开采沉陷知识总结

开采沉陷知识总结名词解释开采沉陷：有用矿体被采出以后，开采区域周围的岩体原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡。在这过程中，使岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的破坏现象。地表移动：采空区面积扩大到一定范围后，岩层移动到地表，使地表产生移动变形，在地表沉陷的研究中称这一过程和现象为地表移动。岩层移动：局部区域矿体被采出后，（在岩体内部形成一个空洞）其周围应力平衡状态遭到破坏，引起应力的重新分布，直到达到一个新的平衡，这是一个十分复杂的物理，化学变化过程，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。下沉盆地：在开采影响波及到地面时，受采动影响地面由原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成了一个比采空区面积大的沉陷盆地。充分采动：地下煤层采出后，地表下沉值达到了地质条件下应有的最大值，此时的采动为充分采动。临界开采：正好达到其最大值。地表移动盆地主断面：将地表移动盆地主断面上，移动盆地平底边缘在地表水平线上的投影同采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。临界变形值：建筑物不需要维修仍能够保持正常使用所允许的地表最大变形值。边界角：在充分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煤柱一侧的夹角。裂缝角：在充分或接近充分采动条件下，地表移动盆地主断面上，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。松散型移动角：用岩层移动角自采空区边界划线与基岩松散层相交线于一点，同地表下沉值为10MM的点相连线与水平线在煤柱一侧的夹角。观测站：在研究对象上按一定要求设立的一系列测点，这些测点统称为观测站。起动距：地表开始移动时工作面的推进距离称为起动距。超前影响：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，这种现象称为超前影响。超前影响角：将工作面前方地表开始移动的点与当时工作面的连线，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角。超前影响距：开始移动的点到工作面的水平距离称为超前影响距。下沉系数：指在充分采动或接近充分采动情况下，开采水平煤层时的地表最大下沉值与开采厚度之比，在开采缓倾斜和倾斜煤层情况下，下沉系数是最大下沉值除以煤层倾角的余弦与开采厚度的乘积。重复采动：指煤层和地表已经受过一次开采的影响而产生移动变形和破坏之后再一次经受开采的影响，使得岩层和地表又一次受到采动。地表移动持续时间：充分采动或接近充分采动的情况下，下沉值最大的地表点从移动开始到移动稳定所持续的时间。移动角（下山、上山移动角）：在充分采动或接近充分采动的条件下，(在倾向主断面上)地表移动盆地主断面上三个临界变形值中最外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（向下山、上山方向）的夹角。走向（倾向）采动程度系数（）：表示走向（倾向）不是充分采动时使倾向（走向）主断面上移动或变形值减小的倍数。采动系数：采空区倾斜方向或走向方向的实际长度与地表达到成分采动时相应方向上最小长度之比。充分采动角：在充分采动条件下，在地表移动盆地的主断面上，移动盆地平底的边缘（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。最大下沉角：在倾斜主断面上，由采空区的中点和地表移动盆地的最大下沉点（在地表水平面上的投影点）的连线与水平线之间在煤层下山方向一侧的夹角。开采影响传播角：倾斜煤层开采时，拐点不是位于计算边界的正上方，而是向下山方向偏移。偏移后的拐点与同侧计算边界的连线与水平线在下山方向一侧的夹角。开采沉陷预计：对一个计划进行的开采，在开采进行以前，根据其地质条件和选用的预计函数，参数，预先计算出受此开采影响的岩层和地表的移动和变形的工作。预计参数：预计函数中用到的一系列数据，这些参数是根据所预计的那个开采的地质采矿数据和因数确定。概率积分法：是因其所用的移动和变形预计分工中含有概率积分而得名。开采沉陷的模拟研究方法：是把岩体抽象简化成某一种理论或物理的模型，对模型中的煤层模拟实际情况进行“开采”，通过计算或观测模型中岩体由于开采引起的移动和变形，来研究开采沉陷规律或解决与开采沉陷有关的实际工程问题的一种方法。相似常数：两相似系统某一种对应量比值为一常数，此常数为这种量的相似常数。相似准数：两相似系统间的数量关系或特征。单值条件：将一个具体现象与同类现象中其他现象相区别的具体条件，也就是将普通现象的通解转变为具体现象的特解的具体条件。保护煤柱：指专门留在井下不予采出的，旨在保护上方岩层内部和地表的上述保护对象不受开采影响的那部分煤炭。围护带：建筑物周围的受保护范围。条带开采：将被开采的煤层划分为比较正规的条带形状，采一条留一条，使留下的的条带煤柱足以支撑上覆岩层的重量，而地表只产生较小的移动和变形。防水安全煤岩柱：在水体底界面至煤层开采上限之间所留设的防水中的水溃入井下的煤和岩层块段。安全煤岩柱：在煤层至水体底面垂直距离很近的条件下，必须在水体和煤层开采上限之间留设一定垂深的岩层块段和煤层。防塌煤岩柱：在松散粘土层和已经疏干的松散含水层底界面与煤层开采上限之间为防止泥砂塌入采空区而保留的煤和岩层块段。防砂煤岩柱：在松散弱含水底界面至煤层开采上限之间为防止流沙溃入井下而保留的煤和岩层块段。典型曲线法：是一种用无因次的典型曲线表示移动盆地主断面上的移动和变形的方法。负指数函数法：使用负指数函数表示地表下沉剖面函数的方法。主要影响半径：将x=+-r的地表点与煤壁相连，其连线与水平线之间所夹的锐角。半盆地长：最大下沉点至下沉盆地边界的平距。类比法：时把与本矿区煤田特征和开采条件相似的矿区的参数作为本矿区的参数。垂直剖面法：作沿煤层走向和倾向的垂直剖面，在剖面图上确定煤柱边界宽度，并投影到平面图上而得保护煤柱边界的方法。垂线法：先作受保护面积边界的垂线，利用公式计算垂线长度，再在平面图上量出垂线长度，从而确定保护煤柱边界的方法。全柱开采：就是在受保护对象的范围内，有限制的进行大面积全面开采，并在煤柱内部形成开采边界，以最大限度的减少开采对受护建筑物的有害影响。协调开采：利用两个煤层同时开采所产生的地表变形相互抵消的原理。地下水：赋存在地球岩石圈中，积聚在岩石空隙中的水。潜水位：潜水面上任意点的绝对标高。承压水：一般充满与两个隔水层之间并承受净水压力的水。临界变形值：不需要维修能保证建筑物正常使用所允许的地表最大变形值称为～临界开采面积：地表到充分采动时的采空区面积。半无限开采：工作面煤壁一侧的煤层未被采动，而另一侧的煤层全部采空的开采情况。填空（包含解释）1、岩层移动的形式：弯曲、冒落、片帮、底板隆起、滚动、岩石沿层面滑移（1）弯曲—岩体向下移动，不产生脱落。特点：出现裂缝或断裂，但保持层状形式和连续性。（2）冒落—岩体部分下落，向下移动的现象。特点：不在保持其原有的层状性，岩体积增大。（3）片帮—采空区边界矿体在支撑压力的作用下，一部分被挤向采空区的现象。（4）底板的隆起—当底板角软时，在矿体采出后，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的现象。（5）滚动—特点：上山垮落岩石充填下山采空区，因而上山移动增加，下山移动减少。（6）岩石沿层面滑移—在开采倾斜矿体时，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。特点：岩层沿层面滑动，层间有错动。2．岩层三个移动区特征：充分采动区（减压区），最大弯曲区，岩石压缩区。（1）充分采动区移动特征是：1）下部岩体破碎成块状，上部岩体断裂、离层、裂隙；2）竖向方向受拉、横向方向受压，3）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；4）移动量最大。（2）岩石压缩区（支承压力区）特征：沿层面方向受拉、层面法线方向受压。（3）最大弯曲区（Ⅱ、Ⅱ’）特征：1）在此范围内岩层向下弯曲的程度（曲率）最大。2）在层内产生沿层面方向的拉伸变形和压缩变形。3.移动稳定后岩层内的三带：冒落带，裂缝带，弯曲带。冒落带（垮落带）垮落带是指由采矿引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围。.垮落带内岩层破坏特点是：（1）分带性（2）碎胀性，碎胀系数值恒大于1，一般在1.5～1.80之间。（3）可压缩性（4）垮落带高度主要取决于采出厚度、上覆岩层的碎胀系数、岩性等，通常为采出厚度的3～5倍。薄煤层开采时垮落高度较小，一般为采出厚度的1.7倍左右。顶板岩石坚硬时，垮落带高度为采出厚度的5～6倍；顶板软弱时，垮落带高度为采出厚度的2～4倍。实践中可用下式近似估算垮落带高度：h=m/(k-1)cosα式中h—垮落带高度；m—采出矿层厚度；K—岩石碎胀系数；α—矿层倾角。（5）形态，随倾角不同而变化裂缝带（断裂带）在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层称为裂缝带。特征：（1）岩体内裂隙多，但仍保持层状结构（2）裂隙带高度与岩性密切相关：硬，高，软，低冒落带+裂缝带=冒落裂缝带（导水裂隙带）软弱岩石：9～12m（m为开采厚度）；中硬岩石：12～18m；坚硬岩石：18～28m。弯曲带弯曲带指的是裂缝带之上直至地表的整个岩系。特点：1）保持整体性和层状结构，2）移动过程连续而有规律，不存在或极少存在离层裂缝。3）在竖直面内，各部分的移动值相差很小。4）H弯＞＞H裂（当H大时）三者的关系：从采空区往上：冒落带→裂缝带→弯曲带H小，m大时，可能只有冒落带和裂缝带条带、充填开采时，无冒落带或断裂带，只有弯曲带4.岩层移动典型图示：近水平煤层—层状弯曲，倾斜煤层—层状弯曲并沿层面向下滑移，急倾斜煤层—煤层底板发生移动。急倾斜煤层—上盘岩层以悬弯曲形式移动岩，层沿层面错动，岩层在露头出形成台阶状盆地5．地表移动和破坏的形式：地表移动盆地，裂缝及台阶，塌陷坑6．静态地表移动盆地三个区域：移动盆地中间区域，移动盆地内边缘区，移动盆地外边缘区。7．移动主断面特征是在主断面上地表移动盆地的范围最大；地表移动的最充分移动量最大。8．移动盆地内移动和变形的指标：下沉，倾斜，曲率，水平移动，水平变形1、下沉地下水位低时，均匀下沉对建筑物无影响地下水位高时，对建筑物有影响2、倾斜（1）对高而底面积小的建筑物影响大建筑物内应力重分布→建筑物破坏、倒塌（2）使排水系统坡度变化（3）使公路、铁路坡度变化3、曲率正曲率：顶部开裂，裂缝上宽下窄，倒八字裂缝负曲率：底部开裂，裂缝下宽上窄，正八字裂缝和水平裂缝4、地表水平变形使建筑物基础受拉或受压5、建筑物临界变形值对建筑物有影响的变形主要有：倾斜、曲率、水平变形根据长期的观测得到：i=3mm/mk=0.2mm/m2ε=2mm/m作为标准，大于这些值，建筑物损害，小于这些值，建筑物不损害，因而称为临界变形值。9．观测站类型按观测站设置地点不同可以分为:地表移动观测站，岩层内部观测站，专门观测站。按时间长短：普通观测站与短期观测站。按布网形式：网状观测站、剖面线状观测站。设计原则：观测线的位置应设在主断面上；观测线的长度一定要大于移动范围；设站地区在观测期间不受邻近开采的影响；测点密度要适当，视开采深度和设站目的确定密度；控制点要设在移动范围之外，不受开采影响；设在移动范围内的观测点与地表同步移动。条带开采：将被开采的煤层。地点选择：依设站目的，从简单条件到复杂条件。设计方法：确定观测站位置；观测线长度的确定；测点数目及密度。观测工作：连接测量；全面观测；日常观测工作（只测水准）地表移动时间：在充分采动或接近充分采动的情况下，下沉值最大的地表点从移动开始到移动稳定所持续的时间，称为地表移动持续时间用T表示。开始阶段：下沉量达到10MM的时刻，此时移动开始速度达到1.67MM/D；活跃阶段：下沉速度大于1.67MM/D时的阶段，危险变形阶段；衰退阶段：下沉速度刚小于1.67MM/D时起至六个月内下沉累计不超过30MM时止的阶段。10．开采沉陷预计的内容：（1）地表移动变形值预计（2）岩体内部移动变形值预计（3）建筑物移动变形值预计（4）多工作面多煤层开采时岩层和地表变形预计11．开采沉陷预计方法的途径：基于实测资料的经验方法；理论模拟法；影响函数法。12.开