开采沉陷
名词解释：
1.半无限开采：沿着工作面推进方向x 区间0到正无穷上被开采，而沿垂直工作面推进方向的开采尺寸足够大，使之达到充分采动。（1.2--1.4H ）
2.主要影响半径：半无限开采主要的地表移动和变形均发生在r x -=～r +的范围之内，称r 为主要影响半径。
2.下沉盆地的角度参数： 边界角：开采达到或接近充分采动是，移动盆地主断面上盆地边界点和采空区边界点连续与采空区外侧水平线的夹角
移动角：开采达到或接近充分采动时，移动盆地主断面上临界变形点和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角。下山、上山和走向方向的移动角分别用β、γ和δ来表示；i=± 3.0mm/m ；E=±2.0mm/m ；K=±0.2×10-3/m 。
裂缝角：开采达到或接近充分采动时，采空区上方地表最外侧位置裂缝和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角
最大下沉角：在移动盆地的倾斜主断面上，采空区的中点与地表下沉盆地中点的连线与矿层下山方向水平线的夹角
3.启动距：地表开始移动式工作面推进距离
地表开始移动：观测地表下沉值达到10mm
地表移动时间：从地表开始移动到地表停止移动的持续时间。分为启动。活跃。衰减阶段，1.67mm/d ，百分之85
4.减沉开采：是通过改变采场顶板管理方法控制顶板下沉量，达到减缓地表沉陷量
5.协调开采：根据开采引起地表移动变形分布规律，通过合理的开采布局，开采顺序，方向时间等方法，减缓开采地表变形值
6.变形缓冲沟：是在建筑物周围地表挖掘的一定深度的沟槽。沟深超过基础底面深200--300mm ，沟槽不小于600m ，沟外缘建筑物外侧1--2m
7.变形缝：是将建筑物从屋顶到地基分成若干长度较小，刚度较大，自成变形体系的独立单元
8安全开采上限：安全开采边界的标高
9.安全开采深度：地表至安全开采边界的距离，即地面标高与安全开采上限的标高之差
10.安全煤岩厚度：水体地面向下至安全开采上边界水平面之间的距离
11.“三下”采煤：是指在建筑物下、铁路和公路下、水体下进行开采。 12.观测站：是指在开采影响范围内的地表、岩层内部或其他研究对象上，按一定要求设立一系列互相联系的观测点。
13.土地复垦：是指对矿区土地的恢复和再利用。
14.在x 、y 两个方向或任意一个方向未达到该地质采矿条件下的充分采动尺寸时为有限开采；
16.水平变形：是指相邻两点的水平移动差值与两点之间水平距离的比值 填空
1.覆岩移动破坏形式：弯曲，跨落，片帮，岩石沿层面滑移，跨落岩石的下滑。地板岩层隆起。
2.稳态移动盆地划分为三个区域：中性区，压缩区和拉伸区
3.下沉盆地的角度参数： 边界角：开采达到或接近充分采动是，移动盆地主断面上盆地边界点和采空区边界点连续与采空区外侧水平线的夹角
移动角：开采达到或接近充分采动时，移动盆地主断面上临界变形点和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角
裂缝角：开采达到或接近充分采动时，采空区上方地表最外侧位置裂缝和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角
最大下沉角：在移动盆地的倾斜主断面上，采空区的中点与地表下沉盆地中点的连线与矿层下山方向水平线的夹角
4.启动距：地表开始移动式工作面推进距离
地表开始移动：观测地表下沉值达到10mm
地表移动时间：从地表开始移动到地表停止移动的持续时间。分为启动。活跃。衰减阶段，1.67mm/d ，百分之85
5.开采沉陷预计理论有：影响函数方法，理论模型方
法，经验方法，概率积分法6.概率积分法：
采高m下沉系数n煤层倾角a；Wmax=mncosa
采深H主要影响半径r 主要影响角正切tanB:r=H/tanB
拐点偏移距d：水平移动参数。
7.观测站工作分为：连接测量，全面测量和日常观测8.数值模拟方法有：有限元法，边界元法，离散元法9.留设保护煤柱的方法：1垂直断面法2垂线法3数字标高投影法4临界变形值法10.开采技术措施1试探开采（a.先远后近b.先厚后薄c.先深后浅 d.先简单后复杂）2.分区开采（同一井田隔离采区进行开采：建立若干单独井田同时开采。）3.合理选择开采方案（留安全煤岩柱顶水开采：疏干或疏降水体开采：顶疏结合开采：合理选择开采方法和措施：正常等速开采：倾斜长壁开采。长走向小阶段开采。）
11.建筑物破坏等级：ⅠⅡⅢⅣⅤε 2.4.６k02. 0.4 0.6 i3. 6. 10
12.、地表下沉盆地呈非连续分布形态，主要特征为：塌陷坑、台阶、裂缝等
问答
1.影响地表移动变形的主要地址采矿因素：1.岩石力学性质对覆岩移动破坏的影响，2岩石力学性质对开采沉陷分布的影响3松散层对地表移动的影响4矿层倾角的影响5采深与采高的影响6开采方法和顶板管理的影响7开采范围的影响8开采
速度的的影响9重复采动的
影响
2.覆岩内部移动变形规律：
1.从上至下影响范围逐渐增
大，破坏强度逐渐减弱，主
要影响半径以非线性变化2,
拐点位置由下至上逐渐向
采空区方向移动3曲率与水
平变形值逐渐远离拐点位
置
3.条带开采的设计原则：1
保留条带的宽高比不小于2
个充填条采或不小于5个跨
落条采2保留条带要有足够
的强度和长期的稳定性3条
带开采的宽度一般小于开
采煤层埋深的1/4，4覆岩中
存在控制性关键层时，煤层
数目不超过3层，6煤层倾
角较大时，采用倾斜条带开
采，7开采深度较大时，采
用变条带采，留宽度布置
4.观测站设计说明书内容：1
观测站的目的和任务2设站
地的地形地物以及地质采
矿条件，3开采沉陷参数4
观测线的长度位置和测点
控制点的数目位置编号5测
点控制点的构造以及理论
方法6观测内容；所用仪器
与矿区控制网的连接方法
精度要求；联测的起始数
据，定期观测的时间方法精
度要求；有关地表采动影响
的测定和编录方法7经费估
算8观测成果的整理方法分
析步骤
5.非采矿原因导致的建筑物
破坏有：自然因素1湿度相
关的地基土的物理性能变
化2地壳运动3湿陷性黄土
的湿陷作用人为因素1
地基或基础质量不好2建筑
物结构设计有缺陷3建筑材
料质量差或建造工程质量
差
6.布置开采工作左面原则：1
尽量使主要保护建筑物位
于移动盆地的平底位置2尽
量使主要保护物的长轴与
开采工作面或开采边界平
行3避免建筑物与开采工作
面或开采边界斜交4由建筑
物的抗拉，抗压变形能力和
移动盆地的拉伸压缩变形
区综合分析确定有利的开
采方案5由保护建筑物的主
要程度和分析情况确定开
采方案
7.保护建筑物开采措施：1
减沉开采：充填开采，部分
开采，离层充填开采2协调
开采：多区段协调开采，多
工作面协调开采，对称开
采，减小开采边界影响的叠
加3控制开采：限高开采，
间歇开采
8.部分开采的使用条件（条
带开采）：1地面建筑物十分
密集，结构复杂的建筑物，
有纪念性的建筑物，铁路隧
道等，由于技术和经济上的
原因不适于采取建筑物加
固或充填措施2地面排水困
难3矿层埋深400--500m4
矿层厚度稳定，断层少5临
近采取的开采不至于破坏
煤柱的完整性
9.离层充填的四个阶段：连
续弯曲带产生，剪切滑移，
非协调挠曲，离层产生；三
个理学准则：剪应力准则
τ><τ>剪力滑移2挠度准
则，Wu 曲3张应力准则，δt><δt> 离层产生 10.变形缝设置原则：1分割 的独立单元长度为15-20m 2平面形状复杂的建筑物的转折部位改置3高度差异或荷载差异位置设置4建筑物类型不同的位置设置5地基强度有明显差异的位置设置6局部地下室的边缘设置7分期建筑房屋的交界处设置 11.水体下安全开采的基本要求：1防止上覆水体溃入井下，保证不过多增加排水费用前提下，尽量不恶化劳动条件，不出现淹井事故2在安全生产的同时，尽可能多的回收矿产资源3有效的保护地面水体以及河流湖溪的水工建筑 12.安全煤岩柱留设步骤：1根据松散层和基岩的水文地质条件，分析确定覆岩类型2根据煤层地址开采条件，选择开采方法，顶板管理方法，采区巷道布置与开采顺序等，并计算煤层开采后，跨落带和裂缝带的参数 13.地表移动盆地是怎样形成的？ 地表移动盆地形成有一个过程，对用长璧式全部冒落法开采的煤层，当工作面自开切眼达到(1/@-1/2)H时，开采引起的岩层移动开始波及地表，在地表形成一个相应的盆地，随着工作面继续推进，地表盆地的范围继续扩大，盆地各点的下沉量也继续增加，当工作面推进到一定的距离，采空区到达一定的宽度时，盆地的下沉程度达到该地址条件下的最大值，继续增加开采宽度，地表移动盆地的范围也会继续增大，如果工作面停 止掘进，再经过一段时间， 移动盆地个部分的移动和 变形就会逐渐稳定下来形 成最终的稳定盆地。 14.说明地表移动和变形的 基本规律 一般用移动和变形表示曲 线表示其一般的分布规律 在充分菜动条件下，最终移 动盆地走向主断面上各地 表各点的移动和变形的规 律的分布情况如图，图中各 条曲线的原点设在移动盆 地的中心横坐标x表示地表 各点距离原点o的距离，纵 坐标表示地表移动和变形 值。 15.拐点平移距产生的主要 原因是什么？其主要的影 响因素有哪些？ 由于在开采边界附近有一 段顶板下沉不充分所致，因 素开采厚度和岩性。 16.地表移动和变形时候对 建筑物的影响有什么特点 @地表的下沉和水平移动 速度缓慢影响不大 @地表倾斜变形，对面积 小而高度大的建筑物影响 大 @地表的水平变形，通过 对建筑物的地面和侧面使 建筑物附加的拉伸和压缩 应力，影响较大。 @地表曲率变形引起地表 凸起弯曲或凹陷弯曲，建筑 物越长越高时，收到的影响 越大。 17.减小地表移动和变形的 开采措施主要有哪些？ 使用充填法管理顶板，矸石 填充，水沙填充，高木材料 填充 采用不分开采法或者分层 开采 消除或消减开采影响的叠 加。顺序开采，合理布置 各煤层的开采边界，干净回 采，正确安排工作面的推进 方向。协调开采，提高回采 速度 18.铁路下应采用哪种开采 技术措施？ 开采前的准备根据地 表移动的实测资料预计地 表移动和变形根据预 计做好准备编制地 下开采设计对附近的小 煤窑采空区进行调查，采取 措施，建筑地面观测站， 对地表移动进行观测。全面 整修路线。 编制好地下开采设计，在采 区布置上，应尽量使用采动 路线处于盆地主断面附近， 避免线路处于移动盆地的 边缘，并力求扩大采区面 积。严禁使用非正规的采煤 方法。根据开采煤层的深厚 比，正确选择顶板的管理方 法。在开采急倾斜煤层时候 要防止地表的抽冒。工作面 的推进方向与线路的纵轴 方向一致。 19.什么是下沉系数、拐点 偏移距？ 答：下沉系数是在充分采动 条件下，由地表出现的的最 大下沉值与平均开采深之 比来确定：错误！未找到引 用源。，拐点偏移距：1.下沉 值为错误！未找到引用源。 的点。2.错误！未找到引用 源。、错误！未找到引用源。 出现的点。 20.移动变形规律？ 答：1.当覆岩中的关键层位 于覆岩的中上部时，关键层的断裂失稳对地表移动变形的变化影响很大；2.通常开采速度越快，地表的移动变形越小；3.当开采速度小于2m/d-3m/d时，开采期间的短期的停滞对地表保护物影响不大；4.采动地表动态变形与采深采高比H/m 有关。 17.离层充填的机理有哪些？ 答：1）注浆的充填作用；2）注浆的支承作用；3）注浆的胶结作用；4）注浆的膨胀作用；5）挤压密实作用。 18.比较动态地表移动变形与静态地表移动变形，简要说明各自的特点。 答：对于动态地表移动变形： 1）开采速度越大，地表的动态变形越小。 2）当开采速度小于每天3m 时，地表的动态变形一般为静态的80%左右；当开采速度大于10m/d时，地表的动态变形值可减小50%左右。3）采动地表动态变形与采深采高比（H/m）有关，当采深采高比较小时，反映在地表的变化比较明显，反之不是很明显。对于静态地表移动变形：是指连续六个月内地表下沉量 30mm，此时，地表的移动变形值基本上趋于稳定。 19.建筑物加固防护措施：设置变形缓冲沟，设置变形缝，设置钢拉杆。设置钢筋混领土圈梁，设置基础连系梁，设置钢筋混领土苗固板，堵砌门窗洞。 20.安全煤岩柱类型及作用：1.安全防水煤岩柱，（作用：最大限度的防止煤层开采后所形成的导水裂隙带波及上覆水体，避免上覆水体涌入井下，并使矿井涌水量不明显的增加。）安全防砂煤柱，（防止垮落带进入或接近松散层，确保泥沙不馈入井下，但可允许一部分导水裂隙带进入松散层中的弱含水层。）安全防塌煤柱（防止上覆弱含水层和黏土层塌入井下，但矿井涌水量会增加。） 计算 Wmax=mqcosαx>=r Imax=Wmax/r x=0 Umax=b*Wmax x=0 Emax=± 1.52*Umax/r x=0.4r Kmax=±1.52*Imax/r 名词解释： 1.半无限开采：沿着工作面推进方向x 区间0到正无穷上被开采，而沿垂直工作面推进方向的开采尺寸足够大，使之达到充分采动。（1.2--1.4H ） 2.主要影响半径：半无限开采主要的地表移动和变形均发生在r x -=～r +的范围之内，称r 为主要影响半径。 2.下沉盆地的角度参数： 边界角：开采达到或接近充分采动是，移动盆地主断面上盆地边界点和采空区边界点连续与采空区外侧水平线的夹角 移动角：开采达到或接近充分采动时，移动盆地主断面上临界变形点和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角。下山、上山和走向方向的移动角分别用β、γ和δ来表示；i=± 3.0mm/m ；E=±2.0mm/m ；K=±0.2×10-3/m 。 裂缝角：开采达到或接近充分采动时，采空区上方地表最外侧位置裂缝和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角 最大下沉角：在移动盆地的倾斜主断面上，采空区的中点与地表下沉盆地中点的连线与矿层下山方向水平线的夹角 3.启动距：地表开始移动式工作面推进距离 地表开始移动：观测地表下沉值达到10mm 地表移动时间：从地表开始移动到地表停止移动的持续时间。分为启动。活跃。衰减阶段，1.67mm/d ，百分之85 4.减沉开采：是通过改变采场顶板管理方法控制顶板下沉量，达到减缓地表沉陷量 5.协调开采：根据开采引起地表移动变形分布规律，通过合理的开采布局，开采顺序，方向时间等方法，减缓开采地表变形值 6.变形缓冲沟：是在建筑物周围地表挖掘的一定深度的沟槽。沟深超过基础底面深200--300mm ，沟槽不小于600m ，沟外缘建筑物外侧1--2m 7.变形缝：是将建筑物从屋顶到地基分成若干长度较小，刚度较大，自成变形体系的独立单元 8安全开采上限：安全开采边界的标高 9.安全开采深度：地表至安全开采边界的距离，即地面标高与安全开采上限的标高之差 10.安全煤岩厚度：水体地面向下至安全开采上边界水平面之间的距离 11.“三下”采煤：是指在建筑物下、铁路和公路下、水体下进行开采。 12.观测站：是指在开采影响范围内的地表、岩层内部或其他研究对象上，按一定要求设立一系列互相联系的观测点。 13.土地复垦：是指对矿区土地的恢复和再利用。 14.在x 、y 两个方向或任意一个方向未达到该地质采矿条件下的充分采动尺寸时为有限开采； 16.水平变形：是指相邻两点的水平移动差值与两点之间水平距离的比值 填空 1.覆岩移动破坏形式：弯曲，跨落，片帮，岩石沿层面滑移，跨落岩石的下滑。地板岩层隆起。 2.稳态移动盆地划分为三个区域：中性区，压缩区和拉伸区 3.下沉盆地的角度参数： 边界角：开采达到或接近充分采动是，移动盆地主断面上盆地边界点和采空区边界点连续与采空区外侧水平线的夹角 移动角：开采达到或接近充分采动时，移动盆地主断面上临界变形点和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角 裂缝角：开采达到或接近充分采动时，采空区上方地表最外侧位置裂缝和采空区边界点连线与采空区外侧水平线的夹角 最大下沉角：在移动盆地的倾斜主断面上，采空区的中点与地表下沉盆地中点的连线与矿层下山方向水平线的夹角 4.启动距：地表开始移动式工作面推进距离 地表开始移动：观测地表下沉值达到10mm 地表移动时间：从地表开始移动到地表停止移动的持续时间。分为启动。活跃。衰减阶段，1.67mm/d ，百分之85 5.开采沉陷预计理论有：影响函数方法，理论模型方 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？（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 开采沉陷预计方法概述 摘要：本文主要介绍了当前使用的开采沉陷预计方法（基于实测资料的经验方法、影响函数法和理论模拟法）的原理、特点及应用情况，并简要介绍了开采沉陷预计的发展趋势，相信会对开采沉陷工作具有一定的帮助意义。 关键词：开采沉陷；预计方法；概率积分法；理论模拟法 1 引言 开采沉陷预计是矿山开采沉陷的核心内容之一，它对开采沉陷的理论研究和生产实践都有重要意义[1]。由于采矿引起的地面沉陷损坏地面建筑、公路、铁路等，不但给人民生活带来了威胁，而且破坏环境。开采沉陷的预计，对建筑物和生态环境的保护有重要意义。因此，有必要对开采沉陷预计方法进行探讨，以指导矿山的开采。开采沉陷预计方法很多，按建立预计方法的途径可分可分为三类：基于实测资料的经验方法、影响函数法和理论模拟法[2-4]。 2 开采沉陷方法简介 基于实测资料的经验方法是通过对大量的已知开采沉陷实测资料进行数据处理，确定开采沉陷中各种移动变形值的函数形式和计算预计参数的经验公式。这种方法在预测时，首先根据开采的地质条件，确定经验公式中的预计参数，再代入公式确定预计函数进而求出移动和变形值。这种方法是当前最为可靠的一种预测方法，常见的经验方法有：典型曲线法和剖面函数法等。 理论模拟法把岩体抽象为某个数学的、力学或数学-力学的理论模型，按照这个模型计算受开采影响岩体产生的移动、变形和应力的分布情况。如认为岩层和地表是一种连续的介质，则此模型属于连续介质模型；否则，就属于非连续介质模型。此法所用的函数一般均由理论研究得出，所用的参数常用实验室试验或理论推导求得，一般与现场实测资料没有直接关系，常用的理论模型法主要有连续介质力学法等。 影响函数法是介于经验方法和理论模型方法之间的一种方法，它的实质是根据理论研究或其他方法确定微小单元开采对岩层或地表的影响（以影响函数表示），把整个开采对岩层和地表的影响看作采区内所有微小单元开采影响的总和，并据此计算整个开采引起的岩层和地表的移动和变形，目前此方法中所用的参数根据实测资料获得。常用的影响函数方法有概率积分法等[5]。 下面分别对各个方法进行简单介绍。 2.1 典型曲线法 典型曲线法是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曲线的一种方法，它适用于矩形或者近似矩形的采区的地表移动变形预计。典型曲线法由于其分布和参数均是直接基于实测资料，因此其预计误差较小。但是建立典型曲线需要大量的观测数据，在实测数据不足的地区不能使用典型曲线法。；另外，此方法原则上只适用于矩形或近似矩形采区的地表移动和变形预计，在形状不规则的工作面开采时预计误差较大，这些限制了典型 《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？ 开采沉陷形成机理及其预测方法 有用矿物被采出以后，开采区域周围的岩体的原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡。在此过程中，使岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的破坏(开裂、冒落等)，这种现象称为“开采沉陷”(Mining subsidence)。 有用矿物的开采可以是井工方法开采，也可以是露天方法开采；开采的有用矿物可以是层状的也可以是非层状的。本材料主要指的是层状有用矿物(特别是煤层)的井工开采，“开采沉陷”也是特指煤层地下开采后产生的开采沉陷。 岩体本身是一种非常复杂的介质，它不仅是出各种不同性质的岩层组成，而且还由于各种地质作用(如褶皱、断层、开裂、火成岩侵入、陷落柱等)而产生了大量的不连续面。岩体在受到各种不同开采方法的开采影响时，产生的开采沉陷是一个在时间和空间上都是非常复杂的过程。在时间上来说，在移动过程中，开采沉陷的形式和大小在不同的时间是不同的，也就是说，此时的开采沉陷是“动态的”；随着时间的推移，开采沉陷的形式和大小逐渐趋向于稳定，开采沉陷变成“静态的”或“最终的”。从空间上来说，若地下开采的范围较小、开采的矿物的埋藏深度较大，则开采沉陷波及的范围往往只局限于开采区域周围的岩体；若开采范围较大、开采矿物的埋藏深度较小，则开采沉陷波及的范围就会从岩体发展到地表，引起“地表移动”。由于人类的生产和生活活动大部分都是在地表进行，所以地表移动对人类的影响更为普遍。 第一节煤矿地下开采引起的地表移动与变形 一、地表移动的形式 所谓地表移动，是指采空区面积扩大到一定范围后，岩层移动发展到地表，使地表产生移动和变形，在地表沉陷的研究中称这一过程和现象为地表移动。开采引起的地表移动过程，受多种地质采矿因素的影响，因此，随开采深度、开采厚度、采煤方法及煤层产状等因素的不同，地表移动和破坏的形式也不完全相同。在采深和采厚的比值较大时，地表的移动和变形在空间和时间上是连续的、渐变的，具有明显的规律性。当采深和采厚的比值较小(一般小于30)或具有较大的地质构造时，地表的移动和变形在空间和时间上将是不连续的，移动和变形的分布没有严格的规律性，地表可能出现较大的裂缝或塌陷坑。地表移动和破坏的形式， 1．“三带”的定义? 答：冒落带是指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。 裂缝带：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。弯曲带：又称整体移动带，位于裂缝带之上直至地表。 2.地表移动盆地边界的确定（此题答案不确定） 一、地表移动盆地边界的划分 地表移动盆地划分成如下三个边界： (一)移动盆地的最外边界 移动盆地最外边界是以地表移动和变形都为零的盆地边界点所固定的边界。这个边界由仪器观测确定。考虑到观测误差一般取下沉为10mm的点为边界点。所以，最外边界实际上是下沉为10mm的点圈定的边界。（图中ABCD） (二)移动盆地的危险移动边界 危险移动边界是以盆地内的地表移动与变形对建筑物有无危害而划分的边界。（图中A’B’C’D’） 不同结构的建筑机能承受最大变形的能力不一样，所以各种类型的建筑物都应有对应的临界变形值。在确定移动盆地内危险移动边界时，用相应建筑物的临界变形值圈定，会更接近于实际。 (三)移动盆地的裂缝边界 裂缝边界是根据移动盆地内最外侧的裂缝圈定的边界。 3.地表移动观测站设计内容有哪些？ 答：观测站设计包括便携设计说明书和绘制设计图两部分工作。 设计说明书应包括下列内容： 1)建立观测站的目的和任务 2)设站地区的地形、地物及地质采矿条件 3)观测站设计时所用的开采沉陷参数 4)观测线的位置及长度的确定，测点及控制点的数目、位置及其编号 5)工作测点和控制点的构造及其埋设方法 6)观测内容及所用仪器，与矿区控制网的联测方法，精度要求，联测的起始数据，定期观 测时间、方法及精度要求，有关地表采动影响的测定，编录方法。 7)经费估算：包括观测站所需材料、购地、人工等费用的预算 8)观测成果的整理方法与分析步骤，所需获得的成果 4.水平煤层(或沿煤层定向主颁)非充分采动时主断面内下沉曲线特征? 答：判别：水平煤层开采时的采动程度可用走向充分采动角φ3来判别。当用φ3 角作的两直线交于岩层内部而未及地表时，此时地表为非充分采动。 （一）下沉曲线 下沉曲线表示地表移动盆地内下沉的分布规律。设沿主断面方向为x轴，下沉曲线为W(x)=F(x) 在讨论分布规律时，先要确定下沉曲线上的三个特征点： 1．最大下沉点o：下沉值最大。在水平煤层开采时，在采区中央正上方。 2．盆地边界点A、B：据走向边界角δ0作边界点A、B，此处下沉值为零。 3．拐点E：拐点是指下沉曲线凹凸的分界点。拐点从理论上讲应位于工作面开采边界的正上方，但由于工作面边界附近的顶板并不切煤壁冒落或呈阶状弯曲，存在悬顶距，因此在四周没采情况下，拐点E不在工作面开采边界的正上方而是略偏向采空区一侧。在地表达充 1绪论 1．1开采沉陷研究的意义 煤炭资源是我国的主要能源，已探明总储最在9000×10。t以上，含煤面积达 55万多平方公里，是世界上煤炭资源最丰富的国家之一。据预测．到2050年煤炭 资源仍占我国能源需求的70％眦上…，因此对地下各种赋存条件煤炭资源的开采 将是一项长期的任务。我国煤炭资源的分布也十分广泛，平原、丘陵、山区的地下 蕴藏着丰富的煤炭资源，在一些建筑物下、铁路下、水体下(简称“三下”)也压着大 量的煤炭资源．据原煤炭部1982年的不完全统计，我国仅统配煤矿的生产矿井“三 下”压煤就达137 9×10。t。我国煤炭的赋存条件也千差万别．其中急倾斜或大倾 角煤层的开采越来越受到人们关注，其原因有三个方面：一是在全国重点煤矿区有 20处100多个矿井是急倾斜(也称“大倾角”)煤层开采，急倾斜或大倾角煤炭储量 约占全国煤炭储量的15％～20％，特别是在我国的西部矿区50％阻上矿井开采的 是急倾斜煤层，如主要产煤省、市、自治区有四川、重庆、云南、贵州、新疆、甘肃、宁 夏等的急倾斜(大倾角)煤层是许多矿区或矿井的主呆煤层。随着我国西部大开发 战略的实施，我国矿产资源开采重点西移，煤炭资源开采已成为西部地区区域经济 发展的重要支柱，加强对急倾斜(大倾角)煤层开采地表沉陷机理的研究是西部煤 炭开采的重大课题。二是东部矿区赋存条件较好的煤层越来越少．加上多年来高 强度的开采，浅部赋存条件较好煤层的开采也日益枯竭，从而使急倾斜(大倾角)煤 层问题迅速进入了人们的视野，引起了人们的高度重视，如山东兖州矿区、河北邢 台和开滦矿区、安徽淮南与淮北矿区、江苏徐州矿区等的许多矿井不得不由条件相 对优越的煤层开采转向复杂的急倾斜(大倾角)煤层开采。很显然．要保持矿区生 产的高产、高效和可持续发展．也必须加强对急倾斜(大倾角)煤层开采岩层移动与 地表沉陷问题的研究。三是对急颊斜(大倾角)煤层开采岩层移动与地表沉陷问题 开采沉陷计算过程说明 一、数据准备 1．地形图数据 （1）AutoCAD图数据 首先将AutoCAD文件备份，然后在AutoCAD中将地形图中的等高线、高程点分别设置到图层上，并逐条等高线赋高程值，高程点赋高程值，然后将其它内容全部删除，处理完后另存为AutoCAD2000格式的dxf类型文件。 注意：一定要将不是等高线、高程点的内容删除，特别是块信息须全部删除，否则会引起读入数据不正确。 （2）扫描图矢量化数据 将扫描的地形图应用矢量化软件对等高线、高程点进行矢量化，并对所有等高线、高程点赋高程值，处理完后转换成AutoCAD2000格式的dxf类型文件。（3）文本格式数据文件 地形图数据一般包括三个数据文件：线数据文件、点数据文件、文字注记数据文件。 线数据文件格式： 序号曲线开闭标志(开=1;闭=2) 等高值线型颜色值点数n X1 Y1 ……Xn Yn。数据之间用空格隔开，一条等高线数据为一行，第二条等高线数据另起一行。例： 1 2 500.0 255 6 100.0 100.0 120.0 120.0 140.0 140.0 140.0 160.0 120.0 180.0 100.0 100.0 2 1 505.0 0 8 128.284271 100.0 134.142136 105.857864 154.142136 125.857864 174.142136 145.857864 194.142136 165.857864 214.142136 185.857864 234.142136 205.857864 254.142136 225.857864 …………… 64 1 515.0 0 4 100.0 976.812409 101.593796 978.406204 121.593796 998.406204 123.187591 1000.0 点数据格式: X坐标 Y坐标 Z坐标（高程值）。例： 99973.751000 86063.929000 1022.200000 98981.372000 86069.009000 897.800000 98699.407000 86035.140000 935.900000 98412.786000 86079.170000 1000.400000 98039.797000 86055.038000 943.100000 98181.626000 86245.978000 947.000000 98436.918000 86150.296000 984.100000 98430.991000 86331.499000 935.200000 98653.683000 86258.679000 891.900000 …………… 文字注记数据格式： 第8章建筑物下开采 重点： 1.建筑物下减损开采方法类型与基本原理 2.稳态地表沉陷盆地位置与建筑物受损关系 3.协调开采中开采工作面推进方向与建筑物的关系 4.全盆地分析开采损害的方法与原理 5.建筑物受损评判标准与方法 6.建筑物下开采研究方法与程序 我国国有煤矿“三下”（建筑物、铁路、水体下）压煤总量超过133亿t，其中建筑物下压煤量达78.2亿t，占“三下”压煤总量的61%。建筑物下压煤又以村镇下压煤所占数量为最大，其次就是工业场地及公用和民用建筑物下压煤。因此解决建筑物下压煤的开采问题，对于煤炭工业可持续发展具有重要的意义。 1.建筑物下开采技术和方法 （1）开采方法 a)充填开采方法； b)部分（条带）开采方法； c)协调开采方法 （2）建筑物加固方法 （3）岩层离层充填减沉方法 2. 我国建筑物下开采现状 （1）村庄下开采 （2）城镇下开采 （3）开采新理论与新技术 8.1 采动地表移动变形对建筑物的影响 8.1.1 非采矿原因引起的地表移动对建筑物的影响 1.然因素引起的建筑物损坏 （1）与湿度有关的地基土的物理性能变化由于蒸发、腐烂过程或植物吸收水分使得粘性土或有机物中的自然湿度降低，则粘性土的体积将减小，在表土自重或外部加载作用下空隙度将减小。这种过程称作土的收缩或固结。在这种情况下，体积将减少15～30%。由于建筑物地基不同位置的干燥程度不同，使土体产生拱形鼓起，房屋基础弯曲引起房屋结构的 第8章建筑物下开采 变形破坏。 （2）地壳运动在有褶皱的岩层中，在构造应力的作用下，在应力平衡过程中可能产生导致地表出现地震式震动的动力现象。如果这种震力达到5级，建筑物室内墙表面可能产生裂缝。在波兰上西里西亚的某地长期观测表明，地表下沉为150mm，水平变形达0.6mm/m，其原因不是地下开采影响而是地壳构造运动影响的结果。 （3）山体滑移在山区地表的建筑物往往会因表土层的蠕动滑移破坏，特别在雨季期间，在山体坡度较大的条件下，山坡表土层会发生蠕动滑移而损坏建筑物[32]。 （4）湿陷性黄土的湿陷作用位于陕西、山西、内蒙、甘肃等黄土台塬地区的新生界第四系黄土层，厚约60～280m，称为厚黄土层覆盖地区。该黄土层垂直节理发育，抗拉、抗压等力学性质均极差。其上部属大孔湿陷性黄土，遇水侵湿，极易产生塌陷坑。湿陷性黄土的抗拉伸变形能力很小，当地表拉伸变形超过1.5 mm/m时，就会出现破坏裂缝，采动极易形成垂直地表裂缝破坏。黄土结构疏松，多空隙，垂直节理发育，富含CaCO3，极易渗水。黄土渗水后，部分CaCO3被水溶解，部分黄土颗粒被水带走，改变了土层原始结构，使黄土空隙扩大形成空洞，导致地表塌陷[31]。 2.人为因素引起的建筑物破坏 （1）地基或基础质量不好如果建筑物基础未埋入土体内足够的深度，或地基土体的承载能力不够，或基础放在未压实的回填土上，则建筑物上可能出现下沉或剪切裂缝。一座建筑物基础各部位的深度不同，他们的下沉量也不同，这种下沉量的差异会引起建筑物上的垂直剪切裂缝。 （2）建筑物结构设计有缺陷主要是建筑物未设变形缝，特别是在承重结构或材料变化的地方等均会导致建筑物的破坏。 （3）建筑材料质量差或建造工程质量低表现为墙内墙皮脱落，门窗横梁歪斜和支柱的不均匀下沉。 非采矿引起建筑物破坏因素很多，在实践中应详细观察研究。 8.1.2开采沉陷房屋损害 地下开采对地表房屋的损害主要是由采动地表在垂直方向的移动变形（下沉、倾斜、曲率、扭曲），水平方向的移动变形（水平移动、拉伸与压缩变形）以及地表平面内的剪应变引起。不同性质的地表移动变形，对房屋的影响是不同的。 1.开采沉陷房屋损害类型 （1）下沉对房屋的损害 （a）均匀沉陷与非均匀沉陷影响 （b）地下水位影响 （c）局部沉陷对建筑物附属设施功能的影响 第七章矿山开采沉陷预测 开采沉陷预计：根据已知的地质采矿条件在开采之前预先算出地表可能产生的移动和变形叫开采沉陷预计 预计参数：指在预计函数中所用到的一系列数据 按预计方法的形式： ①剖面函数；②影响函数；③典型曲线 （一） （1）充分采动条件下地表最大下沉值 Wmax=qmcosα m——煤层法向开采厚度，mm；α——煤层的倾角；q}——充分采动条件下的下沉系数 影响最大下沉值的因素：1）采厚；2）岩性；3）倾角；4）开采方法及顶板管理方法；5）采空区尺寸大小；6）采动次数；7）采深等 （2）非充分采动条件下的最大下沉值 Wmax=qmcosα.k√n1n2 k——系数，取2~3 n1，n2——沿倾向和走向的充分采动程度系数 n1=D1/D01，n2=D2/D02 D1，D2分别是采空区沿倾向和走向的长度；D01，D02分别为地表达到充分采动时采空区的临界长度 当倾向和走向的充分采动程度系数n1，n2同时等于或大于1时，地表达到充分采动，计算时取n1=n21=1，否则为非充分采动 （二）最大水平移动值预测 在充分采动或接近充分采动条件下，最大水平移动： （1）走向方向 Umax =bWmax Umax——最大水平移动；b——水平移动系数，b=0.2~0.3 （2）倾向方向 Umax= bαWmax 表土层较薄时：bα=b+0.7cotθ 表土层较厚时：bα=b+0.7（tanɑ-h/（H0-h）），其中H0——平均开采深度；θ开采影响传播角；h——表土层厚度 ，P=0 概率积分法 作为开采沉陷的研究主体——岩层可以用两种完全不用的介质模型来模拟：一种是连续介质模型，另一种是非连续介质模型 基本假定： （1）岩体是各向同性的、均质的、不连续介质，开采引起的各方向移动与方向无关（等影响原理）： 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） 矿山开采沉陷学 第一章： 1：在地下开采前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。局部矿体被采出后，在岩体内部形成一个采空区，导致周围岩体应力状态发生变化，引起应力重分布，从而使岩体产生移动变形和破坏，直至达到新的平衡。随着采矿工作的进行，这一过程不断重复。它是一个十分复杂的物理、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。 2： 充分采动区COD位于采空区中部上方，其移动特征是：煤层顶板在上覆岩体重力作用下，先向采空区方向弯曲，然后破碎成大小不一的岩块向下冒落而充填采空区。此后，岩层成层状向下弯曲，同时伴随有离层、裂隙、断裂等现象。成层状弯曲的岩层下沉，使冒落破碎的岩块逐渐被压实。移动结束后，此区内下沉的岩层仍平行于它的原始层位，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。 3：岩层移动形式 （一）弯曲，这岩层移动的主要形式。当地下开采后，从直接顶板开始沿层面法线方向弯曲，直到地表。 （二）岩层的垮落（或称冒落）。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，冒落充填于采空区。此时，岩层不再保持其原有的层状结构。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。 （三）煤的挤出（又称片帮）。采空区边界煤层在支承压力作用下，一部分被压碎挤向采空区，这种现象称为片帮。由于增压区的存在，煤层顶底板岩层在支承压力作用下产生竖向压缩，从而使采空区边界以外的上覆岩岩层和地表产生移动。 （四）岩石沿层面的滑移。在开采倾斜煤层时，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。岩层倾角越大，岩层沿层面滑移越明显。沿层面滑移的结果，使采空区上山方向的部分岩层受拉伸，甚至剪断，而下山方向的部分岩层受压缩。 （五）垮落岩石的下滑（或滚动）。煤层采出后，采空区为冒落岩块所充填。当煤层倾角较大，而且开采自上而下顺序进行，下山部分煤层继续开采而形成新的采空区时，采空区上部垮落的岩石可能下滑而充填新采空区，从而使采空区上部的空间增大，下部空间减小，使位于采空区上山部分的岩层移动加剧，而下山部分的岩层移动减弱。 （六）底板岩层的隆起。当底板岩层较软时，在煤层采出后，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。 基于Excel的开采沉陷预计分析 发表时间：2018-05-14T16:30:30.337Z 来源：《电力设备》2017年第34期作者：陈文波[导读] 摘要：地下开采引起的地面塌陷会给建筑物与人民生活带来了直接危害。 （内蒙古电力勘测设计院有限责任公司内蒙古呼和浩特 010020）摘要：地下开采引起的地面塌陷会给建筑物与人民生活带来了直接危害。对于开采沉陷地区的电力工程特别是输电线路工程，由于路径原因，部分杆塔不能有效避开采沉陷区，为保障开采区附近建筑物、输电线路、电网的安全运行，开展开采沉陷区对建筑物的影响预测研究，具有重要的意义和应用价值。本文从开采沉陷的基本理论出发、运用概率积分法对开采沉陷区某工程的地表移动和变形进行了预 测，同时编制相应Excel程序，经对比验证，效果较好。关键词：开采沉陷；概率积分；变形 Prediction Analysis of Mining Subsidence Based on Excel Chen Wen-bo Inner Mongolia Electric Power Survey & Design Institute Co.，Ltd，Inner Mongolia，Hohhot 010020 Abstract：The ground collapse caused by underground mining will directly endanger the buildings and people's livelihood.For electric power projects in mining subsidence areas especially transmission line projects，due to the path reasons，partial towers can’t effectively avoid mining subsidence area。In order to ensure the safe operation of buildings and transmission lines and power grids near the mining area，it is of great significance and practical value to carry out the prediction research of influence of mining subsidence area on buildings.This paper starts from the basic theory of mining subsidence and uses the probability integral method to predict the surface movement and deformation of a project in the mining subsidence area.At the same time，the corresponding Excel program is compiled，and the result is better by comparison. Keywords：mining subsidence；probability integral；deformation 1 概述 开采沉陷区是指地下矿产被采出后留下的空洞区。地下开采对地表的影响主要是垂直方向的移动和变形（沉降、倾斜、曲率）与水平方向的移动和变形（水平移动、拉伸和压缩）。受地表沉陷的影响，附近建筑物基础可能发生下沉、倾斜、移位、扭曲等破坏；对输变电杆塔来说可能使杆塔的根开和各塔腿高差发生变化，塔体结构产生较大的附加应力，并可能导致导线对地距离、电气间歇等产生变化，直接威胁铁塔安全及整个线路的稳定运行。地表沉陷程度与覆岩的性质、产状、埋深、开采规模、开采方法以及顶板管理方法等有关。 2 采空区地基变形预测 2.1 地表移动变预计模型 常用的预计方法有：概率积分法、典型曲线法、负指数函数法和数值计算方法等。《煤矿采空区岩土工程勘察规范》（GB51044-2014）中规定“地表移动变形宜采用概率积分法”。概率积分法是我国的刘宝琛和廖国华等多位学者在影响函数法和随机介质理论的基础上提出的一种比较实用的开采沉陷预计方法。其基本思想是将岩体看作为随机介质，把地表的移动变形看作随机事件且服从统计规律，把整个区域分解成无限个微小单元，根据叠加原理看作开采对地表的影响等于采区内开采各个微小单元对地表的影响之和来计算整个开采引起的地表及岩层变形。地表任一点的移动变形关系式为： 下沉： **煤业 ***工作面开采沉陷观测设计说明书 生产技术科 二〇一三年六月九日 书 会审意见 ***工作面开采沉陷观测设计说明书 一、进行地表移动观测的意义和任务 1.进行地表移动观测站的意义 《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第一章第十二条中规定：煤炭开采必然伴随着发生围岩及地表移动和变形。各矿区的围岩及地表移动规律及有关参数具有地区特征，获取和积累有关围岩及地表移动的科学数据，是煤矿企业工程技术和有关业务主管部门的职责。每个矿区应有计划、有目的在开展上述科学试验与现场勘测，综合分析，求取参数，总结规律，用于解决本矿区的开采沉陷问题。 生产矿井必须解决好建筑物下、铁路下和水体下（简称“三下”）安全、合理地开采煤炭和留设保护煤柱，必须开展地表移动和岩层移动的观测工作，掌握地表和岩层移动的基本规律。 为此，拟在***工作面上方进行地表移动变形观测，研究开采引起的地表移动变化和破坏规律，以及地表移动与变形对地面建筑物的影响。 2.进行地表移动观测的任务 煤矿开采引起岩层和地表移动的过程非常复杂，是地质、水文、开采、地形等多种因素综合影响的结果。通过进行地表移动观测可以获取并确定以下数据，并获取相关关系： ①分析特定采矿条件（如放顶煤开采方法）、地质条件与地表移动和变形的关系。 ②地表在移动过程中的移动和变形特点及分布规律。 ③地表移动和变形中的动态移动变化规律。 ④移动稳定后地表移动和变形的分布及其主要参数，即移动角、裂缝角、边界角、最大下沉角、下沉系数、水平移动系数等。 ⑤用实测的移动变形参数确定矿区范围内建筑物的受破坏程度，有效地减少建筑物下压煤量，合理确定工作面的尺寸，提高煤炭采出率。 二、进行地表移动变形观测所依据的规程规定 1.《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，煤炭工业管理局制定，2000年。 2.《煤矿测量规程》，煤炭工业管理局制定，1989年。 3.《工程测量规范》（GB50026-2007），中华人民共和国国家标准，2008年。 4.《煤矿安全规程》，国家煤矿安全监察局，2011年。 三、观测地点的地形地质条件 1.***工作面概况 ***工作面位于*采区中部，东邻***采空区，西为*采区上部未采区，南邻*采区采空区，北为*采区回风 《矿山开采沉陷学》复习题 中国矿业大学 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。 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。 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。 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。 6.地表移动起动距：地表开始移动时工作面的推进距离。 7.半无陷开采：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。 二、填空题 三、简答题 1.什么是开采沉陷预计，其目的是什么？ （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。在建筑物下开采时，预计所得的结果常被用来判断建筑物是否受开采影响和受开采影响的程度，作为受影响建筑物进行维修、加固，或就地重建，或采取地下开采措施的依据；在铁路下采煤时，可以根据预计的结果判断铁路下开采的可能性，估算铁路维修工作量和材料用量，安排维修计划；在水体下采煤时，预计结果被用来判断矿井受水患威胁的程度以及研究开采对受影响的堤坝等水工建筑物的破坏和影响的程度，一边进行必要的维修和保护。 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？ （1）岩层移动稳定后覆岩采动影响分垮落带、断裂带和弯曲带。（2）各影响带的主要特征如下，垮落带：岩层破碎成块状堆积在采空区内；分规则垮落带和不规则垮落带，不规则垮落带岩层失去层位，堆积杂乱无章。规则垮落带岩层破碎垮落后基本保持原有层位；岩层垮落后具有碎胀性；垮落带岩层在覆岩长期自重应力作用下，空隙逐步压实，具有密实性；垮落带高度与煤层采出厚度、岩石碎胀系数和煤层倾角等因素有关；垮落带形态主要取决于煤层倾角。断裂带：产生垂直于岩层层面和平行于岩层层面的裂缝或断裂；从导水性能上，可分为严重断裂、一般断裂和微笑开裂三部分；断裂带高度与煤层采出厚度、岩石碎胀系数和煤层倾角等因素有关；断裂带形态与垮落带形态相似。弯曲带：岩层只产生法向弯曲，一般不会出现裂缝；岩层保持层状结构和整体移动，连续性好，导水性差；弯曲带高度取决于开采深度。 3.影响地表移动盆地分布规律的地质采矿因素有哪些？ 地质因素：(1)地表地势情况。(2)地质构造。(3)地层岩性。(4)松散层厚度与性质。采矿因素：(1)煤层角。(2)煤层采厚。(3)开采深度。(4)采区尺寸。(5)开采方法。 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？ （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。 四、计算题开采沉陷
矿山开采沉陷学复习题
开采沉陷预计方法概述
《矿山开采沉陷学》复习题
开采沉陷形成机理及其预测方法
矿山开采沉陷学答案整理 2
开采沉陷研究的意义
开采沉陷计算过程说明
《开采损害与防治》课程讲义8
第七章 矿山开采沉陷预测
开采损害学课程讲义
矿山开采沉陷学知识点整理
基于Excel的开采沉陷预计分析
工作面开采沉陷观测设计说明书
中国矿业大学《矿山开采沉陷学》复习题