开采沉陷学

1、采动上覆岩层按其破坏程度分为三个不同的开采影响带，即冒落带、裂缝带和弯曲下沉带，其中冒落带的高度主要取决于采出厚度和上覆岩层的碎涨系数。2、对矿山开采沉陷的环境影响评价选取的主要因子有：（1）地面建（构）筑物；（2）地面、地下水体；（3）道路、管线；（4）土地。3、倾斜煤层开采以后，一般情况下地表最大下沉值不在采空区的正上方，而是向 下 山 方向偏移。4、判断采动影响下建筑物的损害程度主要根据水平变形值、倾斜值和曲率值。5、解决水体下采煤的三种技术途径是留设安全煤岩柱、处理水体和采取开采措施。6、为保护地表建筑物，在建筑物周围的地表挖掘有一定深度的槽沟，其作用是吸收地表水平变形，叫做变形补偿沟。7、按复垦的方法不同，地表沉陷土地复垦可分为工程复垦技术和生物复垦技术。8、承压水上采煤时，水压值与隔水层厚度的比值叫突水系数。9、根据煤层底板破坏情况及地下水的导升情况，在工作面连续推进后，煤层底板可分为“下三带”，即破坏带、完整岩层带、地下水导升带。10、在水平和缓倾斜煤层开采条件下，沿剖面导水裂缝带的最终形态为马鞍型。11、在描述地表移动和变形的5个指标中，水平煤层开采时最大值发生在采空区边界正上方的为水平移动和倾斜。12、开采影响下地表点的整个移动过程分为三个阶段：即开始阶段、活跃阶段和衰退阶段。 二、判断正误题

在进行保护煤柱设计时，为村庄民房和学校建筑物留设煤柱，所选取的围护带宽度不应该相同。（√ ）2、采动影响下，若地表建筑物墙体出现了倒“八”字型裂缝，说明该处地表曲率值为负值。（× ）3、在充分采动条件下，对某一具体工作面（采厚相同）来说，地表最大下沉值不随开采尺寸的增大而增大。（√）4、重复采动时，岩层移动角和边界角都要减小。（√）5、当上覆岩层中有断层时，地表移动范围要增大。（× ）6、采用概论积分法预计地表移动和变形时，不用移动角、边界角。（√）7、拐点偏距的大小与上覆岩层岩性有关，岩性越软弱，其值越小。（√）8、条带开采与全采相比，不仅地表下沉值小，主要影响角正切也小。（√）9、导水裂缝带高度与上覆岩层岩性的关系是：岩性越软弱，导水裂缝带高度就越大。（×）10、在铁路下采煤的线路维修措施中，起道是消除线路横向水平移动的常用办法。（× ）

名词解释

移动角：在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上三个临界变形中最外边的一个临界变形值点至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角称为移动角。2、地表移动盆地：地下开采波及到地表，使受采动影响的地表从原有标高向下沉降，从而在采空区上方地表形成一个比采空区大得多的沉陷区域，这种地表沉陷区域称为地表移动盆地， 3、条带开采：条带开采是一种部分开采方法，它是将要开采的煤层区域划分为比较正规的条带形状，采一条、留一条，使留下的条带煤柱足以支撑上覆岩层的重量，而地表只产生较小的移动和变形。4、充分采动：充分采动是指地下矿层采出后，地表下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大值，此时的采动状态称为充分采动。5、边界角：在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上盆地边界点（下沉为10mm ）至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角称为边界角。1. 地表移动盆地：地下开采波及到地表，使受采动影响的地表从原有标高向下沉降，从而在采空区上方地表形成一个比采空区大得多的沉陷区域，这种地表沉陷区域称为地表移动盆地。2. 最大下沉角：地表最大下沉点与采空区中点的连线和水平线所成的锐角称为最大下沉角。3. 边界角：在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上盆地边界点（下沉为10mm ）至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角称为边界角。4. 条带开采：条带开采是一种部分开采方法，它是将要开采的煤层区域划分为比较正规的条带形状，采一条、留一条，使留下的条带煤柱足以支撑上覆岩层的重量，而地表只产生较小的移动和变形。5. 开采沉陷预计：对一个计划进行的开采，在开采进行以前，根据其地质采矿条件和选用的预计函数、参数，预先计算出受此开采影响的岩层和(或) 地表的移动和变形的工作，称为开采沉陷预计。 四、简答题

1、简述建筑物下采煤的主要开采技术措施。

部分开采（条带开采、房柱式开采、限厚开采）充填开采 离层注浆 协调开采

2、下图为水平煤层非充分采动时主断面内地表移动和变形分

布规律，说明下

开采、长走向小阶段开采、正常等速开采、倾斜长壁开采。 4．采动上覆岩层内三带划分及各带特征。答：煤层采动以后，将移动稳定后的岩层按其破坏程度，大致分为三个不同的开采影响带，即冒落带、裂缝带和弯曲带。（1）冒落带。冒落带是指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岩层产生破坏的范围。a. 无序性，冒落岩块大小不一无规则地堆积在采空区内；b. 碎胀性，它是使冒落能自行停止的根本原因；c. 可压缩性，冒落岩块间的空隙随着时间的延长和采动程度的加大，在一定程度上可得到压实；d. 冒落带的高度主要取决于采出厚度和上覆岩石的碎胀系数，通常为采出厚度的3-5倍。（2）裂缝带。在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层称为裂缝带。这一层的特点是：a. 成层性；b. 连通性，能导水。（3）弯曲带。弯曲带位于裂缝带之上直至地表。其特点是：a. 具有隔水性；b. 岩层的移动过程是连续而有规律的；c. 高度主要受开采深度的影响。 五、问答题：

1、描述岩层与地表移动常用的5个指标是什么？它们之间有什么关系？并说明最大值发生的位置。答：常用的定量指标有：下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形。倾斜是下沉的一阶导数，当x ＝0是地表倾斜值最大。曲率是下沉的二阶导数，是倾斜的一阶导数。当x ＝±0.4r 时，地表曲率值最大。水平变形是水平移动的一阶导数。当x ＝±0.4r 时，地表水平变形值最大。

2、煤炭资源的开采，一方面给人们提供了矿产资源，另一方面也带来了一系列的环境和生态问题，试回答主要表现在哪些方面？回答要点（1）使地面标高降低，耕地淹没、盐渍化、沙漠化，在山区引起坡体滑移。（2）地表沉陷使位于沉陷区的建（构）筑物、铁路、公路、桥梁、隧道、堤坝、输电线路等人工建（构）筑物损害、倒塌，影响人民的生命财产安全和交通运输安全。（3）地下开采使含水层水位下降，地面河流、水库干涸，使水进入井下，淹没矿井。（4）在岩溶发育区，地下开采使地面出现大量塌陷坑、塌陷漏斗。（5）开采引起矿区局部地震，震级R2～3级，引起当地居民极大的恐慌。随着开采深度的增加，地震发生的频率、震级均将增大。（6）矿山开采和加工过程中产生的的大量粉尘和排放的SO 2、NO x 等有害

图中各曲线（1）～（5）代表地表移动和变形的名称。1—下沉；2—倾斜；3—曲率；4

—水平移动；5—水平变形 3、影响底板突水的因素有哪些？

水源条件：包括水量和水压；矿山压力；隔水层的阻水能力； 地质构造

4、垂直剖面法留设保护煤柱用到哪些参数？

岩层移动角（上山、下山、走向） 表土层移动角 采深（含表土层厚度）

1．为保护地表建筑物采用的主要技术和开采方法有哪些？答：（1）开采方法：充填开采方法、部分开采方法、协调开采方法、岩层离充填减沉方法。（2）建筑物加固方法：设置变形缓冲沟、设置变形缝、设置钢拉杆、设置钢筋混凝土圈梁、设置基础联系梁、设置钢筋混凝土锚固板、堵砌门窗。2. 试分析曲率变形对地表建筑物的影响。答：曲率变形表示地表倾斜的变化程度。建筑物位于正曲率（地表上凸）和负曲率（地表下凹）的不同部位，其受状态和破坏特征也不相同。前者是建筑物中间受力大，两端受力小，甚至处于悬空状态，产生破坏时，其裂缝为倒" 八" 字形；后者中中间部位受力小，两端处于支撑状态，产生破坏时，其裂缝为" 八" 字形。曲率变形引起的建筑物上附加应力的大小，与地表曲率半径、土壤物理力学性质和建筑物特征有关。一般是随曲率半径的增大，作用在建筑物上的附加应力减小；随建筑物长度的增大、底面积增大，建筑物产生的破坏也加大。

3. 水体下开采主要采哪些主要技术措施？ 答：（1）试探开采：先远后近，先厚后薄，先深后浅，先简单后复杂。（2）分区开采：同一井田内隔离采区进行开采、建立若干单独井田同时开采。（3）合理选择开采方案：留安全煤柱顶水开采、疏干或疏降水体开采、顶疏结合开采。（4）合理选择开采方法及开采措施。其中常用的开采方法有：部分开采、分层间歇开采、充填

气体，危害矿区工农群众的身体健康，导致呼吸系统病变，影响动植物的生存和生长，污染水体、土壤和环境。

1．下图为水平煤层非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律，说明下图中各曲线（1）～（5）代表地表移动和变形的名称。

答：1-下沉；2-倾斜；3-曲率；4-水平移动；5-水平变形 2．什么叫充分采动角？画图说明水平煤层开采时采动程度的判定方法。答：在充分采动条件下，在地表移动盆地的主断面上，移动盆地平底的边缘(在地表水平线上的投影点) 和同侧采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角称为充分采动角。3. 煤炭资源的开采，一方面给人们提供了矿产资源，另一方面也带来了一系列的环境和生态问题，试回答主要表现在哪些方面？

答：（1）使地面标高降低，耕地淹没、盐渍化、沙漠化，在山区引起坡体滑移。（2）地表沉陷使位于沉陷区的建（构）筑物、铁路、公路、桥梁、隧道、堤坝、输电线路等人工建（构）筑物损害、倒塌，影响人民的生命财产安全和交通运输安全。（3）地下开采使含水层水位下降，地面河流、水库干涸，使水进入井下，淹没矿井。（4）在岩溶发育区，地下开采使地面出现大量塌陷坑、塌陷漏斗。（5）开采引起矿区局部地震，震级R2～3级，引起当地居民极大的恐慌。随着开采深度的增加，地震发生的频率、震级均将增大。（6）矿山开采和加工过程中产生的的大量粉尘和排放的SO2、NOx 等有害气体，危害矿区工农群众的身体健康，导致呼吸系统病变，影响动植物的生存和生长，污染水体、土壤和环境。