《矿山开采沉陷学》复习题

-1-《矿山开采沉陷学》复习题一、名词解释1.地表移动盆地主断面：地表移动盆地内通过最大下沉点（或者说移动盆地的中心）所作的沿煤层走向的垂直断面。（P35）2.临界开采面积：地表到充分采动时的采空区面积。3.防砂安全煤岩柱：在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之间为防止流砂溃入井下而保留的煤和岩层块段。（P321）4.垮落带（冒落带）：用全部垮落法管理顶板时，回采工作面放顶后引起煤层直接顶板岩层产生破坏的范围。（P26）5.移动角：在充分采动或接近充分采动的条件下，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。（P43）6.地表移动起动距：地表开始移动时工作面的推进距离。（P85）7.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。8.超前影响角：将工作面前方地表开始移动（即下沉10mm）的点与当时工作面的连续，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角。（P85）二、填空题三、简答题1.什么是开采沉陷预计，其目的是什么？（P116）（1）对一个计划进行的开采，在开采进行以前，根据其地质采矿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（或）地表的移动和变形工作，称为开采沉陷预计。（2）开采沉陷预计对开采沉陷理论的研究和生产实践都有重要意义。①在理论研究生的作用在于，利用预计的结果可以定量地研究受开采影响的岩层与地表移动在时间上和空间上的分布规律。②对指导建筑物下、铁路下、水体下的开采实践具有重要的作用。2.岩层移动稳定后，覆岩采入影响分为哪几个带？各影响带的主要特征是什么？（P25—P27）（1）冒落带：①随着煤层的开采，其直接顶板在自重力的作用下，发生法向弯曲，当岩层内部的拉应力超过岩石的抗拉强度时，便产生断裂、破碎成块而垮落，冒落岩块大小不一，无规则地堆积在采空区内；②冒落岩石具有一定的碎胀性，冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、砂、泥土通过。冒落岩石的体积大于冒落前的原岩体积；③冒落岩石具有可压缩性；④冒落带的高度主要取决于采出厚度和上覆岩石的碎胀系数，通常为采出厚度的3~5倍。实践中可用下式近似估算冒落带高度：h=m/[(k-1)cosα]。（2）裂隙（或称断裂）带：该带内岩层产生较大的弯曲、变形及破坏，其破坏特征是，裂缝带内岩层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂，而且产生顺层理面的离层裂缝。（3）弯曲（又称整体移动）带：①弯曲带内岩层在自重力的作用下产生层面法向弯曲，在水平方向处于双向受压缩状态，因而其压实程度较好，一般情况下具有隔水性，特别是当岩性较软时，隔水性能更好，成为水下开采时的良好保护层，当透水的松散层在弯曲带内就不能起到这种作用；②弯曲带内岩层的移动过程是连续而有规律的，并保持其整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂缝。在竖直面内，各部分的移动值相差很小；③弯曲带内的高度主要受开采深度的影响。3.影响地表移动盆地分布规律的地质采矿因素有哪些？(P95-P104)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开采厚度与开采深度的影响；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。4.采矿引起开采空间周围岩层移动的主要形式有哪些？每种移动形式具备的条件是什么？-2-（P23-P24）（1）弯曲：当地下煤层采出后，上覆岩层中的各个分层，从直接顶板开始沿层理面的法线方向，依次向采区方向弯曲，直到地表。（2）岩层的垮落（或称冒落）：采区煤层采出后，直接顶板岩层弯曲而产生拉伸变形，拉伸变形超过岩石的允许抗拉强度。（3）煤的挤出（又称片帮）：煤层采出后，采空区顶板岩层内出现悬空，其压力便转移到煤壁（或煤柱）上，增加煤壁承受的压力，形成增压区，并且煤壁上有附加荷载的作用。（4）岩石沿层面的滑移：倾斜煤层中，岩石的自重力方向与岩层的层理面不垂直。（5）垮落岩石的下滑（或滚动）：煤层采出后，采空区为冒落岩块所填充。当煤层倾角较大，而且开采是自上而下顺序进行，下山部分煤层继续开采而形成新的采空区。（6）底板岩层的隆起：煤层地板岩石很软且倾角较大，在煤层采出后，底板在垂直方向减压，水平方向受压。5.影响地表移动规律的地质采矿因素主要有哪些？举出其中两种因素对地表移动范围和沉陷程度的具体影响。(P95-P104)（1）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开采厚度与开采深度的影响；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。（2）自选！四、计算题某矿计划村庄下采煤，压煤工作面属于水平煤层，工作面开采深度mm140，采厚ml2，坡面走向长mD10003，工作面斜长mD2001，采煤方法为走向长臂式，顶板全部滑落，下沉系数75.0q，主要影响角2tan水平移动系数25.0b，拐点偏距001.0Hs。试采用概率积分法预计该工作面开采后地表移动盆地走向主断面的地表下沉、倾斜变形、曲率变形、水平移动和水平变形的最大值，并定性绘制走向主断面的上述五种移动与变形曲线。（原型：P133-P135例4-1）（1）确定预计参数：)(702140tan),(141401.01.000mHmHs（2）预计最大移动和变形值：)(15000cos75.01002cos0mmmqW)/(43.2170150000mmmWi)/(465.070150052.122200mmmWK)(375150025.000mmbWU)/(14.87037552.152.100mmmbW（3）走向主断面移动的变形预计表计算计算计算内容（单计算结果-3-序号方法位）（1）已知x-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20+0.2+0.4+0.6+0.8+1.0（2）（1）x(cm)-70-56-42-28-1401428425670（3）已知0.00620.02250.06650.15810.30810.50000.69190.84190.93350.97740.9938（4）0.0430.1340.3230.6050.8821.000.8820.6050.3230.1340.043（5）0.1780.4220.8001.0000.7300-0.730-1.000-0.800-0.422-0.178（6）（3）0W)(xW(mm)93410023746275010381263140014661491（7）（4）0i)(xi(mm/m)0.922.876.9212.9718.9021.4318.9012.976.922.870.92（8）（5）0K)(xK(mm/m2)0.0830.1960.3720.4650.3390-0.339-0.465-0.372-0.196-0.083（9）（4）0U)(xU(mm)16501212273313753312271215016（10）（5）0)(x(mm/m)1.452.606.518.145.940-5.94-8.14-6.51-2.60-1.45（注）上表中黑体数据为已知数据。（4）绘制移动和变形预计曲线图下沉曲线推导2-1图倾斜曲线-4-五、设计题1.有一厂房，处于煤矿井田范围内，保护等级为Ⅱ级，平面尺寸和形状如下图。长轴方向与煤层方向夹角30，煤层倾角20，煤层厚度mm3，楼房中心点下方埋藏深度mH150，松散层厚度mh15，该地区走向移动角75，上山移动角75，65.0，松散层移动率75，是采用垂直剖面法留设该煤层的保护煤柱，并写出具体步骤。（原型：P248例7-1）【解】步骤如下：（1）在平面图上通过建筑物四个角点分别作与煤层走向、倾向平行的四条直线，得到一矩形，即建筑物本身所占面积。由于属Ⅱ级建筑物，在外缘加上15m的围护带宽度，得到建筑水平移动曲线水平变形曲线曲率曲线设计1-1图-5-物的受保护边界。（2）标出地表线、建筑物轮廓线、松散层和煤层等，注明煤层倾角、煤层厚度，建筑物下方埋深，并绘制地表柱状图。（3）在沿走向剖面上，先求出松散层与基岩接触面上的保护边界点，并作出走向移动角，将所得交点投影到平面图上，即得保护煤柱的边界。知识储备：保护等级为级的建筑物，其外缘加上的围护带宽为10m.2.某矿在松散富含水层下开采一倾斜煤层，煤层总厚度为9m，分三层开采，每层厚度3m，煤层上覆岩为中性岩，松散层下无粘土，松散层下有厚度为8m的含水基岩风化带，该矿导水裂缝带高度计算公式为)6.36.1()100(MMHli，保护层厚度取nMAHb66，试计算该煤层防水安全煤层柱高度，并在图中确定煤岩开采上限位置。（原型：P322例9-1）【解】(1))m(506.3)333(6.1)333(1006.36.1100MMHli（其中：M—累计采厚））（m1833336n66bMAH（其中：n—分层层数）基岩风化带厚度已知，mHfc8.)(7681850mHHHHfcblish(2)由中硬岩导水裂缝带第二种经公式有：)(7010333201020mMHli则)(7681870mHHHHfcblish为了安全起见，取按第二种经验公式计算结果，即防水安全煤岩柱高度为96m.知识储备：①坚硬覆岩经验公式二：1030liMH②软弱覆岩经验公式二：510liMH设计2-1图