《礦山開(kāi)采沉陷學(xué)》復(fù)習(xí)題
一、名詞解釋
1.地表移動(dòng)盆地主斷面：地表移動(dòng)盆地內(nèi)通過(guò)最大下沉點(diǎn)（或者說(shuō)移動(dòng)盆地的中心）所作的沿煤層走向的垂直斷面。（P35）
2.臨界開(kāi)采面積： 地表到充分采動(dòng)時(shí)的采空區(qū)面積。
3.防砂安全煤巖柱：在松散弱含水層底界面至煤層開(kāi)采上限之間為防止流砂潰入井下而保留的煤和巖層塊段。（P321）
4.垮落帶（冒落帶）：用全部垮落法管理頂板時(shí)，回采工作面放頂后引起煤層直接頂板巖層產(chǎn)生破壞的范圍。（P26）
5.移動(dòng)角：在充分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)的條件下，地表移動(dòng)盆地主斷面上三個(gè)臨界變形值中最外邊的一個(gè)臨界變形值點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角。（P43）
6.地表移動(dòng)起動(dòng)距：地表開(kāi)始移動(dòng)時(shí)工作面的推進(jìn)距離。（P85）
7.半無(wú)限開(kāi)采：工作面煤壁一側(cè)的煤層未被采動(dòng)，而另一側(cè)的煤層全部采空的開(kāi)采情況。
8. 超前影響角：將工作面前方地表開(kāi)始移動(dòng)（即下沉10mm）的點(diǎn)與當(dāng)時(shí)工作面的連續(xù)，此連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角。（P85）
二、填空題
三、簡(jiǎn)答題
1.什么是開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)，其目的是什么？（P116）
（1）對(duì)一個(gè)計(jì)劃進(jìn)行的開(kāi)采，在開(kāi)采進(jìn)行以前，根據(jù)其地質(zhì)采礦條件和選用的預(yù)計(jì)函數(shù)、參數(shù)，預(yù)先計(jì)算出受此開(kāi)采影響的巖層和（或）地表的移動(dòng)和變形工作，稱(chēng)為開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)。（2）開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)對(duì)開(kāi)采沉陷理論的研究和生產(chǎn)實(shí)踐都有重要意義。①在理論研究生的作用在于，利用預(yù)計(jì)的結(jié)果可以定量地研究受開(kāi)采影響的巖層與地表移動(dòng)在時(shí)間上和空間上的分布規(guī)律。②對(duì)指導(dǎo)建筑物下、鐵路下、水體下的開(kāi)采實(shí)踐具有重要的作用。
2.巖層移動(dòng)穩(wěn)定后，覆巖采入影響分為哪幾個(gè)帶？各影響帶的主要特征是什么？（P25—P27）
（1）冒落帶：①隨著煤層的開(kāi)采，其直接頂板在自重力的作用下，發(fā)生法向彎曲，當(dāng)巖層內(nèi)部的拉應(yīng)力超過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生斷裂、破碎成塊而垮落，冒落巖塊大小不一，無(wú)規(guī)則地堆積在采空區(qū)內(nèi)；②冒落巖石具有一定的碎脹性， 冒落巖塊間空隙較大，連通性好，有利于水、砂、泥土通過(guò)。冒落巖石的體積大于冒落前的原巖體積；③冒落巖石具有可壓縮性；④冒落帶的高度主要取決于采出厚度和上覆巖石的碎脹系數(shù)，通常為采出厚度的3~5倍。實(shí)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(chēng)斷裂）帶：該帶內(nèi)巖層產(chǎn)生較大的彎曲、變形及破壞，其破壞特征是，裂縫帶內(nèi)巖層不僅發(fā)生垂直于層理面的裂縫或斷裂，而且產(chǎn)生順層理面的離層裂縫。（3）彎曲（又稱(chēng)整體移動(dòng)）帶：①?gòu)澢鷰?nèi)巖層在自重力的作用下產(chǎn)生層面法向彎曲，在水平方向處于雙向受壓縮狀態(tài)，因而其壓實(shí)程度較好，一般情況下具有隔水性，特別是當(dāng)巖性較軟時(shí)，隔水性能更好，成為水下開(kāi)采時(shí)的良好保護(hù)層，當(dāng)透水的松散層在彎曲帶內(nèi)就不能起到這種作用；②彎曲帶內(nèi)巖層的移動(dòng)過(guò)程是連續(xù)而有規(guī)律的，并保持其整體性和層狀結(jié)構(gòu)，不存在或極少存在離層裂縫。在豎直面內(nèi)，各部分的移動(dòng)值相差很小；③彎曲帶內(nèi)的高度主要受開(kāi)采深度的影響。
3.影響地表移動(dòng)盆地分布規(guī)律的地質(zhì)采礦因素有哪些？(P95-P104)
①覆巖力學(xué)性質(zhì)、巖層層位的影響；②松散層對(duì)地表移動(dòng)特征的影響；③煤層傾角的影響；④開(kāi)采厚度與開(kāi)采深度的影響；⑤采區(qū)尺寸大小的影響；⑥重復(fù)采動(dòng)的影響；⑦采煤方法及頂板管理方法的影響。
4.采礦引起開(kāi)采空間周?chē)鷰r層移動(dòng)的主要形式有哪些？每種移動(dòng)形式具備的條件是什么？（P23-P24）
（1）彎曲：當(dāng)?shù)叵旅簩硬沙龊?，上覆巖層中的各個(gè)分層，從直接頂板開(kāi)始沿層理面的法線方向，依次向采區(qū)方向彎曲，直到地表。（2）巖層的垮落（或稱(chēng)冒落）：采區(qū)煤層采出后，直接頂板巖層彎曲而產(chǎn)生拉伸變形，拉伸變形超過(guò)巖石的允許抗拉強(qiáng)度。（3）煤的擠出（又稱(chēng)片幫）：煤層采出后，采空區(qū)頂板巖層內(nèi)出現(xiàn)懸空，其壓力便轉(zhuǎn)移到煤壁（或煤柱）上，增加煤壁承受的壓力，形成增壓區(qū)，并且煤壁上有附加荷載的作用。（4）巖石沿層面的滑移：傾斜煤層中，巖石的自重力方向與巖層的層理面不垂直。（5）垮落巖石的下滑（或滾動(dòng)）：煤層采出后，采空區(qū)為冒落巖塊所填充。當(dāng)煤層傾角較大，而且開(kāi)采是自上而下順序進(jìn)行，下山部分煤層繼續(xù)開(kāi)采而形成新的采空區(qū)。（6）底板巖層的隆起：煤層地板巖石很軟且傾角較大，在煤層采出后，底板在垂直方向減壓，水平方向受壓。
5.影響地表移動(dòng)規(guī)律的地質(zhì)采礦因素主要有哪些？舉出其中兩種因素對(duì)地表移動(dòng)范圍和沉陷程度的具體影響。(P95-P104)
（1）①覆巖力學(xué)性質(zhì)、巖層層位的影響；②松散層對(duì)地表移動(dòng)特征的影響；③煤層傾角的影響；④開(kāi)采厚度與開(kāi)采深度的影響；⑤采區(qū)尺寸大小的影響；⑥重復(fù)采動(dòng)的影響；⑦采煤方法及頂板管理方法的影響。（2）自選！
四、計(jì)算題
某礦計(jì)劃村莊下采煤，壓煤工作面屬于水平煤層，工作面開(kāi)采深度，采厚，坡面走向長(zhǎng)，工作面斜長(zhǎng)，采煤方法為走向長(zhǎng)臂式，頂板全部滑落，下沉系數(shù)，主要影響角水平移動(dòng)系數(shù)，拐點(diǎn)偏距。試采用概率積分法預(yù)計(jì)該工作面開(kāi)采后地表移動(dòng)盆地走向主斷面的地表下沉、傾斜變形、曲率變形、水平移動(dòng)和水平變形的最大值，并定性繪制走向主斷面的上述五種移動(dòng)與變形曲線。（原型：P133-P135 例4-1）
（1）確定預(yù)計(jì)參數(shù)：
（2）預(yù)計(jì)最大移動(dòng)和變形值：

（3）走向主斷面移動(dòng)的變形預(yù)計(jì)表
計(jì)算
序號(hào) 計(jì)算方法 計(jì)算內(nèi)容（單位） 計(jì)算結(jié)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(shù)據(jù)為已知數(shù)據(jù)。
（4）繪制移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)曲線圖

五、設(shè)計(jì)題
1.有一廠房，處于煤礦井田范圍內(nèi)，保護(hù)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，平面尺寸和形狀如下圖。長(zhǎng)軸方向與煤層方向夾角，煤層傾角，煤層厚度，樓房中心點(diǎn)下方埋藏深度，松散層厚度，該地區(qū)走向移動(dòng)角，上山移動(dòng)角，，松散層移動(dòng)率，是采用垂直剖面法留設(shè)該煤層的保護(hù)煤柱，并寫(xiě)出具體步驟。（原型：P248 例7-1）
【解】步驟如下：
（1）在平面圖上通過(guò)建筑物四個(gè)角點(diǎn)分別作與煤層走向、傾向平行的四條直線，得到一矩形，即建筑物本身所占面積。由于屬Ⅱ級(jí)建筑物，在外緣加上15m的圍護(hù)帶寬度，得到建筑物的受保護(hù)邊界。
（2）標(biāo)出地表線、建筑物輪廓線、松散層和煤層等，注明煤層傾角、煤層厚度，建筑物下方埋深，并繪制地表柱狀圖。
（3）在沿走向剖面上，先求出松散層與基巖接觸面上的保護(hù)邊界點(diǎn)，并作出走向移動(dòng)角，將所得交點(diǎn)投影到平面圖上，即得保護(hù)煤柱的邊界。
知識(shí)儲(chǔ)備：保護(hù)等級(jí)為級(jí)的建筑物，其外緣加上的圍護(hù)帶寬為10m.
2.某礦在松散富含水層下開(kāi)采一傾斜煤層，煤層總厚度為9m，分三層開(kāi)采，每層厚度3m，煤層上覆巖為中性巖，松散層下無(wú)粘土，松散層下有厚度為8m的含水基巖風(fēng)化帶，該礦導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算公式為，保護(hù)層厚度取，試計(jì)算該煤層防水安全煤層柱高度，并在圖中確定煤巖開(kāi)采上限位置。（原型：P322 例9-1）
【解】(1) （其中：—累計(jì)采厚）
（其中：n—分層層數(shù)）
基巖風(fēng)化帶厚度已知，.

(2)由中硬巖導(dǎo)水裂縫帶第二種經(jīng)公式有：

則
為了安全起見(jiàn)，取按第二種經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果，即防水安全煤巖柱高度為96m.
知識(shí)儲(chǔ)備：①堅(jiān)硬覆巖經(jīng)驗(yàn)公式二： ②軟弱覆巖經(jīng)驗(yàn)公式二：