矿山覆岩移动特征与安全开采深度
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。
新义煤矿大采深煤层开采地表移动规律研究
新义煤矿大采深煤层开采地表移动规律研究随着煤矿开采强度的增加以及开采水平的延伸,矿井开采日益深部化,伴随着煤矿区“三下”压煤量也日益增加,要实现深部开采的准确预计以及“三下”压煤的安全回采,必须深入研究深部开采地表移动规律。
根据新义煤矿11010工作面地质采矿条件,建立地表移动观测站,对工作面开采引起的地表沉陷进行了现场实测,根据实测资料,通过整理分析得到地表移动变形规律和岩层移动的角量参数,结果表明:深部开采条件下地表沉陷影响范围和沉陷变形只均明显减小,岩
层移动各角量参数大于充分开采条件下的角量参数,地表沉陷变形趋于平缓。
提出了基于Matlab求取地表移动预计参数的方法,用此方法方便、准确地求取了地表移动变形预计参数,为新义煤矿确定深部开采条件下的地表移动变形参数提供了参考依据;并且以新义煤矿的地质采矿条件为原型,建立了数值模拟模型,采用UDEC数值模拟软件分析新义煤矿深部开采条件下岩层破坏及地表移动规律,并且研究了开采深度、开采厚度、开采尺寸对深部开采地表移动变形的影响规律。
研究表明:在大采深条件下,覆岩裂隙带发育高度会有所增加,本文的研究成果对新义煤矿深部开采及类似矿区的地表沉陷及控制、“三下”采煤具有一定的理论价值和指导意义。
煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用
煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用煤矿地表移动与覆岩破坏是煤矿开采过程中不可避免的问题，对煤矿生产和安全造成了很大的影响。
因此，研究煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用具有重要的理论和实践意义。
一、煤矿地表移动规律煤矿地表移动是指在煤矿开采过程中，由于煤层采空引起的地表下沉和变形。
煤矿地表移动的规律主要受到以下因素的影响：1. 煤层厚度和倾角：煤层厚度和倾角越大，地表移动越明显。
2. 采煤方法：不同的采煤方法对地表移动的影响也不同。
如采用长壁采煤法，地表移动范围较大；采用短壁采煤法，地表移动范围较小。
3. 采煤深度：采煤深度越深，地表移动越大。
4. 煤层岩性：煤层岩性越硬，地表移动越小。
二、煤矿覆岩破坏规律煤矿覆岩破坏是指在煤矿开采过程中，由于煤层采空引起的覆岩破坏。
煤矿覆岩破坏的规律主要受到以下因素的影响：1. 覆岩厚度和倾角：覆岩厚度和倾角越大，覆岩破坏越明显。
2. 采煤方法：不同的采煤方法对覆岩破坏的影响也不同。
如采用长壁采煤法，覆岩破坏范围较大；采用短壁采煤法，覆岩破坏范围较小。
3. 采煤深度：采煤深度越深，覆岩破坏越大。
4. 覆岩岩性：覆岩岩性越软，覆岩破坏越大。
三、煤矿地表移动与覆岩破坏的应用煤矿地表移动与覆岩破坏的研究不仅有助于了解煤矿开采过程中的地质灾害，还可以为煤矿生产提供科学依据。
具体应用如下：1. 煤矿规划：在煤矿规划中，需要考虑地表移动和覆岩破坏的影响，以避免对周围环境造成不良影响。
2. 煤矿安全：煤矿地表移动和覆岩破坏会对煤矿安全造成威胁，因此需要采取相应的安全措施。
3. 煤矿开采：在煤矿开采过程中，需要根据地表移动和覆岩破坏的规律，选择合适的采煤方法和采煤深度，以减少地质灾害的发生。
总之，煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用是煤矿开采过程中的重要问题，需要加强研究，以保障煤矿生产和安全。
矿山压力及其控制第六章采场岩层移动与控制
一、地表移动盆地的形式：
在地表移动盆地的外边缘会形成裂缝、矿台山压阶力和及其塌控制陷第坑六章等采场。岩层移
动与控制
第四节 采场底板破坏及突水
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
二、应用关键层理论分析采场底板破坏与突水
• 将底板采动破坏带 以下及含水层以上承载 能力最大的一层岩层称 为底板关键层，类似于 采场覆岩中的关键层， 在底板隔水层中起到关 键控制作用，称为底板 隔水中的关键层。
底 动、变形和破坏，直至达到新的平衡。随着工作面的推进，这一过程
板 不断重复。重视十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动
岩 和破坏的过程，这一现象和过程成为岩层移动。
层
•1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
p 采空区周围岩层的移动和破坏形式有
达到最大。
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
弯曲带
裂隙带之上直至地表的这个岩系地层。
弯曲带内的岩层破坏特征
1. 垂直方向由于自重作用产生法向弯曲，水平方向双向受压； 2. 不存在或极少离层裂缝，其中的隔水层是良好的保护层； 3. 弯曲带的高度主要受开采深度的影响。采深较小，导水断
裂带直达地表，采深较大时，开采形成的裂隙带不会达到 地表。
• 岩层移动导致的煤岩体应力场与裂隙场的变化，是引 起瓦斯卸压和煤层渗透率增加的原因所在。
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
•（3）岩层移动发展到地表引起地表沉陷， •导致农田，建筑设计的毁坏。
• “三下一上”建筑物下、铁路下、水体下、承压水上
•传统的开采模式引起的采动损害与环境问题日益突出，尽 快形成煤矿的“绿色开采技术”， •基本出发点：防治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和社会效益。
大埋深薄基岩大采高开采矿压显现和覆岩移动规律研究
estimate method and measured statistics, a mechanical model of roof dynamic load was established, which belonged to deep large mining height conditions. Through the model, the working resistance was calculated when working face was during the periodic pressure, and field tests could be verified its adaptability. Finally, we proposed that the impact dynamic load coefficient of working face was related to roof separation value and elastic modulus of immediate roof. To control the deformation of surrounding rock better, we can enhance the setting load of shields, in this way, it could be served better for the high production, high efficiency, and safety to coal mine. Key words：large mining height，thin bedrock，thick unconsolidated layers，mining pressure behavior，control technology，numerical simulation，rebound tester .
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。
神东矿区浅埋煤层开采覆岩移动与裂隙分布特征
工作面和补连塔 32201 工作面为模拟原型，分析了 浅埋煤层长壁开采覆岩采动裂隙在水平面方向、垂 直面工作面走向及倾向的动态演变特征，可为保水 开采方案的选择、防灭火技术的应用、抽放瓦斯的 钻孔布置及地表植物的选择提供可靠依据。
为此，本文采用物理模拟和数值模拟两种方 法，以神东矿区典型的煤层赋存条件为主要研究对 象，选取大柳塔矿 12305 工作面、上湾煤矿的 51201
收稿日期：2010-01-11
基金资助：新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-05-0480)；国家自然科学基金项目（50904063）；煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题
第 40 卷 第 1 期 2011 年 1 月
中国矿业大学学报 Journal of China University of Mining & Technology
Vol.40 No.1 Jan.2011
神东矿区浅埋煤层开采覆岩移动与裂隙分布特征1
范钢伟，张东升，马立强
（ 中国矿业大学 矿业工程学院 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221008）
动影响而降低的水位仍可恢复；文献[4]通过物理模 拟分析了坚硬岩层在水平面上垮落特征，并用于指 导放顶煤开采的可行性；文献[5-7]则对比分析了地 表深陷和采动裂隙对土壤质量和植物生长的影响。 但上述文献对采动裂隙在覆岩中动态分布特征都 没有论证。虽然在浅埋煤层的矿压控制方面有不少 研究成果[8,9]，但对浅埋煤层采动裂隙的时空演变 规律还没有系统性的阐述，而岩层控制关键层理论 [10]为这一问题的研究提供了新的指导，认为，关键 层运动对离层产生、发展的时空分布起控制作用， 覆岩离层一般出现在关键层下。
王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律研究
王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律研究论文标题：研究王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律摘要：本文旨在分析王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律，以期为工程实践提供参考。
首先，完成了对煤矿的地质分布和覆岩特征的研究，包括岩性、物性和结构特征等。
其次，利用试验研究对覆岩运移规律进行了模拟，并观测到了覆岩运移的规律性及其动力学特征。
然后，根据覆岩运移机理，提出了能够更好地控制覆岩运移的相关技术措施，以保障煤矿安全生产。
最后，总结了相关矿山经验，以及煤矿安全开采工作的总体要求。
关键词：王庄煤矿；大采高工作面；覆岩运移；规律性正文：一、研究背景王庄煤矿位于某省的东南部，呈片状分布，其煤储量丰富，具有良好的开发前景。
2002年，该煤矿进行了大采高工作，以优化煤的采出率和产量。
在此过程中，由于覆岩层的特殊性和结构特征，其运移规律受到了极大影响。
因此，王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律研究显得尤为重要。
二、地质和覆岩特征1. 煤矿地质分布：王庄煤矿位于东南部，属新近系沉积，其主要构造是断裂-构造-充填构造体，分布规律具有规则性。
2. 覆岩层特征：煤矿覆岩厚度均匀，主要由砂岩和灰岩组成，岩性结构特征差异性较大，以硬度较大的砂岩、泥岩、泥质灰岩为主，具有较大的抗压强度，综合稳定性较好。
三、覆岩运移机理1. 模型试验：针对特定岩性结构特征，采用基于Stribeck参数的FEM弹性模型，进行模拟试验。
结果表明，块状覆岩的运移规律是先运动小块，再小块与小块组合，再组合成大块，最后是大块的运动。
2. 动力学特征：通过模型试验，发现覆岩的运动受多种因素的影响，特别是重力、末端接触力等因素的共同作用，使覆岩在不同深度有不同的动力学特征。
四、技术措施1. 抗剪支护技术：采用抗剪支护技术，可以有效地改变覆岩层应力状态，改善其稳定性，以期控制覆岩的运移。
2. 充填料填筑技术：采用充填料填筑技术，可以有效地增强覆岩层的稳定性，有利于改善覆岩运移规律。
岩层与地表移动的特征与建筑物下开采措施
岩层与地表移动的特征与建筑物下开采措施孙可【摘要】本文主要分析了岩层移动的特征、地表移动的一般特征,提出了避免地表移动下沉和变形的开采方法.【期刊名称】《科技风》【年(卷),期】2011(000)013【总页数】1页(P186)【关键词】岩层;地表移动;特征;建筑物下开采;措施【作者】孙可【作者单位】龙煤七台河分公司桃山煤矿,黑龙江七台河,154600【正文语种】中文在建筑物下和铁路下采煤，应保证建筑物和铁路不受到开采影响而破坏，同时也要尽可能多采出煤，保证矿井安全生产。
地下开采后，上覆岩层与地表会产生移动与变形，选择合理的开采方式，就能减少开采引起的地表下沉、变形对建筑物的影响。
开采可引起的地面建筑物倾斜、水平变形、曲率变形。
要把握上覆岩层移动规律与地表变形破坏的特征，掌握变形破坏对地表建筑物的影响状况，按地表建筑物的安全保障要求，煤矿要确定井下的开采方式，采取安全开采技术，确保地面建筑物安全。
地下开采破坏了岩体内原有的应力平衡状态，使采空区周围的岩层乃至地表产生移动和变形。
地质和开采条件不同，岩层和地表的移动和变形的表现形式、分布状况和程度大小也各不相同。
采空区周围的岩层移动和变形，主要表现为采空区上方顶板的弯曲下沉、断裂、垮落。
开采后上覆岩层垮落、移动与变形一般形成冒落带、裂缝带和整体弯曲下沉移动带；后者可直达地表。
开采深度、地质构造、采煤方法，采煤工作面开采的高度和推进速度等，对岩层移动地表变形有重要的影响。
采用全部充填法管理顶板时，上覆岩层只出现裂缝带和整体移动带，没有冒落带，可减少地面的变形与破坏。
开采浅部厚煤层时，垮落带可能直达地表，对地面建筑产生较大影响。
在开采薄煤层时，有的顶板是塑性较大的岩层，岩层缓慢下沉，则会出现整体移动下沉带，使地面下沉与变形比较平缓。
2.1 地表移动和破坏的主要形式采用长壁垮落法开采时，随着开采面积增大，岩层移动范围也在增大，在开采面积达到一定范围时，岩层移动会波及地表，使地表出现移动和变形。
煤矿上行开采覆岩运动规律研究
煤矿上行开采覆岩运动规律研究煤矿上行开采是一种特殊的采矿方式，它受到覆岩运动的极大影响，既可能支撑煤矿采掘活动，又可能危害正在采矿的安全。
因此，了解覆岩运动规律对于确定煤矿上行开采的安全性和可行性具有非常重要的意义。
本文着重研究了影响煤矿上行开采覆岩运动规律的主要因素，并从研究的角度指出它们及其相互之间的影响，以期能更准确地预测覆岩的运动规律，为提高煤矿开采的安全性提供参考。
煤矿上行开采覆岩运动规律是由煤矿开采引起的地质构造变化、覆岩的自重和强度特征所决定的。
因此，要研究煤矿上行开采覆岩运动规律，首先需要弄清覆岩的自重和强度特征，以及它们之间的相互关系。
其次，要研究覆岩运动和地质变化之间的关系，以及各种因素如采掘、水土、采掘空腔和其他地质环境对覆岩运动的影响。
覆岩的自重和强度特征是确定覆岩运动的关键因素，其中覆岩的自重是一个重要的参数。
覆岩自重能够表现出其承受的重力、抗拉力和抗压力，同时受到地质环境、地层厚度等多种因素的影响。
覆岩中含有的破碎物含量对覆岩稳定性影响至关重要，从而影响了煤矿开采覆岩运动规律。
覆岩强度特征是指覆岩在抗拉力和抗压力作用下的变形特性。
覆岩强度随覆岩厚度和颗粒粒径的增加而增大，受地质状况的不同、岩石的物理性质的差别也会影响覆岩的强度。
覆岩的强度对煤矿开采覆岩运动规律也有着重要的影响，它直接决定着支护结构的设计及施工方案的选择。
此外，煤矿开采所产生的地质构造变化对覆岩的运动规律也有很大的影响。
煤矿开采带来的采掘空腔及采掘厚度、煤层变形程度和强度变化等都会影响覆岩的运动规律。
采掘厚度增加会让覆岩在受力时处于更大的应力状态，从而加剧覆岩的运动；采掘空腔及采掘空腔形态的变化也会影响覆岩的变形及运动模式等。
本文简要研究了影响煤矿开采覆岩运动规律的主要因素，包括覆岩的自重和强度特征以及煤矿开采所产生的地质构造变化等，同时指出它们之间的影响。
结果表明，要准确地预测覆岩的运动规律，必须综合考虑这些因素及其相互影响，并从多方面、全面地分析，以便更好地推动煤矿上行开采的安全性和可行性。
特厚煤层高效开采覆岩与地表移动规律及预测方法研究
1、分析特厚煤层开采过程中的覆岩与地表移动规律；
2、开发一种高精度、可靠的预测方法，以实现对特厚煤层开采过程中的覆 岩与地表移动的预测；
3、针对具体矿井的开采条件和地质环境，优化预测方法，提高预测精度和 可靠性。
研究方法
本次演示采用的研究方法包括实验设计、数据采集、数据处理和结果分析等。 首先，根据矿井现场的实际开采条件和地质环境，设计覆岩与地表移动观测实验； 然后，利用先进的地质勘查设备和仪器，采集实验数据；接下来，对采集到的数 据进行处理和分析，包括数据清洗、统计分析、计算机模拟等；最后，根据实验 结果，开发并完善预测模型，实现对特厚煤层开采过程中的覆岩与地表移动的预 测。
3、地表水平移动：除了下沉外，地表还会发生水平方向的移动。在特厚急 倾斜煤层水平分层开采条件下，地表水平移动的方向和大小取决于煤层的厚度、 采高以及开采范围等因素。
4、地表移动角量参数：为了更好地描述地表沉陷规律，研究者提出了移动 角量参数的概念。这些参数包括移动角、边界角、裂隙角等，可以用来描述盆地 的形状和大小，以及地表移动的范围和程度。
1、研究不同地质条件下，厚松散层下开采覆岩及地表移动规律的异同，为 优化开采方案提供更多依据。
2、开展系统工程的研究，综合考虑采矿、地质、水文等多方面的因素，提Biblioteka 出更加全面、准确的预测模型和方法。
3、针对采矿活动对环境的长期影响进行深入研究，评估其对地质环境、生 态系统等方面的远期效应。
总之，厚松散层下开采覆岩及地表移动规律的研究对于保护地质环境、提高 采矿安全具有重要意义。我们应加强对这一领域的研究力度，不断完善和优化现 有的研究方法和模型，以更好地服务于采矿行业的可持续发展。
2、基于数值计算的预测方法：利用数值计算方法（如有限元法、离散元法 等），可以对特厚急倾斜煤层水平分层开采过程中的岩层移动和地表沉陷进行模 拟和分析，以便更好地了解其规律和特点。
大采深条件下采煤活动引起的覆岩移动变形及破坏规律研究
对未来发展趋势预测
随着科技的进步和煤炭行业的不 断发展，对大采深条件下采煤活 动引起的覆岩移动变形破坏规律 的研究将更加深入和全面。
未来可能会涌现出更多先进的监 测技术和数值模拟方法，为相关 领域的研究提供更加有力的支持 。
同时，随着环保意识的不断提高 和可持续发展理念的深入人心， 煤炭开采将更加注重环境保护和 资源利用效率的提升，这也将对 覆岩移动变形破坏规律的研究提 出更高的要求和挑战。
包括工作面位置、地质条件、煤层赋存情况 等。
覆岩移动变形观测
布置观测站，采用仪器对覆岩移动变形进行 实时监测。
效果评价指标体系建立
安全性指标
包括顶板冒落、煤壁片帮、支架稳定性等。
生产性指标
包括采煤机割煤速度、工作面推进度、煤炭采出率 等。
经济性指标
包括吨煤成本、设备维护费用、人工费用等 。
效果评价方法及实施步骤
3
后续研究方向
根据研究现状和存在问题，提出后续研究方向和 重点。
07
结论与展望
主要研究结论总结
01
大采深条件下采煤活动会引起覆岩产生显著的移动 、变形和破坏。
02
覆岩移动变形破坏规律受地质条件、开采技术、支 护方式等多种因素影响。
03
通过现场监测、数值模拟等手段，可以有效分析覆 岩移动变形破坏的过程和机制。
边界元法
将问题域边界离散化为边 界单元，通过求解边界积 分方程得到域内任意点的 解。
数值模拟方案设计及实施
模型建立
根据实际地质条件和采煤工作面参数，建立 三维数值模型。
边界条件设置
考虑采动影响范围、地质构造等因素，设置 合理的边界条件。
材料参数选取
根据岩石力学实验结果，选取合适的岩石物 理力学参数。
煤层开采覆岩应力场及地表移动特征
煤层开采覆岩应力场及地表移动特征赵德深杨翊郭东亮刘磊王云平胡涛摘要：以大平煤矿S2S9工作面为研究对象，与邻近工作面实测资料相结合，利用ADINA 有限元软件模拟研究工作面开采过程中覆岩的应力场及地表移动特征.研究结果表明：岩层下沉为非对称下沉；开采完成时，地表形成了对称的下沉曲线和反对称的水平移动曲线，最大下沉值位于采空区的正中央，而在开切眼和停采线出现了水平移动峰值；距离煤层顶板越近，煤壁上方覆岩中竖向应力峰值越大，采场前支承压力区一般分布在工作面前方45-90m 内，峰值点距煤壁10m左右.关键词：覆岩应力场；地表移动；下沉曲线；水平移动；支撑应力〇引言地下煤层的大面积开采破坏了原岩的初始应力平衡状态，在应力重新平衡的过程中，必然导致覆岩的冒落、断裂和弯曲，使岩层及地表产生移动、变形和破坏[1-3],由此带来一系列灾难性后果，如造成地表建筑物和大面积农田的损毁、地下管网等基础设施破坏[4-5].因此，研究煤层开采过程中覆岩的应力场和位移场的变化情况，不仅是矿井安全生产的关键，也是治理地表沉陷的基础[6-71国内外学者采用现场探测、相似材料模拟及数值模拟[8-11]等方法对这方面已做了大量研究.因数值模拟具有周期短、成本低等优点，本文以大平煤矿S2S9工作面为研究对象，与邻近工作面实测资料相结合，利用ADINA有限元软件模拟研究工作面推进过程中覆岩的位移场和应力场的分布特征.1工作面地质条件概况以大平煤矿S2S9工作面为研究对象，煤质工业牌号为长焰煤，黑色，沥青光泽，条带状结构，块状构造，贝壳状断口或平坦状断口，质脆，开采深度丑=733m，煤层采出厚度M=9m，倾向长度i=227m，走向长度乃=2100m，煤层倾角a=7，覆岩顶板主要由砂岩、砂泥岩、泥岩和油页岩等构成，地表水库按最大水深5.58m考虑.2数值模拟2.1计算模型及边界条件在考虑既采动范围和避免边界效应影响下，计算模型的尺寸确定如下：Z向（深度方向）上，从煤层底部向下延伸200m作为边界影响区域，故模型高度共计5.58+733+9+200=947.58m;F向（模型走向）上，考虑到充分采动的影响，取工作面的最大推进尺寸为795m，左右各取208m的边界影响区域，故模型长度为280+795+280=1355m.模型几何尺寸为FxZ=1355mx947.58m，模拟为放顶煤开采，表1煤岩物理力学、水力学参数岩性E/GPaP/(g.cm3)0/(〇)C/MPa〇"t,MPa孔隙率渗透系数/(m3.d.kg-1)第四系0.550.362.09031.70.060.450.421.32x10-5砂岩1.700.302.22745.01.190.230.35.29x10-6砂岩0.800.282.22046.00.850.820.325.29x10-6砂岩1.700.302.22945.00.360.340.315.30x10-6砂岩0.800.282.45841.01.280.230.35.25x10-6砂岩1.700.332.22738.00.790.230.335.29x10-6砂岩0.800.232.52240.01.341.020.35.25x10-6砂泥岩1.700.252.24739.01.761.020.158.81x10-8砂泥岩1.800.342.45841.01.281.020.188.81x10-8砂泥岩1.800.332.44038.01.651.020.168.78x10-8泥岩1.500.342.29037.01.580.290.408.81x10-9泥岩1.500.272.47038.00.390.290.408.81x10-9油页岩2.100.332.16041.80.230.320.158.35x10-6煤层1.100.291.30039.80.200.220.402.64x10-5砾岩2.800.262.39038.80.670.680.308.81x10-3砾岩3.190.332.48042.40.760.570.308.81x10-3采放高度9m左右，每次推进15m，依次推进795m结束，共开挖53步.共模拟15组岩层，1层煤层，1层地表水，共17个单元组，5994单元，6234节点.因为煤层倾角较小(7°)，直接选择为水平煤层，图1为数值建模示意.水库岩层开切眼X推进方向^底板1355m图1大平煤矿S2S9数值建模示意Fig.1numericalmodelingschematicofS2S9workingfaceindapingcoalface模型边界条件包括力学和渗流两种边界.力学边界：模型左右边界约束水平位移，边界水平位移为零；底部边界施加固定约束.渗流边界条件模型左右边界和底部边界设置为不透水边界，在第四系与潜水接触面设置流固耦合边界，水库表面为自由面.2.2参数选择本文米用ADINA-Structures模块的porous材料特性来求解渗流问题，取流体的体积模量为2.3GPa，流体密度为1000kg/m3,其它煤岩的物理力学、水力学参数见表1.在模型过程中，力学分析选用摩尔-库仑强度准则，渗流分析选用Darcy定律.2.3计算方案模拟分为两步：第一步计算开挖前，即只有重力存在的情况，通过此步骤计算初始地应力；第二步首先通过重启动对达到初始应力平衡的沉降清零，再通过定义不同的生死单元来模拟工作面的推进过程.3数值模拟结果分析3.1覆岩位移场分析地下煤层的大面积开采破坏了原岩的初始应力状态，在应力重新平衡的过程中,岩层也在不断通过移动的方式释放能量.工作面周围岩体涌向采空区是岩层移动的主要形式,如自重作用下覆岩的的下沉、采空区底板的隆起等.图2?图5分别为工作面推进135m、270m、405m、和795m时覆岩|尸-0.2-0.4-0.6-0.8-2.0-2.2-2.4-2.6图3走向推进270m时垂直位移场分布0.133I-0.133-0.267-0.400-0.5330.667-0.800-0.933-1.067-1.200I-1.333I-1.467-1.733垂直位移场的分布.图4走向推进405m时垂直位移场分布（单位：m)从图2-图5中可以看出：(1)随着工作面向前推进，回采扰动影响加剧，上覆岩层的下沉量逐渐增加，工作面分别推进135m、270m、405m、和795m时，走向方向顶板下沉量分别为1m、1.69m、2.65m 和7.73m.(2)随着开采向前推进，工作面前后方岩层的下沉量并不一致：一方面，工作面后方区域的岩层逐渐被压实，变形逐渐减小；另一方面，受回采扰动的影响，工作面作面前方的岩层受产生了明显的变形.(3)工作面推进135m时，回采的影响开始波及地表，形成下沉盆地；当作面推进405m 时，引起土层整体变形，使岩整体下沉量急剧增大；工作面推进795m时，即模拟结束时，位移场基本以采空区中央轴为轴对称分布，这时顶板最大下沉量达到最大.Fig.4verticaldisplacementfielddistributionpromoting405malongstrikeofworkingface(unit:m)10.2m-0.6-1.2-1.8-2-4-3.0-3.6-5.4-6.0-6.6-7.8图5走向推进795m时垂直位移场分布（单位：m)Fig.5verticaldisplacementfielddistributionpromoting795malongstrikeofworkingface(unit:m)3.2地表变形分析0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7-0.8-0.9-1.0-1.1-1.2-1.3图2走向推进135m时垂直位移场分布（单位：m)Fig.2verticaldisplacementfielddistributionpromoting135malongstrikeofworkingface(unit:m) 图6为模拟开采完成时，水库和第四系相接的地表的下沉曲线.由图可见：工作面开采完成后地表形成了对称的下沉盆地，在开切眼和停采线正上方对应的地表点形成了曲线的拐点，拐点处下沉值为最大下沉值的一半.从边界到拐点处曲线的斜率逐渐增大，表示下降的幅度逐渐增大；从拐点到中心点曲线的斜率逐渐变小，表示下降的幅度逐渐增小，回采区段中心上方下沉值大为3.99m，下沉系数为3.99+9=0.44.图7为工作面开米元成时水库和弟四系相接的地表的水平位移曲线，由7图可见，工作面开采完成后形成了反对称的水平移动曲线，在开切眼和工作面正上方对应的地表点处出现了水平移动峰值，但靠近开切眼处水平变形值要小于工作面处的水平移动值，最大移动值为69.39cm，水平移动为零的点位于盆地边缘及回采区段中心上方，沉降曲线中对应的拐点水平位移最大为69.39cm，最大倾斜为0.69.39x2+397.5=3.49mm-m-1.-4.5-800-600-400-2008003.-08"图7不同推进进度时地表水平移动地表点移动轨迹分析在工作面的推进过程中，地表点的移动变形是一个复杂的时间和空间过程，图8为地表最大下沉点^的移动轨迹.距米空区正中央的距离/m距采空区正中央的距离表2给出大平煤矿其它3个工作面N1S1、2N1和S2S2观测站（线）地表下沉情况，确定大平煤矿的下沉系数在0.42?0.64之间，而模拟的S2S9的下沉系数为0.44,说明该数值模拟的结果较好的符合了实际情况.水平移动/m-0.35-0.3-0.25-0.2-0.15-0.1-0.050图8地表最大下沉点A的移动轨迹由图8可以看出，点4的移动轨迹分45、5C、CD和^四个阶段：①阶段，即回采工作面从开切眼由远及近接近地表点原始位置正下方的过程，该点4的移动方向与工作面推进方面相反，下沉速度和水平移动速度都很小，水平移动和坚直沉降分别为0.258m和1.07cm;②5C阶段，即回采工作面从原始位置的正下方向前推进15步，即推进150m的过程，点的移动向量仍是向着远方的开切眼，曲线的斜率逐渐变大，这表示下沉速度逐渐增大，到达C 点时下沉速度达到最大，水平移动速度变为零，水平变形达到最大值0.326cm，此时坚直沉降1.94m;③CD阶段，当工作面继续向前推进时，点4的水平移动方向发生转变，移动向量指向工作面图6走向推进795m时地表沉降Tab.2表2工作面NISI、S2N1、S2S2观测站（线）地表下沉统计observatorysurfacesinkingstatisticsofN1S1、S2N1、S2S2workingface工作面测点采高/m观测时间下沉/m下沉系数N1K8.692005-11-185.5600.64S1T812.16206-06-2978600.65Q187.702008-10-2842270.55S2L48.042008-10-2843740.54N1C311.532008-10-2848420.42S2S214.242007-09-0474000.5方向，水平移动值将逐渐减小，竖直沉降逐渐增加；④阶段，当回采工作面远离地表点原始水平位置一定距离后，地表点还略有下沉.开采挖成后，该点的竖直沉降为 3.99m，但该点并不完全回到其原始水平位置，而是略偏向推进的回采工作面一方，该微小距离即为该点最终水平移动量1.18cm.3.4垂直应力场分析图9为工作面分别推进60m、135m、270m、405m、540m、675m、和795m时煤层顶板竖直应力场的变化情况.沿煤层走向看，煤璧前方先出现一定宽度的低支承应力区，由于煤体强度的降低，压力向煤体内部转移，煤层顶板重分布的压力逐渐升高至峰值应力，最后随着远离工作面垂直应力又开始逐渐趋于原岩应力.前支承压力区分布在工作面前方45?90m内，峰值点距煤壁10m左右，随着工作面推进距离的逐渐增大，前支承应力的峰值点逐渐前移，而后支承应力的峰值点位置几乎不变，大小都是随着工作面的推进逐渐增大.当工作面分别推进60m、135m、270m、405m、540m、675m和795m时，对应的峰值应力分别为36.9MPa、54.3MPa、76.3MPa、93.1MPa、108MPa、127MPa和149MPa，集中应力系数分别为2.2、3.12、3.9、4.27、4.4、4.75和5.19.集中应力系数的变化范围为2.2?5.19,且随着工作面的推进逐渐增大，但增加幅度逐渐变小.从采空区的竖向应力来看，由于煤层的开挖，采空区上方的覆岩垮落，导致其竖向应力得以释放，应力值接近于零.但随着煤层开采向前推进，竖向应力值有小幅的上扬，这是由于采空区内冒落的岩块承担了部分上方岩层的重量.-270开切眼-1350工作面推进方~^05540945①推进60m②推进135m③推进270m④推进405m⑤推进540m⑥推进675m⑦⑦推进795m图9不同推进度时煤层直接顶竖向应力分布图10为工作面沿走向推进405m时距离煤层顶板不同距离处覆岩垂直应力的变化情况，从图中可以看出，在工作面煤壁上方的覆岩中均出现了竖向应力峰值，距离煤层顶板近，峰值越大.煤层顶部支承压力峰值为93.1MPa，应力集中系数为4.27;距离煤层顶46m处的压力峰值显著减小，为32.4MPa，是原岩应力的1.83倍；距离煤层顶86m处压力峰值进一步减小，为23.4MPa，是原岩应力的1.54倍；距离煤层顶板196m处的压力峰值接近原岩应力.由于煤层的开挖，采空区上方覆岩的竖向应力均减小，距离煤层越近，降低的幅度越大，煤层顶部的竖向应力得以完全释放，应力接近于零，降低的幅度最大；煤层顶板上方196m处竖直应力降低的幅度最小.图10距煤层不同距离处覆岩竖向应力分布4结论采用数值模拟与邻近工作面实测资料相结合的方法，研究工作面开采过程中覆岩的位移场和应力场的分布特征，得出了如下结论：(1)回采完成时，地表形成了下沉盆地，下沉系数为0.44,最大下沉值为3.99m，位于工作面的中央，拐点位于开切眼和工作面的正上方，拐点处下沉值为最大下沉值的一半.(2)随着工作面的推进，水平移动值在不断的增加.开采完成时，水平移动出现了反对称的曲线形态，水平移动峰出现在开切眼处和停采线处，并且开切眼处的水平移动峰值要小于停采线处的水平移动峰值，最大水平移动峰值为69.39cm，位于停采线处.水平移动为零的点位于盆地边缘及回采区段中心上方(3)地表点在工作面的推进过程中经历了与工作面推进方面相反再到相同的4个复杂的时间和空间过程，最终地表点略超过其原始位置正下方，并略偏向推进的工作面的一侧.(4)距离煤层越近，工作面煤壁上方岩层中形成的压力峰值越大，工作面上方196m处的压力峰值接近原岩应力.采场前支承压力区分布在工作面前方45?90m内，峰值应力距煤壁10m左右，前支承应力的峰值点位置随着工作面的推进而前移，大小随着工作面的推进的逐渐增大.参考文献：[1]周健，张有乾，盂超，等.俯仰斜开采时结构面对工作面煤壁稳定性的影响[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2014,33(10):1316-1320.doi:10.3969/j.issn.1008-0562.2014.010.005ZHOUJian，ZHANGYouqian，MENGChao，etal.Influenceofstructuralplaneonstabilityofcoalwallatcoalfaceduringdown-dipandup-dipmining[J] 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矿山开采沉陷学(知识点整理)
矿山开采沉陷学第一章：1:在地下开采前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。
局部矿体被采出后，在岩体内部形成一个采空区，导致周围岩体应力状态发生变化，引起应力重分布，从而使岩体产生移动变形和破坏，直至达到新的平衡•随着采矿工作的进行，这一过程不断重复•它是一个十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动和破坏过程这一过程和现象称为岩层移动。
2：充分采动区COD位于采空区中部上方，其移动特征是:煤层顶板在上覆岩体重力作用下,先向采空区方向弯曲，然后破碎成大小不一的岩块向下冒落而充填采空区。
此后，岩层成层状向下弯曲，同时伴随有离层、裂隙、断裂等现象。
成层状弯曲的岩层下沉使冒落破碎的岩块逐渐被压实•移动结束后，此区内下沉的岩层仍平行于它的原始层位，层内各点的移动向量与煤层法线方向一致，在同一层内的移动向量彼此相等。
3岩层移动形式（一）弯曲，这岩层移动的主要形式.当地下开采后，从直接顶板开始沿层面法线方向弯曲，直到地表。
（二）岩层的垮落（或称冒落）•当煤层采出后，采空区附近上方岩层弯曲而产生拉伸变形。
当拉伸变形超过岩层的允许抗拉强度时，岩层破碎成大小不一的岩块，冒落充填于采空区。
此时，岩层不再保持其原有的层状结构。
这是岩层移动过程中最剧烈的形式,通常只发生在采空区直接顶板岩层中.（三）煤的挤出（又称片帮）。
采空区边界煤层在支承压力作用下，一部分被压碎挤向采空区，这种现象称为片帮。
由于增压区的存在，煤层顶底板岩层在支承压力作用下产生竖向压缩，从而使采空区边界以外的上覆岩岩层和地表产生移动。
（四）岩石沿层面的滑移。
在开采倾斜煤层时，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会产生沿层面方向的移动。
岩层倾角越大，岩层沿层面滑移越明显•沿层面滑移的结果，使采空区上山方向的部分岩层受拉伸，甚至剪断，而下山方向的部分岩层受压缩。
（五）垮落岩石的下滑（或滚动）。
煤层采出后，采空区为冒落岩块所充填•当煤层倾角较大，而且开采自上而下顺序进行，下山部分煤层继续开采而形成新的采空区时，采空区上部垮落的岩石可能下滑而充填新采空区，从而使采空区上部的空间增大下部空间减小，使位于采空区上山部分的岩层移动加剧，而下山部分的岩层移动减弱（六）底板岩层的隆起。
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其矿压显现规律
p
1 2
q
H 2(L 6l 2 (L
l) l)
Rt
第一节 采煤任务面上覆岩层移动规律
四、裂隙带岩层的结构方式〔矿压假说〕 〔四〕压力拱结构
关于无基本顶的
坚实岩层顶板，
任务面上方多组
裂隙把顶板联系
成碎块。由于岩
层自然平衡的结 果将构成一个压
图2-6 压力拱结构模型
力拱拱。的一个支点在任务面前方的煤壁上，另一支点在采
有关岩体结构的方式的假说称为采场矿压实际。 结构方式：砌体梁、传递岩梁、悬梁〔板〕结构、
压力拱
第一节 采煤任务面上覆岩层移动规律
四、裂隙带岩层的结构方式〔矿压假说〕 〔一〕砌体梁结构
图2-3 砌体梁 结构模型
中国矿大钱鸣高院士提出。裂隙带岩层为稳固岩层，断 裂后的岩块象砌体一样挤压成一个可以承载的结构，其 间的坚实岩层可视为作用在岩梁上的载荷。
第二节 采煤任务面矿山压力显现规律
四、支承压力及其显现
〔二〕支承压力在底板中的传 达散布规律
〔1〕随深度添加，支承压力逐渐减小，影响范围扩 展；影响角φ与岩性和煤层倾角有关；沿走向 φ=15°~35°，倾斜方向φ=25~55°
〔2〕煤柱下为增压 区、采空区下为减 压区； 〔3〕底板稳固，影 响深度小但扩展角 大；岩层坚实，影 响深度大。
第二节 采煤任务面矿山压力显现规律
四、支承压力及其显现
〔三〕支承压力的影响要素
〔1〕开采深度 随深度添加，原岩应力添加，支承压力也添加，这是
深部开采巷道变形严重的主要缘由。 〔2〕围岩性质
稳固岩层应力传递的范围广，支承压力散布范围广， 应力集中系数小。 〔3〕煤质软硬
煤质愈硬，强度愈高，支承压力散布范围愈小，而应 力集中系数愈高，峰值点位置距煤壁愈近。 〔4〕与煤层的相对位置 远离煤层支承压力变小；接近采空区，支承压力变小。
矿山开采沉陷学(名词解释)
矿山开采沉陷学：研究煤矿地下开采引起的岩层与地表移动规律、移动变形控制方法及相关问题的科学。
它是一个工程技术研究领域，也是矿山测量、采矿工程学科的专业方向之一。
开采沉陷：矿层地下开采引起的岩层移动、松散层移动、地表移动现象和过程。
岩层移动：地下有用矿物被采出以后，开采区域周围岩体原有的应力平衡状态受到破坏，使岩体产生变形、位移和破坏的现象和过程。
地表移动：当开采的面积达到一定范围之后，岩层的移动和变形将发展到地表，引起地表的移动、变形和塌陷的现象和过程。
岩层移动六种形式：弯曲、煤的挤出(片帮)、垮落(冒落)、底板岩层的隆起、岩石沿层面的滑移、垮落岩石的下滑。
弯曲：岩层沿层面法向一次向采空区方向的弯曲。
煤的挤出(片帮）：煤壁在支承压力作用下压碎向采空区突出的现象。
岩层的垮落(冒落)：顶板岩层受上覆岩层压力弯曲而拉伸破坏，从岩体中垮落。
底板岩层的隆起：在煤层采出后，底板在垂直方向减压，水平方向受压，导致底板向采空区方向隆起。
岩石沿层面的滑移：倾斜煤层时，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会产生沿层面下坡方向的移动。
垮落岩石的下滑：倾斜煤层时，采空区上部垮落的岩石下滑充填下方采空区。
岩层移动分区：充分采动区、最大弯曲区、岩石压缩区、垮落带、断裂带（裂隙带）、弯曲带、底板采动导水破坏带、底板阻水带、承压水导升带。
地表移动的四种形式：下沉盆地、裂缝与台阶、塌陷坑、采动滑移或滑坡。
下沉盆地：受影响地表从原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成一个比采空区范围大得多的沉陷区域，也称“地表下沉盆地”。
裂缝与台阶：地表产生的延伸性裂缝，裂缝两侧地表有时还会有一定的落差而形成台阶。
塌陷坑：边缘较陡、塌陷深度大的漏斗状或沟槽状塌陷坑。
常发生在浅部开采急倾斜煤层或特厚煤层时。
采动滑移或滑坡：采动滑移是指地下开采引起的山区地表附加移动；采动滑坡是指地下开采引起的坡体整体性大面积滑动或坍塌。
充分采动：地表最大下沉值不随采区尺寸增大而增大的临界开采状态。
综采工作面覆岩移动和破坏规律研究
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综采工作面覆岩移动和破坏规律研究
高&宏
大同煤业集团有限责任公司 煤峪口矿 山西 大同 ")>"$#
摘&要为了研究试验矿井综采工作面上覆岩层的移动和破坏规律通过现场钻孔全厚覆岩层取样方法进行覆岩力学性 质室内测试在试验矿井工作面上方地表布置岩移观测站基岩中布置钻孔深基点 并通过钻孔冲洗液法 理论分析等方 法分析了试验矿井特定地层条件下的地表岩移规律确定了覆岩性质运动发育特征及分带特征 关键词 岩层移动 破坏规律 钻孔取样 理论分析 分带特征 *+ , #")%'% . / , 0 0 1#""' 2 3(($!"#$"%"#% &煤层现状及研究意义 某煤矿某工作面所开采煤层赋存稳定! 煤层层理较发育! 整体性较好!但强度低! 加上局部裂隙发育! 易于垮落! 煤层结 ! 构简单!煤层的变化不大!倾角较小!工作面走向长度 ! ")3 4 倾向长度 )"" 4 !平均采高 $>4 !平均埋深约 ##! 4属于浅埋 深大采厚煤层" 为了系统了解和总结该煤矿在综采快速推进 条件下的上覆岩层运动和破坏特征!采用现场钻孔全厚覆岩层 取样方法!进行了覆岩力学性质室内测试! 了解了岩层基本力 学参数!通过对该煤矿某工作面上方地表布置岩移观测站! 实 测开采过程中地表岩移数据! 经理论分析# 掌握该煤矿所在矿 区特定地层条件下地表岩移规律" 通过钻孔深基点观测及钻 孔冲洗液的方法确定覆岩性质# 运动发育特征及分带特征! 其 研究成果可以为矿井所在地区同类型矿井的开采设计及 + 三 下, 开采等提供理论依据!具有重要的指导意义" 从理论上分析!本研究对象属于快速推进综采工作面覆岩 移动和破坏变形研究!工作面开采一定程度后! 顶板垮落! 上方 地表将达到超充分采动状态! 产生很大的地表变形! 由于该采 煤地区对覆岩移动和变形规律研究较少!导致矿方对该地区覆 岩移动和变形规律的认识极度缺乏! 生产过程中经常出现冒 顶#偏帮#围岩变形严重等难题! 为了掌握该地区覆岩性质! 以 及由采矿活动引起的覆岩移动和破坏规律! 本研究选择该地区 某煤矿某综采工作面进行实测研究! 通过实测结果! 系统分析 并掌握该地区覆岩移动和破坏规律!掌握该矿快速推进条件下 综采工作面上方地表移动情况!为该煤矿科学生产提供重要的 理论依据" &测定方法 通过对该煤矿某工作面上方地表布置岩移观测站! 实测开 采过程中地表岩移数据! 经理论分析# 掌握该煤矿所在矿区特 定地层条件下地表岩移规律$通过钻孔深基点观测及钻孔冲洗 液的方法确定覆岩性质#运动发育特征及分带特征" 主要研究 内容如下" # ) 采用现场钻孔全厚覆岩层取样方法!进行覆岩力学性质 室内测试!了解岩层基本力学参数" ! ) 通过对该煤矿某工作面上方地表布置岩移观测站! 实测 开采过程中地表岩移数据! 经理论分析# 掌握该煤矿所在矿区 特定地层条件下地表岩移规律" ) ) 通过钻孔深基点观测及钻孔冲洗液的方法确定覆岩性 质#运动发育特征及分带特征" 该煤矿所采煤层赋存稳定!煤层层理较发育! 整体性较好! 但强度低!加上局部裂隙发育! 易于垮落! 煤层结构简单! 煤层 的变化 不 大! 倾 角 较 小" 本 论 文 所 研 究 的 工 作 面 走 向 长 度 ! ")3 4 !倾向长度 )"" 4 ! 平均采高 $> 4 ! 平均埋深约 ##! 4 属于浅埋深大采厚煤层!基岩厚度 >" 6 #!" 4 ! 松散层厚度 "( 6 !( 4 !变化较大" 该矿地面高程为 # )3' 6 # $!! 4 !煤层底板 # !3> 4 !比较稳定" 煤层顶部为中细粒砂岩" 工 高程 # !3# 6 作面采煤工艺为综采工艺!顶板管理方式采取全部垮落法" !9 #&现场钻孔取样 采取现场钻孔取样的方法!对本论文所研究煤矿工作面上 方覆岩岩层岩石进行了单轴压缩等试验!获得了各岩层的单轴 压缩强度#弹性模量#泊松比等参数" # ) 在自然状态下试验研究工作面覆岩单轴抗压强度 !3 6 (%%I V T !最大平均抗压强度为 (%% I V T ! 最小平均抗压强 !I V T !总体平均抗压强度为 #'%I V T " 属典型的强度 度为 )较小的岩层!强度较大的岩石为细砂岩!粗砂岩! 粉砂岩和钙质 (%%I V T " 细砂岩!强度 )' 6 ! ) 上 覆 岩 层 岩 样 弹 性 模 量 )$$ A#") I V T 6#> A #"$ I V T !内摩擦角 )$Y 6 $"Y ! 覆岩抗拉强度 "!# 6 $(# I V T ! 平均抗拉强度 #)( I V T " ) ) 煤层强度为 %(# 6 !!#% . #'!% I V T ! 冒落顶板为灰色 粉砂岩和 细 砂岩! 强 度 #>"3 6 !()' . !#)% I V T !底板强度 #%%# 6 !!(! . !#)% I V " !9 !&地表移动观测 !!#&地表移动观测的方法 地表移动观测的基本内容%在采动过程中! 定期地# 重复地 测定观测线上各测点在不同时期内空间位置变化" 地表移动 观测工作可分为%观测站地连接测量!全面观测! 单独进行水准 测量!地表破坏的测定和编录" 对试验研究工作面的岩移观测站进行布设! 利用实际数据 处理和理论分析相结合的研究方法对试验研究工作面地表岩 移进行量化!主要内容如下" # ) 地表岩移观测共布置测线 ! 条! 其中走向线 # 条! 倾向 线 # 条!走向观测线布置的长度为 ! ("" 4 !倾向观测线布置长
地下金属矿山岩层移动角与移动范围的确定方法研究（论文）
中南大学硕士学位论文地下金属矿山岩层移动角与移动范围的确定方法研究姓名：袁义申请学位级别：硕士专业：采矿工程指导教师：赵国彦20080401中南大学硕士学位论文摘要摘要矿山开采必然引起地表下沉，研究岩层移动与沉陷问题成为一个重要课题。
我国一些地下金属矿山，由于开采设计中采用的移动角不甚合理，使得地表的建筑物和生产设施处于移动区内而产生变形破坏，不仅给矿山造成了经济损失，而且对矿山的安全生产构成巨大的威胁。
本文针对永平铜矿露天、地下联合开采现状，对采场覆岩特别是上覆岩层在开采过程中的应力变化和变形特性的研究，从流变学的角度总结出了岩层特别是地表的下沉随时间的变化规律。
通过分析了采场区域应力变化对覆岩特别是地表移动变形的影响。
岩层移动角主要受到上覆岩层岩性、开采深度、开采厚度、采矿方法等因素影响；总结岩层移动角的确定方法，对岩石流变性对移动角的影响进行分析。
初步弄清了采矿作业对地表岩层移动的主要影响因素和运动规律。
通过对岩层移动与岩石蠕变的相关性分析，得到岩石蠕变特性与损伤模型，对加载过程中蠕变损伤方程进行介绍和推导。
用流变力学原理推导地表移动下沉值与时间的函数关系式，通过对岩层移动角计算公式的修正，得到更为精确的移动角，有效地对开采地表变形进行预计。
使用岩移参数确定方法对永平铜矿３撑，硝、群勘探线剖面进行地表移动分析，结合地下开采初步设计，确定永平铜矿移动角，得到整个开采范围的地表移动带。
通过Ｓｕｒｐａｃ建立三维可视模型，将确定的移动带在三维的模型上能够显示出来。
关键词：移动角，移动范围，蠕变理论模型，损伤模型，三维可视模型ＡＢＳＴＲＡＣＴＭｉｎｅｒａｌｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎｗｏｕｌｄｉｎｅｖｉｔａｂｌｙｌｅａｄｔｏｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．Ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｒｅａ．ＳｏｍｅｏｆＣｈｉｎｅｓｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｅｔａｌｍｉｎｅｓｗｈｉｃｈｗｏｒｋｉｎｇｗｉｔｈｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅｌｅａｄｔｏｔｈｅｄａｍａｇｅｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｂｕｉｌｄｉｎｇｓａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｉｎｔｈｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｒｅａ．Ｉｔｂｒｉｎｇｓｈｕｇｅｅｃｏｎｏｍｉｃｌｏｓｓｅｓａｎｄｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｔｈｒｅａｔｔｏｔｈｅｍｉｎｅｓａｆｅｔｙ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｏｆ‘‘ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｒｅａｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｕｅｔｏＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｉｎｇｏｆＹｏｎｇｐｉｎｇＯｐｅｎ??ｐｉｔＣｏｐｐｅｒＭｉｎｅ”．Ａｐｐｌｉｅｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｈｉｃｈｇｅｔｆｒｏｍｔｅｓｔｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅａｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｒｅａ．Ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅｄｅｐｅｎｄｓｏｎｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｉｔｈｏｌｏｇｙ，ｍｉｎｉｎｇｄｅｐｔｈ，ｍｉｎｉｎｇｈｅｉｇｈｔ，ｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｏｔｈｅｒｆａｃｔｏｒｓ．ＴｈｅＰａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｏｎｆｉｒｍｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅ，ａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｒｅｅｐｔｏｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅ，ａｎｄｕｎｃｏｖｅｒｓｐｒｉｍａｒｉｌｙｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｒｅａｓｏｎｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｐａＲｅｍｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｃｋｓｈｉｆｔｉｎｇａｓｔｈｅｍｉｎｉｎｇａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｇｏｉｎｇｏｎｉｎｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｉｎｇａｒｅａｏｆｔｈｅＹｏｎｇｐｉｎｇＯｐｅｎ—ｐｉｔＣｏｐｐｅｒＭｉｎｅ．Ｉｔｏｂｔａｉｎｔｈｅｒｏｃｋｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃｒｅ印ｄａｍａｇｅｍｏｄｅｌｄｅｐｅｎｄｏｎｒｅｌａｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｒｏｃｋｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｃｒｅｅｐ．Ｉｔｄｅｒｉｖｅｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｉｍｅａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｖａｌｕｅｓｂｙｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓ．ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｆｏｒｅｃａｓｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．Ｗｅｃｏｕｌｄｇｅｔｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｖａｌｕｅｏｎａｍｅｎｄｉｎｇｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅ．Ｍｉｎｉｎｇｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｔｈｅ３，７，８ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｌｉｎｅｓｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｅａｒｅａｄｕｅｔｏＹｏｎｇｐｉｎｇＯｐｅｎ—ｐｉｔＣｏｐｐｅｒＭｉｎｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｏｃｋｍａｓｓｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ３ＤｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗｉｔｈｔｈｅｓｏｆｔｏｆＳｕｒｐａｃａｎｄａｍｅｎｄｅｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｒｅａｓｈｏｗｅｄｉｎｔｈｅｍｏｄｅ】．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅ；ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｒｅａ；ｃｒｅｅｐｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ；Ｉｌ原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
煤矿开采上覆岩层移动机理
（10） （11）
但根据(11)式计算的φ在(-π/2,π/2)中取值，而倾向 应在(0,2π)中取值，根据A、B的取值确定倾向φ列 成表1。
25
表1 根据A、B值倾向取值一览表
A
B
φ符号
φ倾向取值 φ所在象限
＞0
＞0
＋
3π/2-φ
第三象限
＞0
＜0
－
π/2-φ
1
一、传统的预计理论存在的问题
经典的预计理论对上覆岩层移动规律都存 在这样或那样的假设，也就是说都把实际工 业生产中复杂的地质条件进行了一定程度的 简化，所以在理论计算和现场实际测量值之 间都存在误差，特别是在全盆地地表移动变 形预计中更是高达30%以上。
2
传统的预计公式
ix
பைடு நூலகம்
wmax r(z)
i
若拟合精度达不到工程规定的要求，还可以拟合双三次 多项式曲面，在本文中仅以二次曲面多项式为例论述， 其原理相同。
23
求取倾角
空间曲面的倾角是点位的函数，给定点位的倾角
是曲面上该点的法线方向与垂直方向z之间的夹角α， 对曲面z=f(x,y)，其给定的点(x0,y0,z0)的切平面方程 为：
f x0 (x0 , y0 )(x x0 ) f y0 (x0 , y0 )( y y0 ) (z z0 ) 0 （7）
第二象限
＜0
＞0
－
3π/2-φ
第四象限
＜0
＜0
＋
π/2-φ
第一象限
≈0
＞0
\
3π/2
\
＞0
≈0
\
0
\
≈0
关于煤矿安全开采深度的探讨
关于煤矿安全开采深度的探讨作者：高建伟来源：《中国科技纵横》2020年第01期摘要：在对煤矿进行开采时，随着煤矿的深度逐渐向下延伸，就会有一个具体的临界深度，这种临界值的作用时，在该值深度以下时，能够保障煤矿地面上的建筑物不会出现一些毁灭性的变形情况。
本文首先探讨了一些在覆岩内出现残余空间的过程及冒落带压实的过程的相关理论，然后对他们在地表下沉中的减缓作用进行了分析，并得出了600米至700米为最佳的临界深度，地表建筑物不会受到毁灭性的破坏的结论。
关键词：煤矿;安全开采深度;地表下沉中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0176-02地下煤层开采之后，上覆建筑物会因地表沉降而变形甚至被毁坏。
所以，在地下矿山开采之前，许多煤矿会根据经验将开采影响范围内的建筑物进行搬迁，从而解决由于采矿塌陷而带来的安全问题。
然而，村庄（建筑物）搬迁的高昂成本，是所有生产矿井难以承受的。
一般来说，如果挖矿的深度比较小，对房屋进行搬迁是可行的，但是如果挖矿的深度已经达到了一定的深度时，就无法得知是否该进行矿上房屋的搬迁。
目前我国的煤炭开采正逐步向深部开采发展，当开采到某一临界开采深度以下时，地表建筑物就不会受到因为煤矿开采带来的损害，所以不需要进行搬迁重建。
所以，有必要及时讨论安全开采深度[1]。
1 安全开采深度概述前苏联学者首次提出“安全开采深度”。
中国学者在充分了解后采纳了该意见概念，并在相关工作中提到，但在实践中却并没去进行运用。
究其原因，这主要是由于中国煤矿很少进行一些超过60米深度的开采实践，有的深度超过了，现场也没有可供比较的建筑物，没有对比研究的意义。
根据目前提出的开采深陷理论，矿井深度的不断增加带来了地表变形范围的增加，使得地表发生了多种变形的情况，有的是地表倾斜，有的是切割的变形等等。
如果变形较小，建筑物可以承受的话，则相应的矿井深度为安全深度，可按以下公式计算（M为采出厚度，K 为采出系数）：H=mk。
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(1) 缓倾斜矿体 第一阶段，岩层离层与弯曲，一些矿山实测结 果表明，顶板测点在回采工作面前方 7 m 以上时， 顶板基本不下沉。当工作面推进到距测点 3～6 m 时，顶板开始离层和弯曲，而且随着间距的缩短， 弯曲变形加速，当工作面通过测点 3～6 m 以后， 测点下沉速度最大。此后，随着工作面的继续推进， 顶板测点下沉速度逐渐减小。 第二阶段，岩层局部破坏与冒落。随着时间的推移
第 26 卷第 1 期 2005 年 1 月
文章编号：1000－7598－(2005) 01―0027―06
岩土力学 Rock and Soil Mechanics
Vol.26 No. 1 Jan. 2005
矿山覆岩移动特征与安全开采深度
李 铀 1，2，白世伟 2，杨春和 2，袁丛华 2
(1.中南大学土木建筑学院，湖南 长沙 410004 2.中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071)
收稿日期：2003-09-29
修改稿收到日期：2004-01-15
基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(973)(2002CB412704)，湖南省自然科学基金(04JJ6002)，中南大学科学研究基金(76163)资助课题
作者简介：李铀，1961 年生，教授，博士，注册土木工程师(岩土) ，主要从事弹塑性力学、岩土力学与工程方面的教学与科研工作。
序号
矿山名称
Table 1
表 1 我国部分金属矿山岩层错动角和崩落角实测值
measured stagger and collapse values of some metal mines in China
岩层特性
硬度系数 f 矿体倾角 矿体厚度 开采深度
上盘 下盘 /(°)
/m
/m
采矿方法
错动角/(°) 崩落角
3 75~300 深、浅孔留矿法 74 68 60 80~83
10~35 近千米 浅孔留矿法
70 70 85
胶结充填矿壁全 12 110~150 尾砂充填矿房 65 65 60
2.4
102 分级尾矿充填 65 68 59
第1期
李 铀等：矿山覆岩移动特征与安全开采深度
29
错动角是岩层及地表移动的最主要参数之一， 对保护井上、下建筑物起着重要作用，各矿山都应 通过实测确定自已的错动角。依据错动角确定保护 区时，尚应考虑另一个因素即安全开采深度的影响。 当开采深度达到安全开采深度后，地下开采已不致 引起地面设施的破坏，因而此时的错动角对划定地 面保护区失出了意义。
E-mail:yli@
28
岩土力学
2005 年
和采空区面积的不断扩大，顶板的受力状态不断恶 化，致使上覆岩层局部破坏而掉碴，甚至岩层局部 破裂发声，进一步可导致部分矿柱被压裂与剥落， 直至倒塌。
第三阶段，岩层大塌落。第二阶段发展的结果， 矿柱及顶板的破坏不断加剧，最终导致岩层大塌落。 在这种大塌落到来之前，一般均有明显的迹象，如 锡矿山的 3 次地压活动表明，大面积顶板冒顶前数 天，岩层发响次数急剧增加，每分钟达 70 多次，掉 碴次数每小时达 30 次，冒落前一个月，失去支撑能 力的矿柱达 60 %[19-22]。
α β γ /(°)
1 锡矿山南矿东部
顶板为不稳固页岩，底板为稳固的 矽化灰岩或灰页岩互层
3~6 10~18 10~25
2 锡矿山南矿东部
顶板为不稳固页岩，底板为稳固的 矽化灰岩或灰页岩互层
3~6 10~18 10~25
3 云锡松树脚 1-1#矿体
顶盘为大理岩，底盘为矽卡岩及 花岗岩，中等稳固
8 8 0~25
(2)采用合理的开采顺序：现代岩石力学巳认 识到开采施工的中间过程对岩体力学性能、采空区 的稳定有很大影响[23]。生产实践表明：当回采工作 面从某一方向单向推进，或从建筑物或目标物下方 中央向相反两侧推进时，可以使上覆岩层及地表变 形互相抵消一部分而减小。因而确定合理的工作面 位置与开采顺序是很有意义的。
10~12 8~10 45~80
8
大吉山钨矿
石英脉状矿床，稳固至中等稳固 8~12 8~12 75
矿体赋存于薄层大理岩、千枚状板岩、
9
石咀子铜矿
绢云母片岩与黑灰色条带状大理岩 10~12 8~10 75~90
所组成的互层带之中
10 锡矿山南矿河床
直接顶板为 4~8m 灰岩、页岩互层
10~20
11 湘西金矿“316”矿块围岩为紫红色板岩，属不稳固至中等稳固 4~6 4~6 24~28
摘 要：对采矿引起的矿山覆岩移动特征研究成果及工程实践进行了总结，以此为基础，就受众多因素制约的重要问题—矿
山安全开采深度问题形成了几点认识与建议。
关 键 词：覆岩移动；地表移动；地面沉陷；安全开采深度
中图分类号：TD 32
文献标识码：A
Characters of overburden strata movement of mines and safe mining depth
(2) 急倾斜厚矿体 与缓倾斜矿体相类似，这类矿体上覆岩层移动 过程也存在着发生、发展和崩落三个阶段，冒落一 般首先从矿山岩层最薄弱地段发生，如大空场区域， 采空区中心地带，断层或层间弱面，软岩或吸水膨 胀岩层，最终形成矿山大面积顶板冒落，地表呈现 陷坑。弓长岭铁矿出现的冒落就是这种形式的典型 例子，其第 1 次地压活动突破口在开采范围的中心 区域 113#采场，而后台区和磨石区的冒落突破口则 在留矿法空场和松软的绿泥片岩区域。 (3) 急倾斜脉群型矿体 这类矿体开采后，上下盘围岩在空间上形成近 乎平行排列的顶底柱相互支撑的夹墙。由于夹墙比 较薄，当夹墙承受的负荷超过其岩体的极限强度时，
4 云锡马拉格矿 4#矿体
顶板为白云岩，中等稳固
8 8 40~50
上盘为闪长岩，大理岩，矽卡岩， 5 武钢程潮铁矿东区 下盘为花岗岩，矽卡岩，稳固至中等稳固 8~10 10~12 30~55
6 金岭铁矿铁山区
上盘为大理岩、结晶灰岩； 下盘为闪长岩、蚀变闪长岩
8~10 8~12 55
7
冶山铁矿
上盘为白云岩，下盘为花岗岩、 闪长岩，稳固至中等稳固
锡矿山南矿飞水岩河
条带式采矿方法，用胶结
4
床矿柱八九中段
16 充填矿壁、尾砂充填矿房 0.003
房柱法，废石加尾砂充填
5
锡矿山南矿西部
10~25 空区，充填率 70 %~80 % 0.01
从表 2 可以看出，用房柱法开采矿体时，如果 采空区不进行处理，地表最大下沉值为采高的 28 % 左右；如果采空区只进行部分充填，则地表最大下 沉值为采高的 1~7 %。而采用条带式充填采矿方法， 地表最大下沉值则仅为采高的 0.3 %。由此可知， 条带式充填采矿方法是减小地表变形和控制岩层移 动最有效的方法之一。
1 引言
早在 19 世纪末，采矿引起的覆岩移动与破坏以 及由此造成的井巷和地面建筑物的损害就引起了人 们的注意，并进行了初步的观察和记录。在 20 世纪 30 年代，在一些采矿先进的国家巳把岩层与地表移 动作为一项科学研究工作。从 1950 年起至现在，岩 层与地表移动的科学研究工作巳取得了很大进展， 特别是自上世纪 70 年代以来，由于“三下”开采的 客观需要，新的测试仪器的出现以及电子计算机的 广泛应用，使岩层与地表移动的科学研究工作发展 到了一个新的阶段[1-18]。为了方便类似工程实施中 进行工程类比，这里将对部分研究成果及工程实践 作一介绍。
金属矿山的特点是围岩比较坚硬，塑性变形能 力小，呈脆性，岩层移动与崩落往往不象煤矿那样 长期地、缓慢地进行，而是瞬时地、突然地发生的， 突发的崩落角明显地大于错动角。一些金属矿山的 崩落角也示于表 1 中。
4 控制岩层大变形的主要措施
由于开采引起的岩层移动和塌落，对矿山生产 生活设施均会产生程度不同的影响，严重时除国家 财产与资源遭受损失外，矿工生命安全也受到威胁， 因此了解矿山岩层移动规律，采取相应的防范措施， 具有明显的经济效益及社会效益。这方面的工作目 前巳取得了明显的成绩。目前，控制岩层大变形以 至崩落的有效方法有如下 3 种。
(1) 采取合适的采矿方法：地表移动盆地内各 种变形量直接受下沉大小的控制，因而减小下沉就 可以减小移动盆地对生产生活设施的影响。生产实 践表明，不同的采矿方法引起的地表变形是不同的， 表 2 示出了我国一些金属矿山实测的下沉系数。下 沉系数的定义是地表最大下沉值与矿体法线采厚在 铅垂方向投影长度的比值。
Abstract: Research results and engineering examples are concluded on the characters of overburden strata movement of mines. Based on it, some proposals are presented on safe mining depths. Key word: overburden strata movement; surface movement; surface subsidence; safe depth of mining
目前，确定地面的沉陷范围是由错动角来划定 的，按具体矿山的上山、下山及走向错动角，可以 圈出地面的沉陷区，进而可以圈定保护地面设施所 需的保安矿柱，错动角的确定一般是由经验或矿山 实测确定的。用矿山测量方法求得的错动角常带有 2～5°的误差，因此用错动角圈定的保护区域外也 可能引起破坏。为了可靠起见，应该将保护面积的 边界向外扩大 5～20 m。长沙矿山研究院的叶粤文 对我国部分金属矿山岩层及地表移动的参数、塌落 条件及其控制方法进行过总结[10]，其部分结果示于 表 1。表中α 为走向错动角, β 为上山错动角，γ 为 下山错动角。错动角定义为：采空区四周岩层冒落 带(或移动区)的最外临界面与水平面之间的夹角。