《礦山開采沉陷學》複習題
《礦山開采沉陷學》複習題
一、名詞解釋
1.地表移動盆地主斷麵：地表移動盆地內通過最大下沉點（或者說移動盆地的中心）所作的沿煤層走向的垂直斷麵。（P35）
2.臨界開采麵積： 地表到充分采動時的采空區麵積。
3.防砂安全煤岩柱：在鬆散弱含水層底界麵至煤層開采上限之間為防止流砂潰入井下而保留的煤和岩層塊段。（P321）
4.垮落帶（冒落帶）：用全部垮落法管理頂板時，回采工作麵放頂後引起煤層直接頂板岩層產生破壞的範圍。（P26）
5.移動角：在充分采動或接近充分采動的條件下，地表移動盆地主斷麵上三個臨界變形值中最外邊的一個臨界變形值點至采空區邊界的連線與水平線在煤柱一側的夾角。（P43）
6.地表移動起動距：地表開始移動時工作麵的推進距離。（P85）
7.半無限開采：工作麵煤壁一側的煤層未被采動，而另一側的煤層全部采空的開采情況。
8. 超前影響角：將工作麵前方地表開始移動（即下沉10mm）的點與當時工作麵的連續，此連線與水平線在煤柱一側的夾角。（P85）
二、填空題
三、簡答題
1.什麼是開采沉陷預計，其目的是什麼？（P116）
（1）對一個計劃進行的開采，在開采進行以前，根據其地質采礦條件和選用的預計函數、參數，預先計算出受此開采影響的岩層和（或）地表的移動和變形工作，稱為開采沉陷預計。（2）開采沉陷預計對開采沉陷理論的研究和生產實踐都有重要意義。①在理論研究生的作用在於，利用預計的結果可以定量地研究受開采影響的岩層與地表移動在時間上和空間上的分布規律。②對指導建築物下、鐵路下、水體下的開采實踐具有重要的作用。
2.岩層移動穩定後，覆岩采入影響分為哪幾個帶？各影響帶的主要特征是什麼？（P25—P27）
（1）冒落帶：①隨著煤層的開采，其直接頂板在自重力的作用下，發生法向彎曲，當岩層內部的拉應力超過岩石的抗拉強度時，便產生斷裂、破碎成塊而垮落，冒落岩塊大小不一，無規則地堆積在采空區內；②冒落岩石具有一定的碎脹性， 冒落岩塊間空隙較大，連通性好，有利於水、砂、泥土通過。冒落岩石的體積大於冒落前的原岩體積；③冒落岩石具有可壓縮性；④冒落帶的高度主要取決於采出厚度和上覆岩石的碎脹係數，通常為采出厚度的3~5倍。實踐中可用下式近似估算冒落帶高度：h=m/[(k-1)cosα]。（2）裂隙（或稱斷裂）帶：該帶內岩層產生較大的彎曲、變形及破壞，其破壞特征是，裂縫帶內岩層不僅發生垂直於層理麵的裂縫或斷裂，而且產生順層理麵的離層裂縫。（3）彎曲（又稱整體移動）帶：①彎曲帶內岩層在自重力的作用下產生層麵法向彎曲，在水平方向處於雙向受壓縮狀態，因而其壓實程度較好，一般情況下具有隔水性，特別是當岩性較軟時，隔水性能更好，成為水下開采時的良好保護層，當透水的鬆散層在彎曲帶內就不能起到這種作用；②彎曲帶內岩層的移動過程是連續而有規律的，並保持其整體性和層狀結構，不存在或極少存在離層裂縫。在豎直麵內，各部分的移動值相差很小；③彎曲帶內的高度主要受開采深度的影響。
3.影響地表移動盆地分布規律的地質采礦因素有哪些？(P95-P104)
①覆岩力學性質、岩層層位的影響；②鬆散層對地表移動特征的影響；③煤層傾角的影響；④開采厚度與開采深度的影響；⑤采區尺寸大小的影響；⑥重複采動的影響；⑦采煤方法及頂板管理方法的影響。
4.采礦引起開采空間周圍岩層移動的主要形式有哪些？每種移動形式具備的條件是什麼？（P23-P24）
（1）彎曲：當地下煤層采出後，上覆岩層中的各個分層，從直接頂板開始沿層理麵的法線方向，依次向采區方向彎曲，直到地表。（2）岩層的垮落（或稱冒落）：采區煤層采出後，直接頂板岩層彎曲而產生拉伸變形，拉伸變形超過岩石的允許抗拉強度。（3）煤的擠出（又稱片幫）：煤層采出後，采空區頂板岩層內出現懸空，其壓力便轉移到煤壁（或煤柱）上，增加煤壁承受的壓力，形成增壓區，並且煤壁上有附加荷載的作用。（4）岩石沿層麵的滑移：傾斜煤層中，岩石的自重力方向與岩層的層理麵不垂直。（5）垮落岩石的下滑（或滾動）：煤層采出後，采空區為冒落岩塊所填充。當煤層傾角較大，而且開采是自上而下順序進行，下山部分煤層繼續開采而形成新的采空區。（6）底板岩層的隆起：煤層地板岩石很軟且傾角較大，在煤層采出後，底板在垂直方向減壓，水平方向受壓。
5.影響地表移動規律的地質采礦因素主要有哪些？舉出其中兩種因素對地表移動範圍和沉陷程度的具體影響。(P95-P104)
（1）①覆岩力學性質、岩層層位的影響；②鬆散層對地表移動特征的影響；③煤層傾角的影響；④開采厚度與開采深度的影響；⑤采區尺寸大小的影響；⑥重複采動的影響；⑦采煤方法及頂板管理方法的影響。（2）自選！
四、計算題
某礦計劃村莊下采煤，壓煤工作麵屬於水平煤層，工作麵開采深度，采厚，坡麵走向長，工作麵斜長，采煤方法為走向長臂式，頂板全部滑落，下沉係數，主要影響角水平移動係數，拐點偏距。試采用概率積分法預計該工作麵開采後地表移動盆地走向主斷麵的地表下沉、傾斜變形、曲率變形、水平移動和水平變形的最大值，並定性繪製走向主斷麵的上述五種移動與變形曲線。（原型：P133-P135 例4-1）
（1）確定預計參數：
（2）預計最大移動和變形值：
（3）走向主斷麵移動的變形預計表
計算
序號 計算方法 計算內容（單位） 計算結果
（1） 已知 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 +0.2 +0.4 +0.6 +0.8 +1.0
（2） （1） (cm) -70 -56 -42 -28 -14 0 14 28 42 56 70
（3） 已知 0.0062 0.0225 0.0665 0.1581 0.3081 0.5000 0.6919 0.8419 0.9335 0.9774 0.9938
（4） 0.043 0.134 0.323 0.605 0.882 1.00 0.882 0.605 0.323 0.134 0.043
（5） 0.178 0.422 0.800 1.000 0.730 0 -0.730 -1.000 -0.800 -0.422 -0.178
（6） （3） (mm) 9 34 100 237 462 750 1038 1263 1400 1466 1491
（7） （4） (mm/m) 0.92 2.87 6.92 12.97 18.90 21.43 18.90 12.97 6.92 2.87 0.92
（8） （5） (mm/m2) 0.083 0.196 0.372 0.465 0.339 0 -0.339 -0.465 -0.372 -0.196 -0.083
（9） （4） (mm) 16 50 121 227 331 375 331 227 121 50 16
（10） （5） (mm/m) 1.45 2.60 6.51 8.14 5.94 0 -5.94 -8.14 -6.51 -2.60 -1.45
（注）上表中黑體數據為已知數據。
（4）繪製移動和變形預計曲線圖
五、設計題
1.有一廠房，處於煤礦井田範圍內，保護等級為Ⅱ級，平麵尺寸和形狀如下圖。長軸方向與煤層方向夾角，煤層傾角，煤層厚度，樓房中心點下方埋藏深度，鬆散層厚度，該地區走向移動角，上山移動角，，鬆散層移動率，是采用垂直剖麵法留設該煤層的保護煤柱，並寫出具體步驟。（原型：P248 例7-1）
【解】步驟如下：
（1）在平麵圖上通過建築物四個角點分別作與煤層走向、傾向平行的四條直線，得到一矩形，即建築物本身所占麵積。由於屬Ⅱ級建築物，在外緣加上15m的圍護帶寬度，得到建築物的受保護邊界。
（2）標出地表線、建築物輪廓線、鬆散層和煤層等，注明煤層傾角、煤層厚度，建築物下方埋深，並繪製地表柱狀圖。
（3）在沿走向剖麵上，先求出鬆散層與基岩接觸麵上的保護邊界點，並作出走向移動角，將所得交點投影到平麵圖上，即得保護煤柱的邊界。
知識儲備：保護等級為級的建築物，其外緣加上的圍護帶寬為10m.
2.某礦在鬆散富含水層下開采一傾斜煤層，煤層總厚度為9m，分三層開采，每層厚度3m，煤層上覆岩為中性岩，鬆散層下無粘土，鬆散層下有厚度為8m的含水基岩風化帶，該礦導水裂縫帶高度計算公式為，保護層厚度取，試計算該煤層防水安全煤層柱高度，並在圖中確定煤岩開采上限位置。（原型：P322 例9-1）
【解】(1) （其中：—累計采厚）
（其中：n—分層層數）
基岩風化帶厚度已知，.
(2)由中硬岩導水裂縫帶第二種經公式有：
則
為了安全起見，取按第二種經驗公式計算結果，即防水安全煤岩柱高度為96m.
知識儲備：①堅硬覆岩經驗公式二： ②軟弱覆岩經驗公式二：
