地表移动观测站的设计.PPT

* * 第十四章 地表与岩层移动简介 14-1 地表与岩层移动的几个基本概念 一、 岩层移动的几种形式 由于开采地下矿产资源引起的地表与上覆岩层的岩体遭到破坏而产生的移动与变形统称为地表与岩层移动。地表与岩层移动的形式主要有以下六种。 1、弯曲 当地下煤层被采出后，从其直接顶到地表将沿其层理的法线方向，向采空区方向弯曲。在整个弯曲过程中，岩层整体上保持其连续性和层状结构。 2、冒落 煤层被采出后，其上覆岩层最初的弯曲达到一定限度后，其直接顶板岩层将与整体分开，破碎成小的岩块而落下来充填采空区，这种移动形式称为冒落。 3、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上，形成增压区，煤壁在附加载荷的作用下，一部分被压碎并垮向采空区，这种现象称为片帮。 4、岩石沿层面的滑动 当煤层倾斜时，岩石的自重力方向与岩层的层理面不垂直，岩石除产生沿其法向的弯曲外，还将产生沿层理面方向的滑动。岩层倾角越大，沿层理面的滑移越明显。 5、垮落岩石的下滑 6、底板岩层的隆起(又称底鼓) 如果煤层底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，造成底板向采空区方向隆起的现象，称为底鼓。 二、 移动稳定后采动岩层内的三带 煤层采出后，所产生的地表与岩层移动过程较为复杂，为了满足采矿工程的需要，将移动稳定后的采动岩层按其破坏程度不同，分为三个不同的开采影响带，即冒落带、断裂带和弯曲带。 1、冒落带 冒落带是指采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产生破坏的范围。其特点是顶板岩石发生破碎，而且越是靠近煤层的岩石破坏愈严重。冒落带的高度主要取决于采出煤层的厚度和上覆岩石的碎胀系数，一般为采出煤层厚度的3-5倍。 2、断裂带 在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层和断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层称为断裂带。断裂带位于冒落带和弯曲带之间。断裂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、弯曲带 断裂带之上直至地表都属于弯曲带。在弯曲带内，岩层在自重力作用下产生沿层面法线方向的弯曲，但仍保持其原有的层状结构；岩层的移动是连续而有规律的。弯曲带的高度主要受开采深度的影响，当采深很大时，弯曲带的高度将很大，但地表的移动和变形相对较平缓。 三、 地表移动盆地 当开采影响波及到地表之后，受采动影响的地表从原有标高向下沉降，从而在采空区上方形成一个比采空区面积大得多的沉陷区域，这种地表沉陷区域称为地表移动盆地。地表移动盆地是在工作面的推进过程中逐步形成的，地表移动盆地的大小和形状主要与煤层倾角、采空区的大小和采深是否达到充分采动有关。 所谓充分采动是指地下煤层采出后，地表下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大值。一般情况下，当采空区的长度和宽度均达到或超过采深的1.2-1.4倍时，地表可达到充分采动。 凡是采空区的尺寸没有达到充分采动的临界值，地表下沉也未达到该地质采矿条件下应有的最大下沉值时，这种采动称为非充分采动。 四、 移动盆地的主断面 通常情况下，通过采空区中心与煤层走向平行或垂直的断面上的地表移动值最大，我们将该断面称为移动盆地的主断面。在主断面上不仅移动量最大，而且地表移动盆地的范围也是最大的。 主断面的位置一般在采空区中间，但与采动情况和煤层倾角有关。在非充分采动情况下，通过采空区中心所作的平行于煤层倾向的垂直断面，即为移动盆地的倾斜主断面。走向主断面的位置则需要通过倾斜主断面上的最大下沉点，按最大移动角θ确定(所谓最大下沉角是指采空区的中点和地表移动盆地的最大下沉点的连线，与水平线之间在煤层下山方向一侧的夹角)。 五、 地表移动和变形对建筑物的影响 1、地表下沉和水平移动对建筑物的影响 地表大面积的均匀下沉和水平移动，只会引起建筑物整体的移动，不会导致建筑物的破坏。但当移动值很大、地下水位很浅时，地表移动盆地积水，不仅会使建筑物淹没在水中，而且易使地基强度降低，严重时可造成建筑物的倒塌。非均匀的下沉和水平移动对建筑物和交通线路等都有严重的不利影响。 2、地表倾斜对建筑物的影响 移动盆地内非均匀的下沉引起的地表倾斜，将使位于其范围内的建筑物重心发生偏斜，特别是对于底面积小、高度大的建筑物(如水塔、烟囱和高压电线铁塔等)影响更大，严重时可导致建筑物发生折断或倾倒。 此外，地表的倾斜还会引起公路、铁路和管道等坡度的变化以及机械设备的倾斜，从而影响它们的正常工作状态，因此必须及时进行修复。 3、地表曲率变形对建筑物的影响 曲率变形是反映地表弯曲程度的指标，分正曲率(地表上凸)和负曲率(地表下凹)两种。负曲率