礦山開采沉陷學(xué)知識(shí)點(diǎn)整理-展示頁(yè)
2025-07-07 20:35本頁(yè)面
【正文】 nm式中wn──地表點(diǎn)的下沉（mm）；Hn0、Hnm──表示地表n點(diǎn)首次和m次觀測(cè)時(shí)的高程（mm）正值表示測(cè)點(diǎn)下沉，負(fù)值表示測(cè)點(diǎn)上升，它反映了一個(gè)點(diǎn)不同時(shí)間在垂直方向的變化量。時(shí), θ = 90176。 時(shí), θ = 90176。－ kа 式中k——與巖性有關(guān)的系數(shù)； а——煤層的傾角。在傾斜或緩傾斜煤層條件下，θ值隨煤層傾角的增大而減小。 實(shí)測(cè)表明，地表移動(dòng)盆地主斷面有下列特征：（1）在主斷面上地表移動(dòng)盆地的范圍最大；（2）在主斷面上地表移動(dòng)最充分，移動(dòng)量最大；（3）在主斷面上，不存在垂直于主斷面方向的水平移動(dòng)。9：主斷面通常就將地表移動(dòng)盆地內(nèi)通過(guò)地表最大下沉點(diǎn)所作的沿煤層走向和傾向的垂直斷面稱為地表移動(dòng)盆地主斷面，沿走向的主斷面稱為走向主斷面，沿傾向的主斷面稱為傾向主斷面。（3） 地表最大下沉值大致位于采區(qū)下邊界上方；地表最大水平移動(dòng)值大于最大下沉值。 急傾斜煤層開采時(shí)，地表移動(dòng)盆地有如下特征：（1）盆地形狀不對(duì)稱性更加明顯。在走向斷面上，盆地特征與水平煤層類似。傾斜煤層開采、地表未達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，地表移動(dòng)盆地有如下特征：（1）傾斜方向上，盆地中心（最大下沉點(diǎn)）偏向采空區(qū)下山方向。 矩形－－橢圓形（3）移動(dòng)盆地內(nèi)外邊緣區(qū)的分界點(diǎn)，大致位于采空區(qū)邊界的正上方。盆地的平底部分位于采空區(qū)中部正上方。水平煤層開采時(shí)地表達(dá)到充分采動(dòng)的地表移動(dòng)盆地，它有下列的特征：（1）地表移動(dòng)盆地位于采空區(qū)的正上方。在剛達(dá)到充分采動(dòng)和非充分采動(dòng)時(shí)，盆地內(nèi)不出現(xiàn)中間區(qū)域。8：地表移動(dòng)盆地的特征在移動(dòng)盆地內(nèi)，各個(gè)部位的移動(dòng)和變形性質(zhì)及大小不盡相同。充分采動(dòng)角的確定方法是：在充分采動(dòng)的條件下，在地表移動(dòng)盆地的主斷面上，移動(dòng)盆地平底邊緣（在地表水平線上的投影點(diǎn)）和同側(cè)采空區(qū)邊界連線與煤層在采空區(qū)一側(cè)的夾角稱為充分采動(dòng)角。采空區(qū)尺寸（長(zhǎng)度和寬度）小于該地質(zhì)采礦條件下的臨界開采尺寸時(shí)，地表任意點(diǎn)的下沉值均未達(dá)到該地質(zhì)采礦下應(yīng)有的最大下沉值，稱這種采動(dòng)為非充分采動(dòng)，此時(shí)地表移動(dòng)盆地為碗形。地表移動(dòng)盆地呈碗形。6：充分采動(dòng)和非充分采動(dòng)充分采動(dòng)(full subsidence)：是指地下煤層采出后，地表下沉值達(dá)到了該地質(zhì)采礦條件下應(yīng)有的最大值，此時(shí)稱為地表達(dá)到充分采動(dòng)，隨著工作面的繼續(xù)擴(kuò)大，影響范圍相應(yīng)擴(kuò)大，但地表最大下沉值不再增加，地表移動(dòng)盆地將出現(xiàn)平底。裂縫的深度、寬度與有無(wú)第四系松散層及其厚度、性質(zhì)和變形值大小有關(guān)。5：地表移動(dòng)和破壞形式（一）地表移動(dòng)盆地(Ground subsidence trough)：在開采影響波及到地表以后，受采動(dòng)影響的地表從原（有標(biāo)高向下沉降，從而在采空區(qū)上方地表形成一個(gè)比采空區(qū)面積大得多的沉陷區(qū)域，這種地表沉陷區(qū)域稱為地表移動(dòng)盆地，或下沉盆地 。其移動(dòng)特點(diǎn)為：巖層的移動(dòng)過(guò)程是連續(xù)而有規(guī)律的，并保持其整體性和層狀結(jié)構(gòu)，不存在或極少存在離層裂縫；彎曲帶頂面（地表）有時(shí)產(chǎn)生一些拉伸裂縫，一般到一定深度尖滅。 冒落帶和裂縫帶合稱為冒落裂縫帶，或?qū)芽p帶(Water conducted zone)。其特征為：巖層不僅產(chǎn)生垂直于層理面的裂縫或斷裂，還產(chǎn)生順層理面的離層裂縫，易導(dǎo)水。 分：不規(guī)則冒落帶、規(guī)則冒落帶（二）裂縫帶（斷裂帶）(Fractured zone)裂縫帶是指在采空區(qū)覆巖中產(chǎn)生裂縫、離層及斷裂，但仍保持層狀結(jié)構(gòu)的那部分巖層。冒落帶內(nèi)巖層破壞的特點(diǎn)為：冒落巖塊大小不一；無(wú)規(guī)則地堆積在采空區(qū)內(nèi)；冒落巖塊間空隙較大，連通性好，易導(dǎo)水、導(dǎo)砂。當(dāng)?shù)装鍘r層較軟時(shí)，在煤層采出后，底板在垂直方向減壓，水平方向受壓，導(dǎo)致底板向采空區(qū)方向隆起。當(dāng)煤層傾角較大，而且開采自上而下順序進(jìn)行，下山部分煤層繼續(xù)開采而形成新的采空區(qū)時(shí)，采空區(qū)上部垮落的巖石可能下滑而充填新采空區(qū)，從而使采空區(qū)上部的空間增大，下部空間減小，使位于采空區(qū)上山部分的巖層移動(dòng)加劇，而下山部分的巖層移動(dòng)減弱。（五）垮落巖石的下滑（或滾動(dòng)）。巖層傾角越大，巖層沿層面滑移越明顯。 （四）巖石沿層面的滑移。采空區(qū)邊界煤層在支承壓力作用下，一部分被壓碎擠向采空區(qū)，這種現(xiàn)象稱為片幫。這是巖層移動(dòng)過(guò)程中最劇烈的形式，通常只發(fā)生在采空區(qū)直接頂板巖層中。當(dāng)拉伸變形超過(guò)巖層的允許抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖層破碎成大小不一的巖塊，冒落充填于采空區(qū)。 （二）巖層的垮落（或稱冒落）。3：巖層移動(dòng)形式（一）彎曲，這巖層移動(dòng)的主要形式。成層狀彎曲的巖層下沉，使冒落破碎的巖塊逐漸被壓實(shí)。2：充分采動(dòng)區(qū)COD位于采空區(qū)中部上方，其移動(dòng)特征是：煤層頂板在上覆巖體重力作用下，先向采空區(qū)方向彎曲，然后破碎成大小不一的巖塊向下冒落而充填采空區(qū)。隨著采礦工作的進(jìn)行，這一過(guò)程不斷重復(fù)。礦山開采沉陷學(xué)礦山開采沉陷學(xué)第一章：1：在地下開采前，巖體在地應(yīng)力場(chǎng)作用下處于相對(duì)平衡狀態(tài)。局部礦體被采出后，在巖體內(nèi)部形成一個(gè)采空區(qū)，導(dǎo)致周圍巖體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，引起應(yīng)力重分布，從而使巖體產(chǎn)生移動(dòng)變形和破壞，直至達(dá)到新的平衡。它是一個(gè)十分復(fù)雜的物理、力學(xué)變化過(guò)程，也是巖層產(chǎn)生移動(dòng)和破壞過(guò)程，這一過(guò)程和現(xiàn)象稱為巖層移動(dòng)。此后，巖層成層狀向下彎曲，同時(shí)伴隨有離層、裂隙、斷裂等現(xiàn)象。移動(dòng)結(jié)束后，此區(qū)內(nèi)下沉的巖層仍平行于它的原始層位，層內(nèi)各點(diǎn)的移動(dòng)向量與煤層法線方向一致，在同一層內(nèi)的移動(dòng)向量彼此相等。當(dāng)?shù)叵麻_采后，從直接頂板開始沿層面法線方向彎曲，直到地表。當(dāng)煤層采出后，采空區(qū)附近上方巖層彎曲而產(chǎn)生拉伸變形。此時(shí)，巖層不再保持其原有的層狀結(jié)構(gòu)。（三）煤的擠出（又稱片幫）。由于增壓區(qū)的存在，煤層頂?shù)装鍘r層在支承壓力作用下產(chǎn)生豎向壓縮，從而使采空區(qū)邊界以外的上覆巖巖層和地表產(chǎn)生移動(dòng)。在開采傾斜煤層時(shí)，巖石在自重力的作用下，除產(chǎn)生沿層面法線方向的彎曲外，還會(huì)產(chǎn)生沿層面方向的移動(dòng)。沿層面滑移的結(jié)果，使采空區(qū)上山方向的部分巖層受拉伸，甚至剪斷，而下山方向的部分巖層受壓縮。煤層采出后，采空區(qū)為冒落巖塊所充填。（六）底板巖層的隆起。3：巖層移動(dòng)的三帶（一）冒落帶(Caving zone)冒落帶是指用全部垮落法管理頂板時(shí)，回采工作面放頂后引起煤層直接頂巖層產(chǎn)生破壞的范圍。具：碎脹性、可壓縮性。位于冒落帶之上。分：嚴(yán)重?cái)嗔褞?、一般斷裂帶、微小斷裂帶。（三）彎曲?Sagging zone)（整體移動(dòng)帶）彎曲帶位于裂縫帶之上直至地表。4：地表移動(dòng)所謂地表移動(dòng)，是指是指在采空區(qū)面積擴(kuò)大到一定的范圍后，巖層移動(dòng)發(fā)展到地表，使地表產(chǎn)生移動(dòng)和變形，這一過(guò)程和現(xiàn)象稱為地表移動(dòng)。（二）地表裂縫(Surface fracture)及臺(tái)階（step）：在一定條件下，地表移動(dòng)盆地外邊緣拉伸變形區(qū)可能產(chǎn)生裂縫。（三）塌陷坑(Subsidence cave)及塌陷槽開采緩傾斜煤層和傾斜煤層時(shí)，地表破壞主要是地表出現(xiàn)裂縫，但在某些特殊地質(zhì)開采條件下，地表可能出現(xiàn)漏斗狀塌陷坑或塌陷槽。地表只有一點(diǎn)達(dá)到最大下沉值――剛達(dá)到充分采動(dòng)――臨界開采(Critical extraction)。有多個(gè)地表點(diǎn)達(dá)到最大下沉值――超充分采動(dòng)――超臨界開采(Supercritial extraction)，地表移動(dòng)呈盤形。7：充分采動(dòng)角充分采動(dòng)的范圍用充分采動(dòng)角（以ψ表示 ）確定。下山方面的充分采動(dòng)角以ψ1表示，上山方面的充分采動(dòng)角以ψ2表示，走向方向的充分采動(dòng)角以ψ3表示。在采空區(qū)上方地表平坦、達(dá)到超充分采動(dòng)、采動(dòng)影響范圍內(nèi)沒(méi)有大地質(zhì)構(gòu)造條件下，最終形成的靜態(tài)地表移動(dòng)盆地可劃分為三個(gè)區(qū)域（圖7b）移動(dòng)盆地的中間區(qū)域（又稱中性區(qū)域）；移動(dòng)盆地的內(nèi)邊緣區(qū)（又稱壓縮區(qū)域）；移動(dòng)盆地的外邊緣區(qū)（又稱拉伸區(qū)域）。拐點(diǎn)：內(nèi)外邊緣區(qū)分界點(diǎn)、下沉曲線凹凸變化點(diǎn)。盆地的中心（最大下沉點(diǎn)所在的位置）和采空區(qū)中心是一致的。（2）地表移動(dòng)盆地的形狀與采空區(qū)對(duì)稱。（4）在水平煤層開采的條件下，非充分采動(dòng)和剛達(dá)到充分采動(dòng)的地表
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