21开采引起的地表沉陷规律ppt课件

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1、2 2 减沉开采技术减沉开采技术2-1 2-1 开采引起的地表沉陷规律开采引起的地表沉陷规律2-2 2-2 开采沉陷对地面建筑物的影响开采沉陷对地面建筑物的影响2-3 2-3 减少开采沉陷影响的技术措施减少开采沉陷影响的技术措施2-4 2-4 条带开采技术条带开采技术2-5 2-5 充填开采技术充填开采技术2-6 2-6 部分充填开采技术部分充填开采技术2-1 2-1 开采引起的地表沉陷规律开采引起的地表沉陷规律一、地表移动和破坏的形式一、地表移动和破坏的形式二、地表移动盆地的形成及特征二、地表移动盆地的形成及特征三、地表移动的角量参数三、地表移动的角量参数四、地表移动变形参数与分布规律四、地

2、表移动变形参数与分布规律五、关键层运动对开采沉陷的影响五、关键层运动对开采沉陷的影响六、开采沉陷预计方法六、开采沉陷预计方法一、地表移动和破坏的形式一、地表移动和破坏的形式地表移动盆地地表移动盆地地表裂缝及台阶地表裂缝及台阶煤层露头处附近漏斗状塌陷坑煤层露头处附近漏斗状塌陷坑 二、地表移动盆地的形成及特征二、地表移动盆地的形成及特征1、地表移动盆地的形成、地表移动盆地的形成H1W12W23W345W4W52 2、充分采动与非充分采动、充分采动与非充分采动 充分采动充分采动地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大而增加。地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大而增加。非充分采动非充分采动地表最大下沉值随

3、开采区域尺寸增大而增加地表最大下沉值随开采区域尺寸增大而增加 。12345wwww1235w4H(0.250.5)H非充分采动时的地表移动盆地非充分采动时的地表移动盆地 p1-110330W0临界充分采动时的地表移动盆地临界充分采动时的地表移动盆地 A030W03B临界开采尺寸临界开采尺寸 ，1.21.21.41.4倍采深倍采深 超充分采动时的地表移动盆地超充分采动时的地表移动盆地 4330W0W 30B 10A 43 12 3、地表移动盆地特征、地表移动盆地特征 主断面主断面通过盆地内最大下沉点沿煤层倾通过盆地内最大下沉点沿煤层倾向或走向的垂直剖面向或走向的垂直剖面（1近水平煤层地表移动盆地

4、近水平煤层地表移动盆地 3BAB采 空 区A030BWAAB03W0300倾向临界充分采动倾向临界充分采动3AA0B3W0300BA采 空 区BWA030B 非充分采动非充分采动AA033B0B0AB采 空 区AB330下沉曲线特征下沉曲线特征主断面上的地表下沉主断面上的地表下沉曲线分为三段。曲线分为三段。采空区上方的内缘区采空区上方的内缘区下沉曲线呈凹形下沉曲线呈凹形 煤柱上方的外边缘区煤柱上方的外边缘区下沉曲线呈凸形下沉曲线呈凸形 3AA0B3W0300BA采 空 区BWA030B下沉曲线的凹凸或内下沉曲线的凹凸或内外边缘区分界点称为外边缘区分界点称为拐点拐点 。拐点偏移距。拐点偏移距。（

5、2 2缓倾斜和倾斜煤层地表移动盆地缓倾斜和倾斜煤层地表移动盆地 00B1B2AA00WB0A采 空 区BW0A移动盆地移动盆地在倾向方在倾向方向上与采向上与采空区不对空区不对称称 。盆地、。盆地、最大下沉最大下沉值值 和拐点和拐点均下移均下移 。（3 3急倾斜煤层地表移动盆地急倾斜煤层地表移动盆地 非对称性更加明显，非对称性更加明显，整个盆地及最大下沉整个盆地及最大下沉值向采空区下边界方值向采空区下边界方向偏移，向偏移，地表最大水平移动值地表最大水平移动值大于最大下沉值，大于最大下沉值，煤层底板岩层也移动煤层底板岩层也移动0采空区0在移动盆地主断面上，将在移动盆地主断面上，将地表下沉曲线上的最

6、大下地表下沉曲线上的最大下沉点或盆地平底边缘点投沉点或盆地平底边缘点投影在地表水平线上，该投影在地表水平线上，该投影点和采空区边界的连线影点和采空区边界的连线与煤层底板在采空区一侧与煤层底板在采空区一侧的夹角叫充分采动角的夹角叫充分采动角 。下山方向的充分采动角下山方向的充分采动角1 1上山方向的充分采动角上山方向的充分采动角2 2走向方向的充分采动角走向方向的充分采动角3 3oo3ww3三、地表移动的角量参数三、地表移动的角量参数1、充分采动角、充分采动角o1wwo23 3、最大下沉角、最大下沉角 在移动盆地倾向主在移动盆地倾向主断面上，采空区中断面上，采空区中点和地表最大下沉点和地表最大下

7、沉点在地表水平线上点在地表水平线上投影点的连线与水投影点的连线与水平线在下山方向的平线在下山方向的夹角夹角12owow21=90-K K=0.5 0.8 2 2、边界角、移动角和裂隙角、边界角、移动角和裂隙角移动盆地的最外边界移动盆地的最外边界一般取下沉为一般取下沉为10mm的点为边界点的点为边界点ACBD移动盆地危险边界移动盆地危险边界倾斜倾斜i=3mm/m水平变形水平变形=2mm/m曲率曲率K=0.2mm/m2ACBD移动盆地裂缝边界移动盆地裂缝边界ACBDAA A 0A A A BB B 0 CC C 采 空 区oB B BD D DDCC C0DD0AA A 0A A A BB B 0

8、 CC C 采 空 区oB B BD D DDCC C0DD0松散层移动角松散层移动角松散层松散层 第四纪、第三纪未成岩的冲积层、洪积第四纪、第三纪未成岩的冲积层、洪积层和残积层的统称层和残积层的统称松散层移动角松散层移动角 ，一般取，一般取4545。当有松散层时，应先以松散层移动角当有松散层时，应先以松散层移动角将边界点投影到基岩面，再与开采边将边界点投影到基岩面，再与开采边界连线确定移动角。界连线确定移动角。急倾斜煤层边界角、移动角、裂隙角急倾斜煤层边界角、移动角、裂隙角 00急倾斜煤层的顶板、底板边界角移动角和裂隙角急倾斜煤层的顶板、底板边界角移动角和裂隙角yWZoUUxXY四、地表移动

9、的变形参数四、地表移动的变形参数空间问题空间问题 平面问题平面问题在主断面上用数学方法研究在主断面上用数学方法研究任意一点的向量任意一点的向量横向横向X）纵向纵向y）开采引起的地表移动是复杂的时间开采引起的地表移动是复杂的时间-空间现象。空间现象。一点的移动矢量是空间位置一点的移动矢量是空间位置x、y、z和时和时间间t的函数的函数。垂直移动垂直移动Z）水平移动水平移动描述地表移动盆地内移动和变形的主要指标描述地表移动盆地内移动和变形的主要指标 下沉下沉 水平移动水平移动 倾斜倾斜 曲率曲率 水平变形水平变形 1、下沉、下沉 W43o1122334o3 r8655677989x主断面内地表移动主

10、断面内地表移动向量的铅直分量向量的铅直分量W=Wx）最大下沉值在盆地中央最大下沉值在盆地中央下沉曲线凹凸分界的拐点处，下沉值约为下沉曲线凹凸分界的拐点处，下沉值约为最大值的一半。最大值的一半。2、水平移动、水平移动 U地表移动向量的水平分量地表移动向量的水平分量123456789x0330234567891U=Ux）,有两组方向不同的水平移动有两组方向不同的水平移动规定规定:正值的水平移动与正值的水平移动与x轴的正方向一致轴的正方向一致负值的水平移动与负值的水平移动与x轴的负方向一致轴的负方向一致 水平移动水平移动1点点 U1=05点点 U5=09点点 U9=0U 坐 标 向坐 标 向下为正下

11、为正Uox+-123456789x0330234567891边界点和采空区中点的水平移动为零；边界点和采空区中点的水平移动为零；边界点和采空区中点之间有极值。边界点和采空区中点之间有极值。3、倾斜、倾斜 i倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，单位倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，单位为为mm/mmm/m，i i坐标轴向下为正坐标轴向下为正123456789x0330234567891ABXWWABXoW xWxWWiABABdxdWxWix0limt倾斜是地表下沉的一阶导数倾斜是地表下沉的一阶导数dxxdWxi)()(倾斜的正负号倾斜的正负号 有两组方向不同的倾斜有两组方向不同的倾斜边界点和最大

12、下沉点之间的倾斜必然有正极值和负极边界点和最大下沉点之间的倾斜必然有正极值和负极值存在。值存在。(b)(a)3o+o3i(m m/m)-r xW(m m)x倾斜的正负号的物理意义倾斜的正负号的物理意义 垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向与垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向与x轴正向相同时，倾斜为正；轴正向相同时，倾斜为正；杆状物倾倒的趋向与杆状物倾倒的趋向与x轴负向相同时倾斜为轴负向相同时倾斜为负。负。ABXWWABXoW 0303xw195372468oHrUox+-iox+-水平移动水平移动Ux和倾斜和倾斜ix的变化趋势同步的变化趋势同步水平移动水平移动Ux和倾斜和倾斜ix）dxdWB

13、xBixU)()(Uox+-iox+-B一个有单位的比例系数一个有单位的比例系数4 4、曲率、曲率K K 地表单位长度内倾斜的变化，单位为地表单位长度内倾斜的变化，单位为mm/m2或或10-3/m。曲率坐标轴向上为正曲率坐标轴向上为正.mmmmmmmmmmmm3310/10曲率曲率i AA Xi(x)BiBoXxixiiKABAB220)(limtdxWddxxdixiKxBAxBAxiox+-Kox+-K1=0 K3=0 K5=0 K7=0 K9=0曲曲率率0303xw195372468oHr倾倾斜斜曲率正负号的物理意义曲率正负号的物理意义 正曲率的物理意义正曲率的物理意义是地表下沉曲线在是

14、地表下沉曲线在地面方向凸起或在地面方向凸起或在煤层方向下凹煤层方向下凹负曲率的物理意义负曲率的物理意义是地表下沉曲线在是地表下沉曲线在地面方向下凹或在地面方向下凹或在煤层方向凸起煤层方向凸起 +o(d)+rK(1 0 /m)-(c)-3-W(m m)33oxxxi(m m/m)5、水平变形、水平变形 单位长度上水平移动的变化，单位：单位长度上水平移动的变化，单位：mm/m坐标向上为正坐标向上为正XUXUUABAB22Blimt0dXdwdXdUXUxXAU Ap 1-2 5U(x)BUBoXiox+-Kox+-水平水平变形变形0303xw195372468oHr程度程度挪动挪动 1=0 3=0

15、 5=0 7=0 9=0水平变形正负号的物理意义水平变形正负号的物理意义 水平变形正值水平变形正值的物理意义为的物理意义为地表受拉伸变地表受拉伸变形形负值的物理意负值的物理意义为地表受压义为地表受压缩变形。缩变形。+-3o+x-(m/m m)o3r W(m m)x两个相等的正极值和两个相两个相等的正极值和两个相等的负极值等的负极值 正极值为最大拉伸值，位正极值为最大拉伸值，位于边界点和拐点之间；于边界点和拐点之间；负极值为最大压缩值，位负极值为最大压缩值，位于两个拐点之间；于两个拐点之间；盆地边界点、拐点和中点处盆地边界点、拐点和中点处水平变形为零；水平变形为零；盆地边缘区为拉伸区，中部盆地边

16、缘区为拉伸区，中部为压缩区为压缩区水平变形的变化规律水平变形的变化规律+-3o+x-(m/m m)o3r W(m m)x(d)+-+-+3o+x-(m/m m)-K(1 0 /m)-3U(m m)+xo3i(m m/m)-xr xW(m m)x地表移地表移动盆地动盆地内五项内五项指标变指标变化规律化规律五项指标之间的关系五项指标之间的关系 ()()()()()2222dxWdBxdxdWBxUdxWdxKdxdWxixWW非充分和非充分和 超充分采动条件下水平煤层超充分采动条件下水平煤层(或有一定倾角的或有一定倾角的煤层沿走向煤层沿走向)主断面内地表移动与变形规律主断面内地表移动与变形规律xo

17、xo(e)U(x)K(x)(x)(d)o(c)xW(x)3i(x)(b)o0(a)3x0ox+-(d)o+(c)x-+-+xi(x)0+(b)o3(a)W(x)o-30 xxxo-U(x)K(x)(x)+-o(d)+-+-+3o+x-(m/m m)-K(1 0 /m)-3U(m m)+xo3i(m m/m)-xr xW(m m)x倾斜煤层移动与变形规律倾斜煤层移动与变形规律1-下沉下沉2-倾斜倾斜3-曲率曲率4-水平移动水平移动5-水平变形水平变形1、上山部分的下沉曲、上山部分的下沉曲线比下山部分的下沉曲线比下山部分的下沉曲线要陡，范围要小；最线要陡，范围要小；最大下沉点偏向下山方向。大下沉点

18、偏向下山方向。2、水平移动曲线和倾、水平移动曲线和倾斜曲线不相似，水平变斜曲线不相似，水平变形曲线和曲率曲线不相形曲线和曲率曲线不相似。似。3、指向上山方向的水、指向上山方向的水平移动大于指向下山方平移动大于指向下山方向的水平移动。向的水平移动。4、最大拉伸变形在下、最大拉伸变形在下山方向，最大压缩变形山方向，最大压缩变形在上山方向。在上山方向。地表移动与变形的影响因素地表移动与变形的影响因素1、煤层地质条件、煤层地质条件煤层厚度、倾角、埋深煤层厚度、倾角、埋深2、覆岩与地层条件、覆岩与地层条件岩性、厚度与组合关系，关键层特征，山岩性、厚度与组合关系，关键层特征，山地、地下水地、地下水3、开采

19、技术条件、开采技术条件重复开采、采空区处理、开采速度重复开采、采空区处理、开采速度覆岩移动的动态过程五、关键层运动对开采沉陷的影响五、关键层运动对开采沉陷的影响 关键层对地表下沉的控制作用关键层对地表下沉的控制作用实验及实测研究结果都证明，主关键层对地实验及实测研究结果都证明，主关键层对地表移动过程起控制作用，主关键层的破断将表移动过程起控制作用，主关键层的破断将导致地表快速下沉，地表下沉速度随主关键导致地表快速下沉，地表下沉速度随主关键层周期性破断而呈现跳跃性变化。层周期性破断而呈现跳跃性变化。the observation scheme about rock strata movement

20、 and surface subsidence of face 70310 in YangQuan Colliery 1stThe primary key stratum the subsidence velocity curve of the primary key stratum and the corresponding surface6.023.3定向轮1#平衡锤2#平衡锤测点测点钢丝绳180m130m27m71m1-2煤层地面测点30联巷35联巷40联巷30联巷35联巷40联巷b26931401综采面地面测线N0N1N5N10N15N20地面测线S0S5S10S15S20S18岩移孔

21、25联巷25联巷运顺回顺N22 The research of numerical simulationTable 1 the characteristics and mechanics parameters of strata in the numerical modelCutFig.3 the numerical simulation scheme about the influence of the primary key stratum on the surface subsidenceFig.5 the subsidence speed curve of a surface poin

22、t away from starting cut 96m The 2nd break of PKSThe 1st break of PKSPKSSKSSurfaceFig.6 the variety of surface movement boundary respond to the break process of PKS(subsidence boundary 10mm)The initialbreakage of PKSThe 1st periodicbreakage of PKSThe 2nd periodicbreakage of PKS757174726564 The resea

23、rch of physical simulation PKSSurface SoilFig.7 the physical simulation scheme about the influence of the primary key stratum on the surface active subsidence Plain-stress model:5m3m0.3m Geometry similar ratio:1:50 PKSSurface SoilBefore the break of PKSPKSSurface SoilAfter the break of PKS50m from c

24、utinitial4th2nd1st3rd90m from cutinitial4th2nd1st3rd地表移动速度和持续时间地表移动速度和持续时间p 1-5 4V(m m/日)5 0 01 0 0 001 04 02 03 0W(m m)1 23 45 6 7 89W(t)1 0V(t)l(t)1.7 m m/日t(月)l(m)-1 0 0-8 0-6 0-4 0-2 01 11 202 04 06 08 0l(m)地面观测间隔周期对地表地面观测间隔周期对地表下沉速度曲线形态有较大影下沉速度曲线形态有较大影响。传统观测方法中两次观响。传统观测方法中两次观测间隔时间过长，会均化下测间隔时间过长

25、，会均化下沉速度，往往会捕捉不到主沉速度，往往会捕捉不到主关键层周期破断对地表下沉关键层周期破断对地表下沉动态的影响，也捕捉不到地动态的影响，也捕捉不到地表最大下沉速度，观测间隔表最大下沉速度，观测间隔周期短时则能捕捉到下沉速周期短时则能捕捉到下沉速度的周期跳跃性变化。度的周期跳跃性变化。浅部与深部开采地表下沉盆地范围对比 0-100-1000-400-60020关键层3关键层2关键层1煤层表土层采深增加意味：采深增加意味：覆岩关键层层数增多；主关键层位置的改变覆岩关键层层数增多；主关键层位置的改变+36-194-100022表土层中砂岩 41.7m粗砂岩 40.8m细砂岩 25.3m粗砂岩

26、10.4m关键层4关键层3关键层2关键层17煤层-700二水平-500一水平-850三水平徐州某矿覆岩关键层随采深增大的变化徐州某矿覆岩关键层随采深增大的变化+27-213-100018表土层关键层3关键层2关键层110煤层-700二水平-475一水平-800三水平岩浆岩 150m细砂岩 27m粉砂岩 17m (a)淮北矿区某矿 淮北某矿覆岩关键层随采深增大的变化淮北某矿覆岩关键层随采深增大的变化2125222324262728293019 18 17 1614 13 12 11987643201510521基2基1切眼1022风巷1022工作面1022机巷-262-3054342414035

27、30252017162423132110W13 W14w5w3w2w1N11N10N5N2N1s13s12s11s10s5s1交2交1切眼-618-5501022机巷1022风巷1022工作面51520W10 (a)1022工作面 (b)1022工作面工作面地质采矿条件工作面地质采矿条件工作面面长/m煤厚/m平均采深/m表土厚度/m基岩厚度/m采动充分程度n1022面1022面1402202.52.5310611240240703710.380.36实测地表移动变形最大值实测地表移动变形最大值工作面下沉量W/m下沉系数q倾斜I/mm/m曲率K/mm/m2水平位移U/m水平变形/mm/m1022

28、面1.8300.7329.860.1000.4104.051022面0.2100.080.880.0130.0940.36习惯上用采动充分程度n来评价地表沉陷程度n=D/H D是采宽 H是采深 工作面地质采矿条件工作面地质采矿条件工作面面长/m煤厚/m平均采深/m表土厚度/m基岩厚度/m采动充分程度n1022面1022面1402202.52.5310611240240703710.380.380.360.36实测地表移动变形最大值实测地表移动变形最大值工作面下沉量W/m下沉系数q倾斜I/mm/m曲率K/mm/m2水平位移U/m水平变形/mm/m1022面1.8301.8300.7329.860

29、.1000.4104.054.051022面0.2100.2100.080.880.0130.0940.360.36 浅部与深部开采地表移动变形最大值的数值模拟结果浅部与深部开采地表移动变形最大值的数值模拟结果面长下沉量W/m倾斜I/mm/m曲率K/mm/m2水平位移U/m水平变形/mm/m采动充分程度n150m采深300m-0.140-0.9890.0240.0390.1550.5采深800m-0.137-0.3370.0080.0320.1160.19450m采深300m-2.735-20.2170.6540.7066.2661.5采深800m-2.46-8.5300.1770.6212.

30、8600.56典型曲线法典型曲线法剖面函数法剖面函数法概率积分法概率积分法数值模拟法数值模拟法六、开采沉陷预计方法六、开采沉陷预计方法典型曲线法典型曲线法 典型曲线法是将矿区开采沉陷大量实典型曲线法是将矿区开采沉陷大量实测资料转化为移动盆地主断面内移动和变测资料转化为移动盆地主断面内移动和变形分布规律的无因次曲线，据此对该矿区形分布规律的无因次曲线，据此对该矿区类似条件下的地表移动和变形作出预计。类似条件下的地表移动和变形作出预计。典型曲线法适用于矩形或近似矩形开采区典型曲线法适用于矩形或近似矩形开采区域的地表移动和变形预计。域的地表移动和变形预计。峰峰矿区曾总结出了该矿区的下沉典峰峰矿区曾总

31、结出了该矿区的下沉典型曲线。型曲线。六、开采沉陷预计方法六、开采沉陷预计方法剖面函数法剖面函数法 剖面函数法是以一定的函数表示下沉盆剖面函数法是以一定的函数表示下沉盆地主剖面，从而通过函数的运算对开采沉地主剖面，从而通过函数的运算对开采沉陷进行预计的方法。我国最常用的负指数陷进行预计的方法。我国最常用的负指数函数法，它是用负指数函数表示下沉盆地函数法，它是用负指数函数表示下沉盆地主剖面方程的方法。剖面函数法适用于矩主剖面方程的方法。剖面函数法适用于矩形或近似矩形开采区域的地表移动和变形形或近似矩形开采区域的地表移动和变形预计。预计。六、开采沉陷预计方法六、开采沉陷预计方法概率积分法概率积分法

32、概率积分法是我国学者刘宝琛、廖国华在波兰概率积分法是我国学者刘宝琛、廖国华在波兰学者李特威尼申学者李特威尼申Litwiniszyn创立的岩层移动的创立的岩层移动的随机介质理论基础上发展而来的。随机介质理论基础上发展而来的。任意开采条件下都可以将整个开采分解为无限任意开采条件下都可以将整个开采分解为无限多个微小单元的开采，整个开采对地表的影响等于多个微小单元的开采，整个开采对地表的影响等于所有开采单元的影响叠加之和。观测表明：在近水所有开采单元的影响叠加之和。观测表明：在近水平煤层开采条件下，或沿煤层走向的主断面内，下平煤层开采条件下，或沿煤层走向的主断面内，下沉盆地的下沉曲线基本呈正态分布，且

33、与正态分布沉盆地的下沉曲线基本呈正态分布，且与正态分布的概率密度分布基本一致。因此，整个开采引起的的概率密度分布基本一致。因此，整个开采引起的下沉盆地的剖面方程式可表示为概率密度函数的积下沉盆地的剖面方程式可表示为概率密度函数的积分表达式。概率积分法适用于水平和倾斜煤层任意分表达式。概率积分法适用于水平和倾斜煤层任意形状开采区域和任意点的地表移动和变形预计。形状开采区域和任意点的地表移动和变形预计。六、开采沉陷预计方法六、开采沉陷预计方法概率积分法概率积分法（1基本原理（2正态分布密度函数与概率积分函数正态分布密度函数与概率积分函数xexfx222)(21)(为常数，数学期望为常数，数学期望0

34、 常数，方差常数，方差 2特点：特点：（1对称于对称于X=（2X=时时,（3fx为为ox轴为渐进线轴为渐进线 21)(xf0)(xxff(x)ox（3单元开采地表下沉盆地单元开采地表下沉盆地()221rxeerxWds12oxHXAAe(x)W3W(X)W(X)oxAs321dsX-S(x-s)WeAHX()22)(1rsxeerxWr 主要影响半主要影响半径径r=Hctg）（4 4半无限开采下沉半无限开采下沉开采范围开采范围 0+x0的煤层全部采出，的煤层全部采出，x0的煤层全部保的煤层全部保留留ox半无限开采单位厚度的煤层后半无限开采单位厚度的煤层后x位置处位置处A点的下沉点的下沉W(X)

35、Mp1-33dsosxAX-SAHX()22)(1rsxeerxW()()dsexWrsxdr2201简化简化的半的半无限无限开采开采地表地表移动移动和变和变形预形预计公计公式式()()()()()22222222213.413.41221000000rxrxrxrxxrerxxerxKxKeUxUeixideWxW半无限开采倾向主断面内的移动与变形预计半无限开采倾向主断面内的移动与变形预计()()0021221ctgyWebWyU）ry（，()()021210212212ctgyieryrbWy）ry（，oW(y)K(x)W(x)0E11E1i(x)W(x)1 1oo2 2E20 2Exx4

36、5(x)oU(x)3x（5概率积分法的预计参数概率积分法的预计参数下沉系数下沉系数q 水平移动系数水平移动系数b 主要影响半径主要影响半径r与主要影响角正切与主要影响角正切tan 拐点偏移距拐点偏移距s 下沉系数与覆岩岩性有关下沉系数与覆岩岩性有关下沉系数与采空区处理方法有关下沉系数与采空区处理方法有关下沉系数与重复采动有关下沉系数与重复采动有关下沉系数与采深有关下沉系数与采深有关下沉系数下沉系数q cos0mWq q地表下沉系数；地表下沉系数；W0地表最大下沉值，地表最大下沉值，m；m采高，采高，m；煤层倾角，煤层倾角，()。岩性岩性坚硬坚硬中硬中硬软弱软弱下沉系数下沉系数 0.27 0.5

37、40.55 0.850.86 1.00部分煤矿实测的地表下沉系数变化范围部分煤矿实测的地表下沉系数变化范围 采空区处理方法与采空区处理方法与采空区处理方法采空区处理方法下沉系数下沉系数全部垮落法全部垮落法0.40.95带状充填法带状充填法(外来材料外来材料)0.550.70干式全部充填法干式全部充填法(外来材料外来材料)0.40.50风力充填法风力充填法0.300.40水砂充填法水砂充填法0.060.20采空区处理方法与采空区处理方法与矿区矿区初次采动下沉初次采动下沉系数系数 重复采动下沉重复采动下沉系数系数 淮南淮南0.70.9峰峰峰峰0.80.9-1.0本溪本溪0.70.8阜新阜新0.65

38、-0.70鹤岗鹤岗0.65-0.7平顶山平顶山0.65-0.77枣庄枣庄0.59-0.7重复采动对地表下沉系数影响重复采动对地表下沉系数影响bWU00水平移动系数水平移动系数水平煤层水平煤层一般一般b=0.3，变化范围大致在，变化范围大致在0.20.4倾斜煤层倾斜煤层bb=b(1+0.0086)主要影响半径主要影响半径r与主要影响角正切与主要影响角正切tanr0.16W0r0.5W0.4r W(x)0.4r o00.84W000.99WxtgHr 主要影响半径主要影响半径x=r处的地表移动和变形处的地表移动和变形x Wx）i（x）Kx）-r0.0062W00.0432i00.178K0r0.9

39、938W00.0432i0-0.178K0r0.16W0r0.5W0.4r W(x)0.4r o00.84W000.99Wx主要影响角主要影响角主要影响角：开采边主要影响角：开采边界点与主要影响半径界点与主要影响半径边界点的连线与水平边界点的连线与水平线所夹的锐角线所夹的锐角 r r，影响范围变，影响范围变小小 r r 影响范围变影响范围变大大rHtgr0.16W0r0.5W0.4r W(x)0.4r o00.84W000.99Wx主要影响角正切主要影响角正切tg取值取值tg常见值为常见值为1.32.5，一般为，一般为2大小主要决定于上覆岩层的岩性，岩层大小主要决定于上覆岩层的岩性，岩层坚硬时

40、，坚硬时，tg较小，岩层软弱时，较小，岩层软弱时，tg较较大。大。一般情况下，坚硬岩层的一般情况下，坚硬岩层的tg为为1.21.91，中硬岩层为中硬岩层为1.922.4，软弱岩层为，软弱岩层为2.413.54。拐点偏移距拐点偏移距拐点处下沉为最大下沉的一半，倾斜和水拐点处下沉为最大下沉的一半，倾斜和水平移动值最大，曲率和水平变形值为零。平移动值最大，曲率和水平变形值为零。覆岩越硬，拐点偏移距越大。覆岩越硬，拐点偏移距越大。采深越大，拐点偏移距越大。采深越大，拐点偏移距越大。Collect the surface subsidence data in pastDisplacement back-

41、analysis by numerical simulationDefine the mechanics parameters of strataThe mining subsidence prediction by numerical simulationDiagram of mining subsidence prediction by numerical simulation method数值模拟法数值模拟法1046工作面1044工作面1042工作面1048工作面扬子营村庄扬子营村庄104采区井上下对照图 开采沉陷预计工程算例1044工作面采区的首采工作面。工作面沿走向布置，长度为150

42、m；沿俯斜方向推进，推进总长500m。煤层倾角920，平均采高3.0m，采深570667，松散层厚度350m。下沉系数下沉系数q水平移动系数水平移动系数btg开采影响传播角开采影响传播角拐点偏距拐点偏距s1.00.321.8850104采区地表移动变形预计参数 开采沉陷概率积分法预计开采沉陷概率积分法预计 1044工作面采后地表下沉等值线图 1044工作面采后倾向地表倾斜等值线图1044工作面采后倾向地表曲率等值线图 1044工作面采后倾向地表水平移动等值线图 开采沉陷数值模拟预计开采沉陷数值模拟预计 计算模型示意图 12345678910111213141516171819202122232

43、4252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555756586.396.561.053.421.245.336.8916.830.711.362.111.572.284.181.143.422.94.234.663.4312.095.167.139.941.712.383.418.494.427.022.472.617.474.729.494.842.062.20.340.383.81.272.447.899.894.412.294.0216.791.053.490.537.7412.3812.757.632.493

44、47.18353.57360.13361.18364.60365.84371.17378.06394.89395.60396.96399.07400.64402.92407.10408.24411.66414.56418.79423.45426.88438.97444.13451.26461.20462.91465.29468.70477.19481.61488.63491.10493.71501.18505.90515.39520.23522.29524.49524.83525.21529.01530.28532.72540.61550.50554.91557.20561.22578.015

45、79.06582.55583.08590.82603.20615.95623.58626.07松散层粉砂岩泥岩细砂岩泥岩细砂岩煤粉砂岩细砂岩泥岩细砂岩粉砂岩粉砂岩细砂岩细砂岩粉砂岩泥岩细砂岩粉砂岩粉砂岩粉砂岩细砂岩中砂岩粉砂岩细砂岩岩浆岩天然焦7煤细砂岩粉砂岩细砂岩粉砂岩粉砂岩铝质泥岩粉砂岩细砂岩粉砂岩粗砂岩细砂岩细砂岩粉砂岩10-1煤泥岩粉砂岩细砂岩泥岩泥岩细砂岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩层号真厚度/m埋深/m柱状图岩性347.1807-5钻孔柱状图钻孔柱状图 编号编号分层分层容重容重/KNm-3弹性模弹性模量量/GPa剪切模剪切模量量/GPa内聚力内聚力/MPa内摩擦内摩擦角

46、角/()抗拉强度抗拉强度/MPa1煤层煤层135.62.01.5250.302泥岩泥岩278.03.21.0230.343粉砂岩粉砂岩2710.27.31.5210.404中砂岩中砂岩2712.18.11.5240.235粗砂岩粗砂岩277.13.92.0261.006细砂岩细砂岩2716.610.12.0331.007松散层松散层200.30.10.5200.108岩浆岩岩浆岩279.17.33.0331.50数值模型内不同岩性岩层对应的力学参数数值模型内不同岩性岩层对应的力学参数（b）1044工作面采后地表水平移动曲线图（c）1044工作面采后地表水平变形曲线图1044工作面采后地表与村庄所受的地表移动变形最大值工作面采后地表与村庄所受的地表移动变形最大值方法下沉/mm倾斜/mmm-1曲率/mmm-2水平移动/mm水平变形/mmm-1概率积分法10004.50.0525005数值模拟法9804.030.112902.62