1、第二章第二章 地表沉陷的一般规律地表沉陷的一般规律第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动变形分布规律第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 第三节第三节 地表下沉盆地稳定后全面积开采沉陷分布规律地表下沉盆地稳定后全面积开采沉陷分布规律第四节第四节 地质采矿因素对开采沉陷的影响地质采矿因素对开采沉陷的影响第五节第五节 复杂地质条件对地表沉陷的影响复杂地质条件对地表沉陷的影响l 教学目的与要求：教学目的与要求：l 地表沉陷的规律是地表沉陷的规律是开采沉陷学开采沉陷学中最重要的内容之一。通过本章的学习，中
2、最重要的内容之一。通过本章的学习，要求学生理解并掌握要求学生理解并掌握各种开采条件下、开采过程中及移动盆地稳定后地表沉陷各种开采条件下、开采过程中及移动盆地稳定后地表沉陷的一般规律。的一般规律。l 课程内容：课程内容：l 1 1移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律；移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律；l 2 2采动过程中采动过程中(动态动态)主断面内移动和变形分布规律；主断面内移动和变形分布规律；l 3 3移动盆地稳定后全面积的移动和变形分布规律；移动盆地稳定后全面积的移动和变形分布规律；l 4 4地质采矿因素对地表沉陷的影响；地质采矿因素对地表沉陷的影响；l 5 5复杂地质条件对地
3、表沉陷的影响。复杂地质条件对地表沉陷的影响。l 教学重点：教学重点：l 各种开采条件下不同采动程度的主断面内移动和变形分布规律；各种开采条件下不同采动程度的主断面内移动和变形分布规律；/采动采动过程中的地表移动和变形的一般规律；过程中的地表移动和变形的一般规律；/地表下沉稳定后全面积开采沉陷分布地表下沉稳定后全面积开采沉陷分布规律及各等值线的特点。规律及各等值线的特点。l 教学难点：教学难点：l 对地质采矿因素和复杂地质条件对地表沉陷的影响进行分析。对地质采矿因素和复杂地质条件对地表沉陷的影响进行分析。l 地表沉陷规律地表沉陷规律是指地下开采引起的地表移动和变形的大小、是指地下开采引起的地表移
4、动和变形的大小、空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。主要内容：主要内容：(1)(1)水平、缓倾斜煤层以及急倾斜煤层开采沉陷水平、缓倾斜煤层以及急倾斜煤层开采沉陷的分布规律；的分布规律；(2)(2)沉陷稳定后沉陷稳定后(又称静态又称静态)及工作面推进过程中及工作面推进过程中(又称动态又称动态)的分布规律；的分布规律；(3)(3)简单地质条件和复杂地质条件下简单地质条件和复杂地质条件下的分布规律等。的分布规律等。目前，以水平煤层和缓倾斜煤层开采的、沉陷稳定后的和目前，以水平煤层和缓倾斜煤层开采的、沉陷稳定后的和简单地质条件下的分布规律研究较为充分，其它方面尚
5、在不断简单地质条件下的分布规律研究较为充分，其它方面尚在不断深入研究之中。所以本章主要介绍：深入研究之中。所以本章主要介绍：1.1.移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律；移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律；2.2.采动过程中采动过程中(动态动态)主断面内移动和变形分布规律；主断面内移动和变形分布规律；3.3.移动盆地稳定后全面积的移动和变形分布规律；移动盆地稳定后全面积的移动和变形分布规律；4.4.地质采矿因素对地表沉陷的影响；地质采矿因素对地表沉陷的影响；5.5.复杂地质条件对地表沉陷的影响。复杂地质条件对地表沉陷的影响。本节所述的规律是指地表移动盆地稳定后主断本节所述的规律是指地
6、表移动盆地稳定后主断面内的移动和变形分布规律，并且是面内的移动和变形分布规律，并且是典型化典型化和和理想理想化化了的。它要满足以下几个条件：了的。它要满足以下几个条件：1 1深厚比深厚比H HM M(开采深度与开采厚度之比值开采深度与开采厚度之比值)大大于于3030。在这样的条件下，地表移动和变形在空间和在这样的条件下，地表移动和变形在空间和时间上都具有明显的连续特征和一定的分布规律；时间上都具有明显的连续特征和一定的分布规律；2 2地质采矿条件正常，无大的地质构造地质采矿条件正常，无大的地质构造(如大如大断层和地下溶洞等断层和地下溶洞等)，并采用正规循环的采煤作业；，并采用正规循环的采煤作业
7、；3 3属于单一煤层开采，并不受邻区开采影响。属于单一煤层开采，并不受邻区开采影响。地表移动盆地稳定后的移动和变形分布规律与许地表移动盆地稳定后的移动和变形分布规律与许多地质采矿因素有关。如：多地质采矿因素有关。如：煤层倾角煤层倾角（）、）、开采开采厚度厚度（m m）、）、开采深度开采深度（H H）、）、采区尺寸采区尺寸（D D）、）、采煤采煤方法方法、顶板管理方法顶板管理方法、松散层厚度松散层厚度（h h）等。）等。如果开采均系采用走向长壁式采煤、全部垮落法如果开采均系采用走向长壁式采煤、全部垮落法管理顶板，并且开采厚度均相同，那么影响分布规管理顶板，并且开采厚度均相同，那么影响分布规律的地
8、质采矿因素主要就是律的地质采矿因素主要就是煤层倾角煤层倾角、采区尺寸采区尺寸和和开采深度开采深度。而采区尺寸和开采深度之比，可决定地。而采区尺寸和开采深度之比，可决定地表的采动程度。表的采动程度。下面根据下面根据不同的采动程度不同的采动程度和和煤层倾角煤层倾角的变化情况，的变化情况，讨论地表移动和变形的分布规律。讨论地表移动和变形的分布规律。一、水平煤层（或沿煤层走向主断面一、水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律主断面内地表移动和变形分布规律 判别：判别：水平煤层开采时的采动程度可用走向充分水平煤层开采时的采动程度可用走向充分采动角采动角3 3来
9、判别。当用来判别。当用3 3 角作的两直线交于岩层内角作的两直线交于岩层内部而未及地表时，此时地表为非充分采动。部而未及地表时，此时地表为非充分采动。（一）下沉曲线（一）下沉曲线 下沉曲线下沉曲线表示地表移动盆地内下沉的分布规律。表示地表移动盆地内下沉的分布规律。设沿主断面方向为设沿主断面方向为x x轴，下沉曲线为轴，下沉曲线为 W(x)=F(x)W(x)=F(x)在讨论分布规律时，先要确定下沉曲线上的三个在讨论分布规律时，先要确定下沉曲线上的三个特征点：特征点：1 1最大下沉点最大下沉点o o：下沉值最大。在水平煤层开采时，在采区中央正下沉值最大。在水平煤层开采时，在采区中央正上方。上方。2
10、 2盆地边界点盆地边界点A A、B B：据走向边界角据走向边界角0 0作边界点作边界点A A、B B，此处下沉值，此处下沉值为零。为零。3 3拐点拐点E E：拐点是指下沉曲线凹凸的分界点。拐点从理论上讲应位拐点是指下沉曲线凹凸的分界点。拐点从理论上讲应位于工作面开采边界的正上方，但由于工作面边界附近的顶板并不切于工作面开采边界的正上方，但由于工作面边界附近的顶板并不切煤壁冒落或呈阶状弯曲，存在悬顶距，因此在四周没采情况下，拐煤壁冒落或呈阶状弯曲，存在悬顶距，因此在四周没采情况下，拐点点E E不在工作面开采边界的正上方而是略偏向采空区一侧。在地表达不在工作面开采边界的正上方而是略偏向采空区一侧。
11、在地表达充分采动条件下，拐点处的下沉值约为最大下沉值的一半。充分采动条件下，拐点处的下沉值约为最大下沉值的一半。下沉曲线分布规律：下沉曲线分布规律：在地表最大下沉点在地表最大下沉点O O处下沉值最大，处下沉值最大，自盆地中心至盆地边缘下沉值逐渐减小，在盆地边界点自盆地中心至盆地边缘下沉值逐渐减小，在盆地边界点A A、B B处下沉值为零。处下沉值为零。第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律（二）倾斜曲线（二）倾斜曲线 倾斜曲线倾斜曲线表示地表移动盆地内倾斜的变化规律，倾斜为表示地表移动盆地内倾斜的变化规律，倾斜为下沉的一下沉的一阶阶
12、导数：导数：倾斜曲线分布规律为：倾斜曲线分布规律为：盆地边界点至拐点间倾斜渐增，拐盆地边界点至拐点间倾斜渐增，拐点至最大下沉点间倾斜渐减，在最大下沉点处倾斜为零。在点至最大下沉点间倾斜渐减，在最大下沉点处倾斜为零。在拐点处倾斜最大，有两个方向相反的最大倾斜。拐点处倾斜最大，有两个方向相反的最大倾斜。（三）曲率曲线（三）曲率曲线 曲率曲线曲率曲线是表示地表移动盆地内曲率的变化规是表示地表移动盆地内曲率的变化规律，曲率曲线可表示为律，曲率曲线可表示为倾斜的一阶导数倾斜的一阶导数或或下沉的二下沉的二阶导数阶导数：dxxdidxxWdxk22第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形地表移动盆
13、地稳定后主断面内移动和变形分布规律分布规律 曲率曲线曲率曲线分布规律为：分布规律为：1 1曲率曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负曲率曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负极值，正极值称最大正曲率，位于边界点和拐点之间，负极极值，正极值称最大正曲率，位于边界点和拐点之间，负极值称最大负曲率，位于最大下沉点处。值称最大负曲率，位于最大下沉点处。2 2盆地边界点和拐点处曲率为零。盆地边界点和拐点处曲率为零。3 3盆地边缘区为正曲率区，盆地中部为负曲率区。盆地边缘区为正曲率区，盆地中部为负曲率区。第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律布
14、规律(四四)水平移动曲线水平移动曲线 水平移动曲线水平移动曲线表示地表移动盆地内水平移动分布表示地表移动盆地内水平移动分布规律，用规律，用U(x)U(x)表示。移动盆地内各点的水平移动方表示。移动盆地内各点的水平移动方向都指向盆地中心。向都指向盆地中心。大量的实测资料表明，大量的实测资料表明，水平移动曲线与倾斜曲线水平移动曲线与倾斜曲线相似相似。因此，可得下式：。因此，可得下式：xBidxxdWBxUB B水平移动系数，水平移动系数，B=0.13B=0.130.18H0.18H。第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律和变形分布规律 水平移动曲线
15、分布规律为水平移动曲线分布规律为：盆地边界点至拐点间水平移：盆地边界点至拐点间水平移动渐增，拐点至最大下沉点间水平移动渐减，最大下沉点处动渐增，拐点至最大下沉点间水平移动渐减，最大下沉点处水平移动为零；在拐点处水平移动最大，有两个方向相反的水平移动为零；在拐点处水平移动最大，有两个方向相反的最大水平移动。最大水平移动。（五）水平变形曲线（五）水平变形曲线 水平变形曲线水平变形曲线表示地表移动盆地内水平表示地表移动盆地内水平变形分布规律，水平变形曲线与曲率曲线相变形分布规律，水平变形曲线与曲率曲线相似。是似。是水平移动的一阶导数水平移动的一阶导数：xkBdxxWdBdxxdUx22B B水平移动
16、系数，水平移动系数，B=0.13B=0.130.18H0.18H。第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律分布规律水平变形分布规律为水平变形分布规律为：1.1.水平变形曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个水平变形曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负极值，正极值称为最大拉伸值，位于边界点与拐点之间，负极值，正极值称为最大拉伸值，位于边界点与拐点之间，负极值称为最大压缩值，位于最大下沉点处。负极值称为最大压缩值，位于最大下沉点处。2.2.盆地边界点和拐点处水平变形为零。盆地边界点和拐点处水平变形为零。3.3.盆地边缘区为拉伸区，盆地中部为
17、压缩区。盆地边缘区为拉伸区，盆地中部为压缩区。第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律变形分布规律二、水平煤层二、水平煤层(或沿煤层走向主断面或沿煤层走向主断面)充分采动时主断面充分采动时主断面内移动和变形分布规律内移动和变形分布规律 判别：判别：当用当用3 3 角作的两直线刚好交于地表时，此时角作的两直线刚好交于地表时，此时地表为充分采动。地表为充分采动。地表地表刚达到充分采动刚达到充分采动时和时和非充分采动非充分采动时相比，它们时相比，它们的不同之处在于：的不同之处在于：1 1最大下沉值已达到该地质采矿条件下之最大值。最大下沉值已达到该地质
18、采矿条件下之最大值。2 2倾斜、水平移动曲线没有明显变化。倾斜、水平移动曲线没有明显变化。3 3曲率或水平变形曲线在采区中心拐点、边界点为曲率或水平变形曲线在采区中心拐点、边界点为零；在边界点和拐点之间达到最大拉伸；在拐点和采区零；在边界点和拐点之间达到最大拉伸；在拐点和采区中心之间达到最大压缩变形。中心之间达到最大压缩变形。三、水平煤层三、水平煤层(或走向主断面或走向主断面)超充分采动时主断面内移动和超充分采动时主断面内移动和变形分布规律变形分布规律 判别：判别：当用当用3 3 角作的两直线在地表交于角作的两直线在地表交于o o1 1和和o o2 2两点，两点，o o1 1和和o o2 2间
19、出现平底时，地表达到超充分采动。间出现平底时，地表达到超充分采动。地表达到地表达到超充分采动超充分采动时和时和非充分采动非充分采动时相比，不同之处时相比，不同之处在于：在于：1 1下沉曲线中部平底上各点下沉值相等，并达到该采矿下沉曲线中部平底上各点下沉值相等，并达到该采矿地质条件下的最大值。地质条件下的最大值。2 2在平底部分内，倾斜、曲率、水平变形均为零或接近在平底部分内，倾斜、曲率、水平变形均为零或接近于零；各种变形主要分布在采空区边界上方附近。于零；各种变形主要分布在采空区边界上方附近。3 3最大倾斜和最大水平移动位于拐点处；最大正曲率、最大倾斜和最大水平移动位于拐点处；最大正曲率、最大
20、拉伸变形位于拐点和盆地边界点之间；最大负曲率、最最大拉伸变形位于拐点和盆地边界点之间；最大负曲率、最大压缩变形位于拐点和最大下沉点大压缩变形位于拐点和最大下沉点o o之间。之间。第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律分布规律四、倾斜（四、倾斜（15155555）煤层非充分采动时移动）煤层非充分采动时移动和变形分布规律和变形分布规律 判别：判别：利用下山充分利用下山充分采动角采动角1 1和上山充和上山充分采动角分采动角2 2确定充确定充分采动程度。分采动程度。用用0 0、0 0确定上确定上下山盆地边界点，用下山盆地边界点，用最大下沉角最大下
21、沉角确定最确定最大下沉点。大下沉点。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律分布规律1 1下沉曲线、倾斜下沉曲线、倾斜曲线和曲率曲线：曲线和曲率曲线：下沉曲线失去对下沉曲线失去对称性称性，如上山部分的，如上山部分的下沉曲线比下山部分下沉曲线比下山部分的下沉曲线要陡，范的下沉曲线要陡，范围要小；围要小；最大下沉点最大下沉点向下山方向偏离向下山方向偏离，其，其位置用最大下沉角位置用最大下沉角确定。确定。下沉曲线下沉曲线的两个拐点与采空区不对称，而偏向下山方向。的两个
22、拐点与采空区不对称，而偏向下山方向。随着下沉曲线的变化，倾斜曲线和曲率曲线也相应发生变化。随着下沉曲线的变化，倾斜曲线和曲率曲线也相应发生变化。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律2 2水平移动曲线：水平移动曲线：在倾斜煤层开采在倾斜煤层开采时，随着煤层倾角时，随着煤层倾角的增大，指向上山的增大，指向上山方向的水平移动值方向的水平移动值逐渐增大，而指向逐渐增大，而指向下山方向的水平移下山方向的水平移动值逐渐减小。动值逐渐减小。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律3 3水平变形曲线：水平变形曲线：最大拉伸变形
23、在下山最大拉伸变形在下山方向，最大压缩变形方向，最大压缩变形在上山方向，水平变在上山方向，水平变形为零的点与最大水形为零的点与最大水平移动点重合。平移动点重合。4 4水平移动曲线水平移动曲线和和倾斜曲线不相似，倾斜曲线不相似，水水平变形曲线平变形曲线和曲率曲和曲率曲线不相似。线不相似。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律五、急倾斜（五、急倾斜（5555）煤层非充分采动时移动和煤层非充分采动时移动和变形分布规律变形分布规律1 1下沉盆地非对称性十下沉盆地非对称性十分明显，下山方向的影响分明显，下山方向的影响范围远远大于上山方向的范围远远大于上山方向的影
24、响范围。影响范围。2 2随着煤层倾角的增大，随着煤层倾角的增大，最大下沉点位置逐渐移向最大下沉点位置逐渐移向煤层上山方向。煤层上山方向。3 3在松散层较薄的情况在松散层较薄的情况下，可能只出现指向上山下，可能只出现指向上山方向的水平移动。方向的水平移动。急倾斜煤层非充分采动时地表移动变形规律急倾斜煤层非充分采动时地表移动变形规律第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律分布规律煤层倾角小于煤层倾角小于9090o o煤层倾角接近煤层倾角接近9090o o4.4.随着煤层倾角的增大，倾斜剖面形状由对称的碗随着煤层倾角的增大，倾斜剖面形状由对称的碗
25、形逐渐变为非对称的瓢形。当煤层倾角接近形逐渐变为非对称的瓢形。当煤层倾角接近9090o o时，时，下沉盆地剖面又转变为比较对称的碗形或兜形。下沉盆地剖面又转变为比较对称的碗形或兜形。急倾斜煤层开采后的下沉盆地形态急倾斜煤层开采后的下沉盆地形态第一节第一节 地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形地表移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律分布规律5 5当开采厚度大、开当开采厚度大、开采深度小、煤层顶底采深度小、煤层顶底板坚硬不易冒落而煤板坚硬不易冒落而煤质又较软时，开采后质又较软时，开采后采空区上方之煤层易采空区上方之煤层易沿煤层底板滑落。这沿煤层底板滑落。这种滑落可能一直发展种滑落可能一直发展到
26、地表，使地表煤层到地表，使地表煤层露头处出现塌陷坑。露头处出现塌陷坑。急倾斜煤层开采后地表出现塌陷坑急倾斜煤层开采后地表出现塌陷坑第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 一、研究采动过程中地表移动变形分布规律的必要一、研究采动过程中地表移动变形分布规律的必要性性 地下煤层采出后引起的地表沉陷是一个地下煤层采出后引起的地表沉陷是一个时间时间和和空空间间过程。随着工作面的推进，不同时间的回采工作过程。随着工作面的推进，不同时间的回采工作面与地表点的相对位置不同，开采对地表点的影响面与地表点的相对位置不同，开采对地表点的影响也不同。地表点的移动经历一个
27、由也不同。地表点的移动经历一个由开始开始移动移动到到剧烈剧烈移动，移动，最后最后到停止移动的全过程。到停止移动的全过程。在生产实践在生产实践中经中经常会遇到下述情况，即仅仅根据稳定后常会遇到下述情况，即仅仅根据稳定后(或静态或静态)的的沉陷规律还不能很好地解决实际问题，必须进一步沉陷规律还不能很好地解决实际问题，必须进一步研究移动变形的动态规律。研究移动变形的动态规律。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 例如，例如，在超充分采动条件下，地表下沉盆地出现在超充分采动条件下，地表下沉盆地出现平底，在此平底范围内地表下沉相同，地表变形等于平底，在此
28、平底范围内地表下沉相同，地表变形等于零或接近于零，但不能认为在此区域内的建筑物不受零或接近于零，但不能认为在此区域内的建筑物不受到破坏，因为在工作面推进过程中该区域内的每一个到破坏，因为在工作面推进过程中该区域内的每一个点均要经受动态变形的影响，虽然这种动态变形是临点均要经受动态变形的影响，虽然这种动态变形是临时性的，但它同样可以使建筑物遭到破坏。时性的，但它同样可以使建筑物遭到破坏。/在建筑在建筑物下采煤时，物下采煤时，需要随时确定建筑物受采动影响的开始需要随时确定建筑物受采动影响的开始时间和在不同时期的地表移动变形量，以便对建筑物时间和在不同时期的地表移动变形量，以便对建筑物采取适当措施。
29、如加强观测、加固、临时迁出或改变采取适当措施。如加强观测、加固、临时迁出或改变用途等。用途等。在铁路下采煤时，在铁路下采煤时，需根据动态变形规律确定需根据动态变形规律确定铁路维修范围，预计铁路上部建筑起垫量等。铁路维修范围，预计铁路上部建筑起垫量等。在进行在进行协调开采时，协调开采时，根据动态变形规律可以更合理地安排回根据动态变形规律可以更合理地安排回来工作面之间的相互关系等。来工作面之间的相互关系等。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 二、地表点的移动轨迹二、地表点的移动轨迹 1 1当工作面由远处当工作面由远处向向A A点推进、移动波及点推
30、进、移动波及到到A A点时，地表下沉速点时，地表下沉速度由小逐渐变大，度由小逐渐变大，A A点点的移动方向与工作面的移动方向与工作面推进方向相反，推进方向相反，此为此为移动的第移动的第阶段阶段；采动过程中地表点移动轨迹采动过程中地表点移动轨迹（一）移动轨迹与工作面位置的关系（一）移动轨迹与工作面位置的关系第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 2.2.当工作面通过当工作面通过A A点正下方点正下方(2(2处处)继续向前推进时，继续向前推进时，地表下沉速度迅速增大，并逐渐达到最大下沉速度，地表下沉速度迅速增大，并逐渐达到最大下沉速度，A A点的移动
31、方向近于铅垂方向，点的移动方向近于铅垂方向，此为移动的第此为移动的第阶阶段；段；采动过程中地表点移动轨迹采动过程中地表点移动轨迹3.3.当工作面继续向前当工作面继续向前推进，逐渐远离地表推进，逐渐远离地表点点A A后，点后，点A A的移动方的移动方向逐渐与工作面推进向逐渐与工作面推进方向相同，方向相同，此为移动此为移动的第的第阶段阶段；第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 4.4.当工作面远离地表点达到当工作面远离地表点达到一定距离后，回采工作面对一定距离后，回采工作面对A A点的影响逐斯消失，点点的影响逐斯消失，点A A的移的移动停止，动停止
32、，此为移动的第此为移动的第阶阶段。段。5.5.稳定后，点稳定后，点A A的位置并不一的位置并不一定在其起始位置的正下方，定在其起始位置的正下方，一般赂微偏向回采工作面停一般赂微偏向回采工作面停止位置一则。止位置一则。此为移动的第此为移动的第阶段。阶段。采动过程中地表点移动轨迹采动过程中地表点移动轨迹v时为直线。时为直线。（二）与工作面推进的速度的关系（二）与工作面推进的速度的关系 速度越大，弧线弯曲程度越小，当速度越大，弧线弯曲程度越小，当第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 三、工作面推进过程中超前影响三、工作面推进过程中超前影响（一）起动距
33、（一）起动距 在走向主断面上，工作面由开切眼推进一定距离到达在走向主断面上，工作面由开切眼推进一定距离到达A A 点后，岩层移动开始波及到地表，如图。通常把地表开始点后，岩层移动开始波及到地表，如图。通常把地表开始移动时工作面的推进距离移动时工作面的推进距离称为起动距称为起动距。地表开始下沉是以地表开始下沉是以观测地表点的下沉值达观测地表点的下沉值达到到10mm10mm为标准。为标准。起动距起动距的大小的大小主要和主要和开采深度开采深度及及岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质有关。一般在初次采动有关。一般在初次采动时，起动距约为时，起动距约为 1/4H1/4H0 01/2 H1/2 H0 0。
34、第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 l工作面推进过程中的超前影响工作面推进过程中的超前影响（二）超前影响、超前影响角、超前影响距（二）超前影响、超前影响角、超前影响距1.1.超前影响超前影响 如右图所示，当工作面如右图所示，当工作面推进至推进至B B点时，得下沉曲线点时，得下沉曲线W1W1，工作面前方，工作面前方1 1点开始受点开始受采动影响而下沉；当工作采动影响而下沉；当工作面推进的距离约为面推进的距离约为1.21.21.4Ho1.4Ho，即推至，即推至C C点时，得点时，得下沉曲线下沉曲线W2W2，地表，地表2 2点开始点开始受影响而下沉
35、。从这里可受影响而下沉。从这里可以看出，以看出，在工作面推进过在工作面推进过程中，工作面前方的地表程中，工作面前方的地表受采动影响而下沉，这种受采动影响而下沉，这种现象现象称为称为超前影响超前影响。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 式中式中 l l超前影响距；超前影响距；H H0 0平均开采深度。平均开采深度。工作面推进过程中的超前影响工作面推进过程中的超前影响3.3.超前影响距超前影响距 开始移动的点到工作开始移动的点到工作面的水平距离面的水平距离L L称为称为超前超前影响距。影响距。2.2.超前影响角超前影响角 将工作面前方地表开始移动
36、将工作面前方地表开始移动(即下沉即下沉10mm)10mm)的点与当时工作面的点与当时工作面的连线，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角的连线，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为超前影响角称为超前影响角(The angle of advance influenceThe angle of advance influence)，用，用表示。表示。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 （1 1）采动程度）采动程度 非充分采动时，非充分采动时，角值随着角值随着开采面积的增大而减小；充分开采面积的增大而减小；充分采动后，采动后，值基本趋于定值；值基本趋于定值；
37、地表移动稳定后，地表移动稳定后，角等于边角等于边界角界角0 0。（2 2）工作面推进速度）工作面推进速度 值随着工作面推进速度增值随着工作面推进速度增大而增大。大而增大。l 掌握了超前影响规律，就可以在工作面推进过程中，确掌握了超前影响规律，就可以在工作面推进过程中，确定工作面在任意位置时的地表影响范围。定工作面在任意位置时的地表影响范围。工作面推进过程中的超前影响工作面推进过程中的超前影响4.4.影响超前影响角大小的因素影响超前影响角大小的因素 （3 3）采动次数）采动次数 重复采动时的超前影响角比初次采动时小。重复采动时的超前影响角比初次采动时小。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的
38、一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 四、工作面推进过程中的下沉速度四、工作面推进过程中的下沉速度（一）下沉速度的计算（一）下沉速度的计算式中式中 WmWm第第m m次测得的次测得的n n号点的下沉量，号点的下沉量，mmmm；Wm+1Wm+1第第m+1m+1次测得的次测得的n n号点的下沉量，号点的下沉量，mmmm；t t两次观测的间隔天数。两次观测的间隔天数。单位，单位，mm/dmm/d；（二）下沉速度的变化规律（二）下沉速度的变化规律 在采动过程中，各点的下沉速度并不相等。将在采动过程中，各点的下沉速度并不相等。将各点下沉速度绘制成曲线，称为各点下沉速度绘制成曲线，称为下沉速度曲线
39、下沉速度曲线。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 从图上可以看出：从图上可以看出：1 1在非充分采动时在非充分采动时，随着采空区面积的增大，地表各点的，随着采空区面积的增大，地表各点的下沉速度逐渐增大，最大下沉速度也增加。下沉速度逐渐增大，最大下沉速度也增加。2 2在充分采动条件下在充分采动条件下，下沉速度的最大值到达该地质采矿，下沉速度的最大值到达该地质采矿条件下最大值。下沉速度的最大值与工作面相对位置保持条件下最大值。下沉速度的最大值与工作面相对位置保持不变，这称为不变，这称为最大下沉速度滞后现象最大下沉速度滞后现象。工作面推进过程工作面
40、推进过程中的下沉速度曲线，中的下沉速度曲线，横坐标表示为横坐标表示为x x，纵，纵坐标表示为坐标表示为v(x)v(x)。1 1，2 2为非充分采动时下为非充分采动时下沉速度曲线；沉速度曲线；3 3，4 4为为充分采动时下沉速度充分采动时下沉速度曲线。曲线。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 （三）最大下沉速度滞后距离和最大下沉速度滞后角（三）最大下沉速度滞后距离和最大下沉速度滞后角 当地表达到充分采动后，在地表下沉速度曲线上，最大下当地表达到充分采动后，在地表下沉速度曲线上，最大下沉速度总是滞后于回采工作面一个固定距离，这个固定距离沉速度总是
41、滞后于回采工作面一个固定距离，这个固定距离称为称为最大下沉速度滞后距最大下沉速度滞后距（The distance of delayThe distance of delay），用），用L L表示。这种现象称为最大下沉速度滞后现象。表示。这种现象称为最大下沉速度滞后现象。把地表最大下沉速度点与相应的回采工作面连线，此线和把地表最大下沉速度点与相应的回采工作面连线，此线和煤层（水平线）在采空区一侧之夹角，称为煤层（水平线）在采空区一侧之夹角，称为最大下沉速度滞最大下沉速度滞后角后角（The angle of delayThe angle of delay)，用，用 来描述。其公式如下：来描述。其公
42、式如下：0HLarcctg 最大下沉速度的点是地表移动最剧烈的点。掌握了地最大下沉速度的点是地表移动最剧烈的点。掌握了地表最大下沉速度滞后角的变化规律，便可确定在回采过表最大下沉速度滞后角的变化规律，便可确定在回采过程中对应地表移动的剧烈区，这对采动地面保护具有重程中对应地表移动的剧烈区，这对采动地面保护具有重要的实践意义。要的实践意义。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 初次采动：初次采动：01maxcos3.10HDmcv重复采动：重复采动：01maxcos5.11HDmcv式中式中 D1D1工作面斜长，工作面斜长，m m；m m采厚，采
43、厚，m m；煤层倾角，煤层倾角，(o o)；HoHo平均采深，平均采深，m m；c c工作面推进速度，工作面推进速度，m md d。五、地表移动持续时间五、地表移动持续时间 下沉值最大的地表点从移动开始（下沉值最大的地表点从移动开始（下沉量达到下沉量达到10mm10mm时刻时刻）到地表移动停止（连续六个月内地表下沉量到地表移动停止（连续六个月内地表下沉量w w 30mm30mm）的持续）的持续时间时间称为地表移动称为地表移动持续持续时间时间。（一）影响最大下沉速度的因素（一）影响最大下沉速度的因素 我国一些矿区的实测资料表明，我国一些矿区的实测资料表明，最大下沉速度最大下沉速度与覆岩性质、与覆
44、岩性质、推进速度、深厚比、采动程度有关。覆岩性质愈软、推进速推进速度、深厚比、采动程度有关。覆岩性质愈软、推进速度愈大，深厚比愈小，则下沉速度愈大。重复采动时的最大度愈大，深厚比愈小，则下沉速度愈大。重复采动时的最大下沉速度比初次采动时大。下沉速度比初次采动时大。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 有些文献认为有些文献认为地表最大下沉速度地表最大下沉速度与与地表最大下沉值地表最大下沉值、开采开采深度深度、覆岩性质覆岩性质以及以及工作面推进速度工作面推进速度有关，其经验公式为：有关，其经验公式为：式中式中 K K下沉速度系数；下沉速度系数；V
45、V工作面推进速度，工作面推进速度，m md d；H H0 0平均采深，平均采深，m m；WmaxWmax本工作面地表最大下沉值，本工作面地表最大下沉值，mmmm。我国部分煤矿地表下沉速度系数我国部分煤矿地表下沉速度系数K K实测值实测值0maxmaxHVKWV第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 1 1开始阶段：开始阶段：从移动开从移动开始至下沉速度刚始至下沉速度刚达到达到1.67mm1.67mmd d时时刻止的阶段刻止的阶段为为移动开始阶段移动开始阶段。2 2活跃阶段：活跃阶段：下沉速度下沉速度大于大于1.67mm1.67mmd d的阶段，的
46、阶段，也称也称危险变形阶段危险变形阶段。3 3衰退阶段：衰退阶段：下沉速度下沉速度刚刚小于小于1.67mm1.67mmd d时时起至起至地表移动稳定的阶段为地表移动稳定的阶段为移动衰退阶段移动衰退阶段。地表最大下沉点的下沉速度及下沉曲线地表最大下沉点的下沉速度及下沉曲线（二）地表移动的三个阶段（二）地表移动的三个阶段l第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 地表最大下沉点的下沉速度及下沉曲线地表最大下沉点的下沉速度及下沉曲线0HLarcctg 直线直线l l反映整个移动过反映整个移动过程中程中地表最大下沉点地表最大下沉点至至各各时刻工作面水平距离
47、时刻工作面水平距离的变的变化关系。它与下沉曲线对化关系。它与下沉曲线对照，可知地表最大下沉点照，可知地表最大下沉点的下沉速度的变化与工作的下沉速度的变化与工作面的位置之间的关系。当面的位置之间的关系。当工作面推过该点一段距离工作面推过该点一段距离后，该点的下沉速度才能后，该点的下沉速度才能达到最大。从而可求出达到最大。从而可求出滞滞后距后距L L，据下式可求得，据下式可求得最大最大下沉速度滞后角下沉速度滞后角。（三）最大下沉速度滞后角和滞后距求取（三）最大下沉速度滞后角和滞后距求取l第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 六、工作面推进过程中地表
48、移动和变形的变化规律六、工作面推进过程中地表移动和变形的变化规律 当工作面停采后，当工作面停采后，水平移动仍在继续，最大水平移动值仍继水平移动仍在继续，最大水平移动值仍继续增加，直至地表移动稳定为止。续增加，直至地表移动稳定为止。(二）倾斜变化规律二）倾斜变化规律 工作面推进过程中倾斜变化规律与水平移动变化规律基本相同。工作面推进过程中倾斜变化规律与水平移动变化规律基本相同。采动过程中地表水平移动曲线变化规律采动过程中地表水平移动曲线变化规律（一）水平移动的变化规律（一）水平移动的变化规律 随着工作面的推进，采空随着工作面的推进，采空区面积不断增大，水平移动的最区面积不断增大，水平移动的最大值
49、逐渐增大，水平移动值等于大值逐渐增大，水平移动值等于零的点随着工作面的推进而向前零的点随着工作面的推进而向前移动。移动。当达到充分采动时，当达到充分采动时，开切开切眼一侧的水平移动渐趋稳定，水眼一侧的水平移动渐趋稳定，水平移动值等于零的点不再向前移平移动值等于零的点不再向前移动。动。当达到超充分采动时，当达到超充分采动时，水平水平移动值等于零的区域扩大。移动值等于零的区域扩大。第二节第二节 采动过程中的地表移动和变形的一般规律采动过程中的地表移动和变形的一般规律 （四）水平变形的变化规律（四）水平变形的变化规律 回采工作面推进过程中的地表水平变形变化规律与曲率变形变回采工作面推进过程中的地表水
50、平变形变化规律与曲率变形变化规律基本相同。化规律基本相同。采动过程中地表曲率变形曲线变化规律采动过程中地表曲率变形曲线变化规律（三）曲率的变化规律（三）曲率的变化规律 当工作面未到达充分采当工作面未到达充分采动时，动时，在开切眼上方地表的在开切眼上方地表的最大凸曲率，由小到大逐渐最大凸曲率，由小到大逐渐增加，而最大凹曲率先由小增加，而最大凹曲率先由小到大逐渐增加，然后又由大到大逐渐增加，然后又由大变小。变小。当地表达到充分采动当地表达到充分采动时，时，在盆地中央曲率为零，在盆地中央曲率为零，盆地内出现两个最大凹曲率盆地内出现两个最大凹曲率点。点。当达到超充分采动时，当达到超充分采动时，曲率变形
