煤矿开采对环境的影响.docx

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1、河南理工大学毕业设计论文任务书专业班级学生姓名一、题目二、起止日期年月日至年月日三、主要任务与要求指导教师职称学院领导签字（盖章）年月日河南理工大学毕业设计论文评阅人评语题目评阅人职称工作单位年月日河南理工大学毕业设计论文评定书题目指导教师职称年月日河南理工大学毕业设计论文辩论许可证辩论前向毕业设计辩论委员会（小组）提交了如下资料:1、设计1论文）说明共页2、图纸共张3、指导教师意见共页4、评阅人意见共页经审查，专业班同学所提交的毕业设计论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，到达毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）辩论。指导教师签字（盖

2、章）年月日根据审查，准予参加辩论。辩论委员会主席（组长）签字（盖章）年月日河南理工大学毕业设计论文辩论委员会小组决议学院专业班同学的毕业设计（论文）于年月日进行了辩论。根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在辩论过程中学生答复下列问题的情况，毕业设计（论文）辩论委员会（小组）做出如下决议。一、毕业设计（论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总评成绩：三、辩论组组长签名:辩论组成员签名:辩论委员会主席：签字（盖章）摘要在当今中国社会，能源是社会经济开展的动力，社会生产生活离不开能源，能源是社会赖以进步和开展的源泉。煤炭作为能源的一种，在我国有着丰富的资源和广泛的应用。煤炭在

3、我国能源结构中占据重要地位，但由于煤炭大局部属于地下开采，并且大规模煤炭资源的开采，也造成了煤矿开采区的自然环境的巨大破坏。因此分析井田煤炭开采所造成的地表沉陷对生态环境的影响，有着至关重要的意义。文章采用了文献综述法和煤矿实例分析相结合对矿井开采对环境的影响进行分析和总结。首先本文分析了煤矿环境特征、煤矿开采的各种环境效应以及煤矿开采影响环境的因素。其次介绍了开采引起的岩层移动和破坏以及引起的地表移动的形式，并介绍了地表移动与变形预计的概念、意义、内容和方法，其中详细介绍了概率积分法的原理和数学模型。然后主要从五个方面探究了煤矿开采对地表环境的影响。耕地方面分析了开采沉陷对耕地的主要影响主要

4、表现，并依据我国的实际情况，将开采沉陷对土地的影响分为4类；在建筑物方面，分别从下沉、水平移动、倾斜、曲率、拉伸和压缩分析了地表变形对建筑的影响；地形地貌主要介绍塌陷区的产生和可诱发的地质灾害；在水资源方面把地下水和地表水看成一个联系的整体进行统一分析，分别分析了水资源量的影响、水资源循环的影响和含水层水位变化三个方面；最后分别从植物、动物和微生物分析了煤矿开采对地表生态环境的影响。最后结合实例，用概率积分法对实例矿区地表进行了变形预计，同时，也对该矿区煤矿开采对地表环境的影响进行了详细的分析，对矿区耕地、村庄房屋、地形地貌的变化、地表的水库、含水层水位变化及生态环境各方面的影响做出总结。关键

5、字：矿区环境地表移动影响分析ABSTRACTIntodaysChinesesociety,energyisthedrivingforceofsocialandeconomicdevelopment,socialandproductioncannotlivewithoutenergy,energyisthesourceofthesocietyonwhichprogressanddevelopment.Coalasakindofenergyinourcountryisrichinresourcesandawiderangeofapplications.Coaloccupiesanimportant

6、positioninChain,senergystructure,butbecauseofthelarge-scaleexploitationofcoalresources,andcoalbelongtotheundergroundmining,causedenormousdestructionofthenaturalecologicalenvironmentofthecoalminingarea.Therefore,theanalysisofgroundsubsidencecausedbyundergroundwayminingcoalcreatedinfluenceontheecologi

7、calenvironmenthasavitalsignificance.Thearticleusesaliteraturereviewmethodandcoalinstanceanalysistodotheanalysisandsummaryofundergroundwayminingcoalcausedontheenvironment.First,thispaperanalyzestheenvironmentalcharacteristicsofcoal,thevariousenvironmentaleffectsofcoalminingandthefactorsofcoalminingaf

8、fectenvironmental.Secondlyintroducesthestratamovementanddamagecausedbyminingandsurfacemovementcausedbytheform,andintroducestheconceptofsurfacemovementanddeformationisexpected,significance,contentandmethod,whichwasintroducedindetailtheprincipleofprobabilityintegralmethodandmathematicalmodel.Thenmainl

9、yfromthefiveaspectstoexploretheinfluenceoftheenvironmentoftheearthssurfacecausedbycoalmining.Cultivatedlandinminingsubsidenceoncultivatedlandareanalyzedthemaininfluenceofthemainperformance,andaccordingtotheactualsituationofourcountry,theinfluenceofminingsubsidenceonthelandcanbedividedinto4classes;In

10、termsofbuilding,fromsinking,horizontaldisplacement,inclination,curvature,stretchingandcompressionisanalyzedtheinfluenceofthesurfacedeformationofbuilding;Topographymainlyintroducestheproductionofsubsidenceandmayinducegeologicaldisasters;Groundwaterandsurfacewaterinthewaterasaunifiedwholecontactanalys

11、is,respectively,andanalyzestheeffectsofwaterquantity,watercycleandtheinfluenceofaquiferwaterlevelchangesinthreeaspects;Fromplants,animals,andmicroorganismsandanalyzedtheinfluenceoftheecologicalenvironmentoftheearth,ssurfacecausedbycoalmining.Finallycombiningwiththeinstance,forinstancebyprobabilityin

12、tegralmethod,predictingsurfacehascarriedonthedeformationisatthesametime,alsofortheminingareacoalmininghascarriedonthedetailedanalysistotheinfluenceofthesurfaceenvironmentandtheminingareaofarableland,villagehome,thechangeoftopography,surfacereservoirandaquiferwaterlevelchangeandtheecologicalenvironme

13、ntoftheinfluenceofvariousaspectstomakeasummary.Keywords：MiningareaenvironmentGroundmovementinfluenceAnalysis目录1绪论11.1 选题背景11.2 我国矿区环境现状11.3 外国矿区环境现状21.4 煤矿环境特征21.5 煤矿开采的各种环境效应31.6 煤矿开采影响环境的因素41.7 本文研究的目的及主要内容42地表移动和变形预计52.1 开采引起的岩层移动和破坏5垮落带5断裂带5弯曲带62.2 地下开采引起的地表移动形式62.2.1 地表移动盆地62.2.2 裂缝及台阶62.2.3 塌陷

14、坑62.3 地表移动和变形预计7根本概念7预计的意义和作用7预计的内容7预计的方法72.4 本章小结93煤矿开采对地表环境的影响分析103.1 对耕地的影响10对耕地的主要影响主要表现10开采沉陷对土地的影响分类103.2 对地面建筑物等人工设施的影响11地表移动变形对建筑的影响11地表移动变形引起的建筑物裂缝123.3 对地形地貌的影响133.4 对矿区水资源的影响14水体类别143.4.1 煤矿开采对水资源量的影响14煤矿开采对水资源循环的影响153.4.4 煤矿开采引起含水层水位变化153.5 对矿区生态环境的影响15对植被的影响15对野生动物和微生物的影响163.6 本章小结164新安

15、煤矿开采对环境影响分析174.1 根本情况综述17地理环境17地质构造17煤层174.2 矿区的地表移动与变形预计17预计范围确定17预计模型及有关参数确实定18矿区地表移动变形预计184.3 该矿井开采对地表环境影响的分析19对耕地影响的分析19对地面建筑物影响的分析19对地形地貌的影响分析22对水资源影响的分析22对野生动、植物影响的分析244.4 本章小结245总结与展望255.1 总结255.2 展望25致谢25参考文献261绪论1.1选题背景我国煤炭资源储量丰富，截止到1994年底，我国煤炭累计探明储量为14480X1053保有储量为100I6.65108t,而且煤种齐全。从煤炭资源

16、分布情况看，主要分布在山西、陕北、蒙西、新疆、山东、河南、苏北以及黑龙江等干旱、半干旱区域。煤炭是我国最主要的一次性能源，在国民经济开展中具有重要的作用。煤炭资源的开发利用，既对社会的开展起到巨大的推动作用，又对全球的生态环境产生重大的影响。随着矿产资源的大规模的开采，土地损害面积不断的增大，造成土地的复垦和生态恢复率变低，不可防止的带来了一系列的生态环境问题。有关资料说明，我国因采矿而直接破坏的森林面积累计已达106万A,破坏的草地面积26.375Wo截止到2001年，全国因矿产资源开发破坏的土地面积累计达400万匕%2,全国因采矿损害的土地面积，每年以4万匕/的速度递增，而矿区的土地复垦率

17、仅为10%,比兴旺国家低了50多个百分点。12我国矿区环境现状煤炭开采对生态环境的影响主要有地表塌陷、煤砰石排放、矿井废水排放、地下水资源破坏、大气污染等方面。1）地表塌陷。井工开采对生态环境的最主要影响是采煤造成地表塌陷。煤炭从地下开采后，上覆岩层从上至下将发生垮塌、裂隙和弯曲下沉，从而使采空区上方地表发生大面积沉陷。我国由于煤矿开采造成地地表塌陷已到达58x10%苏，而且每年还要以4x10以上的速度增加。2）煤砰石排放。煤砰石按照来源可分为掘进砰石和洗选砰石两大类，分别来源井下生产过程和地面煤炭洗选过程。煤层结构和厚度的变化。采煤方法和选煤工艺不同，对煤砰石的排放量有直接影响，一般占原煤产

18、量10%20%。由于煤砰石的发热量低，又受综合利用途径所限制，因此煤砰石的利用率仅有42乐其余煤砰石被当做固体废弃物堆存起来，形成了矿区特有的阡石山。3）矿井废水排放。矿井废水包括采煤废水（矿井水）、选煤废水（煤泥水）和工业广场生活废水3个局部。矿井水是由煤矿开采过程中井下涌水及井下消防、洒水灭尘、冷却设备排水等会聚而成。大量的矿井水外排造成地面水体污染。同时，井、泉干涸，给矿区农田灌溉和人畜饮水带来了严重困难。选煤废水主要是指由选煤系统的水量无法到达平衡而外排的煤泥水。全国每年选煤废水排放达数亿吨，煤泥是选煤废水的最主要局部，也是选煤厂对环境造成污染的主要物质。矿井生活污水主要是指工业广场生

19、活污水。矿井生活污水主要污染物是悬浮物等。矿区工业广场生活污水因含有大量的洗浴污水而使废水中有机物浓度较低，但含有较高的悬浮物。每年全国此类污水排放量达400册。4）地下水资源破坏。矿井开采对地下水资源的影响主要表现为煤炭开采后顶板发生垮落，形成垮落带和断裂带，从而使含水层遭到破坏，导致地下水位下降、地下水资源储量减少和破坏。我国煤矿从井下每年抽排的矿井水量约45x109机3,利用率约44%,大局部矿井水没有利用就排入江河湖海，增加了地面水体的污染负荷。5）大气污染。据资料统计，全国煤炭企业每年排入大气中的废气约1.7x10”/,对矿区周围的空气质量造成严重破坏。瓦斯是废气的主要来源，据统计，

20、全国煤炭系统没排入大气中的亲瓦斯6.01（m3以上，占世界同类瓦斯排放总量的1/41/3,仅2000年我国排入的瓦斯总量约占全世界的60%o1.3 外国矿区环境现状西方兴旺国家已经有150多年的煤炭开采历史，目前已经探明煤炭储存量最多的国家依次是美国、俄罗斯、中国、印度、澳大利亚、南非等。西方国家由于有严格的土地复垦制度与相关法律作保障，煤矿开采生产的环境污染与生态破坏程度比我国要轻得多，煤矿平安事故也要少得多。1）德国矿区环境现状褐煤作为德国重要的能源资源，在国民经济中发挥着重要的作用。由于露天开采褐煤，大量占用耕地，毁坏森林，破坏地表植被并造成地下水位下降，水土流失，加之煤尘造成的环境污染

21、德国政府采取一系列措施，加强矿山复垦工作。政府公布采矿法、矿产资源法都对采矿后矿山复垦工作有明确条款规定。由于法律保证，政府和采矿企业高度重视，全国褐煤采矿破坏的土地有15.34x104痴2,目前已完成复垦8.23IO4W,复垦率达53.65%。2）澳大利亚矿区环境现状澳大利亚作为采煤大国，十分重视采矿与生态环境的可持续开展。目前澳利亚对矿区环境的管理已到达世界领先水平。它主要是通过对矿区的最正确采矿环境进行管理来实现煤矿的可持续开展。最正确采矿管理就是在采矿的整个过程中贯彻执行环境影响评价和环境管理制度，从而在促进矿区环境保护的同时，保持煤矿的核心竞争力。3）美国矿区环境现状与土地复垦美国

22、矿区环境污染分为3种类型：空气污染、水体污染和土地塌陷与破坏。美国国家EPA根据环境污染对象不同，先后公布了严格的国家法令，如美国的露天开采控制和复垦法令等环境法，要求工业建设破坏的土地必须恢复到原来的形态。由于国家法令的强制作用，美国在复垦区种植农作物、砰石山植树造林和利用电厂粉煤灰改进土壤等方面取得了可喜的成绩，矿区环境保护和治理成绩显著，矿区环境质量到达该国环境质量标准要求。1.4 煤矿环境特征1）整体特征矿区环境是自然环境和社会环境相互融合而形成的一个总体，可以概述为是人类、生活、各种自然灾害和污染物相对富集的场所，因此，矿区的环境是非常复杂的一个自然，同时也是一个社会。2）多样性煤矿

23、有着不同的形成原因、规模和属性，根据各矿的开采方式、开采历史、采煤方法和环境治理措施等要素，以及相关属性的不同，导致煤矿开采过程中有着很大的差异性质，这也是煤矿生态环境的多样性表达。3）社会属性煤矿是人类按自己的意愿对自然生态环境实施人工处理等方面的活动，为人类生活范围内的生产中心，在人类活动中起到了非常重要的作用，是整个社会物质文明的象征,有着典型的特点。煤矿环境的优良，在很多方面决定着人类对自然的改造程度，其与各个国家的自然环境构成与开展有着重要的关系。4）开放性煤矿环境在空间和时间上是运动的，与周围环境有着密切的关系。5）自然属性煤矿是自然的一局部，煤矿环境肯定会受到地下水、地质概况、天

24、气、土质、森林、地形等自然条件的制约。因煤矿开采造成的自然环境变化与环境总体息息相关。1.5 煤矿开采的各种环境效应1）城市效应在我国，几个重要的煤炭生产基地都带动着各大城市的开展，例如淮南、大同、鄂尔多斯等煤产地。煤矿作为一种特殊的老牌能源行业，一种特殊的人工生态系统，有别于其他各种产业城市所产生的环境污染，具有一般城市和乡镇的大气、水、噪声、固体废弃物污染等问题，过度开发肯定会导致煤矿周边城市与乡镇的规模扩大化，跟其他城市和乡镇有所差异的是，煤矿作为一个独立的生态系统，对周边的环境有着重要影响，但其更重要的是煤炭开采过程对周边环境的污染和控制，有的矿区为平原地区，有的那么地处高山或丘陵地区

25、有的那么处在广阔的大草原上，但由于煤矿区生态环境较为恶劣，都出现了很多煤矿区才拥有的环境问题。2）生态环境效应随着现代技术的开展和进步，煤矿的过度采掘会导致地表植被、土壤等发生显著改变，由此产生了一系列的生态问题。例如：如何处理粉煤灰、煤肝石等对人类生活的影响以及其相关的处理等。煤炭开采同时导致土壤破坏，地表道路、交通、住宅等的破坏,这些破坏对人们的生活构成了很大的威胁。由于煤矿开采产生的各种问题也日益突出，煤中有害元素较富集，对于地下水的污染较为严重，煤燃烧释放大量的二氧化硫和硫化氢气体，对大气造成了很大的污染。随着时间的推移，这种影响和污染的范围和程度会越来越大。3）道路交通效应煤矿开采

26、及利用，修路铺轨成了其顺利生产交易的必要条件，矿区与城市之间、矿区与矿井之间、各矿井之间也会有着重要的交通连接。这样都组成了交通运输网络。而这种特殊的网络状交通便是煤矿开采过程中的道路交通效应。4）污染物生态效应煤矿开采和煤炭运输过程中的粉煤灰会对大气造成污染，固体废弃物的堆放对土壤造成很大的污染，选矿废水又对地下水有着重要的影响，煤炭中所含有的硫等有害元素又会导致很大的水体和大气污染。5）采煤区环境影响效应煤矿的建设及其开采，需要各种配套设施的匹配，因此会在各矿区周围建立一系列产业，包括各种附属产品加工业，例如发电厂的建立，因此，煤矿开采会带动一系列产业链，使得原本落后的乡镇经济得到很快的提

27、高。这些迅速开展的产业也会给生态环境带来很大的负担。1.6 煤矿开采影响环境的因素1）煤炭开采方式由于煤炭开采方式造成的环境效应差异非常显著，不同的开采方式对环境的影响有着不一样的作用，具体的说，煤矿开采使得地形地貌发生改变，从而导致植被的破坏，露天采煤会导致煤肝石的堆砌，采煤大坑会发生泥石流灾害，选煤厂排出的工业废水中有害元素较多，对附近地表水及地下水造成污染，而井下开采那么会导致地面塌陷，井下产生固体废弃物等。相同条件下，采用露天开采的地区比井下开采的环境效应大的多，可能导致地区生态环境消灭性的破坏。2）煤炭产量煤矿的过度生产会使得环境效应急剧增加，对周边环境造成很大的破坏，而根据实际情况

28、确定煤炭生产的产量，边生产边治理，这样可以减少煤矿对环境的影响，如果考虑煤矿的储量是一定的，只要我们能够延长煤炭的开采年限，这将会使得环境自净能力增加，从而减少因过度开采资源造成的环境污染问题。1.7 本文研究的目的及主要内容我国大局部地区煤炭开采引起的问题可以概况为：地下开采使煤层顶板垮落后，导致地面下降变形移动，形成塌陷。地面塌陷作为一种地质灾害，那么是各大主要煤炭生产基地开采过程中对于生态环境破坏的主要方式。本文主要对煤矿开采引起的地表移动对矿区环境的影响进行分析，为在设计阶段或未进行开采的矿井进行开采后可能造成环境问题分析提供依据。同时也为矿区土地复垦的工作提供相关资料。本文的主要内容

29、有以下几个方面：1）对我国矿区及国外矿区的环境现状进行简述；同时也介绍了煤矿环境特征、煤矿开采的各种环境效应以及煤矿开采影响环境因素。2）介绍了开采引起的岩层移动和破坏以及引起的地表移动的形式，并详细的介绍了地表移动和变形预计和预计方法（概率积分法）。3）通过对耕地的影响、对地面建筑物等人工设施的影响、对地形地貌的影响、对水资源的影响以及矿区周边生态环境的影响四大方面的分析，具体说明煤矿开采对矿区环境的影响。4）结合实例，对矿区的地表变形移动进行预计，同时对地表移动对矿区的环境影响进行分析。2地表移动和变形预计我国大局部地区煤炭开采引起的地表问题主要是开采沉陷。随着煤炭的开采力度进一步加大，地

30、表沉陷带来的环境问题以及对土地资源、水资源、生态环境的消耗和破坏现象将会更加突出，成为阻碍煤炭自身开展的制约因素。因此，对开采沉陷形成原因、机理和移动变形的预计的研究是十分必要的。2.1 开采引起的岩层移动和破坏局部矿体采出后，在岩体内部形成一个空洞，其周围原有的应力平衡状态被打破，引起应力重新分布，直至到达新的平衡，这是一个复杂的物理、力学过程，也是岩层产生移动和破坏的过程，这一过程和现象称为岩层移动。在采空区周围的岩层发生了较为复杂的移动和变形。根据采矿工程的需要，将移动稳定后的上覆岩层按其破坏程度，大致分为三个不同的开采影响带，即垮落带（冒落带）、断裂带、弯曲带。垮落带1）垮落带岩块大小

31、不一，无规那么地堆积在采空区内。冒落带可分为不规那么冒落带和规那么冒落带，前者范围内岩层完全失去了原有的层位，岩石破碎、堆积紊乱；规那么冒落带内岩层根本上保持原有层位，位于不规那么冒落带之上。2）垮落带岩石具有一定的碎胀性，冒落岩块间空隙较大，连通性好，易导水、导砂。3）垮落带的高度主要取决于采出厚度和覆岩的碎胀系数，通常为采厚的35倍，其中不规那么冒落带的厚度接近于采厚。可用下式估算冒落带高度：D（左一I）COSa式中，”机为采厚，Z为岩石碎胀系数，为煤层倾角。断裂带断裂带是指在采空区覆岩中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那局部岩层。位于冒落带之上。其特征为：1）岩层不仅产生垂直于层

32、理面的裂缝或断裂，还产生顺层理面的离层裂缝。2）根据垂直裂缝的大小和连通性，裂缝带可分为：严重断裂：岩层大局部断开，但保持其原有层位，裂缝漏水严重；一般断裂：岩层很少断开，漏水程度一般；微小断裂：岩层裂缝不断开，连通性差。冒落带和裂缝带合称为冒落裂缝带，或导水裂缝带。其高度与岩性有关，一般软弱覆岩时为采厚的9一12倍，中硬覆岩时为采厚的1218倍，坚硬覆岩时为采厚的1828倍。弯曲带弯曲带位于裂缝带之上直至地表。其移动特点为：D岩层在自重作用下产生层面法向弯曲，在水平方向处于双向压缩状态；2）岩层的移动过程是连续而有规律的，并保持其整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂缝；在竖直面内移动值相

33、差很小；3）一般情况下具有隔水性；4）弯曲带高度主要受采深影响。2.2 地下开采引起的地表移动形式2.2.1 地表移动盆地开采影响到地表之后，在采空区上方形成一个比采空区大得多的沉陷区域，对地表的建筑、道路、河流、铁路、生活环境等有影响。地表移动盆地的形成：1）当工作面推进一段距离之后才在地表产生显著的移动；2）随着工作面的推进，采空区的扩大，下沉盆地也逐渐扩大；3）当采空区到达一定程度时，最大下沉将不再增加而形成一个平底的下沉盆地；4）当工作面停止以后，地表的移动不会马上停止，要延续一段距离时间。2.2.2 裂缝及台阶产生裂缝的条件与有无松散层及其厚度有关。塑性大：变形值超过6-1Ommm,

34、地表产生裂缝；塑性小：变形值超过2-3mmm,产生裂缝。一般地表裂缝与地下采空区不连通，到一定深度可能尖灭。2.2.3 塌陷坑产生条件：开采急倾斜煤层或某种特殊的地质采矿条件下易产生。D塌陷坑多出现在急倾斜煤层开采条件下。由于煤柱的抽冒，结果在地表形成漏斗状塌陷坑。2）在采深很小或采厚很大的情况下，也会在地表产生漏斗状塌陷坑。3）在有流砂层的情况下，由于防水煤岩柱小而导致水砂溃入井下，在地表形成塌陷坑。4）开采缓倾斜煤层时，由于露头入采深不大，可能形成塌陷坑。2.3 地表移动和变形预计根本概念对一个方案进行开采的一个或多个工作面,根据其地质采矿条件和选用的预计函数、参数，预先计算出受此开采影响

35、的地表移动和变形的工作，称为地表移动和变形预计，简称预计。预计时用到的地质采矿条件有：煤层的法向开采厚度采高）m,煤层倾角,采空区下山边界、上山边界、走向主断面上和平均开采深度H2,H3、Hiyt采空区走向长。3、倾向斜长R，顶板管理方法，上覆岩层的性质，工作面形状和工作面推进速度等。预计参数是指在预计函数（解析公式或图形等）中用到的一系列数据，这些数据是根据所预计的工作面的地质采矿条件确定的，对一个特定的矿区和开采而言，预计参数是固定的；对于不同的矿区和开采，预计参数是不同的。2.3.1 预计的意义和作用D在理论研究上，利用预计结果可以定量地研究受开采影响的地表在时间上和空间上的分布规律。为

36、分析煤矿开采对地表环境的影响提供理论根底。同时也对矿山生态回复和矿区土地复垦方案的提出有指导的意义。2）在生产实践上，利用预计结果可以指导建筑物下和水体下的开采实践。在建筑物下开采时，预计结果可以用来判别建筑物是否受开采影响和受开采影响的程度，作为受影响建筑物进行维修、加固、搬迁，或就地重建的依据；在水体下开采时，预计结果被用来判断矿井受水患威胁的程度以及研究开采对受影响的堤坝等水工建筑物的破坏和影响的程度，以便进行必要的维修和保护。2.3.2 预计的内容根据预计的要求、保护对象的空间位置和开采煤层的情况，地表移动和变形预计的内容主要有如下方面：1）最大值的预计：预计地表指定部位的下沉、倾斜、

37、曲率、水平移动和水平变形的最大值及其出现的位置。2）主断面上地表移动和变形的预计：预计地表沿下沉盆地的走向或倾向主断面的移动和变形分布情况。3）地表上任意点的移动和变形值的预计：预计地表下沉盆地内任一点的下沉值及该点沿指定方向的倾斜、曲率、水平移动和水平变形值。4）多工作面或多煤层开采时地表移动和变形预计：地表移动和变形预计时主要考虑到其受重复采动的综合影响。2.3.3 预计的方法地标移动和变形预计的方法有很多种，根据建立预计方法的途径不同预计方法可分为经验方法，理论模型方法和影响函数法三种。下面分别对这三种方法进行介绍，本文中重点介绍影响函数法中的概率积分法。.1经验方法经验方法是在特定的地

38、质采矿条件下，通过大量的开采沉陷实测资料的数据处理，确定各种移动和变形的预计函数形式（解析公式、曲线或表格）和预计参数的经验公式。这种方法是当前最可靠、预计精度比拟高的方法。经验方法主要有典型曲线法、剖面函数法和威布尔分布法等。.2理论模型方法理论模型方法是把岩体抽象为某个数学的、力学的或数学-力学的理论模型，按照这个模型计算出受开采影响岩体产生的移动、变形和应力的分布情况。该法所用的理论模型分两种：连续介质模型和非连续介质模型。连续介质模型认为岩层和地表是一种连续的、无间断的一种固体，按力学方法进行求解，公式比拟复杂，所用的参数常用实验室试验或理论推导求得，一般与现场实测资料没有直接关系，难

39、以确定，至今没得到广泛的应用。理论模型方法主要有有限元法、边界元法、离散元法和非线性力学法等。2.3.4.3影响函数法影响函数法是介于经验方法和理论模型方法之间的一种比拟有效的预计方法。其实质是根据理论研究或其他方法确定微小单元开采对岩层或地表的影响，把整个开采对岩层和地表的影响看作采区内所有微小单元开采影响的总和，并据此计算整个开采引起的岩层和地表的移动和变形。目前，此法所用的参数常根据实测资料求定。影响函数法主要有概率积分法、布德雷克-克诺特法和柯赫曼斯基法。目前我国应用最多的方法是概率积分法。下面我们着重对概率积分法进行介绍。1）概率积分法的定义概率积分法就是根据随机介质理论，把开采引起

40、的地表移动看作随机事件，用概率积分（或其导数）来表示微小单元开采引起地表移动和变形的预计公式（影响函数），从而用叠加原理计算出整个开采引起的地表移动和变形。概率积分法由我国学者刘宝琛、廖国华等提出的，目前已成为我国较成熟的、应用最为广泛的预计方法之一。2）根本原理概率积分法是把岩体看作一种随机介质，把岩层看作由大量松散的颗粒体介质组成,通过随机介质理论，把岩层移动看作一种服从统计规律的随机过程，由此研究岩层与地表移动。从统计学观点出发，可以把整个开采区域分解为无限个微小单元的开采，整个开采对岩层及地表的影响等于个单元开采对岩层及地表影响之和。按随机介质理论，单元开采引起的地表单元下沉盆地呈正态

41、分布，且与概率密度的分布一致。因此，整个开采引起的下沉剖面方程可以表示为概率密度函数的积分公式。3）概率积分法预计模型和其它的方法相比，概率积分法的预计模型相对简单，预计参数比拟稳定，预计精度能满足一般工程的需要，同时，更容易实现电算。概率积分法预计模型如下：下沉：W(x,y)=Wem-4exp(-r(7V)-dd(2.2)倾斜：Drr.Z、W(x,y)cc2-x)(77-x)2+(-y)2.7.Ix(%V)=;=wctfl4exp(一乃；dd(2.3)oxDrrW(x,y)rr2(-y)(-x)2+(-y)2,、Gy)=WemIlexp(一4；dd(2.5)oyDrr曲率：y)二个二lexp

42、D二%性CtrDrrf6)g,y)=隼更=叱JJ可21(7)2_exp(二幻2：二V?ddDrr)广(2.7)水平移动：ljzrjrr2(-x).(-x)2+(-y)2,t,SqUXay)=Uettl-exp(r-2zdd(2.8)DrrUy(x,y)=UcmJJ2叫N)ep(F直二立萼二221中(+Way)ctg.9)Drr水平变形：%(X,y)=Ucm软笔*_IeXP(F鱼Z当空必劭四10)%.(x,y)=y)-1exp(-xdd+i(x,y)ctgn(2.11)式中：Wj一地表充分采动时最大下沉值；UCm地表充分采动时最大水平移动值；r主要影响半径；o一一主要影响传播角；D开采区域；X,

43、y一计算点的相对坐标(考虑了拐点偏移距)。q下沉系数；m开采厚度；煤层的倾角；b水平移动系数。2.4本章小结本章主要针对煤矿开采引起的地表移动变形进行了论述，介绍了开采引起的岩层移动和破坏三个不同的开采影响带，即垮落带(冒落带)、断裂带、弯曲带。同时也分析了三种地面移动形式产生的过程和因素。最后研究了地表移动和变形预计的意义、内容和方法。其中最主要探究预计方法中的概率积分法，对其原理、数学模型进行了详细介绍。3煤矿开采对地表环境的影响分析由前文，开采沉陷是我国大局部煤矿开采影响地表环境的主要原因。虽然，开采沉陷对矿区地表的影响多种多样，但本文从五个主要的方面对其影响进行了分析，即耕地、建筑物、

44、地形地貌、水资源和生态环境。3.1对耕地的影响剧不完全统计，仅我国煤炭开采现有的沉陷的土地约60x10%/,平均每开采万吨煤塌陷土地0.2厉川,全国因煤炭开采每年新增塌陷土地2.4xl0%m2,这些土地中约有1/3位于经济兴旺的东部平原矿区，塌陷地面积水，导致农民失去土地，如淮北矿区，每开采万吨煤塌陷土地0.28历后,每天约沉陷土地面积其中，积水绝产面积约占35%,最大积水深度Iom；34%为季节性积水或盐渍荒芜；仍可耕种的占30乐给社会带来不安定因素。对耕地的主要影响主要表现开采沉陷对耕地的主要影响主要表现为：1）使耕地标高降低，潜水位上升。导致土地淹没、盐渍化，土壤肥力下降。2）耕地坡度变

45、化，导致水土流失。3）使土壤结构发生变化。研究说明，位于地表拉伸区的土壤空隙度增加，位于压缩区的土壤空隙度减小，密实度增加。4）在浅部开采、岩溶区开采、急倾斜煤层露头开采时，使地面出现塌陷坑、塌陷漏斗，导致土壤肥力和水分丧失，影响农作物的生长和生产。5）使采空区边缘地表附近出现裂缝。在有表土覆盖的地区，裂缝深度一般为23m,最大不超过IOm；在无表土覆盖的地区，裂缝深度可达几十米。开采沉陷对土地的影响分类由于地质采煤条件、地形地貌、区域气候、潜水位上下等不同，开采沉陷对土地的破坏程度和特征不同，根据我国的实际情况，将开采沉陷对土地的影响分为4类：1）黄河以北的平原矿区，地表潜水位较低，年降雨量

46、小，开采沉陷后只有小局部常年积水。如开滦矿区，常年积水面积仅占沉陷面积的但非常年积水的沉陷缓坡地，在雨季时易发生排洪不畅，发生内涝，造成农作物减产，甚至绝产，这类矿区开采沉陷对土地资源损害严重。2）位于黄海平原的中东部的矿区，地表潜水位较高，年降雨量大，是我国重点产粮产棉区，开采沉陷对土地资源的破坏最为严重。如徐州矿区，至1987年已沉陷土地8800Z?/?2O其中，常年积水绝产的土地面积25%,水深最大35叱雨季积水只可种植一季的沉陷缓坡地面积约占40%；其余35%的沉陷缓坡地也造成不同程度的减产。这类矿区开采沉陷对土地资源破坏非常严重。3）西部黄土高原矿区。潜水位低、地势平坦，一般不会出现

47、常年积水的情况，但常年造成沉陷盆地的季节性积水，导致局部农作物绝产或减产，加剧黄土高原的水土流失。4）丘陵及山区矿区。由于地面为坡地，开采沉陷后一般不会导致地面积水，但可能会导致地面坡度的变化，导致水土流失加剧、土地肥力下降、农作物减产。有时还会导致山体滑坡和泥石流，造成重大的经济损失和人员伤亡事故等。3.2对地面建筑物等人工设施的影响据不完全统计，我国国有煤矿在“建筑物下、铁路下、水体下”（简称“三下Under3-body）压煤总量约140亿t,其中建筑物下压煤量达78.2亿t,占“三下”压煤总量的60%左右，建筑物下压煤又以村庄下压煤所占数量最大。我国村庄下压煤超过亿吨的省份就有九个（表31）。在我国平原矿区，村庄密集，平均每平方千米约1个自然村落。一个生产能力IOMt的矿区内约有自然村落300个，人口约10万。每年因开采沉陷搬迁村庄5个。同时村庄搬迁征占耕地约27Jhmlo表31九省村庄下EE煤量(104r)省名压煤量省名