一 、岩层与地表移动的基本规律
矿山地表及岩层移动观测
矿山地表及岩层移动观测为了保护井巷、建筑物、水体、铁路等免受开采的有害影响，合理提高煤炭资源回收率，并为留设保护煤柱提供技术资料，新建矿井应开展地表及岩层的移动观测工作。
地表及岩层的移动观测工作设置的各种观测站必须编写岩移观测方案，并报请集团公司地质勘测处审批。
观测站设计由文字说明和图纸两部分组成。
文字部分包括观测站设计书。
图纸包括井上、下对照图（包括观测线和观测点的位置）、观测线剖面图（包括观测线长度的确定）、岩层柱状图、观测点的构造图等。
矿区设置观测站时应统一规划，并选择在有代表性的地方设置。
地表移动观测站位置的选择，应遵循由简单到复杂的原则，初次建立地表移动观测站的位置应满足：煤层走向、倾角及厚度均稳定，地势平坦，无大断层，单煤层开采，四周无采空区。
地表移动观测站一般可设走向观测线和倾斜观测线各一条，设在移动盆地的主断面位置。
如回采工作面的走向长度大于1.4H0+50m（式中H0为平均开采深度），亦可设置两条倾斜观测线，但至少应相距50m，并且应距开切眼或停采线0.7H以上。
观测点间距离应根据开采深度按下表21确定。
表21矿山企业应根据矿区地面控制网，按5″级导线（网）精度要求建立岩移观测控制网。
各控制点和观测点的高程测量应组成水准网，按三等水准测量的要求进行观测。
控制点和观测点的设置应符合下列要求：（一）埋设的控制点和观测点必须用全站仪按设计标定，并应尽可能使观测点中心位于控制点连线的方向上；（二）在非冻土地区，测点的埋设深度应不小于0．6m。
在冻土地区，测点的底面一般应在冻结线0.5m以下。
测点可采用浇注式或混凝土预制件；（三）当地表至冻结线下0.5m内有含水层时，一般应采用钢管式测点；（四）埋设的测点应便于观测和保存。
如预计地表下沉后测点可能被水淹没，则点的结构应便于加高；（五）在一般情况下，倾斜观测线上观测点编号应自下山向上山方向顺序增加，走向观测线上观测点编号应按工作面推进方向顺序增加。
矿山压力及岩层控制之7.采场岩层移动与控制
矿山压力与岩层控制——采场岩层移动与控制主讲：李成伟采场岩层移动与控制C ONTENTS 第七章岩层移动引起的采动损害概述1岩层控制的关键层理论2上覆岩层移动规律3工作面底板破坏与突水4岩层移动控制技术5一、岩层移动引起的采动损害概述我国煤矿90%以上是井工垮落法开采。
垮落法采煤，开采以后必然引起岩体向采空区移动，将造成采动损害及相关问题，主要表现为：（1）形成矿山压力显现，引起采场和巷道围岩变形、垮落和来压，需对采取支护措施维护采场与巷道的生产安全。
（2）形成采动裂隙，引起周围煤岩体中的水和瓦斯的流动，导致井下瓦斯与突水事故，需要对此进行控制和利用。
1.煤层开采产生的相关问题一、岩层移动引起的采动损害概述（3）岩层移动发展到地表引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏，当地面潜水位较高时，地表沉陷盆地内大量积水，农田无法耕种村庄被迫搬迁，引发一系列环境、经济和社会问题。
（4）由于开采对围岩的破坏，为了保护矿井生产安全，需要留设大量的煤柱，我国煤炭采出率低。
一、岩层移动引起的采动损害概述2.煤矿绿色开采理念2016年3月，国家发改委、国家能源局联合印发2016-2030能源技术革命创新行动计划；在煤炭无害化开采技术创新方面提出绿色开发与生态矿山建设，重点在绿色高效充填开采、绿色高效分选、采动损伤监测与控制、采动塌陷区治理与利用、保水开采、矿井水综合利用及深度净化处理、生态环境治理等方面开展研发与攻关。
煤炭开采岩层移动排 放 水地表塌陷土地与建筑物损害瓦斯事故排放瓦斯污染环境地下水资源流失与突水事故煤与瓦斯共 采保水开采充填开采排放矸石煤巷支护矸石井下处 理煤炭地下气 化占用农田污染环境绿色开采●“高效安全、高采出率、环境协调”绿色开采技术体系膏体材料充填超高水材料充填矸石干式充填一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用被保护层组保护层地面钻井071421283504080120160200时间/d 抽采量/m 3/m i n20406080100抽采浓度/%抽采瓦斯量抽采瓦斯浓度远距离保护层开采（100～110m ）地面钻井抽采法一、岩层移动引起的采动损害概述一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用压缩转运✓瓦斯发电✓瓦斯罐装利用一、岩层移动引起的采动损害概述●煤炭地下气化煤炭地下气化是指其不将煤炭采出地面，而将其在地下直接气化，即将地下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术。
采煤工作面上覆岩层移动规律
第三章采煤工作面上覆岩层移动规律第一节概述一、煤层顶底板岩层的构成煤层处于各种岩层的包围之中。
处于煤层之上的岩层称为煤层的顶扳；处于煤层之下的岩层称为煤层的底板。
依据顶、底板岩层离煤层的距离及对开采工作的影响程度不同，煤层的顶、底板岩层可分为：(l)伪顶。
紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层称为伪顶。
通常由炭质页岩等脆弱岩层组成，厚度一般小于0.5m，随采随冒。
(2)直接顶。
位于伪顶或煤层之上，具有肯定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层称为直接顶。
通常由泥质页岩、页岩、砂质页岩等不稳定岩层组成，具有随回柱放顶而垮落的特征。
直接顶的厚度一般相当于冒落带内的岩层的厚度。
(3)老顶。
位于直接顶或煤层之上坚硬而难垮落的岩层称为老顶。
常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等坚硬岩石组成。
(4)直接底。
直接位于煤层下面的岩层。
如为较坚硬的岩石时，可作为采煤工作面支柱的良好支座；如为泥质页岩等松软岩层时，则常造成底臌和支柱插入底板等现象。
二、采煤工作面上覆岩层移动及其破坏在承受长壁采煤法时，随着采工作面的不断向前推动，暴露出来的上覆岩层在矿山压力的作用下，将产生变形、移动和破坏。
依据破坏状态不同，上覆岩层可划分为三个带(图3－l)。
冒落带。
指承受全部垮落法治理顶板时，采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围(图3－l，Ⅰ)。
该局部岩层在采空区内已经垮落，而且越靠近煤层的岩石就越紊乱、裂开。
在采煤工作面内这局部岩层由支架临时支撑。
裂隙带。
指位于冒落带之上、弯曲带之下的岩层。
这局部岩层的特点是岩层产生垂直于层面的裂缝或断开，但仍能整齐排列(图3－l，Ⅱ)。
弯曲下沉带。
一般是指位于裂隙带之上的岩层，向上可进展到地表。
此带内的岩层将保持其整体性和层状构造(图3－l，Ⅲ)。
生产实践和争论说明，采煤工作面支架上受到的力远远小于其上覆岩层的重量。
只有接近煤层的一局部岩层的运动才会对工作面四周的支承压力和工作面支架产生明显的影响。
所谓采煤工作面矿山压力掌握，也就是对这局部岩层的掌握。
采场上覆岩层移动规律
对采场产生明显的动压冲击，支架阻力不够易产生沿煤 壁切下的重大冒顶事故，即使不垮也会出现台阶下沉。
必须有高初撑力，其阻力能抗衡顶板沿煤壁切下，把 切断线推至控顶距之外。支架缩量按照出现台阶下沉而 不能压死支架考虑。
出现台阶下沉时支架阻力与缩量分别为：
PT A m L k k G
2LK
q
Qx
Mx
综上：老顶岩梁破坏形式有两个受弯矩作用拉断受剪力 作用剪断
二、梁式断裂时的极限跨距：
q
（一）固支情况 1、按弯矩计算：
M
任意点A 处正应力： My
Q
其中断面矩
JZ
Jz
1 h3 12
最大拉应力在梁的端部
max
M
max
h 2
Jz
1 ql 2 h 12 2
1 h3
ql 2 2h 2
12
当 max 时Rt，则岩梁被拉断裂。
说明：
1）先计算第一层载荷 q1 1h1
2）计算第二层对第一层的作用；计算至第三层时第一层载荷…… 3）一直计算到第n+1层时，第一层载荷反而小于第n层时的载荷为止 4）取第n层时的计算载荷为 q ，此值为计算过程中得到的最大值。
四、老顶运动规律 1）老顶的初次垮落 由开切眼到老顶初次垮落时工作面推进的距离称为老顶的初 次垮落步距。 2) 老顶的周期性垮落 随工作面的推进将周期性地出现，称为老顶的周期性垮落。
ql 2
ql 2 M1 M 2 12
２）任意截面剪力：（Ｄ—Ｄ’）
Qx
R1
qx
ql 2
qx
ql 1 2
2x l
ql Q |x0 2
Q |xl 0 2
Q
矿区沉陷参数和位移、沉陷观测方案
***煤业有限公司煤矿关于矿区沉陷参数和位移、沉陷观测方案编制：审核：矿长：编制单位：××煤矿地测科20XX年1月会审意见1、会审日期：2、会审意见会审单位及人员签字：矿区沉陷参数和位移、沉陷观测方案说明：为了获得工作面最煤矿可靠的地表移动参数，掌握该工作面地质采矿条件下的地表移动规律，我矿建立了工作面地表移动观测站，进行工作面地表移动的观测和研究工作。
一、进行地表移动观测的意义和任务1.进行地表移动观测站的意义《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第一章第十二条中规定：煤炭开采必然伴随着发生围岩及地表移动和变形。
各矿区的围岩及地表移动规律及有关参数具有地区特征，获取和积累有关围岩及地表移动的科学数据，是煤矿企业工程技术和有关业务主管部门的职责。
每个矿区应有计划、有目的在开展上述科学试验与现场勘测，综合分析，求取参数，总结规律，用于解决本矿区的开采沉陷问题。
生产矿井必须解决好建筑物下、铁路下和水体下（简称“三下”）安全、合理地开采煤炭和留设保护煤柱，必须开展地表移动和岩层移动的观测工作，掌握地表和岩层移动的基本规律。
为此，拟在+1653m井口沿冲沟上方及65#、61#、60#、59#煤层在此段地表采空区。
进行地表移动变形观测，研究开采引起的地表移动变化和破坏规律，以及地表移动与变形对地面建筑物的影响。
2.进行地表移动观测的任务煤矿开采引起岩层和地表移动的过程非常复杂，是地质、水文、开采、地形等多种因素综合影响的结果。
通过进行地表移动观测可以获取并确定以下数据，并获取相关关系：①分析特定采矿条件、地质条件与地表移动和变形的关系。
②地表在移动过程中的移动和变形特点及分布规律。
③地表移动和变形中的动态移动变化规律。
④用实测的移动变形参数确定矿区范围内建筑物的受破坏程度，有效地减少建筑物下压煤量，合理确定工作面的尺寸，提高煤炭采出率。
二、进行地表移动变形观测所依据的规程规定1.《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，煤炭工业管理局制定，2000年。
第一章地表移动与变形规律
第一章地表移动和变形规律第一节开采引发的岩层和地表移动一、开采引发的岩层移动和破坏（一）岩层移动和破坏进程在地下煤层被采出前，岩体在地应力场作用下处于相对平稳状态。
当部份煤层被采出后，在岩体内部形成一个采空区，其周围岩体应力平稳状态受到破坏，引发应力从头散布，从而使岩体产生移动、变形和破坏，直至达到新的平稳。
随着工作面的推动，这一进程不断重复。
这是十分复杂的物理、力学转变进程，也是岩层产生移动和破坏进程，这一进程和现象称为岩层移动（Strata Movement）。
为了便于明白得，以近水平煤层开采为例，说明岩层移动和破坏进程和应力状态的转变。
本地下煤层开采后，采空区直接顶板岩层在自重应力及上覆岩层重力的作用下，产生向下的移动和弯曲。
当其内部应力超过岩层的应力强度时，直接顶板第一断裂、破碎，接踵冒落，而老顶岩层那么以梁、板的形式沿层面法向方向移动、弯曲，进而产生断裂、离层。
随着工作面向前推动，受到采动阻碍的岩层范围不断扩大。
当开采范围足够大时，岩层移动进展到地表，在地表形成一个比采空区范围大得多的下沉盆地，如图1-1所示。
由于岩层移动和破坏的结果，使采空区周围应力从头散布，形成增压区（支承压力区）和减压区（卸载压力区）。
在采空区边界煤柱及其边界上、下方的岩层内形成支承压力区，其最大压力为原岩应力场的3～4倍。
由于支承压力的作用，使该区煤柱和岩层被紧缩，有时被压碎，煤层被挤向采空区。
如图1-2所示。
由于增压的结果，使煤柱部份被压碎，支承载荷的能力减弱，于是支承压力峰值区向煤壁深处转移。
在回采工作面的顶、底板岩层内形成减压区，其应力小于采前的正常压力。
由于减压的结果，使下部岩层发生弹性恢复变形。
上部岩体由于受下部岩体移向采空区的结果，可能在顶板岩层内形成离层，而底板岩层在采空区范围内卸压，在煤柱范围内增压，两种压力作用的结果，可能显现采空区地板向采空区隆起的现象。
（二）岩层移动和破坏的形式在岩层移动进程中，采空区周围岩层的移动和破坏形式要紧有以下几种：1．弯曲弯曲是岩层移动的要紧形式。
地表与岩层移动简介
3、日常观测工作 日常观测工作是指在地表移动的初始期和衰退期之间 适当增加的水准测量工作。测量时可采用单程附合水准路 线或往返支水准路线，按四等水准测量的要求进行。 还应测量地表产生裂缝的位置和塌陷要素，注明发现 日期；在每次观测时，还应实测回采工作面的位置、煤层 厚度、采高，并记录采矿、地质和水文地质情况。
14-2 地表移动的观测 14研究地表与岩层移动的方法主要有实地观测法、理论 研究法和相似材料模型法。目前最主要的方法仍是实地观 测法。 一、 地表移动观测站的设计 1、需要收集的资料 2、观测站的设计方法 (1) 倾斜观测线位置及其长度的确定 倾斜观测线一般设置在移动盆地的倾斜主断面上。 倾斜观测线的长度，应保证线的两端在不受开采影响 的范围内。倾斜观测线的长度是在移动盆地的倾斜主断面 上确定的。
3、片帮 煤层采出后，采空区顶板岩层内出现悬空，其压力便 转移到煤壁上，形成增压区，煤壁在附加载荷的作用下， 一部分被压碎并垮向采空区，这种现象称为片帮。 4、岩石沿层面的滑动 当煤层倾斜时，岩石的自重力方向与岩层的层理面不 垂直，岩石除产生沿其法向的弯曲外，还将产生沿层理面 方向的滑动。岩层倾角越大，沿层理面的滑移越明显。 5、垮落岩石的下滑 底板岩层的隆起(又称底鼓) 6、底板岩层的隆起(又称底鼓) 如果煤层底板岩石很软且倾角较大，在煤层采出后， 底板在垂直方向减压，水平方向受压，造成底板向采空区 方向隆起的现象，称为底鼓。
所谓充分采动是指地 下煤层采出后，地表下沉 值达到该地质采矿条件下 应有的最大值。一般情况 下，当采空区的长度和宽 度均达到或超过采深的 1.2-1.4 倍 时 ， 地 表 可 达 到充分采动。 凡是采空区的尺寸没 有达到充分采动的临界值， 地表下沉也未达到该地质 采矿条件下应有的最大下 沉值时，这种采动称为非 充分采动。
开采沉陷知识总结
开采沉陷知识总结名词解释开采沉陷：有用矿体被采出以后，开采区域周围的岩体原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡。
在这过程中，使岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的破坏现象。
地表移动：采空区面积扩大到一定围后，岩层移动到地表，使地表产生移动变形，在地表沉陷的研究中称这一过程和现象为地表移动。
岩层移动：局部区域矿体被采出后，（在岩体部形成一个空洞）其周围应力平衡状态遭到破坏，引起应力的重新分布，直到达到一个新的平衡，这是一个十分复杂的物理，化学变化过程，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。
下沉盆地：在开采影响波及到地面时，受采动影响地面由原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成了一个比采空区面积大的沉陷盆地。
充分采动：地下煤层采出后，地表下沉值达到了地质条件下应有的最大值，此时的采动为充分采动。
临界开采：正好达到其最大值。
地表移动盆地主断面：将地表移动盆地主断面上，移动盆地平底边缘在地表水平线上的投影同采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。
临界变形值：建筑物不需要维修仍能够保持正常使用所允许的地表最大变形值。
边界角：在充分或接近充分采动条件下，地表移动盆地主断面上盆地边界点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
裂缝角：在充分或接近充分采动条件下，地表移动盆地主断面上，移动盆地最外侧的地表裂缝至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
松散型移动角：用岩层移动角自采空区边界划线与基岩松散层相交线于一点，同地表下沉值为10MM的点相连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
观测站：在研究对象上按一定要求设立的一系列测点，这些测点统称为观测站。
起动距：地表开始移动时工作面的推进距离称为起动距。
超前影响：在工作面推进过程中，工作面前方的地表受采动影响而下沉，这种现象称为超前影响。
超前影响角：将工作面前方地表开始移动的点与当时工作面的连线，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角。
超前影响距：开始移动的点到工作面的水平距离称为超前影响距。
开采沉陷学
3）冒落带和裂缝带合称为两带，又称为冒落裂缝带或 导水裂缝带。
4）导水裂缝带高度与岩性有关。 5）裂缝带随着工作面推进距离的增加，当采空区扩大
到一定范围时，裂缝带的高度达到最大。
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
弯曲带指的是裂缝带之上直至地表的整个岩 系。其岩层移动和破坏特征：
（一）对地表移动盆地形态的影响
• 在水平和近水平矿层开采条件下，地表移动盆地是 以采空区中心对称的椭圆。在倾斜矿层开采条件下， 地表移动盆地为偏向下山方向的非对称椭圆，形状 为碗形或盘形。随着倾角的增大，这种非对称性增 大，当矿层倾角接近90°时，又成为对称的椭圆， 地表移动盆地为碗形或兜形。
1.4岩层与地表移动与地质采矿 条件的关系
影响开采沉陷分布规律的地质和采矿因素
1.4岩层与地表移动与地质采矿 条件的关系
覆岩力学性质、岩层层位的影响
• 组成岩层的岩石可分为坚硬（f>6）、中硬（f=3~6）和软弱 （f<3）三种类型。
• 1．在覆岩坚硬的条件下，岩层及地表移动具有如下特征： • 采空区悬顶面积大、地表易产生非连续性变形。 • 岩层及地表下沉量小，拐点平移距大。 • 急倾斜矿层开采条件下，地表易出现塌陷坑或塌陷漏斗。 • 移动角较大。 • 导水裂缝带高度较大。 • 在覆岩较弱的情况下，有与以上相反的特征。
第1章 地表移动和变形的规律
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
岩层移动和破坏过程
采空区上覆岩层移动和破坏示意图 采空区影响范围内影响带的划分示意图
1.1 开采引起的岩层移动和破坏
岩层移动和破坏的形式 1．弯曲 2．垮落，又称冒落 3．矿体的挤出，又称片帮 4．岩石沿层面的滑移 5．岩石的下滑 6．底板的隆起
岩层与地表移动
在主断面上，移动盆地均匀下沉区边界点与同侧采空区边界点连线，在采空区一侧与煤层之夹角为充分采动角。在采空区下山边界、上山边界及走向边界的充分采动角分别以符号ψ1、ψ2和ψ3来表示。
4、最大下沉角（θ）
地表为非充分采动时，出现碗形盆地。在倾斜主断面上，移动盆地的最大下沉点与采空区中心连线，在下山方向与水平线的夹角为最大下沉角。如果地表充分采动时，可以用均匀下沉区中心点来求最大下沉角。
在移动盆地的主断面上，盆地的尺寸最大，移动变形值也最大，而且在主断面内的地表点基本上没有垂直于主断面的水平移动。所以，地表在主断面内所表现的移动规律是能够代表盆地的移动特征的。
开采水平煤层时，两个主断面均通过采区中心。开采倾斜煤层时，倾向主断面仍通过采区中心，而走向主断面则需根据最大下沉角θ来确定。
二、倾斜煤层及急倾斜煤层
倾斜煤层由于倾角变大，上覆岩层除有沿法线方向的弯曲外，还要沿层面向下错动，使岩层各点的移动偏向采空区下山方向。当移动稳定后，上覆岩层也会出现冒落带、断裂带和弯曲带。
开采急倾斜煤层时，岩层移动的情况就复杂多了。当煤层采空后，顶板岩层向采空区弯曲并沿层面向下移动；底板岩层有时也会向采空区隆起，并沿层面向下滑。当上履岩层的应力超过极限强度后，同样会断裂、垮落，并充填采空区。由于充填的岩石会沿采空区底板下滑，使得采空区下部被填满、压实，而采空区上部又被垮空，于是采空区上部的上覆岩层继续弯曲、断裂、冒落，岩层的移动加剧，而下部的岩层移动趋于稳定。
一、开采水平或倾斜煤层时
在采空区上方地表随基岩下沉、弯曲，形成一个具有一定范围的洼地，这个洼地即是地表移动盆地，又称为下沉盆地。在移动盆地边缘的表土上可能出现不同程度的裂缝，裂缝一般平行于采区的边界方向发展，其形状如楔形，上宽下窄，一般最深到地下五米左右就消失了。
三下一上采煤
一、基础知识（一）岩层与地表移动特征一、岩层移动及其特征采出煤炭后，上覆岩层被破坏，当H>25M时，即开采深度是采高的25倍时，在回采空间上方形成竖三带。
图23-1。
1、垮落带：分为二部分，不规则垮落带和规则垮落带。
1）不规则的：岩层破坏严重，已失去原有的层次，破碎杂乱，并堆积于煤层底板之上。
2）规则的：垮落，但呈巨块，失去连续性，大体上保持原有的层次。
3）高度：与岩性、采高有关，一般为采高的3～5倍；2、断裂带或导水断裂带在垮落带之上，岩层有许多裂隙，但仍保持原有的岩层层次。
断裂呈垂直或斜交岩层层面，或平行层面（离层），因有透水性，也称为导水断裂带。
高度：与上覆岩性有关，为采高的9～35倍；3、弯曲带或整体移动带位于断裂带之上一直到达地表，其岩层移动是成层的、整体性地，最下部分可能出现离层和不导水的细微断裂。
岩层移动具有分带性特征，会随地质和采矿条件的变化而变化。
采用充填技术，则无冒落带（跨），当煤层厚或距地表近时，无弯曲带。
二、地表移动特征1、地表移动及移动盆地1）、地表移动：采用长壁垮落时，随采区面积的增大，岩石移动范围也随之增大。
当采空区的面积扩大到一定范围时，岩层移动发展到地表，使地表产生移动与变形，这一活动称为地表移动。
2）移动盆地：当采煤工作面采完，地表移动稳定后，采空区上方地表形成沉陷区域，形成一个中间下沉近似相等，边缘下沉量少的一个移动盆地。
（煤层水平，矩形的采空区，地表呈椭圆形，以10mm下沉为界）图23-2。
2、移动盆地的形成过程及种类1）形成过程1、2、3 非充分采动；4 充分采动；5 超充分采动2）种类：三种，非充分采动、充分采动、超充分采动3、移动盆地的主断面及其特征1）主断面：最终移动盆地的最大下沉点沿煤层走向或倾向作断面，称为移动盆地的主断面。
有走向主断面和倾向主断面。
2）特征：在主断面上，用各种夹角来表示其特征。
（1）边界角：在充分采动或接近充分采动的条件下，以下沉值为10mm的点作为边界点（移动盆地主断面上）a，将a与采空区边界点b连线，与水平线在煤柱一侧的夹角为边界角；当地表有松散层时，以松散体上部下沉10mm处开始，先将边界点沿松散层移动角ϕ的方向投到基岩面上作为a点。
矿山压力与岩层控制(第6章 采场岩层移动与控制关键层)
煤矿绿色开采的内涵
• 煤矿绿色开采及绿色开采技术,在基本概念 上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、 瓦斯、水、土地等一切可以利用的各种资 源。
基本出发点：从开采的角度防止或尽可能减 轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响； 目标：取得最佳的经济效益、环境效益和社 会效益。
煤矿绿色开采的特点之一
• 从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤 炭、地下水、煤层内所涵的瓦斯、土地、 煤矸石以及在煤层附近的其他矿床都应该 是经营这个矿区的开发对象，都应该被加 以利用。
从而形成采场覆岩移动的“横三区”与“竖三 带”。
沿走向剖面，测点先向采空区方向移动，然后 又转向工作面推进方向移动，最后基本恢复到 原来位置。
图6－9
开采后上覆岩层沿走向方向 水平与垂直移动轨迹图
沿倾向剖面，测点基本上沿着与层面成垂 直的方向向下移动。
图6－10 观测点在沿煤层倾斜剖面上的移动
1.采动覆岩移动破坏的分带
大量的观测表明,采用全部垮落法管理采空 区情况下，根据采空区覆岩破坏程度,可以分为 “三带”，即: 冒落带 “两带”或“导水裂隙 裂隙带 带” 弯曲下沉带（整体移动带）
2.覆岩内部岩体移动特征
图6－8
上覆岩层移动实测曲线
根据岩层移动特点，将上覆岩层沿工作面推进方向划 分三个区：即 A－煤壁支撑影响区；B－离层区；C－ 重新压实区。
第二节
岩层控制的关键层理论
一、关键层的概念
• 采场老顶岩层“砌体梁”结构模型是针对
开采过程中的矿山压力控制而提出来的。 • 1996年，在采场老顶岩层“砌体梁”理论 基础上，钱鸣高院士提出了岩层控制的关 键层理论。 • 关键层理论提出目的：研究开采层状矿体 中厚硬岩层对岩层中节理裂隙的分布、对 瓦斯抽放、对突水防治以及对开采沉陷控 制等的影响。因此它是绿色采矿的基础理 论之一。
矿山测量工试题预测考试题
矿山测量工试题预测考试题1、问答题矿山测量的主要任务是什么？正确答案：⑴建立矿区地面和井下测量控制系统，测绘大比例尺地形图；⑵矿山基本建设中的施工测量；⑶测绘各种采掘工程图、矿山专用图及矿体几何图（江南博哥）；⑷对资源利用及生产情况进行检查和监督；⑸观测和研究由于开采所引起的地表及岩层移动的基本规律，以及露天矿边坡的稳定性，组织开展“三下”采矿和矿柱留设的实施方案；⑹进行矿区土地复垦及环境综合治理研究；⑺进行矿区范围内的地籍测量；⑻参与本矿区（矿）月度、季度、年度生产计划和长远发展规划的编制工作。
2、填空题在平面直角坐标系中，地面上任一点的位置，是由该点到纵横坐标轴的（）确定的。
正确答案：垂距3、填空题井田内，煤层沿走向的开采顺序，可分为（）和（）。
正确答案：前进式；后退式4、填空题建筑场地的平面控制，主要有建筑基线、建筑方格网、和导线等形式；高程控制在一般情况下，采用（）等水准测量方法。
正确答案：四5、填空题在移动盆地主断面上，具有地表移动盆地范围（）和地表移动量（）的特征。
正确答案：最大；最大6、填空题统误差对于观测结果的影响具有（），因此，它对成果质量的影响也就特别显著正确答案：积累作用7、填空题井下高程一般（）设置一组，每组至少应由三个点组成，两高程点间距离以（）为宜。
正确答案：300-500M；30-80M8、名词解释标高投影正确答案：以大地水准面为投影面，将空间物体上各特征点垂直投影于该投影面上，并将各特征点的高程标注在旁边，这种投影方法称为标高投影。
9、填空题用钢尺导入高程，又因所用钢尺的长度不同，分为长钢尺导入高程和（）导入高程正确答案：短钢尺10、填空题（）误差服从于一定的统计规律。
正确答案：偶然误差11、填空题国家基本平面控制网，采用三角测量方法而建立的称为国家三角网，随着GPS测量技术的发展，建立了高精度的（）。
正确答案：GPS控制网12、填空题减少（）是降低导线终点误差的重要措施。
岩土工程师专业辅导知识讲解：采空区地表移动规律及特征
-采空区地表移动规律及特征 1地表变形的特征： 地下矿层⼤⾯积采空后，上部岩层失去⽀撑，产⽣移动变形，原有平衡条件被破坏，随之产⽣弯曲，塌落，以致发展到使地表下沉变形。
地表变形开始成凹陷盆地，此盆地称为移动盆地。
如图20．4－1所⽰移动盆地外形。
移动盆地的⾯积⼀般⽐采空区⾯积⼤，其位置和外形与岩层的倾⾓⼤⼩有关；矿层倾⾓平缓时，盆地位于采空区的正上⽅，外形对称于采空区；矿层倾⾓较⼤时，盆地在沿矿层⾛向⽅向仍对称于采空区，⽽沿倾斜⽅向随着倾⾓的增⼤，盆地中⼼愈向倾斜的⽅向偏移。
采空区上⽅岩层变形的不断扩⼤⽽向上发展，并往往波及到地表，使地表产⽣移动变形。
地表变形⼀般具有下列特征。
（1）连续的地表变形：变形在空间和时间上是连续发⽣的，开始地表形成凹地，随着采空区不断扩⼤，凹地不断扩展⽽成凹陷盆地即移动盆地，连续的地表变形常形成较规则的移动盆地。
（2）不连续的地表变形：变形在空间和时间上都不连续，地表不出现较规则的盆地，⽽常出现塌陷坑，台阶以及不规则的⼤裂缝等。
当开采深度⼩⽽开采厚度较⼤，或有地质构造等影响，以及急倾斜矿层开采时，都会产⽣不连续的地表变形。
（3）不明显的地表变形：地表变形不明显，仅有少量地⾯下沉或⼩裂缝，对地表建筑物不产⽣明显影响。
【例题7】采空区地表变形的特征包括（）。
a、连续的地表变形； b、不连续的地表变形； c、明显的地表变形； d、不明显的地表变形； 答案：a、b、d 【例题8】采空区地表没有较规则的移动盆地，⽽常出现塌陷坑，台阶以及不规则的⼤裂缝等，这样的地表变形属于（）。
a、连续的地表变形； b、不连续的地表变形； c、明显的地表变形； d、不明显的地表变形； 答案：b 【例题9】⼀般情况下，移动盆地的⾯积⽐采空区⾯积（），其位置和外形与岩层的（）有关。
a、⼤，⾛向； b、⼩，倾向； c、⼤，倾⾓的⼤⼩； d、⼩，倾⾓的⼤⼩； 答案：c 【例题10】当矿层倾⾓平缓时，移动盆地位于采空区的（），外形（）。
开采损害学
开采损害学第一章1.下沉盆地：地下矿物开采后，采出空间周围的岩层失去支撑而向采空区内逐渐移动、弯曲和破坏。
这一过程随着开采工作面的不断推进，逐渐地从采场向外、向上（顶板）扩展，直至波及地表，引起地表下沉，形成所谓的下沉盆地，2.覆岩破坏特征划分为：垮落带、裂隙带、弯曲下沉带，被称为“三带”3.只要采深达到一定深度（采深与采高之比H（埋深）/m（采高）>40），覆岩的破坏和移动就会自下而上出现三个代表性部分（就是三带）4.覆岩移动状态可划分为5个区：1）垂直下移区2）垂直上移区3）垂直与水平移动区4）底板下移区5）开采支撑压力区5.采动上覆岩层移动破坏的形式可概括为六种：弯曲、垮落、煤的挤出（片帮）、岩石延层面滑移、垮落岩石的下滑（或滚动）、底板岩层隆起6.地表移动破坏规律：地下开采引起的地表移动和变形大小、空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。
从时间和空间的概念出发，一般将地表移动变形分为连续移动变形和非连续移动变形两类7.地表连续移动变形：采动在地表的反映为连续的下沉盆地。
8.地表非连续移动变形：开采后在地表出现大的裂缝、台阶下沉、塌陷坑及漏斗等形式的破坏。
9.实践观测表明，通常在采空区的长度和宽度均达到1.2H0~1.4H0的时候，地表可达到充分采动。
因而，开采工作面沿一个方向（走向或倾向）达到临界开采尺寸；而另一个方向未达到临界开采尺寸；而另一个方向未达到临界开采尺寸，这种情况也属于非充分采动。
10.充分采动的范围用充分采动角Ψ来确定。
Ψ指充分采动下沉盆地主断面上平底的边缘点与开采边界线和矿层间的夹角。
11.地表下沉盆地范围可用各种角度参数来确定：（1）边界角（2）移动角（3）裂缝角（4）最大下沉角开采达到或接近充分采动时，将移动盆地主断面上的盆地边界点和采空区边界点的连线与在采空区外侧水平线的夹角称为边界角。
在达到或接近充分采动时的移动盆地主断面上，临界变形点和采空区边界点的连线与水平线在采空区外侧的夹角称为移动角。
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柴里矿301工作面地表裂缝实测图
开采急倾斜煤层时地表移动特征
3. 塌陷坑
煤层开采时（尤其是急倾斜），煤层露头 处附近地表呈现出严重的非连续性破坏，往 往会出现漏斗状塌陷坑，北票矿区地表塌陷 漏斗如图。
地表塌陷漏斗
在缓倾斜或中倾斜煤层浅部开采条件下，地 表出现非连续性破坏时，也可能出现塌陷坑。 鹤岗富力矿浅部开采引起的地表漏斗状塌陷 坑如图。
垮落带及断裂带高度计算
• 1、影响因素：顶板岩性、煤层倾角、采厚、 采煤方法、采空区尺寸、采空区处理 • 2、统计回归公式（重点） • 3、其他方法（类比、实测） • 4、近距离煤层
垮落带高度 （P7）
• a.若煤层顶板覆岩内有极坚硬岩层，开采后能形成悬 顶，垮落带最大高度Hk按（1-1）式计算。
图1-17 近水平煤层非充分采动时的地表移动盆地示意图
图1-15 槽形盆地示意图
3. 地表移动盆地特征
• 为了研究方便，常选取地表移动盆地主断 面进行研究，主断面是指通过盆地内最大下沉 点沿煤层倾向或走向的垂直剖面，地表移动盆 地在主断面内表现为通过最大下沉点的地表下 沉曲线。主断面具有以下特点：（1）主断面上 地表移动盆地范围最大；（2）主断面上地表移 动值最大。 • 地表移动盆地的范围总是比采空区的面积 大，它的形状取决于采空区的形状及煤层倾角 大小。当采空区为长方形时，移动盆地大致呈 椭圆形，它与采空区的相对位置取决于煤层倾
• 式中Mz—上下煤层综合开采厚度，m； M2—下煤层厚度， m； M1—上煤层厚度，m； h—上下煤层层间距，m； y2—下煤层的垮落带高度与采厚之比。 • 当上下煤层的层间距很小时，综合开采厚度取上下煤层厚 度之和，即 M Z M 1 M 2 （1-4） • 求出综合开采厚度后，可按单一煤层开采的条件计算垮落 带和断裂带的高度。
3、弯曲带
• 岩移理论——可预测性 • 不导水 • 可利用离层带（bed separation zone）— —注浆充填覆岩离层带 • 事实上：地表移动体积远小于开采煤层体 积：离层吸收是重要的原因。 （一般1：0.4～0.6）
三带的空间形态
倾角关系密切（P5）
图1-3 垮落带、断裂带和弯曲带的空间形态 （a）0°≤α≤35°煤层；（b）36°≤α≤54°煤层； （c）55°≤α≤90°煤层
MZ M2 M1 y 2
现场观测
• 由于经验公式计算存在一定的误差，所以 可根据实际条件现场观测获得。
三、岩层或煤层的抽冒与切冒
• 在一些特殊条件下，开采空间附近的岩层或 煤层可能出现抽冒或切冒现象。 • 抽冒指的是在浅部厚煤层、急倾斜煤层及断 层破碎带和基岩风化带附近采煤或掘巷时， 顶板岩层或煤层本身在较小范围内垮落超过 正常高度的现象。 • 切冒指的是当厚层极硬岩层下方采空区达到 一定面积后发生直达地表的岩层一次性突然 垮落和地表塌陷的现象。
•
习惯上，把地表移动盆地内只有一个点 的下沉值达到最大下沉值的采动情况，称 为刚达到充分采动。此时的开采称为临界 开采，地表移动盆地呈碗形（图1-13）。 地表有多个点的下沉值达到最大下沉值的 采动状态称为超充分采动。此时的开采为 超临界开采，地表移动盆地呈盘形（图114）。图1-14中1表示移动盆地平底以外的 部分，3表示采空区上方的下沉曲线范围， 4表示煤体上方的下沉曲线范围，2表示移 动盆地的平底部分。
• 图1-4 近距离煤层垮落带和断裂带高度计 算 • (a)层间距大于下位煤层开采形成的垮落带高度；(b)层间距
小于下位煤层开采形成的垮落带高度
• b.上下两层煤的最小层间距小于下煤层开采形成的垮落带 高度 • 如图1-4(b)所示，上下煤层的层间距h小于下位煤层开采形 成的垮落带高度Hk时，上煤层的断裂带最大高度按该层的 厚度计算，下煤层的断裂带最大高度按上下两煤层的综合 开采厚度计算，取其中标高最高者作为两层煤的断裂带最 大高度。上下煤层的综合开采厚度可按（1-3）式计算。 h • （1-3）
注：h——区段或分段垂高，m；M——煤层法线厚度，m。
近距离煤层(P8)
•
当上下煤层距离较近时，上下煤层开采形成的垮 落带和断裂带范围可能重叠一部分，重叠的范围和 程度取决于上下煤层的层间距。 • a．上下两层煤的最小层间距大于下煤层开采形 成的垮落带高度 • 如图1-4(a)所示，上下两层煤的层间距h较小，但还 大于下煤层开采形成的垮落带高度Hk，上下煤层的 垮落带高度不重合，而断裂带高度可能重合，上下 煤层的断裂带最大高度可按近距离上下煤层的厚度 分别计算，取其中标高值最高者作为两层煤的断裂 带最大高度；上下煤层的垮落带高度则取上煤层的 垮落带高度。
二、垮落带、断裂带和弯曲带
图1-2 上覆岩层移动分带示意图 Ⅰ—垮落带；Ⅱ—断裂带；Ⅲ—弯曲带
三带
• 垮落带 • 断裂带 • 弯曲带
层状岩层移动——弯曲→离层→断裂→垮落
1、垮落带（直接顶、基本顶）
• 特点：导水、导砂、导气（瓦斯） 防砂煤岩柱留设 高瓦斯聚积通道和场所
2、断裂带
• 导水性——防水煤岩柱留设 • 导气性——高位瓦斯抽放层位 高度计算：非线性
②急倾斜煤层（55°～90°）
煤层顶板为坚硬、中硬、软弱岩层，用垮落法开采时 的垮落带及导水断裂带高度，可选用表1-4中的公式计算。
表1-4 急倾斜煤层垮落带与导水断裂带高度计算公式
岩性
垮落带高度计算公 式/m
导水断裂带高度计算 公式/m
100 Mh 8.4 H k (0.4 ~ 0.5) H d H d 坚硬 4.1h 133 中硬、软 H (0.4 ~ 0.5) H H d 100 Mh 7.3 k d 7.5h 293 弱
裂缝
• 在地表移动盆地外边缘区，地表可能产生 裂缝。裂缝的深度和宽度与有无第四纪（Q） 松散层及其厚度、性质和变形值大小密切 相关。若第四纪松散层为塑性大的粘性土， 一般拉伸变形值超过6～10 mm/m时地表才 出现裂缝；塑性小的砂质粘土、粘土质砂 或岩石，地表拉伸变形值达到2～3 mm/m 时，即可产生裂缝。 • （实例：华丰、山西大同）
M Hk (k 1) cos
• b.当煤层顶板覆岩为坚硬、中硬、软弱岩层或其互层 时，考虑顶板下沉因素，开采单一煤层的垮落带最大 高度Hk可按（1-2）式计算。
M Hk (k 1) cos
式中 ω——垮落过程中顶板下沉值，m • c．厚煤层分层开采时，垮落带最大高度Hk可按表1-2 的公式计算。
思考题 1、概念：岩层移动 2、上覆岩层分哪“三带”？了解其主要特征。 3、影响垮落带和断裂带高度的主要因素有哪 些？会利用经验公式计算其高度。
岩层移动
• 覆岩破坏、移动的现象和过程。 • 影响因素： • 地质因素：岩层结构特征、力学性质及含 水性 煤层的特征：煤厚、倾角、采 深 • 采矿因素：采矿方法（充填、全部垮落法、条带开
（2）非充分采动
• 采空区尺寸（长度和宽度）小于该地质采矿 条件下的临界开采尺寸时，地表任意点的下沉 值均未达到该地质采矿条件下应有的最大下沉 值，这种采动为非充分采动或称其为有限开采， 此时的地表移动盆地像尖底的碗（图1-17）。 • 工作面沿一个方向（走向或倾向）达到临 界开采尺寸，而另一个方向未达到临界开采尺 寸的情况也属于非充分采动，此时的地表移动 盆地为槽形（图1-15）。
鹤岗富力矿浅部开采引起的地表漏斗状塌陷坑
二、地表移动盆地的形成及其特征
• 1、地表移动盆地的形成
地表移动盆地的形成过程
2．充分采动和非充分采动
• （1）充分采动 地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增 大而增加的开采状态称为充分采动，即地 下煤层采出后，地表下沉值达到该地质采 矿条件下应有的最大值，此后开采范围再 继续扩大时，地表的影响范围相应扩大， 但地表最大下沉值不再增加，地表移动盆 地将出现平底。
100 M Hk 2.2 4.7 M 19
100 M Hk 1 .5 6.2 M 32
100 M Hk 1 .2 7.0 M 63
极软弱（＜10MPa，铝土岩、风化泥岩 、粘土、砂质粘土）
注：Σ—累计采厚；公式应用范围：单层采厚1～3m，累计采厚不超过 15m；计算公式中±号项为中误差。
计算公式之二/m
H d 30 H d 20
M 10 M 10
100 M Hd 5.6 1.6 M 3.6 100 M Hd 4.0 3.1 M 5.0
H d 10
M 5
100 M Hd 3.0 5.0 M 8.0 注：Σ—累计采厚；公式应用范围：单层采厚1～3m，累计采厚不超过15m； 计算公式中±号项为中误差。
k——岩石碎胀系数。岩石的碎胀系数取决于岩石性质， 坚硬岩石碎胀系数较大，松软岩石碎胀系数较小（表1-1）
表1-1 岩石的碎胀系数k
碎胀系数k 岩石名称 碎煤
初始（刚破碎）
＜1.20
残余（压实后）
1.05
泥质页岩 砂质页岩 硬砂岩
1.40 1.60～1.80 1.50～1.80
1.10 1.10～1.15
• 思考题 1、掌握下沉盆地、充分采动、非充分采动、主断面、充分 采动角、边界角、移动角、裂隙角、最大下沉角的概念， 并记住各角值符号。 2、地表移动和破坏的主要形式有哪三种？ 3、了解地表移动盆地的形成过程。 4、掌握超充分采动、非充分采动的近水平和缓倾斜煤层地 表移动盆地特征。 5、地表移动变形的主要指标有哪5种？掌握其符号及单位。 6、掌握描述地表移动与变形的五项指标之间的函数关系。 7、能绘制充分采动、超充分采动和非充分采动条件下地表 移动与变形五曲线图，并注意其与采空区的位置关系
பைடு நூலகம்
第二节 开采引起的地表移动(10)
第二节 开采引起的地表移动
• 地表移动：因采矿引起的岩层移动波及地 表，使地表产生移动、变形和破坏的现象 及过程。 • 一、地表移动和破坏形式 1、地表移动盆地(连续分布，岩移理论 可以预测) 2、裂缝（开采区域外围） 3、塌陷坑（不连续变形，难以预测）