜的正負(fù)號的物理意義 垂直于地表下沉曲線的桿狀物傾倒的趨向與x軸正向相同時 ， 傾斜為正； 桿狀物傾倒的趨向與 x軸負(fù)向相同時傾斜為負(fù) 。 ABXWW ABXoWΔ δ0 ψ3 δ0 ψ3 x w 1 9 5 3 7 2 4 6 8 o H r U o x + i o x + 水平移動 U（ x） 和傾斜 i（ x） 的變化趨勢同步 水平移動 U（ x）和傾斜 i（ x） dxdWBxBixU?? )()(U o x + i o x + B一個有單位的比例系數(shù) 曲率 K 地表單位長度內(nèi)傾斜的變化 ， 單位為mm/m2或 103/m。 曲率坐標(biāo)軸向上為正 . mmmmmmmmm
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