开采沉陷第三讲精品.ppt

河南理工大学 开采沉陷学第三讲 主讲：蔡来良 TelEmail：cailailiang@126.com 河南理工大学 测绘与国土信息工程学院 地表移动盆地稳定后的移动和变形分布规律与许多地质采矿因素有关。如：煤层倾角（α）、开采厚度（m）、开采深度（H）、采区尺寸（D）、采煤方法、顶板管理方法、松散层厚度（h）等。 如果开采均系采用走向长壁式采煤、全部垮落法管理顶板，并且开采厚度均相同，那么影响分布规律的地质采矿因素主要就是煤层倾角、采区尺寸和开采深度。而采区尺寸和开采深度之比，可决定地表的采动程度。 下面根据不同的采动程度和煤层倾角的变化情况，讨论地表移动和变形的分布规律。 1.3移动稳定后盆地内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 水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 水平煤层(或沿煤层走向主断面)充分采动时主断面内移动和变形分布规律 水平煤层(或走向主断面)超充分采动时主断面内移动和变形分布规律 倾斜煤层的地表移动和变形分布规律 地表下沉盆地稳定后全面积开采沉陷分布规律 一、水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 判别：水平煤层开采时的采动程度可用走向充分采动角ψ3来判别。当用ψ3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： 水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 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。在地表达充分采动条件下，拐点处的下沉值约为最大下沉值的一半。 水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 下沉曲线分布规律：在地表最大下沉点O处下沉值最大，自盆地中心至盆地边缘下沉值逐渐减小，在盆地边界点A、B处下沉值为零。 水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 （二）倾斜曲线 倾斜曲线表示地表移动盆地内倾斜的变化规律，倾斜为下沉的一阶导数： 倾斜曲线分布规律为：盆地边界点至拐点间倾斜渐增，拐点至最大下沉点间倾斜渐减，在最大下沉点处倾斜为零。在拐点处倾斜最大，有两个方向相反的最大倾斜。 （三）曲率曲线 曲率曲线是表示地表移动盆地内曲率的变化规律，曲率曲线可表示为倾斜的一阶导数或下沉的二阶导数： 水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 　　曲线的曲率。平面曲线的曲率就是是针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率，通过微分来定义，表明曲线偏离直线的程度。 　　K=lim|Δα/Δs|，Δs趋向于0的时候，定义k就是曲率。 曲率曲线分布规律为： 1．曲率曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负极值，正极值称最大正曲率，位于边界点和拐点之间，负极值称最大负曲率，位于最大下沉点处。 2．盆地边界点和拐点处曲率为零。 3．盆地边缘区为正曲率区，盆地中部为负曲率区。 水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 (四)水平移动曲线 水平移动曲线表示地表移动盆地内水平移动分布规律，用U(x)表示。移动盆地内各点的水平移动方向都指向盆地中心。 大量的实测资料表明，水平移动曲线与倾斜曲线相似。因此，可得下式： B——水平移动系数，B=0.13～0.18H。 水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 水平移动曲线分布规律为：盆地边界点至拐点间水平移动渐增，拐点至最大下沉点间水平移动渐减，最大下沉点处水平移动为零；在拐点处水平移动最大，有两个方向相反的最大水平移动。 水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律 （五）水平变形曲线 水平变形曲线表示地表移动盆地内水平变形分布规律，水平变形曲线与曲率曲线相似。是水平移动的一阶导数： B——水平移动系数，B=0.13～0.18H。