煤礦特殊開采方法課件

特殊開采方法序論為采礦系地下采煤專業(yè)高年級(jí)學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)課。一、開設(shè)特殊開采方法目的：為采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備讓學(xué)生開闊煤礦開采的視野培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)不同條件下的采礦工作能力采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)一般部分：煤礦新井初步設(shè)計(jì)

專題部分：論文

工業(yè)場(chǎng)地煤柱留設(shè)、開采上限煤礦開采的三性認(rèn)識(shí)煤礦開采的的特殊性、艱巨性和困難性；二、特殊開采方法內(nèi)涵：特殊困難條件下開采；采用特殊工藝方式開采集合SSA

A

A長(zhǎng)壁+垮落+下行+綜采普采炮采A

AAA

A

特殊困難條件下的開采三下一上（建筑物下、鐵路下、水體下和承壓水上）有沖擊地壓危險(xiǎn)的煤層有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)的煤層三軟煤層深部邊角煤極薄煤層A采用特殊開采工藝方式短壁開采充填采煤上行開采水力采煤煤與煤層氣共采煤的地下氣化房柱式采煤充填采煤上行開采水力采煤特殊開采方法主要研究的內(nèi)容A∪A特殊和困難條件下對(duì)開采造成的影響保證安全生產(chǎn)和合理生產(chǎn)應(yīng)采取的措施特殊工藝方式的特點(diǎn)和特色。三、我國(guó)三下一上壓煤的基本情況和例子三下一上壓煤量（億t）（%）建筑物下87.663.6水體下2014.5鐵路下1913.8承壓水上118.1137.6村莊壓下壓煤量占建筑物下壓煤量的55%，占礦井儲(chǔ)量的10

30%，解放一半可供66個(gè)年產(chǎn)100萬t的大型礦井開采100年；我國(guó)已從三下采出7億t左右，約占?jí)好旱?%；從1978年以來，每年從三下采出3000萬t例子1徐州地方煤炭公司（天龍集團(tuán)）沛城煤徐州西北62km1972年建礦，1981年投產(chǎn)；1980年統(tǒng)計(jì)可采儲(chǔ)量1520萬t

城下壓煤700萬t

影響地面建筑面積，49萬平方米；1981年江蘇省人民政府決定沛城搬遷，征地1500畝，預(yù)計(jì)搬遷時(shí)間20年，搬遷費(fèi)用2億元。例子2徐州礦業(yè)集團(tuán)公司1995年統(tǒng)計(jì)：工業(yè)儲(chǔ)量13.37億t；三下壓煤5.11億t；儲(chǔ)量的特點(diǎn)：兩多、兩少、一快。薄煤層多，三下壓煤多后備資源少，生產(chǎn)水平儲(chǔ)量少，2.48億t（分布在深部），2.44億t動(dòng)用儲(chǔ)量快，每年動(dòng)用儲(chǔ)量2000萬t以上四、地下開采與地表塌陷垮落法管理頂板—地表形成大面積塌陷區(qū)地表塌陷面積：煤層開采面積的1.2倍左右。至1996年，全國(guó)有40萬公頃土地塌陷；每采1萬噸煤要塌陷0.2公頃土地塌陷面積平均每年增加2萬公頃復(fù)墾率為22%五、主要參考書徐永圻等《中國(guó)采煤方法圖集》，煤炭工業(yè)出版社王全莊譯《礦山巖層與地表移動(dòng)》，煤炭工業(yè)出版社《采煤學(xué)》下冊(cè)，中國(guó)礦業(yè)學(xué)院等院校煤炭工業(yè)出版社主要參考書國(guó)家煤炭工業(yè)局制定．建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程．北京：煤炭工業(yè)出版社，2000．6朱銀昌．陳慶祿．張鐵崗．難采復(fù)雜煤層的開采．北京等：世界圖書出版社，1998．１何國(guó)清．楊倫．凌娣等．礦山開采沉陷學(xué)．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1991．4六、學(xué)習(xí)中注意問題上課注意聽講，把講得內(nèi)容弄懂；難學(xué)，一些數(shù)據(jù)不要求記，方法要知道，原理要清楚；科技含量較高,盡量不要缺課。第一章開采引起的巖層與地表移動(dòng)第一節(jié)開采引起的巖層移動(dòng)第二節(jié)開采引起的地表移動(dòng)第三節(jié)地表移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)第四節(jié)

地表移動(dòng)與變形參數(shù)分析

第一節(jié)開采引起的巖層移動(dòng)一、充分采動(dòng)區(qū)、巖石壓縮區(qū)、最大彎曲區(qū)和底板隆起區(qū)1、圍巖根據(jù)變形分區(qū)：應(yīng)力狀態(tài)和變形圖1-1巖層移動(dòng)和變形分區(qū)Ⅰ—充分采動(dòng)區(qū)Ⅱ—最大彎曲區(qū)：巖層向下彎曲的程度最大Ⅲ

頂板壓縮區(qū)Ⅳ

底板壓縮區(qū)支承壓力引起沿垂直方向壓縮工作面區(qū)域以外地層下沉Ⅴ

不均勻隆起區(qū)底鼓應(yīng)力降低Ⅵ

均勻隆起區(qū)水平擠壓煤體下方采空區(qū)下方（高應(yīng)力壓縮）低應(yīng)力

h—

側(cè)向水平應(yīng)力

h

hK

H≤

H

h

h底板二、垮落帶、斷裂帶和彎曲帶1、三帶的形成（1）垮落帶垮落帶

不規(guī)則垮落帶，呈雜亂堆積。

規(guī)則垮落帶，巖塊堆積排列較整齊碎脹性：1.3

1.5,體積增大導(dǎo)水：水、水砂和泥漿容易通過高度:（2）斷裂帶曾稱做裂隙帶。裂隙帶（左右斷裂，上下離層）彎曲，整體斷裂，大致垂直于層面的裂隙，離層一般導(dǎo)水，又稱導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ш衩簩拥谝环謱右院蟮姆謱娱_采時(shí)，斷裂帶高度上升，但上升的幅度較初次采動(dòng)大為減?。?）彎曲帶斷裂帶之上至地表又稱彎曲下沉帶或整體移動(dòng)帶

保持整體性和層狀結(jié)構(gòu)，不存在或極少存在離層裂隙。隔水，巖性較軟時(shí)，隔水性能更好。采深較大，彎曲帶的高度可能大大超過垮落帶和斷裂帶高度之和彎曲帶上方地表一般要形成地表下沉盆地，盆地邊緣往往要出現(xiàn)張裂隙，其深度約3

5m，一定深度后閉合消失。不出現(xiàn)三帶的可能性淺部無彎曲下沉帶充填開采無垮落帶2．三帶的空間輪廓形狀輪廓形與傾角（1）0

35

垮落帶開采期間，垮落帶的高度基本上是相同開采完畢，中間較低，兩端較高的枕形輪廓斷裂帶兩端邊界超出，呈馬鞍形，最高點(diǎn)位于采空區(qū)斜上方。

（２）36

54

垮落帶上部巖塊下滑或滾動(dòng)上部繼續(xù)離層、斷裂、破碎和垮落，下部垮落帶高度較小。斷裂帶上大下小，上部的輪廓大致呈拋物線，與采空區(qū)邊界齊或略偏外。（3）

=55

90

巖塊滾動(dòng)下滑，迅速充填下部，上部，邊界煤柱片幫、碎裂、抽冒，垮落帶和斷裂帶上邊緣急劇向上發(fā)展，大大超出上邊界垮落帶、斷裂帶呈耳形或上大下小的不對(duì)稱拱形3、垮落帶與斷裂帶的高度垮落帶與斷裂帶的高度（1）主要影響因素頂板巖性

煤層傾角

采高及厚煤層分層次數(shù)采空區(qū)范圍采空區(qū)處理方法

頂板巖性對(duì)兩帶的影響頂板堅(jiān)硬，兩帶高度較大，之和可達(dá)18

28倍采高頂板松軟破碎時(shí)，兩帶高度較低，采厚的9

12倍。

煤層傾角對(duì)兩帶的影響傾角小于35

時(shí)，巖塊就地堆積。垮落帶和斷裂帶上邊界離煤層的高度基本上是相等傾角35

54

時(shí)，垮落巖塊下滑。傾角大于54

時(shí)，巖塊下滾，下部垮落的發(fā)展很小，上部發(fā)展很高

采高及厚煤層分層次數(shù)對(duì)兩帶的影響一次采全高或分層初次開采時(shí)，兩帶高度與采高呈近似直線關(guān)系分層或近距離煤層群重復(fù)開采，兩帶高度隨分層次數(shù)增加而遞減采空區(qū)范圍對(duì)兩帶的影響采空區(qū)范圍大時(shí)，兩帶充分發(fā)展，反之受到限制

采空區(qū)處理方法對(duì)兩帶的影響全部垮落法：上覆巖層破壞發(fā)展最充分，彎曲、離層、斷裂、垮落，達(dá)到一定高度充填法：無垮落帶，斷裂帶高度也明顯降低煤柱支撐法：兩帶高度介于之間垮落帶高度的計(jì)算公式

（傾角為0

35

及36

54

）

單一煤層的垮落帶最大高度覆巖為極堅(jiān)硬巖層公式w—垮落過程中頂板下沉值

覆巖為堅(jiān)硬、中硬、軟弱巖層或其互層公式垮落帶高度公式（傾角為0

35

及36

54，

厚煤層分層開采）覆巖巖性（單向抗壓強(qiáng)度及主要巖石名稱）

計(jì)算公式(m)堅(jiān)硬(40

80MPa，石英砂巖、石灰?guī)r、砂質(zhì)頁(yè)巖、礫巖)

中硬(20

40MPa，砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖)軟弱(10

20MPa、泥巖，泥質(zhì)砂巖極軟弱(

10MPa，鋁土巖、風(fēng)化泥巖，粘土，砂質(zhì)粘土)導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扔?jì)算公式

（傾角為0

35

及36

54

）

（單一薄及中厚煤層或厚煤層分層開采）巖性計(jì)算公式之一(m)計(jì)算公式之二(m)堅(jiān)硬

中硬軟弱極軟弱急斜煤層h垮落帶及導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?/p>

(傾角為55

90

)

巖性垮落帶高度計(jì)算（m）

導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扔?jì)算（m）

堅(jiān)硬Hk=(0.4

0.5)Hd中硬、軟弱Hk=(0.4

0.5)Hd

注：

h—區(qū)段或分段垂高，m；M—煤層法線厚度，m。

近距離煤層垮落帶和斷裂帶高度

層間距大于下煤層開采形成的垮落帶高度上下煤層的垮落帶高度不重合，而斷裂帶高度可能重合

上下煤層的斷裂帶最大高度可按近距離上下煤層的厚度分別計(jì)算，取其中標(biāo)高值大者作為兩層煤的斷裂帶高度；上下煤層的垮落帶高度則取上煤層的垮落帶高度。近距離煤層垮落帶和斷裂帶高度

層間距小于下煤層開采形成的垮落帶高度上下煤層的垮落帶高度重合上煤層的斷裂帶高度按該層的厚度計(jì)算，下煤層斷裂帶最大高度按綜合開采厚度計(jì)算，取其中標(biāo)高最大值作為兩層煤的斷裂帶最大高度。Mz=M1+M2第二節(jié)

開采引起的地表移動(dòng)

地表移動(dòng)--因地下采礦使地表產(chǎn)生移動(dòng)、變形和破壞的現(xiàn)象和過程一、地表移動(dòng)和破壞的形式

非連續(xù)型裂縫或塌陷坑

煤層埋藏較淺，采厚較大或受構(gòu)造影響連續(xù)型地表移動(dòng)盆地或下沉盆地煤層埋藏較深，采厚較小+274+24331鶴崗富力礦淺部開采引起的地表漏斗狀塌陷坑非連續(xù)型地表移動(dòng)地表漏斗形塌陷坑非連續(xù)型地表移動(dòng)地表臺(tái)階狀裂縫非連續(xù)型地表移動(dòng)圖1-6地表塌陷漏斗急傾斜煤層開采后煤層露頭處附近漏斗狀塌陷坑

非連續(xù)型下沉地表的裂縫、臺(tái)階或塌陷坑，對(duì)位于其上的建筑物、鐵路和水體危害極大，應(yīng)避免其出現(xiàn)。連續(xù)型地表移動(dòng)地表移動(dòng)盆地采空區(qū)上方地表形成的沉陷區(qū)域，又稱地表下沉盆地。

在時(shí)間上和空間上是連續(xù)的，漸變的，有明顯的規(guī)律，變形的基本指標(biāo)可用數(shù)學(xué)方法表示

二、地表移動(dòng)盆地的形成及其特征1、地表移動(dòng)盆地的形成開采空間寬度稱為起動(dòng)距

H1(0.25-0.5)HW12W23W345W4W5地表移動(dòng)盆地動(dòng)態(tài)盆地—推進(jìn)過程中形成的地表移動(dòng)盆地靜態(tài)盆地—最終地表移動(dòng)盆地

地表移動(dòng)盆地1、充分采動(dòng)

把地表最大下沉值不再隨開采區(qū)域尺寸增大而增加的開采狀態(tài)稱為充分采動(dòng)

特點(diǎn)：地表下沉值達(dá)到該地質(zhì)條件下應(yīng)有的最大值，此后開采范圍再繼續(xù)擴(kuò)大時(shí)，地表的影響范圍相應(yīng)擴(kuò)大，但地表最大下沉值不再增加

臨界開采

達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)的地表移動(dòng)盆地

超充分采動(dòng)

地表下沉盆地出現(xiàn)平底或有多個(gè)點(diǎn)的下沉值達(dá)到最大下沉值的采動(dòng)狀態(tài)超充分采動(dòng)非充分采動(dòng)

非充分采動(dòng)—地表最大下沉值隨開采區(qū)域尺寸增大而增加的開采狀態(tài)

非充分采動(dòng)3、地表移動(dòng)盆地特征

主斷面—指通過盆地內(nèi)最大下沉點(diǎn)沿煤層傾向或走向的垂直剖面主斷面內(nèi)表現(xiàn)為通過最大下沉點(diǎn)的地表下沉曲線。1、近水平煤層地表移動(dòng)盆地

近水平煤層地表移動(dòng)盆地下沉曲線主斷面上的地表下沉曲線分為三段或兩段采空區(qū)上方的內(nèi)緣區(qū)下沉曲線呈凹形煤柱上方的外邊緣區(qū)下沉曲線呈凸形下沉曲線的凹凸或內(nèi)外邊緣區(qū)分界點(diǎn)稱為拐點(diǎn)

非充分采動(dòng)的近水平煤層地表移動(dòng)盆地

緩傾斜和中傾斜煤層地表移動(dòng)盆地

移動(dòng)盆地在傾向方向上與采空區(qū)不對(duì)稱

盆地、最大下沉值和拐點(diǎn)均下移

急傾斜煤層地表移動(dòng)盆地

非對(duì)稱性更加明顯，整個(gè)盆地及最大下沉值向采空區(qū)下邊界方向偏移，地表最大水平移動(dòng)值大于最大下沉值，煤層底板巖層也移動(dòng)地表移動(dòng)盆地的充分采動(dòng)角在移動(dòng)盆地主斷面上，將地表下沉曲線上的最大下沉點(diǎn)或盆地平底邊緣點(diǎn)投影在地表水平線上，該投影點(diǎn)和采空區(qū)邊界的連線與煤層底板在采空區(qū)一側(cè)的夾角叫充分采動(dòng)角

地表移動(dòng)盆地的充分采動(dòng)角下山方向的充分采動(dòng)角

1，上山方向的充分采動(dòng)角

2走向方向的充分采動(dòng)角以

3表示邊界角、移動(dòng)角和裂隙角邊界角邊界角—在充分或接近充分采動(dòng)條件下，移動(dòng)盆地主斷面上的邊界點(diǎn)和采空區(qū)邊界點(diǎn)的連線與水平線在煤壁一側(cè)的夾角

下沉盆地外邊界移動(dòng)盆地最外的邊界理論上：以地表移動(dòng)和變形都為零實(shí)際處理：一般取下沉為10mm的點(diǎn)為邊界點(diǎn)。下沉盆地邊界角基巖走向邊界角

0下山邊界角

0

上山邊界角

0下沉盆地移動(dòng)角在充分或接近充分采動(dòng)條件下，在移動(dòng)盆地的主斷面上，地表最外的臨界變形點(diǎn)和采空區(qū)邊界點(diǎn)連線與水平線在煤壁一側(cè)的夾角下沉盆地移動(dòng)角臨界變形值受保護(hù)的建筑物和構(gòu)筑物不需修理能保持正常使用所允許的地表最大變形值下沉盆地移動(dòng)角傾斜i=3mm/m水平變形

=2mm/m曲率K=0.2mm/m2大致相當(dāng)于地表下沉值為80mm之點(diǎn)處基巖

走向移動(dòng)角

；下山移動(dòng)角

；上山移動(dòng)角

松散層移動(dòng)角松散層第四紀(jì)、第三紀(jì)未成巖的沖積層、洪積層和殘積層的統(tǒng)稱松散層移動(dòng)角

裂隙角地表最大的一條裂縫和采空區(qū)邊界點(diǎn)與水平線在煤壁一側(cè)的夾角

走向裂縫角

上山裂縫角

下山裂縫角

急傾斜煤層邊界角、移動(dòng)角、裂隙角

急傾斜煤層的頂板、底板邊界角移動(dòng)角和裂隙角最大下沉角

在移動(dòng)盆地傾向主斷面上，采空區(qū)中點(diǎn)和地表最大沉點(diǎn)在地表水平線上投影點(diǎn)的連線與水平線在下山方向的夾角

=90

-K

K=0.5

0.8四、地表移動(dòng)和變形的主要指標(biāo)及變化規(guī)律研究方法地面點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間垂直移動(dòng)空間水平移動(dòng)

空間問題平面問題在主剖面上用數(shù)學(xué)方法研究運(yùn)動(dòng)橫向

縱向一點(diǎn)的移動(dòng)矢量是空間位置（x、y、z）和時(shí)間（t）的函數(shù)

采厚比

(連續(xù)型地表下沉條件)常規(guī)開采條件長(zhǎng)壁垮落理想地質(zhì)條件無大的地質(zhì)構(gòu)造（大斷層）單—煤層開采典型化和理想化條件一定傾角的煤層沿走向（水平煤層）

主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形規(guī)律（充分采動(dòng)）

123456789xδ0ψ3ψ3δ02′3′4′5′6′7′8′9′1′主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形規(guī)律1、下沉

主斷面內(nèi)地表移動(dòng)向量的鉛直分量,用W表示。坐標(biāo)

O點(diǎn):最大下沉值處的地表點(diǎn)

W坐標(biāo)軸向下為正，單位為mm

x坐標(biāo)軸向右為正，單位為m下沉變化規(guī)律W=W（x）最大下沉值在盆地中央，Wo=W5；x增加，W由零增加到最大，而后又趨于零W（-x）=W（x）；邊界點(diǎn)由

0決定；下沉曲線凹凸分界的拐點(diǎn)處，下沉值約為最大值的一半。2、傾斜傾斜是指地表單位長(zhǎng)度內(nèi)下沉的變化，用i表示單位為mm/m，i坐標(biāo)軸向下為正傾斜傾斜是地表下沉的一階導(dǎo)數(shù)，i(x)i=tg

正負(fù)號(hào)的決定：①i=tg

下沉曲線的切線與x軸正向所夾銳角為+

時(shí),傾斜為正;下沉曲線的切線與x軸正向所夾銳角為-

時(shí)傾斜為負(fù)。②

左側(cè)

w0

右側(cè)

w0xwoα-α傾斜的正負(fù)號(hào)

傾斜的正負(fù)號(hào)

有兩組方向不同的傾斜邊界點(diǎn)和最大下沉點(diǎn)之間的傾斜必然有正極值和負(fù)極值存在。

傾斜的正負(fù)號(hào)的物理意義垂直于地表下沉曲線的桿狀物傾倒的趨向與x軸正向相同時(shí)，傾斜為正；桿狀物傾倒的趨向與x軸負(fù)向相同時(shí)傾斜為負(fù)。水平移動(dòng)

水平移動(dòng)-地表移動(dòng)向量的水平分量,用U表示，單位為mm，123456789xδ0ψ3ψ3δ02′3′4′5′6′7′8′9′1′U=U（x）,有兩組方向不同的水平移動(dòng)

規(guī)定:正值的水平移動(dòng)與x軸的正方向一致

負(fù)值的水平移動(dòng)與x軸的負(fù)方向一致

水平移動(dòng)1點(diǎn)U1=05點(diǎn)U5=09點(diǎn)U9=0U坐標(biāo)向下為正Uox+-123456789xδ0ψ3ψ3δ02′3′4′5′6′7′8′9′1′邊界點(diǎn)和采空區(qū)中點(diǎn)的水平移動(dòng)為零；邊界點(diǎn)和采空區(qū)中點(diǎn)之間有極值。δ0ψ3δ0ψ3xw195372468oHrUox+-iox+-水平移動(dòng)U（x）和傾斜i（x）的變化趨勢(shì)同步水平移動(dòng)U（x）和傾斜i（x）Uox+-iox+-B一個(gè)有單位的比例系數(shù)曲率

地表單位長(zhǎng)度內(nèi)傾斜的變化，用K表示，單位為mm/m2或10-3/m。曲率坐標(biāo)軸向上為正

.Kox曲率BAΔxBAΔx數(shù)學(xué)上曲率嚴(yán)格定義

地表移動(dòng)和變形得出的曲率是數(shù)學(xué)上曲率嚴(yán)格定義的近似。iox+-Kox++--正負(fù)號(hào)傾斜曲線的切線與x軸正向所夾銳角為+

時(shí),曲率為正;傾斜曲線的切線與x軸正向所夾銳角為-

時(shí)曲率為負(fù)。大小K1=0K3=0K5=0K7=0中間必有極值K3=0K5=0K7=0K9=0曲率曲率正負(fù)號(hào)的物理意義

正曲率的物理意義是地表下沉曲線在地面方向凸起或在煤層方向下凹負(fù)曲率的物理意義是地表下沉曲線在地面方向下凹或在煤層方向凸起

水平變形水平變形—單位長(zhǎng)度上水平移動(dòng)的變化用表示，坐標(biāo)向上為正，單位：mm/m

ox水平變形Uox+-

ox++--正負(fù)號(hào)用tg

，水平移動(dòng)曲線的切線與x軸正向所夾銳角為+

時(shí),曲率為正;水平移動(dòng)曲線的切線與x軸正向所夾銳角為-

時(shí)曲率為負(fù)。大小

1=0

3=0

5=0

7=0中間必有極值

3=0

5=0

7=0

9=0水平變形水平變形正負(fù)號(hào)的物理意義

水平變形正值的物理意義為地表受拉伸變形負(fù)值的物理意義為地表受壓縮變形。

兩個(gè)相等的正極值和兩個(gè)相等的負(fù)極值正極值為最大拉伸值，位于邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間；負(fù)極值為最大壓縮值，位于兩個(gè)拐點(diǎn)之間；盆地邊界點(diǎn)、拐點(diǎn)和中點(diǎn)處水平變形為零；盆地邊緣區(qū)為拉伸區(qū)，中部為壓縮區(qū)盆地邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處水平變形為零水平變形的變化規(guī)律地表移動(dòng)盆地內(nèi)五項(xiàng)指標(biāo)變化規(guī)律五項(xiàng)指標(biāo)之間的關(guān)系

非充分和超充分采動(dòng)條件下水平煤層(或有一定傾角的煤層沿走向)主斷面內(nèi)地表移動(dòng)與變形規(guī)律緩傾斜、中傾斜煤層沿傾向主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形規(guī)律

下沉曲線失去對(duì)稱性，上山部分的下沉曲線要陡，范圍要小

最大下沉點(diǎn)向下山方向偏離

沿傾向主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形規(guī)律指向上山方向的水平移動(dòng)增加，指向下山方向的水平移動(dòng)減??；最大拉伸變形在下山方向，最大壓縮變形在上山方向，水平變形為零的點(diǎn)與最大水平移動(dòng)點(diǎn)重合；水平移動(dòng)曲線與傾斜曲線不相似，水平變形曲線和曲率曲線不相似內(nèi)容影響范圍最大變形、移動(dòng)值及位置主斷面內(nèi)地表移動(dòng)和變形值任意點(diǎn)（地表、巖體）變形和移動(dòng)值目的建筑物的破壞程度應(yīng)采取的相應(yīng)措施方法動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)：某時(shí)的移動(dòng)和變形

W、i、U、K、

、t靜態(tài)預(yù)計(jì)：穩(wěn)定后的移動(dòng)和變形

W、i、U、K、

主要方法靜態(tài)預(yù)計(jì)第三節(jié)地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)一、典型曲線法基于地表下沉實(shí)測(cè)資料，綜合成反映所測(cè)礦區(qū)主斷面內(nèi)下沉分布規(guī)律的地表下沉典型曲線、數(shù)據(jù)和表格。使用條件：適用于規(guī)則采空區(qū)上方的地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)。制作典型（無因次）曲線所作的典型下沉曲線與采深和煤層厚度無關(guān),只與最大下沉值和位置有關(guān)采前大量布置測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)X(m)OX1X2X3XmWx

(mm)W0W1W2W3WmY(m)0y1y2y3ymWy(mm)W0W1W2W3WmW0ψ3ψ3

0

0oX1X2X3Xm......Xm+1.WxHy1y2..典型（無因次）曲線的制作采后處理數(shù)據(jù)：O點(diǎn)為最大下沉點(diǎn)，座標(biāo)軸指向盆地邊界以X/L和Y/L為橫坐標(biāo)，坐標(biāo)單位為0.1、0.2、0.3、......1.0以WX/W0和Wy/W0為縱坐標(biāo)，坐標(biāo)單位為0.1、0.2、0.3、......1.0盆地半長(zhǎng)L1、L2或L3由

0、

0、

0、、1、

2、

3定

做典型圖和表（無因次）典型（無因次）曲線盆地o0.20.40.60.81.0X/L30.20.40.60.81.0Wx/Wo峰峰礦區(qū)充分采動(dòng)條件下主斷面內(nèi)

下沉典型曲線分布系數(shù)x/Li（i=1，2，3）00.10.20.30.40.5W(x)/W0或W(y)/W01.0000.9740.9000.7460.4990.266x/Li（i=1，2，3）0.50.60.70.80.91.0W(x)/W0W(y)/W00.2660.1190.0590.0290.0140.000預(yù)計(jì)新開采區(qū)域地表移動(dòng)與變形a、計(jì)算最大下沉值W0，（由本礦區(qū)的經(jīng)驗(yàn)）b、作主斷面圖c、確定Ld、將L十等分確定e、從表格和圖上查出：時(shí)各點(diǎn)的比值x/Li（i=1，2，3）00.10.20.30.40.5W(x)/W0或W(y)/W01.0000.9740.9000.7460.4990.266f、將WX畫到圖上連接起來做為下沉預(yù)計(jì)曲線h、i、UX=Bixj、εX=BKX

由實(shí)測(cè)資料得

B——水平移動(dòng)系數(shù)，峰峰礦區(qū)B=12

14典型（無因次）曲線計(jì)算公式θ0—開采影響傳播角，度

峰峰礦區(qū)典型曲線法預(yù)計(jì)所用的參數(shù)取值地表最大下沉值W0=

mcos

水平移動(dòng)和傾斜的比值B取為12

14，(m)角度邊界角

0=58

，

0=58

-0.32

，

0=58

開采影響傳播角θ0=90

-0.6

充分采動(dòng)角

1=64

-0.55

，

2=55

+0.4

，

3=58

松散層移動(dòng)角

=56

典型（無因次）曲線法評(píng)述典型曲線法預(yù)計(jì)時(shí)誤差較小比較簡(jiǎn)單，且比較符合實(shí)際是

較為可靠的方法之一但必須有大量的實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)不足—局限于某一礦區(qū)矩形或近似矩形的地下開采區(qū)域二、概率積分法數(shù)學(xué)預(yù)計(jì)方法（1）原理認(rèn)為巖體是松散介質(zhì)，無群多個(gè)開采單元疊加形成地表下沉盆地，單元開采下沉盆地的下沉曲線為正態(tài)分布密度函數(shù)

（2）正態(tài)分布密度函數(shù)與概率積分函數(shù)μ為常數(shù)，數(shù)學(xué)期望

0常數(shù)，方差2特點(diǎn)：（1）對(duì)稱于X=μ（2）X=μ

時(shí),

（3）f（x）為ox軸為漸進(jìn)線

f(x)oxμ密度函數(shù)的積分f(x)oxμF(x)oxμX=μ時(shí)，F(xiàn)（x)=1/2標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布密度函數(shù)

f(x)oxF(x)oxμ=0

=1（3）單元開采地表下沉盆地整個(gè)開采范圍分解成無窮多個(gè)無限小的開采單元單元開采下沉盆地的下沉曲線為正態(tài)分布密度函數(shù)

（3）單元開采地表下沉盆地r—主要影響半徑（r=Hctg

）

2.半無限開采開采范圍0+x

0的煤層全部采出，x

0的煤層全部保留ox(1)半無限開采單位厚度的煤層后x位置處A點(diǎn)的下沉變量,常量?(2)半無限整層開采后ｘ位置處Ａ點(diǎn)的下沉

當(dāng)采厚為ｍ，由于上覆巖層垮落、碎脹、斷裂和離層，地表不再能下沉ｍ，只能下沉

ｍ，受煤層傾角的影響，地表的最大下沉量為ｍ

cos

。煤層采厚度為m，計(jì)算時(shí)的采厚只能?。?/p>

cos

坐標(biāo)為x的任意點(diǎn)A，整層開采引起的地表下沉值W（x）應(yīng)為單位厚度開采引起的該點(diǎn)下沉值Wd（x）的ｍ

cos

倍。令W0=ｍ

cos

令1s是變量s=0令2

=-ud=-du

=-

u=+Oxy令4=-ud=-du

2=(-u)2

=0u=0這就是半無限開采在x處的下沉值xoxW(x)AX

定義：(3）半無限整層開采后其它指標(biāo)i(x)的推導(dǎo)K(x)推導(dǎo)

0022iUBrBbrx==)()(xBixU=令0eWBr=-pb—概率積分中的水平移動(dòng)系數(shù)U(x)推導(dǎo)

ε(x)推導(dǎo)

（4）半無限開采的地表移動(dòng)與變形分析下沉xoxW(x)oxi(x)W0

rW0

r0.0432oxK(x)W0

r2+0.4r-0.4r+1.52-1.52W0

r2i（x）為偶函數(shù)i（x）=i（-x）i(x)K(x)x＜0時(shí)，K（x）＞0；x＞0時(shí)，K（x）＜0K（x）為奇函數(shù)K（-x）=-K（x）求極值一階導(dǎo)數(shù)為零處：K(x)求極值令一階導(dǎo)數(shù)為零：求K(x)極值oxK(x)W0

r2+0.4r-0.4r+1.52-1.52W0

r2求K(x)極值U（x）為偶函數(shù)U（x）=U（-x）oxU(x)BW0

rBW0

r0.0432U(x)U(x)

（x）為奇函數(shù)（-x）=-（x）求極值ε(x)令一階導(dǎo)數(shù)為零求ε(x)的極值將x代入：求ε(x)的極值ox

（x）W0

r2+0.4r-0.4r+1.52B-1.52BW0

r2ε(x)ε(x)T1-34半無限開采地表移動(dòng)和變形五項(xiàng)指標(biāo)變化規(guī)律

（5)半無限開采地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)公式簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化的半無限開采地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)公式1地表移動(dòng)與變形分布無因次曲線

xoxW(x)rr

--主要影響角r—主要影響半徑W(x)/W0=0.9937W(x)/W0=0.0063Htg=H/r主要影響角

和下山移動(dòng)角

意義不同x/rW(-x)/W0W(x)/W0i(x)/i0U(x)/U0ε(x)/ε0K(x)/K00.000.50000.50001.00000.00001.000.00630.99370.04320.17860.400.15810.84190.60491.0000(6)拐點(diǎn)移動(dòng)距理想條件：下沉曲線的拐點(diǎn)在煤壁與采空區(qū)交界處的正上方實(shí)際條件：由于懸頂，效果相當(dāng)于實(shí)際煤壁平移了s0的一段距離，B點(diǎn)變到B

點(diǎn)s0稱為拐點(diǎn)移動(dòng)距預(yù)計(jì)地表移動(dòng)與變形時(shí)，要以假想煤壁B

點(diǎn)作為采空區(qū)的計(jì)算邊界。3有限開采條件下地表移動(dòng)盆地走向主斷面內(nèi)的移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)開采范圍A—B有限長(zhǎng)度L有限開采地表x位置處任意點(diǎn)A的下沉有限開采推導(dǎo)兩個(gè)半無限開采之差兩個(gè)半無限開采之差，第一個(gè)半無限開采是從A點(diǎn)開采到+

，第二個(gè)半無限開采是從坐標(biāo)為x-L的B點(diǎn)開采到+

兩個(gè)半無限開采之差A(yù)B1）第一個(gè)半無限開采開采范圍A

的全部煤層2）第二個(gè)半無限開采開采范圍B

的全部煤層oW(x)xLW(x-L)理想條件下A、B之間煤層的有限開采可等效于上述兩個(gè)半無限開采之差?？紤]A、B兩點(diǎn)處的拐點(diǎn)移動(dòng)距，有限開采的計(jì)算開采邊界范圍為l=L-2s0，其引起地表下沉的表達(dá)式為：

W0（x）=W（x）-W（x-l）——有限開采的值oxi(x)i(x-l)-i(x-l)ABloxU(x)U(x-l)-U(x-l)ABloxK(x)K(x-l)-K(x-l)lABox

(x)

(x-l)-

(x-l)lABU（x)K（x)ε(x)4、傾向主斷面內(nèi)的移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)（

15

）傾向主斷面內(nèi)預(yù)計(jì)特點(diǎn)主要影響半徑不同水平移動(dòng)和水平變形與開采影響傳播角有關(guān)開采影響傳播角：在移動(dòng)盆地傾向主斷面上，按拐點(diǎn)偏移距求得的計(jì)算開采邊界和地表下沉曲線拐點(diǎn)在地表水平線上的投影點(diǎn)的連線與水平線在下山方向的夾角。（1）半無限開采傾向主斷面內(nèi)的移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)

W（y)、i(y)、K(y)時(shí)，用y/r2或y/r1代替x/r半無限開采傾向主斷面內(nèi)的移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)（2）有限開采傾向主斷面內(nèi)移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)

有限開采傾向主斷面內(nèi)移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)有限開采傾向主斷面內(nèi)移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)三、下沉網(wǎng)格法主要用于不規(guī)則開采區(qū)域條件下，對(duì)地表某點(diǎn)的影響1、原理1）近水平煤層開采后，對(duì)地表P點(diǎn)有影響的煤層開采范圍是一個(gè)圓，圓心在P點(diǎn)正下方，圓的半徑R=Hctg

0PR

0

0oH2）圓內(nèi)每個(gè)單元開采對(duì)P點(diǎn)均有影響，全部采完后P點(diǎn)達(dá)到最大下沉值，圓外其它單元開采對(duì)P點(diǎn)不產(chǎn)生影響，該圓叫影響圓。3）圓內(nèi)各單元對(duì)P點(diǎn)的影響程度各不相同，半徑愈小,影響愈劇烈。因而，有影響函數(shù)f（ρ）單元開采引起的P點(diǎn)下沉dW=

mf(ρ)dρd

oxy全部開采最大下沉部分開采下沉PR

0

0oH近水平煤層中的應(yīng)用畫若干同心圓r1=0.2Rr2=0.4Rr3=0.6Rr4=0.8Rr5=1R，r6=1.2R將同心圓分成8等份，每份45

圓分成8

5=40塊分?jǐn)倷?quán):如15

835

8

Qi=35

8

24

8100011

85

840塊全采完達(dá)到W0近水平煤層中的應(yīng)用將預(yù)計(jì)點(diǎn)P與O點(diǎn)重合由不規(guī)則開采范圍的位置確定權(quán)數(shù)o

Qi=15+35+35+24+24+5=138權(quán)的確定計(jì)算設(shè)影響函數(shù)f（

）為正態(tài)分布密度函數(shù)

表!-6實(shí)驗(yàn)峰峰局某村莊下采煤圓半徑權(quán)1/6R52/6R303/6R554/6R155/6R106/6R10125*8=1000權(quán)的確定R=Hctg

0

傾斜煤層的應(yīng)用制作傾斜煤層下沉網(wǎng)格1）原理下沉等影響原理從地表A點(diǎn)做兩條射線AB與AC，

BAC相當(dāng)小時(shí)，煤層厚度相同，深度不同、傾角也不同的三層煤分別開采，引起的A點(diǎn)的下沉均相同。ABC傾斜煤層下沉網(wǎng)格第四節(jié)地表移動(dòng)與變形參數(shù)分析一、最大下沉值1、充分采動(dòng)的地表最大下沉值煤層開采后，頂板直接頂最大下沉mcos

地表最大下沉

mcos

W0=

mcos

—地表下沉系數(shù)m—采高；

—煤層傾角m

=f（頂板管理方法，巖性，采動(dòng)次數(shù)，采深，采出率）上覆巖層巖性與

巖性堅(jiān)硬中硬軟弱下沉系數(shù)

0.27

0.540.55

0.850.86

1.00部分煤礦實(shí)測(cè)的地表下沉系數(shù)變化范圍

采空區(qū)處理方法與

采空區(qū)處理方法下沉系數(shù)

全部垮落法0.4

0.95帶狀充填法(外來材料)0.55

0.70干式全部充填法(外來材料)0.4

0.50風(fēng)力充填法0.30

0.40水砂充填法0.06

0.20采空區(qū)處理方法與

礦區(qū)下沉系數(shù)

淮南0.7峰峰0.8本溪0.7阜新0.65-0.70鶴崗0.65-0.7平頂山0.65-0.77棗莊0.59-0.7注:全部垮落法不同礦區(qū)地表下沉系數(shù)

巖性和采動(dòng)次數(shù)綜合評(píng)價(jià)系數(shù)P

=0.5(0.9+P)（

全部垮落法條件）mi—i分層法線厚度m；Qi—i分層巖層評(píng)價(jià)系數(shù)。分層巖性評(píng)價(jià)系數(shù)巖性單向抗壓強(qiáng)度（MPa）巖石名稱初次采動(dòng)Q0重復(fù)采動(dòng)Q1Q2堅(jiān)硬60不硬的花崗巖0.10.30.6中硬4030普通砂巖、鐵礦石砂質(zhì)頁(yè)巖、片狀砂巖0.40.80.70.90.951.0巖層愈堅(jiān)硬，Qi愈小，

愈小同樣巖層，采動(dòng)次數(shù)愈多,Qi愈大，

愈大采深和采出率對(duì)的影響采深小,

較大局H（m）

平頂山局80

140140

2000.770.65棗莊局

100

1000.70.59采出率大，

大2、非充分采動(dòng)條件下地表最大下沉值

W0=

mcos

確定

的方法確定

的方法1l0/lc或L0/Lc0.10.20.30.40.5

/

0.000.480.640.770.85l0/lc或L0/Lc0.60.70.80.91.0

/

0.940.970.980.991.00開采充分程度(l0/lc)或(L0/Lc)與(

/

)的關(guān)系

確定

的方法2確定

的方法2Lθ為開采區(qū)域長(zhǎng)度或?qū)挾劝撮_采影響傳播角θ0向地面的投影長(zhǎng)度

H0為平均采深

二、主要影響半徑和主要影響角

（開采影響范圍）

主要影響半徑x=

r處的地表移動(dòng)和變形xW（x）i（x）K（x）-r0.0062W00.0432i00.178K0r0.9938W00.0432i0-0.178K0主要影響角主要影響角：開采邊界點(diǎn)與主要影響半徑邊界點(diǎn)的連線與水平線所夾的銳角（與下山方向巖層移動(dòng)角含義不同）

r，影響范圍變小r

影響范圍變大主要影響角正切tg

取值tg

常見值為1.3~2.5，一般為2大小主要決定于上覆巖層的巖性，巖層堅(jiān)硬時(shí)，tg

較小，巖層軟弱時(shí)，tg

較大。一般情況下，堅(jiān)硬巖層的tg

為1.2~1.91，中硬巖層為1.92~2.4，軟弱巖層為2.41~3.54。U0=bW0三、水平移動(dòng)系數(shù)U(x)=Bi(x)水平移動(dòng)系數(shù)水平煤層一般b=0.3，變化范圍大致在0.2

0.4傾斜煤層bαbα=b(1+0.0086α)四、拐點(diǎn)偏移距拐點(diǎn)偏移距：過地表下沉曲線拐點(diǎn)在地表水平線上的投影點(diǎn)，按開采影響傳播角作直線與煤層相交，該交點(diǎn)與采空區(qū)邊界沿煤層方向的距離水平煤層或沿煤層走向方向剖面，則為水平距離

拐點(diǎn)偏移距下沉曲線的拐點(diǎn)特征：下沉值為最大下沉值的一半，傾斜和水平移動(dòng)值最大，曲率值和水平變形值為零

充分采動(dòng)條件下拐點(diǎn)移動(dòng)距堅(jiān)硬S堅(jiān)硬=0.029H中硬S中硬=0.177H軟弱S軟弱=0.358H

走向主斷面為平均采深，下山一側(cè)為下山邊界采深上山一側(cè)為上山邊界采深五、開采影響傳播角

隨傾角增大而減小，以45o為極限，而后隨傾角增大而增大α

45o時(shí)，

0=90o-0.68αα

45o時(shí)，

0=28.8o+0.68α舉例某工作面開采,傾向已達(dá)充分采動(dòng),走向長(zhǎng)度已足夠長(zhǎng),可認(rèn)為是半無限開采,走向主斷面處開采深度H=310m,采厚m=2mm=1.45m,煤層傾角

=12

,覆巖中硬,全部垮落法管理頂板,已知經(jīng)驗(yàn)值

=0.76，tg

=2.2，S0=0.1H，b=0.36預(yù)計(jì)沿地表移動(dòng)盆地走向斷面上的最大移動(dòng)和變形值.S0=0.1H=0.1

310=31(m)W0=m

cos

=1.45

1000

0.76

cos12

=1078mm六地表移動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間巖層移動(dòng)變形—在空間時(shí)間劇烈程度—下沉速度反映地表設(shè)測(cè)點(diǎn)AA．地表移動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間地表下沉速度變化規(guī)律

W(mm)V(mm/d)Ⅰ開(初）始階段10＜1.7Ⅱ活躍階段85%W0＞1.7Ⅲ衰減階段＜30(6個(gè)月）速度變化規(guī)律小大小最大下沉速度在工作面后方活躍階段對(duì)建筑物危害最大，也稱為變形危險(xiǎn)期巖性愈軟、采深愈小、采厚愈大、推進(jìn)愈快，地表下沉速度愈大頂板管理方法礦區(qū)地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間（月）總時(shí)間開始階段活躍階段衰退階段

垮落法棗莊8152焦作8152開灤191108阜新132.563充填法新汶29

551

1010

1818

27阜新55102025部分充填法北票172.55.59棗莊8.512.55地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間

地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間巖層移動(dòng)時(shí)間巖層移動(dòng)時(shí)間主要與采深和巖性有關(guān)采深H（m）時(shí)間（年）

1000.7

1100

2001

2200

3002

3第二章建筑物下采煤我國(guó)三下上壓煤量137.6億t；建筑物下壓煤87.6億t，占63.6%。2000個(gè)面，100個(gè)礦井在三下一上開采過。近年來我國(guó)發(fā)明了遷樓技術(shù)，并申請(qǐng)了專利年局（礦）建筑物開采情況結(jié)果62本溪彩屯礦三層醫(yī)院大樓重復(fù)開采（全采）維修加固后仍用64-67撫順廠房水砂充填加固采出厚20m的煤層73-74蛟河礦建筑群下條帶成功78資江礦礦俱樂部全采正常使用91沛城礦縣城下抗變形建筑條帶地表最大下沉81mm平均60mm83陽泉試驗(yàn)住宅全采加固后正常使用建筑物下安全采煤的途徑：井下采取采礦措施，減少地面移動(dòng)和變形；地面對(duì)建筑物采取保護(hù)措施，采前通過設(shè)計(jì)、加固，增加抗變形能力，采后維修。第一節(jié)地表移動(dòng)和變形對(duì)建筑物的影響一、地表變形和移動(dòng)對(duì)建筑物的影響二、建筑物損壞等級(jí)與允許變形

一、地表變形和移動(dòng)對(duì)建筑物的影響移動(dòng)下沉水平移動(dòng)

傾斜曲率水平變形拉伸壓縮圍巖運(yùn)動(dòng)變形均勻下沉對(duì)建筑物本身不會(huì)產(chǎn)生破壞影響管線：水管、氣管、電話線、電線水位上升降低了地基的強(qiáng)度，影響建筑物的使用下沉水平移動(dòng)均勻水平移動(dòng)對(duì)建筑物本身不會(huì)產(chǎn)生破壞但影響管線實(shí)際是非均勻的使建筑物重心偏移，增加了附加力，影響穩(wěn)定性。危害程度與建筑物高度成正比。煙囪、水塔、電桿一般平房影響不大。傾斜平面

曲面，在正負(fù)曲率作用下，應(yīng)力重新分布平面狀態(tài)：建筑物的作用力和地基的反作用力平衡

曲率正曲率建筑物頂部開裂負(fù)曲率建筑物底部開裂使建筑物受拉或受壓拉伸變形危害最大[

拉]

[

壓]幾倍—幾十倍拉伸變形大于1mm/m，磚石結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細(xì)小的豎向裂隙。水平變形拉伸變形壓縮變形壓縮變形較大時(shí)，墻壁壓碎，地板鼓起，圍墻褶曲五項(xiàng)指標(biāo)對(duì)建筑物影響分析水平變形和曲率對(duì)建筑物影響最大傾斜對(duì)高度大，底面積小的建筑物影響大二、建筑物的破壞等級(jí)及允許變形1、建筑物的破壞等級(jí)根據(jù)建筑物破壞程度對(duì)建筑物的破壞進(jìn)行分級(jí)建筑物的破壞程度取決于：地表變形大小本身抵抗變形的能力

磚石結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土層數(shù)、高度、寬高比一定的建筑物其抵抗變形的能力是一定的，允許變形也是一定的。實(shí)際變形超過允許變形時(shí)，建筑物一定程度破壞，超過愈多，建筑物破壞愈嚴(yán)重。磚石結(jié)構(gòu)建筑物破壞等級(jí)磚混結(jié)構(gòu)建筑物破壞等級(jí)（＜20m)破壞等級(jí)傾斜mm/m曲率10-3/m水平變形mm/m處理方式Ⅰ≤3.0≤0.2≤2.0不修簡(jiǎn)修Ⅱ≤6.0≤0.4≤4.0小修Ⅲ≤10.0≤0.6≤6.0中修Ⅳ＞10.0＞0.6＞6.0大修重建下沉盆地主剖面上移動(dòng)角外邊界i=3mm/m，K=0.2

10-3/m，

=2mm/m2、建筑物的保護(hù)等級(jí)保護(hù)等級(jí)建筑物名稱Ⅰ明令保護(hù)的文物，Ⅰ級(jí)火車站，發(fā)電廠主廠房，重要堤壩，采動(dòng)后可能重大生產(chǎn)、傷亡事故的構(gòu)筑物，工業(yè)場(chǎng)地等Ⅱ高爐、22萬伏高壓線鐵塔、礦區(qū)總變電所、Ⅱ級(jí)火車站、三層以上住宅，辦公樓、醫(yī)院、劇院、學(xué)校、百貸大樓、電視塔，輸水管干線等ⅢⅢ、Ⅳ級(jí)火車站，磚瓦平房，二層樓房，村莊民房，鋼瓦斯管道，高壓線鐵塔等Ⅳ農(nóng)村木結(jié)構(gòu)房屋，簡(jiǎn)易倉(cāng)庫(kù)，臨時(shí)建筑物根據(jù)重要性、用途、破壞后可能的后果建筑物的允許變形保護(hù)等級(jí)傾斜mm/m曲率半徑km水平變形mm/mⅠ2.5201.5Ⅱ5.0123.0Ⅲ10.066.0Ⅳ15.049.0不同保護(hù)等級(jí)的建筑物允許的地表變形最大值第三節(jié)

建筑物下采煤的井下開采技術(shù)措施建筑物下采煤的目的：采出煤炭資源盡可能地減少建筑物受損害的程度。

規(guī)程規(guī)定的建筑物壓煤容許開采的條件井下采取開采技術(shù)措施地面對(duì)建筑物要采取加固維修措施。1）在緩傾斜和傾斜厚煤層淺部,采用傾斜分層2）急傾斜煤層（淺部）采用分層間歇式采煤法嚴(yán)禁無限制地放煤煤層頂板堅(jiān)硬不易冒落時(shí)要人工強(qiáng)制放頂。煤層露頭處應(yīng)保留足夠高度的煤柱3）若建筑物位于煤層露頭附近或其下方有淺部煤層或煤層上方覆巖為石灰?guī)r地層，需查明建筑物下方是否有老窯、廢巷、巖溶、老井以及他們被充填的程度一、防止地表突然下沉和塌陷,二、既能減少地表下沉又能減少地表變形的井下開采技術(shù)措施

地表移動(dòng)和變形的各項(xiàng)指標(biāo)均與最大下沉值成正比

1、充填法處理采空區(qū)充填法處理采空區(qū)水砂充填風(fēng)力充填矸石自溜充填水砂充填法,地表最大下沉值僅為采厚的8

15%，專門的充填設(shè)備和設(shè)施，充填材料，噸煤成本中增加充填費(fèi)用水砂充填采煤法1—行人斜井；2—砂倉(cāng)；3—注砂室；4—斜井；5—地面清水池；6—注砂管；7—流水上山；8—流水道；9—沉淀池；10—排泥罐；11—水倉(cāng)；12—水泵；13—排泥礦車；14—吸水井；15—排水管；16—運(yùn)砂礦車；17—供水管；18—已充填的采空區(qū)2、條帶采煤法

煤層劃分為若干條帶，各條帶相間開采，采出條帶采出后，由保留條帶支撐上覆巖層重量。條帶采煤法能夠有效地減少地表變形，減少地表下沉量可達(dá)80

90%主要缺點(diǎn)是采出率低，采出率小于50%，巷道掘進(jìn)多，工作面效率低ba大同白洞居民村下徐州韓橋、徐州沛城城下棗莊、撫順阜新平安礦建筑物下蛟河礦奶子山鎮(zhèn)下四川南桐隧道下鶴壁九礦工人村下峰峰礦區(qū)條帶+充填

—0.02

0.05條帶+垮落

—0.05

0.15條帶采煤法

通過地面鉆孔向開采后正在離層的巖層縫隙中進(jìn)行高壓注漿，使巖體進(jìn)一步碎裂可減少下沉80年代撫順局老虎臺(tái)礦減少下沉56.9

65.2%增加成本3、采空區(qū)離層帶中高壓注漿

離層帶高壓注漿效果

注漿效果撫順老虎臺(tái)大屯徐莊兗州東灘漿液占采煤量(%)4.8760.0219.26粉煤灰占采煤量%1.550.951.91減少下沉(%)56.9

65.23554注漿效果開灤唐山新汶華豐南桐東林漿液占采煤量(%)24.59—14粉煤灰占采煤量%1.46—1.32減少下沉(%)8.43.691三、減少地表變形的井下開采技術(shù)措施

能減少地表變形但不能明顯減少地表下沉1、限厚開采（微分層開采）建筑物允許的水平變形為[

]開采后地表最大的水平拉伸變形為

max

max

[

]一次采出厚度由最大允許水平變形值

max來決定限厚開采1限厚開采舉例取[

]=1.5mm/mH=500m

=10

b=0.3

=0.8tg

=2則m

1043mm。

實(shí)際中開采上有困難2、消除或減少開采引起的地表變形不利疊加，利用地表變形有利疊加近距離煤層群

厚煤層分層拉伸變形與拉伸變形疊加

拉伸變形與壓縮變形疊加停采線

開采邊界（1）上下分層或上下煤層間歇開采在先采的煤層或分層引起的地表移動(dòng)穩(wěn)定后再繼續(xù)開采相鄰的分層或煤層

限制了同時(shí)開采的采厚

消除上下煤層或分層開采影響相互疊加問題：工作面接替不利于巷道維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)集中生產(chǎn)（2）盡量實(shí)行無煤柱開采，避免在建筑物下殘留尺寸不當(dāng)?shù)拿褐A段、水平、大巷、上下山和區(qū)段煤柱，以及斷層煤柱。LrLr,工程意義上的地表變形不疊加+-

+-L＞4rrab

a

bL=2r時(shí)，地表變形疊加，但峰值比原來的最大值略大

a+

b略大于

max+-+-L=2rrab

a

bL=2r+-+-L=0.8r0.4rab

a

b0.4rL=0.8r時(shí),地表變形峰值疊加

a+

b=2

max因此建筑物不宜布置在這類煤柱上L=0.8r2

max

采空區(qū)內(nèi)殘留的煤柱對(duì)地表水平變形的影響

煤柱寬度煤柱寬度小于10

15mm壓酥（不會(huì)對(duì)地表產(chǎn)生不利影響）煤柱寬度大于15

20mm,對(duì)地表產(chǎn)生不利影響,建筑物應(yīng)避開（3）布置較長(zhǎng)的工作面，使建筑物僅受動(dòng)態(tài)變形超充分采動(dòng)盆地中央W=W0、i=0，K=0、

=0，U=0+-

+-r使建筑物位于盆地中央利用上下煤層或上下分層同時(shí)開采所產(chǎn)生的地表拉伸變形與壓縮變形相互抵消,減少開采對(duì)地表的影響上下煤層或上下分層協(xié)調(diào)開采同一煤層相鄰工作面協(xié)調(diào)開采（4）工作面協(xié)調(diào)開采Harmonicmining上下工作面協(xié)調(diào)開采+-0.4r1m1

1

2+m20.4r2H1H2l兩層煤錯(cuò)開的距離l結(jié)果：少受一次拉伸變形當(dāng)上煤層較薄下煤層較厚時(shí)，使最大拉伸變形減少。+-0.4r1m1

1

2+m20.4r2H1H2l上下工作面協(xié)調(diào)開采+-0.4r

1

2+0.4rHl建筑物僅承受初采工作面最大拉變形和最終工作面的壓縮變形問題：采掘接替和巷道布置有特定的要求，我國(guó)未廣泛應(yīng)用。上下工作面協(xié)調(diào)開采同煤層相鄰工作面協(xié)調(diào)開采鋸齒形工作面臺(tái)階形工作面原理：先采的部分為非充分采動(dòng)，變形量??；讓后采的工作面的拉伸變形與先采工作面的壓縮變形抵消一部分。++-+--臺(tái)階形工作面+-+-同煤層相鄰工作面協(xié)調(diào)開采問題：管理困難(5)合理布置各煤層或上下分層的開采邊界避免建筑物位于開采影響邊界避免建筑物承受拉伸變形尤其是避免最大拉伸變形，即避開0.4r處。+-0.4r合理布置各煤層或上下分層的開采邊界停采線位置對(duì)建筑物的影響

（a）建筑物受雙倍拉伸變形；（b）建筑物受雙倍壓縮變形；（c）建筑物受最大傾斜作用；（d）建筑物受最大剪切變形

矩形建筑物長(zhǎng)軸方向抗變形能力較小短軸方向抗變形能力較大位于區(qū)段內(nèi)時(shí)，工作面應(yīng)平行于建筑物長(zhǎng)軸布置推進(jìn)方向?yàn)槌浞植蓜?dòng)，變形值最大，建筑物短軸方向抗變形能力較大。合理確定建筑物與開采區(qū)域的相對(duì)位置建筑物位于區(qū)段外時(shí)，工作面應(yīng)垂直建筑物長(zhǎng)軸方向布置

0.4r側(cè)邊拉伸變形最大，讓抗變形能力較大的短軸方向垂直于區(qū)段的長(zhǎng)軸方向。合理確定建筑物與開采區(qū)域的相對(duì)位置避免工作面與建筑物長(zhǎng)軸斜交，承受長(zhǎng)期拉變形工作面應(yīng)以主要或大多數(shù)建筑物的長(zhǎng)軸方向?yàn)闇?zhǔn)來布置推進(jìn)方向4、對(duì)稱背向開采保護(hù)孤立的建筑物建筑物抗壓縮變形能力大，[

壓]＞[

拉]開切眼位位于建筑物正下方，使建筑物不承受拉伸變形，而承受疊加后較大的壓縮變形。U=0，W=W0為避免建筑物承受較大的壓縮變形，在建筑物下方r/2處開切眼，建筑物承受少量拉伸變形和少量壓縮變形++++r/2開采邊界處理

原則上建筑物應(yīng)避開開采邊界當(dāng)不可避免地位于開采邊界位置處時(shí)，邊界要處理上下煤層和上下分層合理邊界位置+-0.4r1m1

1

2+m20.4r2+-邊界充填

矸石充填

水砂

粉煤灰+-+-鋸齒狀邊界非充分采動(dòng)的壓縮變形和充分采動(dòng)的拉伸變形相互抵消一部分問題：設(shè)備、采煤方法，采出率第四節(jié)條帶式采煤法條帶采煤法開采的一般條件煤層埋深一般小于500m采厚一般在2m左右，個(gè)別達(dá)到4~8m,目前已放頂煤采出率一般在40

60%地表下沉系數(shù)一般小于0.1，個(gè)別達(dá)到0.16我國(guó)目前已從單一煤層開采發(fā)展到煤層群從薄及中厚煤層開采發(fā)展到放頂煤條帶開采

一、條帶采煤法的適用條件地面為密集建筑群、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的或紀(jì)念性的建筑物；難搬遷的村莊；鐵路橋梁、隧道或鐵路干線下；水體下的煤層及受巖溶承壓水威脅的上方煤層；地面排水困難。條帶采煤法開采的理想地質(zhì)條件：煤層埋深小于400

500m，單一煤層，厚度比較穩(wěn)定，頂?shù)装鍘r層和煤層較硬二、條帶劃分的類型以條帶面推進(jìn)方向走向條帶搬家少

穩(wěn)定性差

傾斜條帶搬家多穩(wěn)定性好以采空區(qū)處理方法充填條帶減少變形下沉增加穩(wěn)定性垮落條帶ba三、條帶開采的巖層移動(dòng)和變形特點(diǎn)

工作面礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)斷裂帶高度降低，工作面基本頂來壓現(xiàn)象減弱或消失，對(duì)底板破壞減弱，巷道礦壓顯現(xiàn)不明顯

地表移動(dòng)和變形特點(diǎn)

地表下沉系數(shù)小η隨采出率降低而減小，C在50%左右時(shí)，η一般在0.15以下。地表下沉的組成：保留條帶壓入底板保留條帶自身被壓縮保留條帶上方的巖柱被壓縮主要影響角

小，主要影響半徑大r

tg

礦全采條帶蛟河礦1.91.5阜新平安礦2.011.26峰峰一礦

2.01.45

1.57鶴壁九礦

3.21.06

1.22地表移動(dòng)和變形特點(diǎn)

地表移動(dòng)和變形特點(diǎn)水平移動(dòng)系數(shù)隨采深增加變小b條=(1.29-0.0026H)b全地表移動(dòng)期短T條

(0.4

0.5)T全采地表多次下沉受相鄰條帶或鄰近煤層條帶開采影響長(zhǎng)壁開采無此影響

主控參數(shù)：采出條帶寬度b保留條帶寬度a采出率C四、條帶尺寸設(shè)計(jì)1、采出率C

C一般為40

60%ba正規(guī)條帶采煤法地表下沉系數(shù)與采出率的關(guān)系

采出率（%）堅(jiān)硬覆巖中硬覆巖軟弱覆巖700.14

0.170.21

0.270.27

0.33600.09

0.110.13

0.170.17

0.21500.05

0.060.08

0.100.10

0.12400.026

0.0320.03

0.050.05

0.06300.011

0.0140.016

0.0220.022

0.026地表要避免出現(xiàn)波浪形下沉盆地采寬等于或大于三分之一埋深時(shí)，地表就要出現(xiàn)波浪形的下沉盆地。2、采出條帶寬度bb應(yīng)等于或小于（1/10

1/4）H我國(guó)已有的采出條帶寬度多在10

50m采出條帶寬度b取決于保留條帶的寬度和采出率

baC=Constant，b

a

當(dāng)采出率恒定時(shí)，采出煤柱寬度增加時(shí)，保留條帶寬度也增加，煤柱穩(wěn)定性也增加。采出條帶寬度b取決于保留條帶的寬度和采出率3、保留條帶寬度a（1)穩(wěn)定性要求寬高比要求

ah充填條帶垮落條帶（2)強(qiáng)度要求單向受力狀態(tài)的計(jì)算所受的垂直應(yīng)力

≤[

]γHahH[σ]的確定σm—立方體試塊單向抗壓強(qiáng)度，MPaA、B—系數(shù)美國(guó)A=0.778,B=0.222南非A=0.64,B=0.36h—保留條帶高度，m；w(a)—保留條帶度度，m。保留條帶的強(qiáng)度隨試樣寬度變化單向應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度要求保留條帶能夠承受的極限載荷

A．H．Ｗilson兩區(qū)約束理論假設(shè)周邊是塑性區(qū)，中部是柱核區(qū)，受塑性區(qū)約束，柱核區(qū)處于三向應(yīng)力狀態(tài)，強(qiáng)度有一定程度提高

三向應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度要求保留條帶能夠承受的極限載荷柱核區(qū)的強(qiáng)度：

=

0+

3tg

0—單向抗壓強(qiáng)度

3—煤柱上的側(cè)向壓力；tg

—三向應(yīng)力系數(shù)τσσ1σ30σ1+σ322θ

C

=

0+

3tg

當(dāng)

取36

時(shí)，tg

4。則

=

0+4

3保留條帶能夠承受的極限載荷設(shè)煤柱穩(wěn)定的極限：柱核區(qū)平均應(yīng)力

達(dá)到4H塑性區(qū)寬度X0

4.92

10-3Hh,m保留條帶塑性區(qū)寬度

b—煤柱周邊的抗壓強(qiáng)度，取0.007MPaK—應(yīng)力集中系數(shù)，取4h—煤層厚度或采高，mH—采深，mP極限=4

H（a-4.92Hh

10-3）X0

4.92

10-3Hh,m保留條帶能夠承受的極限載荷保留條帶應(yīng)滿足①和②①保留條帶中部應(yīng)保證有一個(gè)彈性區(qū)存在②能夠承受的極限強(qiáng)度（載荷）要大于實(shí)際承受的載荷a

2Xo+B(m）B(1～2)h保留條帶三向應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度要求保留條帶實(shí)際承受的載荷

實(shí)測(cè)：距煤壁0.3H的水平距離處，上覆巖層的載荷就能完全被采空區(qū)冒落的矸石支撐保留條帶僅承受一部分采出條帶上方的巖層重量,其余部分由采出條帶采空區(qū)的矸石支撐aaabbH

H0.3H0.3H0.3H保留條帶實(shí)際承受的載荷保留條帶實(shí)際承受的載荷P實(shí)際=(a+0.3H)

H采空區(qū)實(shí)際承受的載荷P實(shí)際=(b-0.3H)

HaabH

H0.3H0.3H保留條帶實(shí)際承受的載荷這意味著采出條帶寬度大于0.6H時(shí)，地表將達(dá)到最大下沉值，這是與條帶采煤法開采的目的是相背的。

b0.6H時(shí)保留條帶實(shí)際承受的載荷分為三部分aabH

Hb/2b0.6H時(shí)保留條帶實(shí)際承受的載荷aabH

Hb/2ob/2

0.3H

?

Hθb0.6H時(shí)ob/2

0.3H

?

Hθ保留條帶實(shí)際承受的載荷保留條帶實(shí)際承受的載荷P極限=4

H（a-4.92Hh

10-3）五、條帶開采注意的問題

上行開采順序有利于保留條帶基本不再受重復(fù)采動(dòng)影響。當(dāng)煤層間距較小時(shí)上下煤層或上下分層的煤柱要對(duì)齊。保留條帶中盡量不開掘巷道或少開掘巷道不得隨意擴(kuò)大采出條帶寬度和縮小保留條帶寬度。回采巷道采用錨桿支護(hù)能起到加固保留條帶的作用。第五節(jié)

村莊下采煤

村莊下壓煤量一般占礦井儲(chǔ)量的10

30%村莊民房建筑質(zhì)量參差不齊煤礦與房主之間的關(guān)系是公私關(guān)系一、不遷村全采，采后維修和補(bǔ)償二、不遷村條帶開采

不遷村全采，采后維修和補(bǔ)償

理論基礎(chǔ)：臨界安全開采深厚比（采深H與采厚之比）臨界安全開采深度H臨界安全開采深厚比[

]=2mm/m，b=0.3，

=0.8，tg

=2，α=10°H/M=359，M=2m時(shí)，臨界安全開采深度為718m；

不遷村長(zhǎng)壁垮落開采，采后維修和補(bǔ)償隨著采深度加大，我國(guó)棗莊和新汶礦區(qū)在村莊下較早地實(shí)行了不遷村長(zhǎng)壁垮落開采。通過對(duì)沉陷區(qū)民房損壞調(diào)查后認(rèn)為：當(dāng)

0=4mm/m左右時(shí)，沉陷區(qū)內(nèi)80

94%的民房?jī)H產(chǎn)生Ⅰ級(jí)損壞，采用采后維修和補(bǔ)償?shù)霓k法比較經(jīng)濟(jì)與實(shí)用。地表最大水平變形與民房損壞率礦區(qū)水平變形

0（mm/m）Ⅰ級(jí)（%）Ⅱ級(jí)（%）III級(jí)（%）Ⅳ級(jí)（%）棗莊6.628.237.924.29.14.579.75.64.610.1新汶3.994.33.91.8

水平變形小于4mm/m要制定好和損壞等級(jí)與之對(duì)應(yīng)的賠償標(biāo)準(zhǔn)

第七節(jié)加固地表建筑物的常用措施簡(jiǎn)介1、設(shè)置變形縫減少了單元長(zhǎng)度變形發(fā)生在變形縫處。2、加圈梁拉大抗拉強(qiáng)度3、設(shè)置緩沖溝吸收地表水平變形和曲率對(duì)建筑物的影響基礎(chǔ)外側(cè)挖溝，超過基礎(chǔ)深度200

300mm，吸收變形。4、設(shè)置滑移層基礎(chǔ)之下用石子先鋪建筑物基礎(chǔ)與地表表土層之間設(shè)置相對(duì)滑動(dòng)。第三章鐵路下采煤第一節(jié)鐵路下采煤一、概述1、鐵路下采煤的含義主要指線路下采煤（橋梁、隧道和車站與普通建筑物相同）保證鐵路列車和線路安全運(yùn)行的條件下開采鐵路下壓煤多19億t京山線地面寬12m，保護(hù)的寬度為20m，井下煤柱寬800

900m連續(xù)型地表移動(dòng)路基的移動(dòng)和變形與地表是一致的

非連續(xù)型地表移動(dòng)地表產(chǎn)生急劇下沉、開裂，甚至突然塌陷采深與采厚之比達(dá)到一定值后，地表移動(dòng)和變形是連續(xù)型的，在一定的地表下沉速度下，可以通過及時(shí)維修來保證行車安全。鐵路下采煤的依據(jù)鐵路下采煤的特點(diǎn)列車重量大，速度快、線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格國(guó)家鐵路干線是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈，安全上比一般建筑物要求高鐵路線路的移動(dòng)和變形較為復(fù)雜線路可以通過維修消除移動(dòng)和變形

鐵路的分級(jí)干線大動(dòng)脈、運(yùn)量大、速度快、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求高，車輛密度大、間歇時(shí)間短，開采困難。京滬、京山、京廣支線支脈、運(yùn)量小、速度慢、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求低、間歇時(shí)間長(zhǎng)，較容易開采。徐沛礦區(qū)專用線只為礦區(qū)服務(wù)，多數(shù)僅運(yùn)煤，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，容易開采。鐵路等級(jí)和保護(hù)等級(jí)

保護(hù)等級(jí)鐵路等級(jí)圍護(hù)帶寬度（m）Ⅰ國(guó)家一級(jí)20Ⅱ國(guó)家二級(jí)15Ⅲ國(guó)家三級(jí)10Ⅳ工礦企業(yè)專用（一、二和三級(jí)）5我國(guó)鐵路下開采的情況主要在礦區(qū)專用線或支線下開采

峰峰、鶴崗、北票、阜新、平頂山、開灤、棗莊也有一、二和三級(jí)鐵路一級(jí)

沈丹線（沈陽彩屯）二級(jí)

林（囗）密（山）線（雞西麻山、滴道）三級(jí)大張線（準(zhǔn)南、李一）薛棗線、馬磁線

第二節(jié)

地表移動(dòng)和變形對(duì)線路的影響

連續(xù)的、平緩的、漸變的地表下沉和移動(dòng)是鐵路下安全采煤的先決條件。鐵路下采煤不容許出現(xiàn)非連續(xù)型的、突然的和局部的地表塌陷。

地表移動(dòng)和變形的影響鐵路線路由鋼軌、軌枕、道床、路基、聯(lián)結(jié)件及道岔等組成道床和路基是柔性的，一般能適應(yīng)地表變形連續(xù)型地表移動(dòng)和變形對(duì)線路的影響傾斜—改變了線路的坡度上坡—增加阻力，使?fàn)恳Σ蛔?。下坡—使制?dòng)力不足。橫向傾斜—使列車重心偏移x連續(xù)型地表移動(dòng)和變形對(duì)線路的影響曲率—改變了線路的豎曲線半徑x水平移動(dòng)和變形橫向使直線段彎曲，彎曲段半徑增大或縮小縱向使線路拉伸或壓縮連續(xù)型地表移動(dòng)和變形對(duì)線路的影響拉伸使軌縫增大，可能拉斷魚尾板或切斷聯(lián)結(jié)螺栓