开采引起的岩层移动.ppt

1开采引起的岩开采引起的岩层与地表移与地表移动1-1开采引起的岩开采引起的岩层移移动1-2开采引起的地表移开采引起的地表移动1-3地表移地表移动变形参数的影响因素形参数的影响因素1-4地表移地表移动变形形预计1煤煤层开采后，开采后，岩岩层移移动是是如如何何由由下下往往上上发展展直直至至地地表的？表的？岩岩层移移动过程程中中内内部部岩岩体体的的应力力、裂裂隙、位移是如何分布的？隙、位移是如何分布的？1-1开采引起的岩开采引起的岩层移移动2传统研究（三个方面）采场矿压老顶结构模型（力学模型）岩层内部移动三带论（统计加模型）地表沉陷数理统计 关键层理论思想采动覆岩为统一的研究整体一、关一、关键层理理论的基本概念的基本概念3随着工作面推随着工作面推进，地表的影响范，地表的影响范围不不断断扩大，下沉大，下沉值不断增加，在地表形不断增加，在地表形成一个比开采范成一个比开采范围大的下沉盆地。大的下沉盆地。4充分采充分采动区；区；最大弯曲区；最大弯曲区；顶板板压缩区；区；底板底板压缩区；区；不均匀隆起区；不均匀隆起区；均匀隆起区均匀隆起区二、岩二、岩层移移动和和变形分区形分区5岩岩层移移动和和变形分区形分区充分采充分采动区区最大弯曲区：最大弯曲区：岩岩层向下弯曲的程度最大向下弯曲的程度最大顶板板压缩区区底板底板压缩区区支承支承压力引起沿垂直方向力引起沿垂直方向压缩工作面区域以外地工作面区域以外地层下沉下沉不均匀隆起区不均匀隆起区底鼓底鼓应力降低力降低均匀隆起区均匀隆起区水平水平挤压6煤体下方煤体下方采空区下方采空区下方（高（高应力力压缩）低低应力力 h侧向水平向水平应力力示例示例 h hK H H h h底板底板7 采场覆岩移动的“横三区”与“竖三带”A-煤壁支撑影响区；B-离层区；C-重新压实区-垮落带；-断裂带；-弯曲带8（1）垮落落带 垮落落带:由采由采矿引起的上覆岩引起的上覆岩层破坏并向采空破坏并向采空区区垮落的岩落的岩层带称称为垮落落带。垮落落带岩岩层的破坏特点及其判的破坏特点及其判别：愈愈是是靠靠近近煤煤层的的直直接接顶岩岩层，其其垮落落后后愈愈 是破碎和紊乱。分两是破碎和紊乱。分两类:不不规则垮落落带，呈，呈杂乱堆乱堆积。规则垮落落带，岩，岩块堆堆积排列排列较整整齐 碎碎胀性：性：1.3 1.3 1.5,1.5,体体积增大增大 导水：水、水砂和泥水：水、水砂和泥浆容易通容易通过9（1）垮落落带垮落落带内内岩岩块之之间的的间隙隙随随着着时间延延续和和采采动程程度度加加大大，在在一一定定程程度度上上可可得得到到压实，压实后后的的碎碎胀系数系数仍然要大于仍然要大于1。高高度度 :通通常常为采采出出高高度度的的3 35 5倍倍，取取决决于于采采出出厚厚度度、上上覆覆岩岩层的的岩岩性性、碎碎胀系系数数和和煤煤层倾角角，可由下式可由下式计算：算：10（2）断裂）断裂带曾称：曾称：裂隙裂隙带。断裂断裂带特点：特点：各各分分层岩岩层弯弯曲曲，整整体体断断裂裂，大大致垂直于致垂直于层面的裂隙；面的裂隙；各岩各岩层之之间离离层断断裂裂带中中的的岩岩层一一般般情情况况下下能能够导水水，又称，又称导水断裂水断裂带厚厚煤煤层第第一一分分层以以后后的的分分层开开采采时，断断裂裂带高高度度上上升升，但但上升的幅度上升的幅度较初次采初次采动大大为减小减小11（3）弯曲）弯曲带断裂断裂带之上至地表之上至地表又称：弯曲下沉又称：弯曲下沉带或整体或整体移移动带采深采深较大，弯曲大，弯曲带的高度可能大大超的高度可能大大超过垮落落带和断和断裂裂带高度之和高度之和特点：特点：保持整体性和保持整体性和层状状结构，不存在或极少存构，不存在或极少存在离在离层裂隙。裂隙。隔水，岩性隔水，岩性较软时，隔水性能更好。，隔水性能更好。12不出不出现三三带的可能性的可能性浅部无弯曲下沉浅部无弯曲下沉带充填开采无充填开采无垮落落带13三三带的空的空间轮廓形状廓形状（1）0 35 垮落落带开采期开采期间，垮落落带的高度的高度基本上是相同基本上是相同开采完开采完毕，中，中间较低，两低，两端端较高的枕形高的枕形轮廓廓断裂断裂带两端两端边界超出，呈界超出，呈马鞍形，鞍形，最高点位于采空区斜上最高点位于采空区斜上方。方。1415（）（）36 54 垮落落带上部岩上部岩块下滑或下滑或滚动上上部部继续离离层、断断裂裂、破碎和破碎和垮落，落，下部下部垮落落带高度高度较小。小。断裂断裂带上大下小，上部的上大下小，上部的轮廓大致呈抛物廓大致呈抛物线，与采空，与采空区区边界界齐或略偏外。或略偏外。16（3）=5590 岩岩块滚动下滑下滑，迅速充填，迅速充填下部下部上部：上部：边界煤柱片帮、碎界煤柱片帮、碎裂、抽冒，裂、抽冒，垮落落带和断裂和断裂带上上边缘急急剧向上向上发展，大大超出上展，大大超出上边界界垮落落带、断裂、断裂带呈耳形或呈耳形或上大下小的不上大下小的不对称拱形称拱形17垮落落带与断裂与断裂带的高度的高度（1）主要影响因素）主要影响因素顶板板岩性岩性 煤煤层倾角角 采高及厚煤采高及厚煤层分分层次数次数采空区采空区范范围采空区采空区处理理方法方法三、三、垮落落带与断裂与断裂带的高度的高度18顶板岩性板岩性对两两带的影响的影响顶板板坚硬硬，岩岩层垮落落后后块度度大大，碎碎胀系系数数也也大大。基基本本顶由由于于坚硬硬而而下下沉沉缓慢慢，下下沉沉量量小小，使使垮落落过程程充充分分发展展，垮落落带和和断断裂裂带高高度度较大大，两两带高高度度之之和和可可达达到到开开采采厚度的厚度的18 28倍。倍。顶板板松松软破破碎碎时，由由于于顶板板稳定定性性差差，采采空空区区回回柱柱放放顶或或移移架架后后能能迅迅速速被被垮落落岩岩块填填满，垮落落过程程不不能能充充分分发展展，两两带高高度度均均较低，一般低，一般为采厚的采厚的9 12倍。倍。19煤煤层倾角角对两两带的影响的影响垮落落岩岩块随随倾角角加加大大在在采采空空区区发生生运运动。采空区采空区垮落的岩落的岩块有三种状有三种状态：倾角角小小于于35 时，岩岩块就就地地堆堆积。同同一一采采区区内内，各各个个部部位位的的垮落落带和和断断裂裂带上上边界界离煤离煤层的高度基本上相等的高度基本上相等倾角角35 54 时，垮落岩落岩块下滑下滑。倾角角大于大于54 时，岩岩块下下滚，下部，下部垮落的落的发展很小，上部展很小，上部发展很高展很高20采高及厚煤采高及厚煤层分分层次数次数对两两带的影响的影响一一次次采采全全高高或或分分层初初次次开开采采时，两两带高高度度与与采高呈近似直采高呈近似直线关系关系分分层或近距离煤或近距离煤层群重复开采，两群重复开采，两带高度随高度随分分层次数增加而次数增加而递减减 21采空区范采空区范围对两两带的影响的影响采空区范采空区范围决定了开采充分程度，当采决定了开采充分程度，当采空区范空区范围足足够大大时，垮落落带和断裂和断裂带得得到充分到充分发展，反之两展，反之两带的高度的高度发展将受展将受到限制。到限制。22采空区采空区处理方法理方法对两两带的影响的影响全全部部垮落落法法：上上覆覆岩岩层破破坏坏发展展最最充充分分，弯弯曲、离曲、离层、断裂、断裂、垮落，达到一定高度落，达到一定高度充填法：充填法：无无垮落落带，断裂，断裂带高度也明高度也明显降低降低煤柱支撑法：煤柱支撑法：两两带高度介于之高度介于之间23垮落落带高度的高度的计算公式算公式（倾角角为035 及及3654）单一煤一煤层的的垮落落带最大高度最大高度覆岩覆岩为极极坚硬岩硬岩层公式公式w垮落过程中顶板下沉值覆覆岩岩为坚硬硬、中中硬硬、软弱岩弱岩层或其互或其互层公式公式24垮落落带高度公式高度公式（倾角角为035 及及3654，厚煤厚煤层分分层开采）开采）覆岩岩性覆岩岩性（单向抗向抗压强度及主要度及主要岩石名称）岩石名称）计算公式(m)坚硬硬(40 80MPa，石英砂岩、石英砂岩、石灰岩、砂石灰岩、砂质页岩、岩、砾岩岩)中硬中硬(20 40MPa，砂岩、泥砂岩、泥质灰岩、砂灰岩、砂质页岩、岩、页岩岩)软弱弱(10 20MPa、泥岩，泥泥岩，泥质砂岩砂岩极极软弱弱(10MPa，铝土岩、土岩、风化泥岩，粘土，砂化泥岩，粘土，砂质粘土粘土)25导水断裂水断裂带高度高度计算公式算公式（倾角角为035 及及3654）（单一薄及中厚煤一薄及中厚煤层或厚煤或厚煤层分分层开采）开采）岩性岩性计算公式之一(m)计算公式之二(m)坚硬硬中硬中硬软弱弱极极软弱弱26急斜煤急斜煤层h27垮落落带及及导水断裂水断裂带高度高度(倾角角为5590)岩性垮落落带高度高度计算（算（m）导水断裂水断裂带高度高度计算算（m）坚硬Hk=(0.40.5)Hd中硬、软弱Hk=(0.40.5)Hd注：h区段或分段垂高，m；M煤层法线厚度，m。28近距离煤近距离煤层垮落落带和断裂和断裂带高度高度层间距距大于大于下煤下煤层开采形成的开采形成的垮落落带高度高度 上下煤上下煤层的的垮落落带高度不重合，而断高度不重合，而断裂裂带高度可能重合高度可能重合上上下下煤煤层的的断断裂裂带最最大大高高度度可可按按近近距距离离上上下下煤煤层的的厚厚度度分分别计算算，取取其其中中标高高值大大者者作作为两两层煤煤的的断断裂裂带高度高度；上下煤上下煤层的的垮落落带高度高度则取取上煤上煤层的的垮落落带高度。高度。29近距离煤近距离煤层垮落落带和断裂和断裂带高度高度层间距距小于小于下煤下煤层开采形成的开采形成的垮落落带高度高度 上下煤上下煤层的的垮落落带高度重合高度重合上上煤煤层的的断断裂裂带高高度度按按该层的的厚厚度度计算算，下下煤煤层断断裂裂带最最大大高高度度按按综合合开开采采厚厚度度计算算，取取其其中中标高最大高最大值作作为两两层煤的断裂煤的断裂带最大高度。最大高度。Mz=M1+M2y2=H2k/M230