中国矿业大学《矿山开采沉陷学》复习题

《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

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m m 140=，采厚m l 2=，坡面走向长m D 10003=，工作面斜长m D 2001=，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 =β水平移动系数25.0=b ，拐点偏距001.0H s =。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：)(702

140tan ),(141401.01.000m H r m H s ===

=?==β

（2）走向：29.1370/)1421000(/)2(/03>=?-=-=r s D r L 充分采动 或14070229721421000203=?=>=?-=-=r s D L 充分采动 倾斜：25.270/)142200(/)2(/01>=?-=-=r s D r L 充分采动 或1407022172142200201=?=>=?-=-=r s D L 充分采动 故工作面属于双向充分采动！ （3）预计最大移动和变形值：

)(15000cos 75.01002cos 0mm mq W =???==

α

)/(43.2170

150000m mm r

W i ==

=

)/(465.070

150052.12

2

2

00m mm r

W K

=?

==

)(375150025.000mm bW U =?==

)/(14.870

37552.152

.100m mm r

bW =?

== ε

（3）走向主断面移动的变形预计表

（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

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

下沉曲线

倾斜曲线

水平移动曲线

水平变形曲线

曲率曲线

下图。长轴方向与煤层方向夹角 30=θ，煤层倾角 20=α，煤层厚度m m 3=，楼房中心点下方埋藏深度m H 150=，松散层厚度m h 15=，该地区走向移动角 75=δ，上山移动角 75=γ，αδβ65.0-=，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。 【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(∑∑+=M M H li ，保护层厚度取n M A H b ∑==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。 【解】(1))m (506

.3)333(6.1)333(1006

.36.1100

=+++?++?=

+=

∑M M

H li （其中：∑M —累计采厚）

）

（m 183

3

336n

6

6b =++?

===∑M

A H （其中：n —分层层数） 基岩风化带厚度已知，m H

fc

8=.

)(7681850m H

H H H fc

b li sh =++=++=∴

(2)由中硬岩导水裂缝带第二种经公式有： )(7010333201020

m M

H li =+++?=+=∑

则 )(7681870m H

H H H fc

b li sh =++=++=

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坚硬覆岩经验公式二：1030

li +=∑M

H ②软弱覆岩经验公式二：510

li +=∑M

H

设计2-1图