开采沉陷复习资料
填空
1.岩石的空隙性包括孔隙性，
裂隙性，水理性包括吸水
性，软化性和透水性。
2.弹性模量和泊松比是反映
岩石变形特征的两个基本
指标。
3.根据世家荷载方式不同，岩
石硬度分为单向抗压强度，
单向抗拉强度，单向抗剪强
度，三轴压缩和抗弯强度。
4.反映岩石流变性的两种宏
观表现是蠕变，松弛。
5.影响岩石流变性等性质和
力学性质的三个重要因素
是结构，矿物和构造。
6.岩石移动形式有弯曲，冒
落，片帮，滑移，下滑和底
板岩隆起。
7.移动稳定后的岩层按其破
坏程度分为三份不同的开
采影响带分别是冒落带，断
裂带，弯曲带。将底板以下
岩体也分为三带底板采动
导水带底板阻水带底板
承压水导升带
8.设采空区平均开采深度为
H，通常在采空的长度和宽
度达到和超过1.2-1.4h时可
达到充分采动。
9.地表变形分为倾斜变形，曲
率变形，水平变形。
10.冒落带内岩层破坏的特点
分带性，碎胀性，可压缩性，
冒落高度h=m/（k-1）cos 11.断落带内岩层破坏的特点
裂缝断层，层状结构，漏水。
12.弯曲带内岩层破坏的特点
移动过程连续而有规律，隔
水性
13.按照地表移动变形值的大
小及其对建筑物及地表的
影响程度，可将地表移动盆
地划分出三个边界最外边
界，危险移动边界，裂缝边
界。
14.描述地表移动盆地形态和
范围的角量参数主要有一
下几种:边界角，移动角，
裂缝角，松散层移动角，充
分采动角。
15.目前我国采用的临界变形
值是r=3mm/m,ξ
=2mm/m,k=0.2mm/m２.
16.地表观测站建立后要进行
链接测量，全面测量，日常
观测。
17.地表点移动过程分三个阶
段开始阶段，活跃阶段，衰
退阶段
18.常用的岩土物性关系：各向
同性线弹性模式，横观各向
同性线弹性模式，弹塑性模
式，低抗拉或不抗拉模式19.计算岩体力学参数：变形模
量 E 泊松比( )粘聚力 C
内摩擦角（）抗拉强度T 20.矿山开采沉陷的控制技术：
填充开采技术支撑矿柱技
术协调开采技术保安
煤柱设计技术
21.填充管理顶板：水沙填充
风力填充矸石自溜填充法
22.常用的定量指标：下沉，水
平移动，倾斜，曲率，水平
变形，扭曲和剪硬变
23.开采沉陷对环境影响的评
价内容：地表建筑物，水体，
道路管线，土地。
名词解释
矿山开采沉陷：有用矿物被采出
后，在开采区域由于开采活动引
起运动重新分布，在此过程中伴
随着岩层的移动和破坏，上述开
采活动引起覆岩移动，力由下往
上逐层的影响传递导致地表产
生沉降和变形破坏，这一过程称
为矿山开采沉陷。
岩石：由矿物或岩屑在地质作用
下，按一定规律聚积而形成的自
然物体。
岩石湿度：具有自然湿度的岩石
试样中所含水的重量与绝对干
燥的岩石试样重量之比
变形：物体上任一点的绝对或相
对位移，或者线性尺寸的变化，
称为该物体的变形。
岩石的蠕变：在一定湿度和应力
的情况下，岩石随时间延长而产
生的缓慢连续变化。
弹性模量：单轴受力的情况下，
正应力与其产生的应变之比E=
泊松比：在弹性形变范围内，岩
石在纵向压力作用下所产生的
横向压缩应变与纵向压缩应变
之比
地表移动盆地：当地下工作面开
采达到一定距离后，地下开采便
波及地表使受采动影响的地表
从原有标高向下沉降，从而在采
空区上方地表形成一个比采空
区大的多的沉陷区域，这种地表
沉陷区称为地表移动盆地。
充分采动：是指地下矿层采出后
地表下沉值达到该地质采矿条
件下应有的最大值，此时的采动
状态称为充分采动。
非充分采动：采空区尺寸小于该
地质采矿条件下的临界开采尺
寸是，地表最大下沉值未达到该
地质采矿条件下应有的最大下
沉值，称为非充分采动。
临界开采：通常把地表移动盆地
内只有一个点的下沉达到最大
下沉值的采动状态称为刚好达
到充分采动，此时的开采称为临
界开采。
地表移动盆地主断面：将地表移
动盆地内通过地表最大下沉点
所作的沉矿层走向和倾向的垂
直断面。沿走向的的主断面称为
走向主断面；沿倾向的主断面称
为倾向主断面。
充分采动角：充分采动条件下，
地表移动盆地的主断面上移动
盆地平底边缘和同侧采空区边
界线与煤层在采空区一侧夹角。
最大下沉角：就是在倾向主断面
上由采空区的中点和地表移动
盆地的最大下沉点的连线与水
平线之间的矿层下方一侧的夹
角
地表移动的持续时间：是指在充
分采动或接近充分采动的情况
下，地表下沉值最大的点从移动
开始到移动稳定的持续时间。
起动距：通常指地表开始移动时
的工作面的推进距离
起前影响：在工作面推进过程
中，工作面前方的地表受采动影
响而下沉的一种现象
起前影响角：将工作面前方地表
开始移动的点与当时工作面的
连线和水平线在煤柱一侧的夹
角。开始移动的点到工作面的水
平距离称起前影响距
岩层移动:在底下开采前，岩体
在地应力作用下处于相对平衡
状态，当局部矿体采出后，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，从而
引起应力重新分布，使岩体产生
移动变形和破坏，甚至达到新的
平衡，随着采矿工作进行，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
层产生移动和破坏的过程，这一
过程和现象称为岩层移动。
移动盆地的最外边界：指以地表
移动变形为零的盆地边界点所
圈定的边界。
危险移动边界：指以临界变形值
确定的边界，表示处于该边界范
围的建筑物将会产生损害，而位
于该边界外的建筑物则不会产
生明显的损害
裂缝边界：是指根据移动盆地的
最外侧的裂缝圈定的边界。
边界角：在充分采动或接近充分
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
的连线与水平线在矿柱一侧的
夹角。
移动角：在充分采动或接近充分
采动条件下，地表移动盆地主断
面上三个临界变形中最外边的
一个临界变形值点至采空区边
界的连线与水平线在矿柱一侧
的夹角。
裂缝角：在充分采动或接近充分
采动条件下，在地表移动盆地主
断面上，移动盆地最外侧的地表
裂缝至采空区边界的连线与水
平线在矿柱一侧的夹角。
围护带：即根据建筑物不同的保
护级别，从建筑物的边界向外扩
展一定的范围，作为设计保护煤
柱的受护边界。
1.将底板以下岩体也分为三带底板采动导水带底板阻水带底板承压水导升带
跨落带内岩层破坏特点分带性碎胀性可压缩性跨落带高度主要取决于采出厚度和直接顶岩层的碎胀系数通常为采出厚度三道五倍
裂缝带破坏特征：裂缝带内岩层不仅发生垂直与岩理面的裂缝或断裂而且产生顺层理面的离层裂缝
弯曲带岩层移动特点：移动过程连续而有规律，保持整体性和岩层结构，此带下部也存在离层裂缝
2. 破裂岩体碎胀规律：初次采动时，离矿层越近，碎胀系数越大，碎胀系数达到最大值所需工作面推进距离越小。重复采动时，离矿层越近岩体碎胀系数越小，甚至不出现碎胀，重复采动碎胀系数小于初次采动碎胀系数。软岩体碎胀系数比硬岩体碎胀系数小，岩石的初始碎胀系数分布在1.2到1.8之间。破裂岩体压实稳定后残余碎胀系数分布在1.05到1.15之间
3.地表移动盆地移动和变形的分布规律：1下沉等值线以采空区中心为原点呈椭圆形分布，椭圆的长轴位于工作面开采尺寸较大的方向2盆地中心下沉值最大，向四周逐渐减小；3水平移动指向采空区中心，采空区上方地表几乎不产生水平移动，开采边界上方地表水平移动值最大，向外逐渐减小为空
4.地表移动盆地主断面特征：1在主断面上地表移动盆地的范围最大；2在主断面上地表移动量最大3在主断面上不存在垂直于主断面方向的水平移动
5. 地表移动对建筑的影响：1下沉和水平移动对建筑物的影响；2地表倾斜对建筑物的影响；3地表曲率对建筑物的影响；4地表水平变形对建筑物的影响
6.建筑物下采矿防护措施结构措施有哪些一方面减小地表移动变形的开采措施，目的是尽量控制建筑物所在地表的移动变形，另一方面是对建筑物开采采取结构措施，以增加其抵抗变形的能力。保护建筑物的结构措施大致可分为两：一类是提高建筑物的刚度和整体性，增加建筑物的抵抗变形的能力另一类是提高建筑物适应地表的能力，减小地表变形引起的建筑物附加能力
8.钢拉杆的作用采用钢拉杆的优点作用：增大地表正曲率变形区建筑物墙体的抗拉能力，防止建筑物的上部产生拉应力而破坏。
优点：施工简单，工作量小，地表移动稳定后可以回收钢材7.变形缝的作用有哪些变形缝
的位置
减小建筑物的长度，减小建筑
物的损坏，增加抵抗地表变形的
能力，减小地基反力不均匀对建
筑物的影响
位置：长度过大的建筑物，可每
隔20米左右设置一条变形缝
平面形状复杂的建筑物转折部
位建筑的高度差异或荷载差
异处建筑物的类型不同处地
基强度有明显差异
9.铁路下采煤的特点和技术措
施
特点：1.铁路是延伸性建筑物，
相互之间为一整体。如果某一区
段出现问题必然会影响全线通
车，必须全盘考虑。2.铁路运输
不能中断，必须保证采动过程中
列车行车的安全，这就要求在短
时间维修的条件下，保证铁路维
修的质量。3.铁路突然的局部的
陷落对列车危害极大，可能导致
列车行车事故，必须加以防止。
4.铁路的移动变形可通过及时维
修加以消除。
技术措施主要有两大类：开采措
施和维修措施。开采措施是减小
地表的移动变形和下沉速度，维
修措施是消除开采对铁路线路
的影响，保证铁路的安全运行。
维修技术措施主要有1.加宽，加
高路基，保护路基的稳定性。2.
用起道和顺坡的方法消除地表
下沉对线路的影响。3.用拨道，
改道的方法消除横向水平移动
对线路的影响。4.用串道的方法
消除纵向水平移动变形对线路
的影响，调整轨缝
10.影响开采沉陷的地质采矿因
素：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.开采厚度和开采深度的影响。
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
11.地表沉陷土地复垦分类：可
分为工程复垦技术和生物复垦
技术。
工程复垦技术又分为：充填复垦
技术，平整和修建梯田复垦技
术，疏排法复垦技术，挖深垫浅
复垦技术，建筑复垦技术
12.岩层移动的过程：当地下矿层
开采后，采空区直接顶板岩层在
自重应力及上覆岩重力的作用
下，产生向下的移动和弯曲。当
其内部应力超过岩层的应力强
度是，直接顶板首先断裂，破碎
并相继冒落，而基本顶岩层则以
梁，板形式沿层面法向方向移
动，弯曲，进而产生断裂，离层。
随着工作面的向前推进，受采动
影响的岩层范围不断扩大。当开
采范围足够大时，岩层移动发展
到地表，在地表形成一个比采空
区范围大得多的下沉盆地。附图
13.地表移动变形规律：是指地下
开采引起的地表移动和变形的
大小，空间分布形式及其与地质
采矿条件的关系，包括地表移动
盆地主断面内的移动变形分布
规律，地表移动稳定后全面积移
动分布规律等。
需满足的条件：1深厚比H／m
大于30.这种条件下的地表移动
变形在空间和时间上都具有明
显的连续性和一定的分布规律；
2.地质采矿条件正常，无大的地
质构造，并采用正规循环的采矿
作业；3.采空区为规则的矩形；
4.不受邻近工作面开采的影响。
14.地表移动盆地移动和变形分
布规律：1.下沉等值线以采空区
中心为原点呈椭圆形分布，椭圆
的长轴位于工作面开采尺寸较
大的方向。2.盆地PIS下沉值最
大向四周逐渐减小。3.水平移动
指向采空区中心，采空区中心上
方地表几乎不产生水平位移，开
采边界上方地表水平移动值最
大，向外逐渐减小为0.
15.地表点的移动轨迹：当地表点
与工作面相对位置不同时，地表
点的移动风向和大小不同。地表
最大下沉值点从开始移动到移
动结束的全过程，分为四个阶
段：1.当工作面由远处向A点推
进时，移动波及A点，A点开始
下沉。随着工作面推进，A点下
沉速度由小逐渐变大，此时A点
的移动方向与工作面推进方向
相反，此时为移动的第一阶段：
2.当工作面通过A点正下方继续
推进时，A点的下沉速度增大并
逐渐达到最大下沉速度，A点的
移动方向近于铅垂方向，此时为
移动的第二阶段：3.当工作面继
续推进并离开A点后，A点的移
动方向与工作面推进方向相同，
此时为移动的第三阶段：4.当工
作面远离A点一定距离后，回采
工作面对A点的影响逐渐减小，
A点下沉速度逐渐趋于零，点A
移动停止，此时为移动的第四阶
段。移动稳定后，A点的位置并
不在其起始位置的正下方，一般
略偏向回采工作面停采线一侧。
附图：
16.采动过程中地表下沉的变化规律：在走向主断面上，工作面由开切眼推进A点时，岩层移动开始波及地表。通常把地表开始移动时的工作面推进距离称为起动距。随着工作面再推进，地表移动盆地的范围和移动量均增加。当工作面推进到C点时，地表达到充分采动，地表移动最大值达到该地质采矿条件下的最大值。工作面再推进，地表移动范围增大，但地表下沉量不再增加，当工作面停止推进后，地表移动范围和移动量较推进过程中有所增大，说明地表动态移动量和移动范围小于稳定后的移动量和移动范围。附图
17.观测程序：观测站的观测，连接观测，全面观测，日常观测。全面观测：一般包括测点的高程测量、各测点间的距离测量、各测点偏离观测线方向的支距测量、地表特征状况记录与素描。高程测量可直接从观测站控制点开始，按三等水准测量的精度要求进行。若观测站两端有控制点，可进行附合水准测量；若只在一端有控制点，则需进行往返水准测量。经平差后求得各测点的高程。当观测站地形起伏较大时，可进行三角高程测量。距离测量可用经比长后的钢尺进行往返丈量，或用检验后的测距仪观测两个测回，并加入各种改正数，取平均值作为边长。支距测量可利用经纬仪配合支距尺进行。
日常观测：一般包括巡视测量加密水准测量及地表变化特征的素描、摄影等。巡视测量的目的就是确定出观测站是否遭受开采的影响、地表移动是否稳定、地表移动的剧烈程度等，为全面观测和加密水准测量提供依据。
18.开采沉陷观测站的分类：按设立的地点考虑分：地表移动观测站，岩层内部观测站，专门观测站。按分布站的形式分：网状观测站和剖面线观测站。按观测站的时间和内容分：普通观测站和短期观测站。
19.观测站的设计原则：1.观测线应设在地表移动盆地的主断面上；2.设站地区在观测期间不受邻近开采影响；3.观测线长度应大于地表移动盆地范围；4.观测线上测点应有一定的密度，测点间距要根据开采深度和设站目的而定；5.观测站的控制点要设在移动盆地范围以外埋外要稳固；6.可用旧有控制点引测标定。
20 观测站成果整理有哪些
观测成果整理包括计算和绘图两部分。观测成果计算：1观测数据的内业计算2移动变形计算3地表移动变形参数的确定。绘图工作包括：1移动变形曲线图2下沉速度曲线图
21设站所需资料及控制点设置
要求
观测站通常由两条线组成，一
条沿煤层走向布设一条沿煤层
倾向布设，二者垂直相交
1设站地区井上井下对照图开
采图以便确定井下开采与地面
关系2设站地区的水文地质资料
3开采工作面设计资料4观测地
区井上井下测量坐标资料5开采
沉陷资料控制点设置要求：1必
须保证控制点的坚固稳定2必须
定期进行检测3控制点应埋设在
观测线两端，每段不少于两个4
控制点的间距以及工作测点的
外端点到控制点的间距为50到
500米
22地表移动持续时间定义及阶
段定义：在充分采动或接近充分
采动情况下，地表下沉值最大的
点从移动开始到移动稳定持续
的时间
开始阶段——下沉量达到10mm
时刻为移动开始时刻，从移动开
始到下沉速度达1.67mm\d时为
移动开始阶段活跃阶段——
下沉速度大于1.67mm\d的阶段
衰退阶段——从下沉速度小于
1.67mm\d起到各点下沉累计不
超过30mm为移动衰退阶段，这
三个阶段时间总和为移动持续
时间
判断
1.岩石比重大小，取决于组成岩
石的矿物比重及其在岩石中的
相对含量而与孔隙性和吸水性
无关。错
2.一般来说，岩石质量密度越大，
力学强度也大。错
3.岩石碎胀系数恒大于1. 对
4.一般情况下，致密而坚硬岩石
的碎胀系数大于软弱或松散岩
石的碎胀系数。对
5.对同一种岩石来说其碎胀系数
是常数。对
6.岩石在应力作用下首先是发生
变形，其次是破坏。对
23试述地表主断面上五种变形
值的具体含义及其对地表建筑
物的影响
1下沉变形：地表点的沉降叫
下沉用w表示，是地表移动向量
的垂直分量Wn=Hno-Hnm
2水平移动：地表下沉盆地中某
点沿某一水平方向的位移水平
移动Un=Lnm-Lno 3倾斜变
形：是指相邻两点在竖直方向的
下沉值与其水平距离的比值，用
以反映地表移动盆地沿某一方
向的坡度im-n=Wn-Wm\Lm-n
4是相邻线段的倾斜差与线段中
点间的水平距离的比值，用以反
映测线断面上的弯曲坡度5水
平变形：是指相邻两点的水平位
移与两点间水平距离的比值通
常用ξ表示
下沉和水平位移对建筑物的
影响：地表均匀地平缓地下沉和
水平移动可使建筑物位置发生
变化，但不会使建筑物内产生较
大附加应力也不会使其损坏
地表倾斜对建筑物的影响：地表
倾斜会使位于其影响范围内的
建筑物不斜，特别是底面积很小
而高度大的建筑物会使铁路公
路管线等坡度发生改变，增加阻
力，改变水流方向
地表曲率对建筑物的影响：使建
筑物地基产生弯曲，从而使建筑
物产生附加应力。
地表水平变形对建筑物的影响：
地表水平变形通过建筑物基础
与周围土体的摩擦力而传递给
上部建筑物，使建筑物产生附加
拉应力和压应力导致建筑物损
坏和压坏，在门窗洞口墙体基础
上产生裂缝。
24.井工开采对生态环境的影响主要包括三个方面：开采沉陷对生态环境的影响，矿山废弃物对生态环境的影响和开采沉陷对水的影响。（一）开采沉陷对环境的影响1.对耕地的影响：使耕地标高降低潜水位上升，导致土地淹没，盐渍化，土地肥力下降；耕地坡度变化，导致水土流失；使土壤结构发生变化，位于地表拉伸区的土壤孔隙度增加，而位于压缩区的土壤孔隙度减小，密实度增大；在浅部开采，岩溶区开采，急倾斜矿层露头开采时，使地面出现塌陷坑，塌陷漏斗，导致土壤肥力和水分丧失，影响农作物的生长；使采空区边缘地表附近出现裂缝。2.对地面建筑物等人工设施的影响：地表移动变形对建筑物的影响：地表下沉对建筑物的影响：均匀的地表下沉不会使建筑物地基反力产生重分布，也不会在建筑物上产生附加应力，因而不会使建筑物损害，但当地下潜水位高，地表下沉量大时，均匀下沉可使建筑物积水或地基受水软化，影响建筑物使用甚至破坏；倾斜对建筑物的影响：地表倾斜对于平面面积小而高度大的建筑物有实际的影响，地表倾斜引起建筑物倾斜，在建筑物自重的作用下引起水平分力和弯矩；地表曲率对建筑物的影响：由于曲率变形，地表将由原来的平面变成曲面形状，引起建筑物地基反力重分布，是原来均匀的地基反力发生变化，出现加载区和卸载区，在地基反力重分布的影响下，建筑物墙壁在竖直面内受到附加弯矩和剪力的作用，使房屋结构弱面处产生裂缝；地表水平移动变形对建筑物的影响：地表水平移动变形主要通过两个方面的作用影响建筑物，一是地基与基础间摩擦力作用将水平变形产生的拉压应力传递给建筑物，因而在建筑物上产生附加拉应力和剪应力使建筑物损坏，二是地基的移动在基础上产生横向挤压力，使基础在水平面内产生弯曲变形，从而在建筑物上引起附加应力导致建筑物受损。地表移动变形引起的建筑物裂缝：斜裂缝；墙身顶部竖向裂缝；窗台上竖向裂缝；勒脚处竖向裂缝；窗前墙上水平裂缝；砖过梁上竖向裂缝。3.对野生动物和微生物的影响：由于开采沉陷使矿区自然景观发生变化，影响绿色植物的生长发育，改变了动物的栖息环境，使一些野生动物由于不适应环境的变化或由于缺少食物而死亡或迁移；可使土壤中水分增加，pH发生变化从而影响微生物的生长繁殖。（二）矿山废弃物对环境的影响：矿山在开采过程中除了采出有用矿物还采出一些无用的矸石，这些废弃的矸石堆积在地面在水风化作用下，排出大量有毒有害物质，污染大气土地和水造成严重的环境污染。（三）开采沉陷对水体的影响：地下开采导致覆岩及地表破坏，从而影响地下和地面水体，使含水层水位下降，地面河流干涸，破坏地下和地面水资源加剧了西部地区的沙漠化。露天开采对生态环境的影响：1.对土地资源的破坏主要表现为对土地的直接挖损、外排土场和尾矿排气物压占土地2.对水环境的影响：使含水层水位下降；露天采场内基岩裸露使流入露天采场内的地下水酸化并遭受重金属等有害物质的污染；露天矿大量排放的酸性水和排土场淋溶酸性度水，对周围水体均产生一定的污染3.露天矿对大气环境的污染主要表现为露天爆破和排土场场尘。
矿山环境地质学论文
矿山环境治理的基本原则 ） 摘要：矿山在开采资源的同时,不仅有诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突变性地质灾害的可能,而且有诱发地面沉降、土壤荒漠化、水环境恶化、生态环境恶化等缓变性地质灾害的可能性。因此，必须做好从勘查、设计、开采到闭坑四个阶段的环境保护和综合治理。关键词：地质灾害; 矿山地质环境; 矿山环境治理 一、概况 我国是一个矿业大国,煤炭、钢铁、有色金属等产量均排于世界前列。随着工业的不断发展,矿产资源的需求和消耗越来越大,而采掘业的发展使矿产资源的开发力度、广度和深度也越来越大。目前品位较富、埋藏较浅,易采易选、交通方便的矿床已优先开采。矿床开采的趋势趋于深部复杂地层。矿山在开采资源的同时,不仅有诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突变性地质灾害的可能,而且有诱发地面沉降、土壤荒漠化、水环境恶化、生态环境恶化等缓变性地质灾害的可能性。 二、矿山地质环境治理原则 1 以人为本、防灾减灾 所有的地质灾害,直接或间接的对矿山职工和矿区居民的生命财产安全构成威胁,因此矿山环境治理首先要保证矿区免遭矿山开发诱发的各种地质灾害的危害,达到防灾减灾的目的。 2 因害设防、综合治理 针对矿山地质环境破坏的特点、方式、分布及危害程度,抓住重点和关键环节,因地制宜、因害设防,采取拦、排、护、整、填、植等方面的综合治理措施对矿山环境进行治理。 3 注重效益、分期实施 矿山地质环境治理工程应遵循生态社会效益优先的同时,争取最大的经济效益。区别不同的矿山地质环境问题,采取不同的治理措施。同时根据资金情况、矿山地质环境问题 的危害大小、轻重缓急,分期、分阶段进行治理。 4 工程措施与生物措施相结合 矿山环境治理只有将工程措施与生物措施紧密结合,才能达到矿山环境治理的最终目标。各种工程措施只要配置合理,就能根治地质灾害。但其缺点是投资过大,而生物措施恰好弥补工程措施的缺点,其投资较小,能改善小气候的特点,使其广泛应用于矿山环境治理中。 三矿山地质环境治理具体措施 1 地下采空区和矿山疏干排水导致地面沉陷、形成地裂缝,影响地面的农田和建筑物。采空区是地下固体矿床开采后的空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落,上覆岩层整体下沉、弯曲并引起的地表变形和破坏,在地面上常可见到圆形塌陷坑及平行于地下开采巷道的地裂缝。由于疏干排放地下水,改变了地下水流的自然渗流、径流条件,水浮力消失,水的潜蚀作用使充填物流失,形成空洞,在真空吸蚀力和重力作用下也可造成塌陷。对采空区的治理主要是为了预防与控制地表残余沉陷的发生。此类方法可细分为4 种: (1) 全部充填采空区支撑覆岩,以彻底消除地基沉陷隐患。充填法可分: 干石充填法、尾砂充填法、胶结充填法、注浆充填、水力充填和风力充填等。其中,以注浆法应用最广泛、效果最好; (2) 局部支撑覆岩或地面构筑物,减小采空区空间跨度,防止顶板垮落。常用的方法有注浆柱、井下砌墩柱和大直径钻孔桩柱或直接采用桩基法等; (3) 注浆加固和强化采空区围岩结构,充填采动覆岩断裂带和弯曲带岩土体离层、裂缝,使之形成一个刚度大、整体性好的岩板结构,有效抵抗老采空区塌陷向上发展,使地表只产生相对均衡的沉陷,以保证地表构筑物的安全;
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
矿山开采沉陷学(知识点整理)
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，此区下沉的岩层仍平行于它的原始层位，层各点的移动向量与煤层法线方向一致，在同一层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。
开采沉陷预计方法概述
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
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
开采沉陷研究的意义
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
开采沉陷形成机理及其预测方法
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，
灾害地质学读书报告
灾害地质学读书报告 矿区地质灾害分析摘要:中国是世界上矿山地质灾害多发的国家之一。矿山地质灾害关系到国计民生,关系到社会的可持续发展,常见的矿山地质灾害包括矿井突水、瓦斯爆炸、采空区塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等。对矿山地质灾害必须予以高度关注,矿山地质灾害的防治是项综合的系统工程。本文对矿区地质灾害发生原因，表现形式与防治等对简要分析。 关键字:地质灾害，原因，表现形式，防治 一、前言 能源、冶金、有色金属等矿产资源的开采和利用，对国民经济的发展具有巨大促进作用。但地下矿产资源的开发会引起开采沉陷，从而引发一系列地质灾害，必须采取措施对灾害进行防治。开采沉陷是指地下有用矿物采出后，开采区域周围岩体的原始应力状态受到破坏，应力重新分布以达到新的平衡，在此过程中，岩层和地表产生连续的移动变形和非连续的开裂、冒落等破坏现象[1]。 二、采矿引起地质灾害的原因 当开采面积达到一定范围之后，起始于采场附近岩体的移动 和破坏将扩展到地表，引起地表变形，导致位于移动岩体内的井巷、峒室等以及位于开采影响范围内地表的房屋、建筑物、水体、铁路和管线等改变其原有状态，甚至破坏，称之为采动损害[2]。矿区开采沉陷引起的损害是一种突发性地质灾害，其实质是地下开采空间扩大而引起的岩体内应力变化且向其周围介质传播扩散的结果。岩体本身是一种非常复杂的介质，它不仅是由各种不同性质的岩层组成，而且还由于褶皱、断层等各种地质作用而产生了大量的不连续面。在一定的地质采矿条件下，开采引起的岩体应力变化，并向采空区上方岩层至地表传播扩散，按形变程度不同，可分为冒落带、断裂带、离层带和弯曲带。这4种变形带的出现
矿山开采沉陷学答案整理 2
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
《矿山开采沉陷学》复习题
《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？
开采沉陷计算过程说明
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：
第七章 矿山开采沉陷预测
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）：
GPS与InSAR数据融合在矿山开采沉陷形变监测中的应用探讨
第32卷第1期 2007年1月 测绘科学 Science of Surveying and M app ing Vol 132No 11 Jan 1 作者简介:独知行(1965Ο ),男,江苏沛县人,博士,教授,博士生导师,主要从事GPS 理论与应用、空间数据的物理解释、I nS AR 、变形监测与分析等方向的研究。E Οmail:zhixingdu65@1631com 收稿日期:2006Ο04Ο13 基金项目:青岛市自然科学基金(04Ο2ΟJZ Ο101);基础地理信息与数字化 山东省重点实验室基金(S D040214) GPS 与I nSAR 数据融合在矿山开采 沉陷形变监测中的应用探讨 独知行① ,阳凡林① ,刘国林① ,温兴水 ② (①山东科技大学地球信息科学与工程学院,山东青岛 266510;②山东肥城矿业集团公司,山东肥城 271601) 【摘 要】GPS 与I nS AR 数据融合具有重要的研究意义,本文分析了传统测量方法在矿山开采沉陷形变监测中的 不足,讨论了GPS 与I nS AR 数据融合的技术优势及其在I nS AR 相位解缠算法、水汽模型和大气层延迟误差改正模型、时间域与空间域的融合模型和算法等方面研究内容,提出了GPS 与I nS AR 数据融合的研究特点与具体方法,并给出了比较详细的研究方案。【关键词】GPS;I nS AR;数据融合;矿山开采沉陷;相位解缠;大气层延迟模型【中图分类号】TP196;P258 【文献标识码】A 【文章编号】1009Ο2307(2007)01Ο0055Ο03 1 引言 矿山大面积的开采在地表出现了地面形变和地面沉降,其影响范围可达几十到几百k m 2,由此引起的地形和水文的变化在相当大的程度上破坏了耕地、建筑物及其他基础设施。长期以来,人们一直致力于因开采所产生的破坏的研究与治理[1,2]。 矿山开采造成的地面沉降一直是矿山工作者关注的热点。在相当长的一段时间里,矿山开采地面沉降监测的手段和方法并未有较大变革。传统监测手段和方法的有效性被广泛重视和利用,但其在应用过程中暴露出的不足显而易见,归结为:①观测过程长,所用经费高;②观测标志的保存与维护比较困难;③获取数据为离散点形变信息,难以反映连续形变规律。I nS AR 是极具潜力的空间对地观测新技术,其高分辨率和连续空间覆盖特征是已有对地监测方法如GPS,VLB I 和S LR 等所不具备的,它在沉降监测方面所表现出的优势已被多个范例所验证[3]。因此,利用I nS AR 技术开展矿山开采沉陷形变监测的研究具有重要的应用价值。目前,该方面的研究成果在国际上并不多见,在我国尚处于起步阶段。GPS 是一门较为成熟的技术,在许多领域得到了有效应用,其与I nS AR 技术具有较强的互补性,将GPS 和I nS AR 技术融合可以获得更高精度和更有效的成果[4]。鉴于我国矿山开采造成地面沉降的性质和特点,开展GPS 与I nS AR 数据融合的研究并加以应用,将具有较好的针对性和重要的研究意义。 本文针对该方向研究的技术优势、研究特点和研究方案做一阐述和探讨。 2 数据融合的技术优势 合成孔径雷达干涉(Synthetic Aperture Radar I nterfer ome 2 try,简称I nS AR )是新近发展起来的空间遥感技术,机载或星载合成孔径雷达通过微波对地球表面主动成像,记录地面分辨元的雷达后向散射强度信息和与斜距有关的相位信息。对覆盖同一地区的2幅雷达图像的联合处理可以提取出相位差图(即干涉图),建立数字高程模型(DE M );三幅或三幅以上雷达图像的二次差分干涉相位图被用来提取地球表面形变信息,如地震形变、火山运动、冰川漂移、地面下沉以及山体滑坡等,观测精度可以达到c m 级甚至mm 级的量级,这是一种扩展的I nS AR 称为差分干涉(简称D ΟI nS AR )。它具有比GPS 更高的垂直形变观测精度、采样密度高(100m 之内)、空间延续性好、非接触性和无需建立地面接收站等优点,被认为是前所未有极具潜力的空间对地观测新技术[4,5]。 I nS AR 作为一种空间对地监测手段,它的数据质量主要受到S AR 卫星轨道误差、系统热噪声去相关、多普勒质心去相关、空间基线去相关、地面散射去相关、时变去相关、大气层延迟误差、地形畸变、数据处理过程噪声等因素影响,在这些方面不同S AR 卫星存在不同程度的表现,不同原因产生不同的结果。为此,可以采用不同的方法或模型减弱或消除这些影响。利用获得的精密星历可以减少卫星轨道误差,如ERS Ο1和ERS Ο2卫星从荷兰D elft 大学空间对地观测研究组(D EOS )获取精密星历减小轨道误差[6Ο8];通过信噪比值(S NR )来确定系统热噪声对相位的影响是一个很好的办法,得到普遍应用[9Ο12];多普勒去相关一般可以通过方位向滤波消除,地面散射去相关利用散射去相关对地面变形量影响的关系式加以确定[4,9Ο14],依据基线长度选择合适的干涉像对可以消除基线去相关的影响;I nS AR 时间序列数据库方法和永久性散射方法是削弱时变去相关影响所采用的两种新方法[15,16];减弱大气层延迟误差主要采用的方法包括利用InS AR 图像建立水汽模型对I nS AR 数据进行改正[14,17Ο22]。随着研究和应用的深入,对于影响I nS AR 数据质量的众多误差项的处理还将会有很好的发展和改进。但InS AR 仍具有自身难以克服的诸多问题,如大气层延迟、卫星轨道误差、地表状况和时变去相关性及时间分辨率等影响,迫切需要其他对地观测技术的参与[23Ο29]。 GPS 是一种高精度的对地观测技术,能较精确地确定电离层、对流层参数,具有非常好的定位精度和时间分辨率。比较InS AR 与GPS 两种技术,其互补性主要表现为:①GPS 定位精度高,定位精度已达10-8～10-9,但是其空间分辨率较低,GPS 基线长度需要几至几百km ,而I nS AR 提供的是整个区域面上的连续信息;②
开采沉陷1
1.开采沉陷：有用矿物被开采出来后，开采区域周围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，岩层和地表产生连续的移动变形和非连续的破坏，这种现象称为开采沉陷。 2.三下采煤：建筑物，铁路，水体下采煤的合称。 3.岩层移动的形式：弯曲，垮落，煤的挤出，岩层沿层面滑移，垮落岩石下滑，底板岩层隆起。 4.上三带：跨落带，断链带，弯曲带。 下三带：地板采动导水破坏带，地板阻水带，地板承压水导升带。 5.跨落带：是指由采煤引起的上覆岩层破裂并向采空区跨落得岩层 范围。 特点：①垮落带县有分层性，它分为不规则垮落和规则垮落两部分。在下部不规则垮落部分，岩层完全失去其原有层位， 在靠近煤层附近，岩石破碎，堆积紊乱。规则的垮落部分， 垮落岩层基本保持其原有层位，处于不规则垮落部分之 上。 ②垮落带岩石具有一定的碎胀性，垮落岩块间的空隙较 大，有利于水、砂、泥土通过。垮落后岩石体积大于垮落 前岩石体积。 ③垮落岩石具有可压缩性,垮落岩块间的空隙随着时间的 推移和工作面的推进在一定程度上可以压实，一般时间越
长，压实性越好，但永远恢复不到垮落前原岩体的体积。 ④垮落带的高度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。薄煤层开采时垮落带高度较 小，一般为采出厚度的1.7倍。顶板岩石坚硬时垮落带高 度为采出厚度的5~6倍；顶板为软岩时，垮落带高度为采 出厚度的2~4倍。。 6.断裂带：是指在跨落带上方的岩层产生断裂或裂缝，但保持其原 有层状的岩层范围。 特点：不仅发生垂直于层理面的断裂或裂缝，而且产生顺层理面的离层裂缝。 7.弯曲带：是指断裂带上方直至地表产生弯曲下沉的岩层范围。 特点：1.弯曲带内岩层在自重力的作用下产生沿层面法方向弯曲，在水平方向受双向压缩，压实程度较好，具有良好 的隔水性； 2.弯曲带内岩层的移动过程是连续有规律的，保持其 整体性和层状结构，不存在或极少存在采动裂缝； 3.弯曲带的高度主要受开采深度的影响。 8.地板踩动导水破坏带：是指煤层底板岩层受采动影响而产生导水裂 缝的岩层范围，其深度为自煤层底板至采动 导水裂缝最深处的发现距离。 9.地板阻水带：是指矿层底板采动导水破坏带以下，底部含水体或 底板承压水导升带以上的隔水层在底部含水体的水
矿区开采沉陷地质灾害防治研究-Read
作者简介:1)张 良,男,1979年出生,2004年毕业于辽宁工程技术大学资源与环境学院地质工程系,助理工程师,719316,陕西省神木县店塔镇榆家梁煤矿地测站 收稿日期:2007-08-23 ●百业科技 矿区开采沉陷地质灾害防治研究 张 良1) 张建亮2) (陕西神华集团神东煤炭分公司地测公司) 摘 要:煤炭开采所引发的地质灾害中,以开采沉陷对人类环境的影响最为严重。文章就矿区 开采沉陷所引发的地质灾害与防治对策进行了研究,并开发了相应的建筑群保护煤柱设计软件。 关键词:开采沉陷;地质灾害;防治中图分类号:P694 文献标识码:A 文章编号:1004-6429(2007)06-0100-03 近几年来,采煤过程中顶板冒落、瓦斯和煤尘爆炸、矿井突 水等事故时有发生,给人们的生命和财产造成不可估量的危害。而在今后相当长一段时间里,煤炭仍将是我国的主要能源,这是我国的国情,它决定了我国煤炭的开采仍将持续进行。开采沉陷是指地下有用矿物采出后,开采区域周围岩体的原始应力状态受到破坏,应力重新分布,以达到新的平衡,在此过程中,岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的开裂、冒落等破坏现象。在我国,以煤炭开采沉陷引起的地质灾害尤为严重。因此研究因煤炭开采引起的岩层与地表沉陷问题,对于国民经济的可持续发展和人们生活的需要有着极其重要的意义。1 开采沉陷对环境的影响 开采沉陷引起的地表塌陷不同程度地损害了土壤、水体等人类赖以生存的基本环境质量,对人们的生产和生活造成了很多不利影响。如神木大柳塔煤矿,1996年地面塌陷只有4×104m 2,到1998年底已增大到25×104m 2,且仍在继续扩大,其危害也更加严重。1.1 地表塌陷对土地环境的影响 主要是由于地表塌陷使土地出现不同宽度、落差和密度的地表裂缝。在某些坡度大于40°以上的陡崖、断岩或凸形变坡部位,还可能出现不同规模的采动崩塌或滑坡等灾害性破坏。1.2 地表塌陷对水环境的影响 首先是地表塌陷裂缝在某种程度上改变了地面大气降水的径流与汇水条件,使部分地表水通过塌陷裂缝渗入地下,从而使地面大小河流等水系流量减小甚至干涸。其次是开采沉陷引起的塌陷裂缝,使上覆岩层含水层和松散含水层遭受一定程度的破坏,部分松散层和上覆基岩含水层中的地下水沿塌陷裂缝渗入采空区或开采煤层下方深部含水层,从而使采空区的地下水位降低,许多地表井泉等水源的水量减少甚至干涸。1.3 地表塌陷对植被的影响 地表塌陷对树林和草灌的影响不太明显,只在塌陷裂缝边缘的树木根系受到一定损伤,因为树木的根系比农作物的根系发育范围大得多,少数根系的破坏一般对树木的生长影响不大。只有发生采动滑坡的地区,其影响范围内的树木或草灌才会遭受毁灭性的损害。1.4 地表塌陷对人工环境的影响 由于一般地面建筑物、构筑物地基和基础的抗变形能力均小于采空区地表塌陷引起的地表移动变形值,特别是在重复采动下,如果不采取特殊保护措施,地表塌陷范围内的各类建筑物和构筑物都可能遭受不同程度的破坏,山西古交矿区因开采房屋受损居民达9000多户,许多村庄整体搬迁;水利设施、道路桥梁、输电通讯线路等都有不同程度的破坏,严重影响了矿区居民及煤矿的正常生活与生产。2 防止或减小地表沉陷与矿区环境治理的措施 地表沉陷及破坏的防治对策主要有两方面:一方面是采取措施减小或防止地表沉陷变形与破坏;另一方面是根据受护对象的性质和特征采取针对性的防护治理措施。2.1 防止或减小地表沉陷与破坏的措施 从开采沉陷学的理论及重复采动下的地表移动特点分析可知,防止或减小地表沉陷与破坏的措施有: 1)留设保护煤柱。即在受护对象下方保留一块比受护面积还要大的煤柱不采,煤柱的大小应按有关规程规定的方法按本矿区求得的移动角进行设计。留设保护煤柱是以损失煤炭资源为代价以换取受护对象的安全,它的优点是可以最大限度地减小受护地表的沉陷与变形,保证受护对象的安全。缺点是使大量煤炭资源遭受永久性损失,降低了矿井投资效益。这种措施一般只适用于开采深厚比小于100的大型密集村镇和其它重要的受护对象保护。 2)充填开采。采用砂石、煤矸石等材料,利用水力、风力作为动力,及时充填采空区,以减少顶板和覆岩的下沉,从而减小地面的沉陷、变形与破坏,一般只适用于重要城市或大型水体下开采。 3)部分开采。在受护对象的保护煤柱范围内采出部分煤炭,留下部分煤炭作为支撑,使地表出现的变形在允许范围之内。部分开采方法有条带法开采和刀柱法开采两种。刀柱法的采宽和留宽都较小,工作面搬家频繁,不利于机械化作业。根据现有的资料分析,如果条带开采的采留宽度设计正确,其地表下沉值约为全部回采的2%～20%,相当于充填开采的保护效果,且应用方便,因而有广泛的应用前景。 4)协调开采。利用两个或更多的工作面按预先设计的开 ? 001?2007年第6期 11月20日出版 山西科技 SH ANXI SCIE NCE AND TECH NO LOGY