第六章 采场岩层移动与控制

1、充分采动的概念防治煤矿开采引起地表沉陷的主要措施有哪些？

什么是充分采动？防治煤矿开采引起地表沉陷的主要措施有哪些？

充分采动：当采空区尺寸（长度和宽度）相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，不再随开采范围扩大而增加，此时的采动称为充分采动。

1、留煤柱开采。

1）部分开采。

（1）条带开采。沿煤层走向或倾向，将开采区域划分为若干个宽度相等或不等的条带，开采一条，保留一条，利用留下的煤柱支撑顶板，以达到减小地表沉陷的目的。成功关键在于合理设计采宽与留宽，确保覆岩主关键层和留设煤柱的稳定性。

（2）房柱式开采。在煤层内开掘一些列煤房，留下近似于矩形的煤柱来支承顶板，达到控制顶板和减轻地表沉降的目的。

2）留设保护煤柱。地面存在重要的需要保护建（构）筑物时，在其下部对应煤层的合理位置预留一定尺寸的煤柱，使岩层移动影响边界达不到该建（构）筑物。煤柱留设主要根据具体矿井条件和岩层移动角等参数进行设计。

2、充填开采。

1）采空区充填。即用充填料充填已采空间，相当于减小煤层开采厚度。按运送充填物料动力的不同分水力、风力、机械和自溜充填；按充填材料分为水砂、矸石、膏体充填。

2）覆岩离层区充填。利用岩移过程中覆岩内形成的离层空洞，总钻孔向离层空洞充填外来材料来支撑覆岩，从而减缓覆岩移动往地表的传播。

3、调整开采工艺和参数。

1）协调开采：根据开采引起地表移动与变形的分布规律，通过合理的开采布局、开采顺序、方向、时间等方法减缓和减少开采引起的地表变形。

①减小开采边界影响的叠加。

②多工作面协调开采。

③对称背向开采。

2）控制开采

①限厚开采。

②分层间歇开采。

2、简述岩层移动规律

采用全部垮落法管理采空区的情况下，根据采空区覆岩移动破坏特点，可以分为“三带”，即垮落带、裂隙带、弯曲带。其特点如下

垮落带：破断后的岩块呈不规则垮落，排列也极不整齐，松散系数比较大，一般可达1.3之1.5.经重新压实后，碎胀系数可降到1.03左右。

裂隙带：岩层破断后，岩块仍整齐排列的区域即为裂隙带。它位于冒落带之上，由于排列比较整齐，因此碎胀系数比较小。关键层破断块体有可能形成“砌体梁”结构。垮落带与裂隙带合称为“两带”又称“导水裂隙带”，意指上覆岩层含水层位于“两带”范围内，将会导致岩体水通过岩体破断后的裂缝流入采空区和回采工作面。

“两带”高度与岩性和煤层采高有关，覆岩岩性越坚硬，高度越大。

弯曲带：自裂缝带顶界到地表的所有岩层称为弯曲带。弯曲带内岩层移动的显著特点是，岩层移动过程的连续和整体性，即裂缝带顶界以上至地表的岩层移动是成层地、整体性地发生的，在垂直刨面上，其上下各部分的下沉值很小。若存在厚硬的关键层，则可能在弯曲带内出现离层区。

开采后上覆岩层中裂缝带岩层移动特征

岩层移动的曲线符合指数函数关系曲线

煤层上方的岩层在开采的影响下，一般在回采工作面前方30至40m处就开始变形。其特点是上平移动较为剧烈，但垂直移动甚微。有些场合垂直位移还会出现负值（即有上升现象）当工作面推过此区域后，才引起垂直位移急剧增加。此区域为煤壁支撑区。

回采工作面推过钻孔4到8m后，垂直位移急剧增加，但各岩层速度不一样。特点是越向上越缓慢，此区域内将出现离层现象，称为离层区

当已断裂的岩层重新受到已冒落矸石支撑时，变形曲线又趋于缓和，此区域内，各岩层移动的特点是临近煤层岩层的运动速度要缓于其上覆岩层，因此此区域又进入相互压合的过程，为重新压实区。

3、关键层运动对岩层移动的影响

岩层移动右下向上成组运动，岩层移动的动态过程受控于覆岩关键层的破断运动。当第一亚关键层时，它所控制的上覆岩层组与之同步破断运动，如此往上发展直至主关键层。主关键层的破断将导致上覆所有岩层直至地表的同步破断下沉。

覆岩关键层不仅对地表动态下沉过程起控制作用，还对地表移动曲线特性产生影响，地表下沉是关键层与表土层耦合作用的结果。一方面，关键层破断块度越大，其对地表下沉曲线特张的影响越显著，相应地表下沉曲线的非正态分布特征越明显。另一方面，表土层起着消化关键层非均匀下沉的作用，表土层越薄，地表下沉的非均匀、非正态特征越显著，反之亦然。因此，对于表土层较薄或覆岩中有很厚、很硬的关键层的条件，地表下沉的预计必须考虑表土层与关键层的耦合关系，充分考虑关键层破断对地表下沉曲线特征的影响。

4、岩层移动中的离层与裂隙分布