开采沉陷学1-2.ppt

第1章 地表移动和变形规律 1.1 开采引起的岩层移动和破坏 岩层移动和破坏过程 1.1 开采引起的岩层移动和破坏 岩层移动和破坏的形式 1．弯曲 2．垮落，又称冒落 3．矿体的挤出，又称片帮 4．岩石沿层面的滑移 5．岩石的下滑 6．底板的隆起 1.1 开采引起的岩层移动和破坏 岩层移动和破坏稳定后形成的三带 岩层移动和破坏稳定后按其破坏的程度，大致分为三个不同的开采影响带，即冒落带、裂缝带和弯曲带 1.1 开采引起的岩层移动和破坏 冒落带（又称垮落带）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。冒落带内岩层破坏特征： 1）在冒落带内，从矿层往上岩层破碎程度逐步减小。 2）冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、砂、泥土通过。 3）冒落岩石具有的碎胀性能使冒落自行停止。 4）冒落带高度主要取决于采出厚度和上覆岩层的碎胀系数。 5）冒落岩石间的空隙随着时间的延长和工作面推进距离的增加，在上覆岩层压力作用下，在一定程度上可得到压实。 1.1 开采引起的岩层移动和破坏 裂缝带指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。其破坏特征 1）裂缝带内的岩层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂，而且还产生顺层理面的离层裂缝。 2）根据连通性的好坏，裂缝带一般导水、但不利于砂、泥土通过。 3）冒落带和裂缝带合称为两带，又称为冒落裂缝带或导水裂缝带。 4）导水裂缝带高度与岩性有关。 5）裂缝带随着工作面推进距离的增加，当采空区扩大到一定范围时，裂缝带的高度达到最大。 1.1 开采引起的岩层移动和破坏 弯曲带指的是裂缝带之上直至地表的整个岩系。其岩层移动和破坏特征： 1）弯曲带内岩层在自重的作用下产生层面法向弯曲，在水平方向上处于双向受压状态，压实程度比较好。 2）弯曲带内岩层移动过程连续而有规律，并保持整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂缝。 3）弯曲带一般情况下具有隔水性。 4）弯曲带的高度主要受开采深度的影响。 1.1 开采引起的地表移动和破坏 地表移动的形式 1．地表移动盆地 当地下工作面开采达到一定距离后(约为采深的1/4 ~1/2时)，开采影响到地表，受采动影响的地表从原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成一个比采空区大得多的沉陷区域，称为地表移动盆地。 2．裂缝及台阶 在地表移动盆地的外边缘区，地表可能会产生裂缝，裂缝的深度和宽度与有无松散层及其厚度有关 3．塌陷坑 塌陷坑多出现在急倾斜矿层开采条件下，但是在某种特殊的地质采矿条件下也易产生塌陷坑。 1.1 开采引起的地表移动和破坏 地表移动盆地的形成 当回采工作面自开切眼开始向前推进的距离相当于采深的1/4～1/2时，开采影响波及到地表，引起地表下沉。然后，随着工作面继续向前推进，采空区面积增大，地表的影响范围不断扩大，下沉值不断增加，下沉盆地也逐渐扩大。 当采空区达到一定程度时，最大下沉值将不再增加而形成一个平底的下沉盆地。 当工作面停止以后，地表的移动不会马上停止，要延续一段时间，然后才能稳定，形成最终的地表移动盆地，此时的盆地又称静态移动盆地。 1.1 开采引起的地表移动和破坏 充分采动程度 地表移动盆地的类型 1）非充分采动下沉盆地 2）充分采动下沉盆地 3）超充分采动下沉盆地 2．充分采动角 1.1 开采引起的地表移动和破坏 地表移动盆地主断面 定义 地表移动盆地主断面的特征 最大下沉角 主断面的位置 1.1 开采引起的地表移动和破坏 地表移动盆地的特征 地表移动盆地的三个区域（中间区域、内边缘区和外边缘区） 地表移动盆地边界的划分（移动盆地的最外边界、危险移动边界和裂缝边界） 地表移动盆地边界的角量参数（边界角、移动角、裂缝角和松散层移动角） 1.2 盆地内地表移动和变形分析 盆地内地表点的移动分析 描述地表移动盆地内移动和变形的指标是：下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形及扭曲和剪切变形。 盆地主断面内的地表移动和变形分析 1.3 移动稳定后盆地内移动和变形分布规律 地表移动和变形规律主要包括地表移动盆地主断面内的移动和变形分布规律、地表移动稳定后全面积移动和变形分布规律等。 必须满足以下几个条件： 1）深厚比大于30。 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）单一矿层开采，不受邻近工作面开采的影响； 4）采空区的形状规则，一般为矩形。 1.3 移动稳定后盆地内移动和变形分布规律 水平矿层非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 水平矿层充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 水平矿层超充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 1.3 移动稳定后盆地内移动和变形分布规律 倾斜矿层（15°＜α＜55°）非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 急倾斜矿层（α＞55°）非充分采动时主