1、第四节第四节 地表移动与变形参数分析地表移动与变形参数分析一、最大下沉值一、最大下沉值1、充分采动的地表最大下沉、充分采动的地表最大下沉值值煤层开采后，煤层开采后，顶板直接顶最大下沉顶板直接顶最大下沉 mcos?地表最大下沉地表最大下沉?mcos?W0=?mcos?地表下沉系数地表下沉系数m采高；采高；?煤层倾角煤层倾角m?=f（顶板管理方（顶板管理方法，岩性，采动次法，岩性，采动次数，采深，采出率）数，采深，采出率）上覆岩层岩性与上覆岩层岩性与?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岩性岩性下沉系数下沉系数?坚硬坚硬0.27?0.54中硬中硬0.55?0.85软
2、弱软弱0.86?1.00采空区处理方法与采空区处理方法与?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全部垮落法全部垮落法带状充填法带状充填法(外来材料外来材料)干式全部充填法干式全部充填法(外来材料外来材料)风力充填法风力充填法水砂充填法水砂充填法下沉系数下沉系数?0.4?0.950.55?0.700.4?0.500.30?0.400.06?0.20不同矿区地表下沉系数不同矿区地表下沉系数矿区矿区淮南淮南峰峰峰峰本溪本溪阜新阜新鹤岗鹤岗平顶山平顶山枣庄枣庄注注:全部垮落法全部垮落法下沉系数下沉系数?0.70.80.70.65-0.700.65-0.70.65-0.770.5
3、9-0.7岩性和采动次数岩性和采动次数综合评价系数综合评价系数P?=0.5(0.9+P)（ 全部垮落法条件）全部垮落法条件）? miQiP ? mimii分层法线厚度分层法线厚度m；Qii分层岩层评价系数。分层岩层评价系数。分层岩性评价系数分层岩性评价系数岩性岩性单向抗压单向抗压强度强度（MPa）604030岩石名称岩石名称初次采初次采动动Q00.10.40.8重复采动重复采动Q10.30.70.9Q20.60.95坚硬坚硬不硬的花岗岩不硬的花岗岩中硬中硬普通砂岩、铁矿石普通砂岩、铁矿石砂质页岩、片状砂岩砂质页岩、片状砂岩1.0岩层愈坚硬岩层愈坚硬，Qi愈小，愈小，?愈小愈小同样岩层，采动次数
4、愈多同样岩层，采动次数愈多,Qi愈大，愈大，?愈大愈大采深和采出率对采深和采出率对?的影响的影响? 采深小采深小,局平顶山局枣庄局?较大较大H（m）80?140140?200?100?100?0.770.650.70.59采出率大，采出率大，?大大2 2、非充分采动条件下地表最大下沉值、非充分采动条件下地表最大下沉值W0=?mcos?确定确定?的方法的方法确定确定?的方法的方法121LoLc3lolc3开采充分程度开采充分程度(l0/lc)或或(L0/Lc)与与(?/?)的关系的关系(a)(b)l0/lc或或L0/Lc?/?l0/lc或或L0/Lc?/?0.10.000.60.940.20.4
5、80.70.970.30.640.80.980.40.770.90.990.50.851.01.00o1.00.80.60.40.20.00.2 0.4 0.6 0.8 1.0一分层二分层三、四分层L0Lc确定确定?的方法的方法21.00.8软中硬/0.60.40.20.00.20.40.60.81.0LH01.21.41.61.82.0确定确定?的方法的方法2L为开采区域长为开采区域长度或宽度按开采影度或宽度按开采影响传播角响传播角0向地向地面的投影长度面的投影长度H0为平均采深为平均采深L 拐点 拐点H1H200AL D二、主要影响半径和主要影响角二、主要影响半径和主要影响角（开采影响范围
6、）（开采影响范围）r0.4r0.4r o0.5W00.16W0rx0.84W00.99W0W(x)Hr ?tg?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 -rW（x）0.0062W0i （x）0.0432i0K（x）0.178K0r0.9938W0r0.0432i0r0.4r0.4r o0.5W0-0.178K0 x0.84W00.16W0W(x)0.99W0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（与下山方向岩层移动（与下山方向岩层移动角含义不同）角含
7、义不同）主要影响角正切主要影响角正切Htg?rr0.4r0.4r o0.5W00.16W0rx0.84W00.99W0?r?，影响范围变，影响范围变小小? ? r?影响范围变大影响范围变大W(x)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，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。三、水平移动系数三、水平移动系数U0? bW0U
8、(x)=Bi(x)?W0U(x) ? BerW0U0? Br?x2r2W0U(x) ? BrB令b?rU0=bW0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0.2?0.4?倾斜煤层倾斜煤层bb=b(1+0.0086) 四、拐点偏移距四、拐点偏移距拐点偏移距：过地表下沉曲线拐点在地表水拐点偏移距：过地表下沉曲线拐点在地表水平线上的投影点，按开采影响传播角作直线平线上的投影点，按开采影响传播角作直线与煤层相交，该交点与采空区边界沿煤层方与煤层相交，该交点与采空区边界沿煤层方向的距离向的距离l oS下 o1上S水平煤层或沿煤层水平煤层或沿煤层走向方向
9、剖面，则走向方向剖面，则为水平距离为水平距离 拐点 拐点H2H100CDS上ABS下L 拐点偏移距拐点偏移距下沉曲线的拐点特征：下沉曲线的拐点特征：下沉值为最大下沉值的一半，倾斜和水平下沉值为最大下沉值的一半，倾斜和水平移动值最大，曲率值和水平变形值为零移动值最大，曲率值和水平变形值为零充分采动条件下拐点移动距充分采动条件下拐点移动距坚硬坚硬S坚硬坚硬=0.029H走向主断面为平均采深，走向主断面为平均采深，下山一侧为下山边界采深下山一侧为下山边界采深上山一侧为上山边界采深上山一侧为上山边界采深中硬中硬 S中硬中硬=0.177H软弱软弱S软弱软弱=0.358H五、开采影响传播角五、开采影响传播
10、角l oS下 o1上S 拐点 拐点随倾角增大而减小，随倾角增大而减小，以以45o为极限，为极限，H2H100CDS上而而后后随随倾倾角角增增大大而而增大增大ABS下L ?45o时，时，?0=90o-0.68?45o 时，时，?0=28.8o+0.68举例举例某工作面开采某工作面开采,倾向已达充分采动倾向已达充分采动,走向长度已足走向长度已足够长够长,可认为是半无限开采可认为是半无限开采,走向主断面处开采深走向主断面处开采深度度H=310m,采采厚厚m=2mm=1.45m,煤煤层层倾倾角角?=12?,覆岩中硬覆岩中硬,全部垮落法管理顶板全部垮落法管理顶板,已知经验已知经验值值?=0.76，tg?
11、=2.2， S0=0.1H， b=0.36预计沿地表移动盆地走向断面上的最大移动和预计沿地表移动盆地走向断面上的最大移动和变形值变形值.S0=0.1H=0.1?310=31(m)H310r ? 141mtg?2 .2W0=m?cos?=1.45?1000?0.76?cos12?=1078mmw01078i0? 7.56 mm/ mr141U0? bW0? 0.36 ? 1078 ? 388 mmW01078?3K0?1.52(?2) ?1.52?(?) ? ?0.082?10/m2r141bW00.36?1078?0? ?1.52? ?1.52? ?4.18mm /mr141六六 地表移动速度
12、和持续时间地表移动速度和持续时间岩层移动变形岩层移动变形 在在 空间空间时间时间剧烈程度剧烈程度下沉速度反映下沉速度反映地表设测点地表设测点AA 地表移动速度和持续时间地表移动速度和持续时间V(mm/日)40l (m)803020100l(t)V(t)1234560401.7mm/ 日678920t(月)0101112-20-40500W(t)1000-60-80-100W(mm)l(m)地表下沉速度变化规律地表下沉速度变化规律W(mm)V(mm/d) 开开(初）始阶段初）始阶段10 1.7 活跃阶段活跃阶段85%W01.7 衰减阶段衰减阶段30(6个月个月）速度变化规律速度变化规律小小大大小
13、小最大下沉速度在工作面后方最大下沉速度在工作面后方活跃阶段对建筑物危害最大，也称为变形危险活跃阶段对建筑物危害最大，也称为变形危险期期岩性愈软、采深愈小、采厚愈大、岩性愈软、采深愈小、采厚愈大、推进愈快，地表下沉速度愈大推进愈快，地表下沉速度愈大地表移动持续时间地表移动持续时间地表移动延续时间地表移动延续时间顶顶板板管管理理方法方法矿区矿区总时间总时间枣庄枣庄垮落法垮落法焦作焦作88地表移动延续时间（月）地表移动延续时间（月）开始阶开始阶段段11活跃阶活跃阶段段55衰退阶段衰退阶段22开滦开滦阜新阜新充填法充填法新汶新汶阜新阜新部部分分充充填填法法北票北票191329?55551712.51?10102.510610?18205.58318?27259枣庄枣庄8.512.55岩层移动时间岩层移动时间岩层移动时间主要与采深和岩性有关岩层移动时间主要与采深和岩性有关采深采深H（m）时间（年）时间（年）?1000.7 ? 1100?2001?2200?3002?3
