煤矿开采与损害课件_1

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1、河南理工大学精品课程教学组开采损害与保护第一章基本概念第一节岩石的物理力学性质第二节地下开采引起的岩层移动第三节地下开采引起的地表移动和破坏第四节地表移动盆地内移动和变形分析第五节地表移动盆边界的确定一、岩体内的应力状态1．未受采掘影响的岩体受到各个方向力的约束，处于自然应力平衡状态。2．岩体内的应力状态主要取决于上覆岩层的重量和性质。第二节地下开采引起的岩层移动第二节地下开采引起的岩层移动3.如右图所示假设在深度为H的岩体内，有一个小的单元立方体，在开采之前处于原始应力平衡状态，它的各面上的剪应力认为是零，铅直应力σz=rHr——容

2、重；H——采深；K——侧压系数。第二节地下开采引起的岩层移动3.如右图所示假设在深度为H的岩体内，有一个小的单元立方体，在开采之前处于原始应力平衡状态，它的各面上的剪应力认为是零，铅直应力σz=rHr——容重；H——采深。第二节地下开采引起的岩层移动一、地表移动的形式（一）地表移动盆地开采影响到地表之后，在采空区上方形成一个比采空区大得多的沉陷区域，对地表的建筑、道路、河流、铁路、生活环境等有影响。（如图所示）（二）裂缝及台阶（产生在边缘区）产生裂缝的条件与有无松散层及其厚度有关。（如图所示）塑性大：变形值超过6~10mm/m，地表产

3、生裂缝；塑性小：变形值超过2~3mm/m，产生裂缝。一般地表裂缝与地下采空区不连通，到一定深度可能尖灭。第三节地下开采引起的地表移动和破坏地表移动盆地裂缝及台阶（三）塌陷坑产生条件：开采急倾斜煤层或某种特殊的地质采矿条件下易产生。1．塌陷坑多出现在急倾斜煤层开采条件下。由于煤柱的抽冒，结果在地表形成漏斗状塌陷坑。2．在采深很小或采厚很大的情况下，也会在地表产生漏斗状塌陷坑。3．在有流砂层的情况下，由于防水煤岩柱小而导致水砂溃入井下，在地表形成塌陷坑。4．开采缓倾斜煤层时，由于露头入采深不大，可能形成塌陷坑。（如图所示）塌陷坑对地面破坏

4、最大，应尽力避免。第三节地下开采引起的地表移动和破坏塌陷坑第三节地下开采引起的地表移动和破坏二、地表移动盆地的形成及特征（一）地表移动盆地的形成过程1．当工作面推进一段距离之后才在地表产生显著的移动。2．随着工作面的推进，采空区的扩大，下沉盆地也逐渐扩大。3．当采空区达到一定程度时，最大下沉将不再增加而形成一个平底的下沉盆地。4．当工作面停止以后，地表的移动不会马上停止，要延续一段距离时间。第三节地下开采引起的地表移动和破坏（二）充分采动与非充分采动1．充分采动（Fullsubsidence）：地表下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大

5、值，此时的采动称充分采动。反之称非充分采动（Subcriticalsubsidence）。2．临界开采（Criticalmining）：只有一个点的下沉值达到最大下沉值的采动情况，称为临界开采，地表移动盆地呈碗形。3.超充分采动（Supercriticalsubsidence）：多个点的下沉值达到最大下沉值的采动情况，称为超充分采动。4．充分采动角(Angleoffullsubsidence)：在充分采动条件下，在移动盆地的主断面上，地表最大下沉点与开采边界的连线在采空区一侧的锐角。确定方法：a.水平煤层b.倾斜煤层下山1、上山

6、2、走向3水平煤层倾斜煤层第三节地下开采引起的地表移动和破坏（三）地表移动盆地的特征1．地表移动盆地的三个区域：（1）中间区域：下沉值达到最大，其它移动和变形值近似等于0，无明显裂缝。（2）内边缘区：产生压缩变形，不出现裂缝、凹形。（3）外边缘区：拉伸变形、凸形、裂缝。三个特征点：边界点（下沉10mm的点），拐点（内外边缘区的分界点），最大下沉点第三节地下开采引起的地表移动和破坏2．水平煤层充分采动时，地表移动盆地的特征：（右图）（1）移动盆地位于采空区的正上方，移动盆地关于采空区对称。（2）平底部分位于采空区中央正上方。（3）

7、移动盆地内外边缘的分界点（拐点）位于采空区边界正上方或偏向采空区。第三节地下开采引起的地表移动和破坏3.倾斜煤层充分采动时，移动盆地的特征:（1）移动盆地与采空区不对称，在倾斜方向上，整个盆地偏向采空区下山方向，影响范围上边界小于下边界，上边界的移动盆地边缘要比下边界陡。（2）最大下沉点偏向下边界方向。（3）拐点在采空区的上边界偏向采空区上边界偏向煤柱。第三节地下开采引起的地表移动和破坏4．开采急倾斜煤层充分采动时，地表移动盆地的特征（见图1-31）（1）非对称性更加明显。下边界影响到采空区很远的地方。上边界影响到煤层的底板岩层。整个

8、移动盆地明显地偏向煤层下山方向。（2）最大下沉点偏向采空区下山方向。（3）最大水平移动大于最大下沉。5.最大下沉角（Subsidencelimitangle）（θ）：在倾斜主断面上，地表最大下沉点和采空区中点的连线与沿煤