地下開(kāi)采地表移動(dòng)變形規(guī)律研究

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1、地下開(kāi)采地表移動(dòng)變形規(guī)律研究[摘要]能源是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的重要指標(biāo)，而地下開(kāi)采是能源需求以及原材料的有力保障。隨之而來(lái)的一個(gè)問(wèn)題就是地下開(kāi)采引發(fā)的開(kāi)采沉陷破壞地球村的環(huán)境，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展受到制約。如何適度好的開(kāi)采不導(dǎo)致地表移動(dòng)變形是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外共同研究的課題，地表移動(dòng)變形的都有其分布規(guī)律，巖層的種類(lèi)也和地表移動(dòng)變形有密切關(guān)系，對(duì)它的預(yù)計(jì)可以采用概率積分法、典型曲線法和剖面函數(shù)法。[關(guān)鍵詞]地下開(kāi)采巖層地表移動(dòng)影響因素中圖分類(lèi)號(hào)：TD803文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1009-914X（2014）42-0139-01地球上的資源是有限

2、的，而我們無(wú)時(shí)不刻在消耗能源，為了解決能源結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題我國(guó)有南水北調(diào)、西氣東輸?shù)群拼蠊こ?，礦產(chǎn)資源的開(kāi)采也早已進(jìn)入經(jīng)濟(jì)人的視線。開(kāi)采過(guò)度已經(jīng)存在，它會(huì)引起的地層斷陷、下沉或地下水的進(jìn)入，開(kāi)采的目的在于礦石的冶煉，它會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染問(wèn)題。世界研究地下開(kāi)采的很多，但是研究地下開(kāi)采與地表移動(dòng)變形規(guī)律的卻很少。研究地下開(kāi)采與地表移動(dòng)變形規(guī)律對(duì)開(kāi)采不造成大的損失是有非常重要意義的。1.地下開(kāi)采對(duì)環(huán)境的危害6地下開(kāi)采會(huì)造成地表坍塌面積的增加，有關(guān)數(shù)據(jù)表明，井下采煤和地表塌陷在體積和面積上呈現(xiàn)一種比例關(guān)系：如果采出體積為1，則塌陷體積就大約是0

3、.7；面積差異就比較大，開(kāi)采面積為1，塌陷區(qū)面積大概就是12[1]?？梢钥闯?，它對(duì)人們的生活環(huán)境會(huì)造成極大危害，開(kāi)采損害糾紛也時(shí)有發(fā)生。地下開(kāi)采出的礦石的冶煉會(huì)造成空氣污染以及水污染，開(kāi)采影響可以用“三帶”型來(lái)描述，并且具有很強(qiáng)的針對(duì)性和適用性。2.地表移動(dòng)過(guò)程中的變形規(guī)律2.1開(kāi)采引起的巖層和地表移動(dòng)地下巖層在地應(yīng)力場(chǎng)的作用下是一種平衡狀態(tài)，在礦體被采出來(lái)的時(shí)候，會(huì)在巖體內(nèi)形成一個(gè)采空區(qū)[2]，若它的平衡遭到破壞，巖體只有移動(dòng)、變形和破壞達(dá)到新的平衡。巖層移動(dòng)就是這個(gè)過(guò)程的產(chǎn)物。在開(kāi)采過(guò)程中，礦區(qū)的巖石等地表物會(huì)在重力作用下產(chǎn)生

4、下沉，這就會(huì)導(dǎo)致原本平坦的地面會(huì)變得扭曲，如果內(nèi)部的作用力超過(guò)巖層自身的受力強(qiáng)度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生斷裂等情況，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失，制約整個(gè)社會(huì)的正常發(fā)展。2.2點(diǎn)的移動(dòng)6地表移動(dòng)盆地內(nèi)，通過(guò)最大下沉點(diǎn)沿煤層走向或傾斜方向所做的垂直斷面叫做主斷面。點(diǎn)的移動(dòng)有五個(gè)階段，在主斷面有一點(diǎn)A，在工作面從遠(yuǎn)處不斷向A點(diǎn)推進(jìn)的時(shí)候并影響A點(diǎn)，地表下沉的速度回慢慢變大[3]，但是工作面推進(jìn)的方向和A點(diǎn)移動(dòng)的方向是相反的；工作面和A點(diǎn)即將相遇時(shí)，A點(diǎn)移動(dòng)方向近于豎直方向；相遇后，工作面遠(yuǎn)離A點(diǎn)，方向和A點(diǎn)一致；遠(yuǎn)離A點(diǎn)到達(dá)一定距離后，工作面對(duì)A點(diǎn)的

5、影響會(huì)很小，此時(shí)點(diǎn)A移動(dòng)會(huì)停止；最后A點(diǎn)穩(wěn)定的位置會(huì)偏向回采工作面停止位置。2.3移動(dòng)的時(shí)間過(guò)程下沉值最大的那個(gè)點(diǎn)從移動(dòng)開(kāi)始到停止會(huì)有三個(gè)時(shí)間過(guò)程。第一個(gè)階段叫開(kāi)始階段，它是移動(dòng)開(kāi)始到下沉速度剛好達(dá)到1.67mm/d，下沉速度大于1.67mm/d的時(shí)候就進(jìn)入到活躍階段，最后下沉速度會(huì)降到1.67mm/d以下，這就是第三個(gè)時(shí)間段。2.4工作面推進(jìn)中的變化規(guī)律一般來(lái)說(shuō)采空區(qū)面積的大小會(huì)影響到后續(xù)工作，隨著面積的不斷擴(kuò)大，會(huì)造成水平移動(dòng)幅度呈現(xiàn)出擴(kuò)大趨勢(shì)。在充分開(kāi)采時(shí)，水平移動(dòng)會(huì)變的非常小，通常情況下不會(huì)發(fā)生任何移動(dòng)。但是隨著充分開(kāi)采的

6、深度深入，水平移動(dòng)的范圍就會(huì)擴(kuò)大，整個(gè)區(qū)域會(huì)受到更多的影響。這是水平移動(dòng)過(guò)程中的一般規(guī)律，這種規(guī)律與傾斜變化具有很強(qiáng)的相似性。在未達(dá)到充分開(kāi)采之前，地表最大凸曲率會(huì)逐漸變大，當(dāng)這個(gè)數(shù)值達(dá)到一定的程度之后，會(huì)呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。這個(gè)曲率的變化規(guī)律和水平變形的規(guī)律變化一致。這種規(guī)律對(duì)研究地表移動(dòng)具有很好的指引作用。63.5開(kāi)采地表移動(dòng)規(guī)律計(jì)算方法研究地表移動(dòng)規(guī)律的方法主要有實(shí)地觀測(cè)法、理論研究法以及模擬試驗(yàn)法。實(shí)地觀測(cè)法主要就是構(gòu)建各個(gè)測(cè)點(diǎn)組成的觀測(cè)網(wǎng)。分別在開(kāi)采前、開(kāi)采中以及移動(dòng)穩(wěn)定后對(duì)觀測(cè)測(cè)點(diǎn)的位移進(jìn)行記錄，并且根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算出地表在垂

7、直與水平方向的位移距離。通過(guò)數(shù)據(jù)分析地表的移動(dòng)規(guī)律，總結(jié)出地表下沉與變形最大值的公式。實(shí)地觀測(cè)法的優(yōu)勢(shì)主要是實(shí)用性強(qiáng)，計(jì)算準(zhǔn)確可靠，并且可以給其他計(jì)算方法提供依據(jù)；其主要缺點(diǎn)在于耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，工作量龐大，應(yīng)用局限性強(qiáng)。3.地表移動(dòng)變形的影響因素3.1覆巖力學(xué)性質(zhì)、巖層層位的影響地表移動(dòng)變形的影響因素有很多，開(kāi)采沉陷的分布規(guī)律取決于地質(zhì)和采礦的綜合影響。第一個(gè)是巖石的力學(xué)性質(zhì)（堅(jiān)硬、中硬、軟弱）[4]，它對(duì)層狀礦體開(kāi)采引起的巖層和地表沉陷影響很大。一般來(lái)說(shuō)，頂層巖石的堅(jiān)硬程度與地表移動(dòng)變形具有一定的聯(lián)系性，當(dāng)巖石堅(jiān)硬時(shí)，拐點(diǎn)偏移度會(huì)向

8、采空區(qū)一側(cè)靠近；當(dāng)這個(gè)堅(jiān)硬度比較小時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出相反的態(tài)勢(shì)。上層巖石越發(fā)堅(jiān)硬，地表下沉度就會(huì)越小。同時(shí)，巖石和地表下陷還受到層位的影響，當(dāng)軟巖石覆蓋在硬巖石層上方時(shí)，硬巖層在鍛煉過(guò)程中產(chǎn)生的力量會(huì)受到一定的抵銷(xiāo)，降低移動(dòng)變化帶來(lái)的破壞程度。3.2松散