采场岩层移动与控制
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1
（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。
层 当部分煤层被采出后，在岩体内部形成了一个采空区，其周围岩体应
顶 力平衡状态受到破坏，引起应力重新分布，从而使岩体产生移动、变
底 形和破坏，直至达到新的平衡。随着工作面的推进，这一过程不断重
板 复。
岩
层
这一现象和过程称为岩层移动。
1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层9
采空区周围岩层的移动和破坏形式有
13
盆地内地表移动和变形分析
2、移动与变形分析 描述地表移动盆地内移动和变形的指标是：下
沉、水平移动、倾斜、曲率、水平变形及扭曲和剪切 变形。
目前,前五种研究充分，后两种研究较少，应用不广泛。
14
(1)．地表主断面内某一点的下沉
Hn0、Hnm分别为第n个点初次观测和 第m次观测时的高程。正值代表该点 下沉；负值代表该点上升。通常用w 表示。
4、破断特征：破断导致全部或局部上覆岩层的同步破断， 引起大范围的岩层移动；
5、承载特征：“梁”的结构形式为全部岩层或局部岩层 的承载主体，形成砌体梁结构
5
覆岩关键层位置的判别：
6
7
关键层复合破断规律：
8
6.3 采场上覆岩层移动规律
一、有关概念：
岩层移动和破坏过程
煤 在地下煤层被采出之前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。
i34 i23
1 2
l23
l34
2i234 l23 l34
倾斜的变化。
它反映在观测线断面上的弯 曲程度。通常用k表示。
单位：mm/m2
符号规定：上凸的曲率为正， 下凹的曲率为负。
17
18
(5)．水平变形
地表水平变形是指相邻两点的水平移动差值与两点 间水平距离的比值。
它反映相邻两测点间单位长度的水平移动差值。由 于相邻点的水平移动量不相等而引起的，用ε来表示。
2
3
6.2 岩层控制的关键层理论
关键层定义：对采场上覆岩层局部或直
至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。
亚关键层：一层或多层； 主关键层：只有一层；
4
采场上覆岩层中的关键层如下特征：
1、几何特征：相对较厚； 2、岩性特征：较坚硬，弹性模量较大，强度较高； 3、变形特征：关键层下沉变形时，上覆全部或局部岩层 下沉量同步协调；
符号规定：拉伸变形为正，压缩变形为负。分布在 移动盆地两拐点之间。
U3 U2 U 23
l23
l23
Βιβλιοθήκη Baidu
单位：mm/m
19
3．岩层移动角
20
二、覆岩移动破坏分带
1.冒落带(垮落带)
多数情况下，冒落带是由直接顶垮落后形成的。
✓ 冒落带内的岩层破坏特征
1. 从煤层往上岩层破碎程度逐步减小；
2. 冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、沙和泥土通 过；
弯曲 跨落 煤的挤出 岩石沿层面的滑移 岩石的下滑 底板的隆起 以上六种移动形式不一定同时出现在某一个具体的移
动过程中。
10
松散层 弯曲下沉
带 裂隙带
冒落带
11
1.充分采动： 当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉值为该地质 条件下应有的最大值，称充分采动
临界开采尺寸： 刚达到充分采动状态的采空区尺寸称为临界开采尺寸
W23 l23
由于相邻地表点的下沉量不相等，
使地表产生倾斜，反映盆地沿某一 方向的坡度，通常用i表示。
单位：mm/m
l2-3——2号点到3号点之间的水平 距离。
含义：该曲线中点的切线斜率。
16
(4)．地表曲率变形
地表曲率变形是指两相邻线 段的倾斜差与两线段中点间的水 平距离的比值。即单位长度内
K 234
6.1 岩层移动引起的采动损害概述
岩层移动主要表现以下：
（1）形成矿山压力显现，引起采场和巷道顶板下 沉、垮落和来压，甚至引发冲击地压等强烈的矿 压显现。
（2）形成采动裂隙，引起周围煤体中的水与瓦斯 的流动，导致井下瓦斯事故与突水事故，需对此 进行控制与利用。
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。
3. 冒落岩石具有的碎胀性能使冒落自行停止。碎胀系数恒大 于1；
4. 冒落带高度取决于采出厚度和上覆岩层的碎胀系数。
h m
(k 1)cos
h—冒落带高度， --煤层倾角 m—采出煤层厚度， k—碎胀系数
21
松散层 弯曲下沉
带 裂隙带
冒落带
22
横三区、竖三带的形成：图(3-7)
Ⅲ—弯曲下沉带 Ⅱ—裂隙带
Wn Hn0 Hnm 单位：mm
(2)．水平移动
Ln0、Lnm分别表示初次观测和第m次 观测时地表n点至观测线控制点间的 水平距离。通常用u表示。
Un Lnm Ln0 单位：mm
15
(3)．倾斜变形
地表倾斜变形是指相邻点在竖直
方向的相对移动量与两相邻点间水
平距离的比值。
i23
W3 W2 l23
达到最大。
24
实际测得的不同类型覆岩开采后的破坏情况
上覆松软岩层 9-12 倍 上覆中硬岩层12-18倍 上覆坚硬岩层18-28倍
1—冒落带；
2—裂隙带
25
3.弯曲带
裂隙带顶界之上直至地表的整个岩系地层。
✓ 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
非充分采动：采空区尺寸小于临界开采尺寸。
12
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．当采空区达到一定程度时，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。
Ⅰ—冒落带 A—煤壁支撑影响区(a—b)；B—离层区(b—c)；C—重新压实区(c—d)
23
2.裂隙带
采空区上覆岩层中产生裂隙、离层及断裂，但是仍然保持 层状结构的岩层。
✓ 裂隙带内的岩层破坏特征
1. 产生垂直层理面和顺层理面的裂缝； 2. 根据连通性好坏，一般导水，但不利于沙和泥土通过； 3. 冒落带和裂隙带合称两带，又称冒落断裂带，导水断裂带； 4. 裂隙带高度与岩性/采高有关。 5. 裂隙带高度随工作面推进距离的增加，到一定范围，高度
（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。
层 当部分煤层被采出后，在岩体内部形成了一个采空区，其周围岩体应
顶 力平衡状态受到破坏，引起应力重新分布，从而使岩体产生移动、变
底 形和破坏，直至达到新的平衡。随着工作面的推进，这一过程不断重
板 复。
岩
层
这一现象和过程称为岩层移动。
1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层9
采空区周围岩层的移动和破坏形式有
13
盆地内地表移动和变形分析
2、移动与变形分析 描述地表移动盆地内移动和变形的指标是：下
沉、水平移动、倾斜、曲率、水平变形及扭曲和剪切 变形。
目前,前五种研究充分，后两种研究较少，应用不广泛。
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(1)．地表主断面内某一点的下沉
Hn0、Hnm分别为第n个点初次观测和 第m次观测时的高程。正值代表该点 下沉；负值代表该点上升。通常用w 表示。
4、破断特征：破断导致全部或局部上覆岩层的同步破断， 引起大范围的岩层移动；
5、承载特征：“梁”的结构形式为全部岩层或局部岩层 的承载主体，形成砌体梁结构
5
覆岩关键层位置的判别：
6
7
关键层复合破断规律：
8
6.3 采场上覆岩层移动规律
一、有关概念：
岩层移动和破坏过程
煤 在地下煤层被采出之前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。
i34 i23
1 2
l23
l34
2i234 l23 l34
倾斜的变化。
它反映在观测线断面上的弯 曲程度。通常用k表示。
单位：mm/m2
符号规定：上凸的曲率为正， 下凹的曲率为负。
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(5)．水平变形
地表水平变形是指相邻两点的水平移动差值与两点 间水平距离的比值。
它反映相邻两测点间单位长度的水平移动差值。由 于相邻点的水平移动量不相等而引起的，用ε来表示。
2
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6.2 岩层控制的关键层理论
关键层定义：对采场上覆岩层局部或直
至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。
亚关键层：一层或多层； 主关键层：只有一层；
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采场上覆岩层中的关键层如下特征：
1、几何特征：相对较厚； 2、岩性特征：较坚硬，弹性模量较大，强度较高； 3、变形特征：关键层下沉变形时，上覆全部或局部岩层 下沉量同步协调；
符号规定：拉伸变形为正，压缩变形为负。分布在 移动盆地两拐点之间。
U3 U2 U 23
l23
l23
Βιβλιοθήκη Baidu
单位：mm/m
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3．岩层移动角
20
二、覆岩移动破坏分带
1.冒落带(垮落带)
多数情况下，冒落带是由直接顶垮落后形成的。
✓ 冒落带内的岩层破坏特征
1. 从煤层往上岩层破碎程度逐步减小；
2. 冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、沙和泥土通 过；
弯曲 跨落 煤的挤出 岩石沿层面的滑移 岩石的下滑 底板的隆起 以上六种移动形式不一定同时出现在某一个具体的移
动过程中。
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松散层 弯曲下沉
带 裂隙带
冒落带
11
1.充分采动： 当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉值为该地质 条件下应有的最大值，称充分采动
临界开采尺寸： 刚达到充分采动状态的采空区尺寸称为临界开采尺寸
W23 l23
由于相邻地表点的下沉量不相等，
使地表产生倾斜，反映盆地沿某一 方向的坡度，通常用i表示。
单位：mm/m
l2-3——2号点到3号点之间的水平 距离。
含义：该曲线中点的切线斜率。
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(4)．地表曲率变形
地表曲率变形是指两相邻线 段的倾斜差与两线段中点间的水 平距离的比值。即单位长度内
K 234
6.1 岩层移动引起的采动损害概述
岩层移动主要表现以下：
（1）形成矿山压力显现，引起采场和巷道顶板下 沉、垮落和来压，甚至引发冲击地压等强烈的矿 压显现。
（2）形成采动裂隙，引起周围煤体中的水与瓦斯 的流动，导致井下瓦斯事故与突水事故，需对此 进行控制与利用。
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。
3. 冒落岩石具有的碎胀性能使冒落自行停止。碎胀系数恒大 于1；
4. 冒落带高度取决于采出厚度和上覆岩层的碎胀系数。
h m
(k 1)cos
h—冒落带高度， --煤层倾角 m—采出煤层厚度， k—碎胀系数
21
松散层 弯曲下沉
带 裂隙带
冒落带
22
横三区、竖三带的形成：图(3-7)
Ⅲ—弯曲下沉带 Ⅱ—裂隙带
Wn Hn0 Hnm 单位：mm
(2)．水平移动
Ln0、Lnm分别表示初次观测和第m次 观测时地表n点至观测线控制点间的 水平距离。通常用u表示。
Un Lnm Ln0 单位：mm
15
(3)．倾斜变形
地表倾斜变形是指相邻点在竖直
方向的相对移动量与两相邻点间水
平距离的比值。
i23
W3 W2 l23
达到最大。
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实际测得的不同类型覆岩开采后的破坏情况
上覆松软岩层 9-12 倍 上覆中硬岩层12-18倍 上覆坚硬岩层18-28倍
1—冒落带；
2—裂隙带
25
3.弯曲带
裂隙带顶界之上直至地表的整个岩系地层。
✓ 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
非充分采动：采空区尺寸小于临界开采尺寸。
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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．当采空区达到一定程度时，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。
Ⅰ—冒落带 A—煤壁支撑影响区(a—b)；B—离层区(b—c)；C—重新压实区(c—d)
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2.裂隙带
采空区上覆岩层中产生裂隙、离层及断裂，但是仍然保持 层状结构的岩层。
✓ 裂隙带内的岩层破坏特征
1. 产生垂直层理面和顺层理面的裂缝； 2. 根据连通性好坏，一般导水，但不利于沙和泥土通过； 3. 冒落带和裂隙带合称两带，又称冒落断裂带，导水断裂带； 4. 裂隙带高度与岩性/采高有关。 5. 裂隙带高度随工作面推进距离的增加，到一定范围，高度