采空区地面沉降

Ⅲ Ⅱ Ⅰ
图5-5 煤层顶板上覆岩层变形分带 Ⅰ—冒落带；Ⅱ—裂隙带；Ⅲ—弯曲带
三、采空区地表移动变形特征 连续的地表移动：在采深采厚比较大（一般大于25-30），无地 质构造破坏和采用正规采矿方法开采的条件下，地表不会出现大的 裂缝或塌陷坑，地表移动和变形在空间和时间上是连续的，开始地 表形成凹地，随着采空区不断扩大，凹地不断扩展而形成较规则的 移动盆地。 非连续的地表移动：当采深采厚比较小（一般小于25-30），或 采深采厚比虽大于25-30，但地表覆盖层很薄，且采用高落式等非 正规开采方法或上覆岩层受地质构造破坏时，地表不出现较规则的 移动盆地，而常出现不规则状大的塌陷坑和裂缝等，地表的移动和 变形在空间和时间上都不连续。
采空区分类 采空区根据开采现状分为老采空区、现采空区和未 来采空区三类。 老采空区是指已经停止开采或岩层移动和地表变形已经 稳定的采空区。 现采空区是指地下正在采掘、岩层移动和地表变形仍然 继续发展的采空区。 未来采空区是指地下赋存有开采价值矿层，计划开采而 目前尚未开采的区域。
二、采空区上覆岩层变形与破坏 煤层采空后，上覆岩层失去了支撑，发生变形、弯曲、断裂，进 而呈不规则的冒落下来，充填采空区。随着采空区面积的不断扩大， 岩层的移动变形从煤层顶板向地表发展，最后在上覆岩层中形成三 个破坏程度不同的区域。 1、冒落带：位于采空区矿层直接顶板岩层，在自重和上覆岩层 的重力作用下，发生断裂破碎并塌落，堆积于采空区内，发生塌落 的部分称冒落带。 2、裂隙带：位于冒落带上部的岩层在重力作用下，产生移动变 形，所受应力超过本身强度，岩层产生裂隙或小断裂，但尚未塌落， 形成裂隙带。 3、弯曲带：裂隙带上部岩层在重力作用下，变形较小，所受应 力尚未超过其本身强度，岩层仅发生连续平缓的弯曲变形，其整体 性未遭受破坏，称为弯曲带。
采空区
地表最终移动盆地具有以下特征： （1 ）地表最终移动盆地的面积，一般大于采空区的面积。采空 区为长方形时，移动盆地大致为椭圆形。 （2）移动盆地和采空区的相对位置，与矿层的倾角大小有关。 当矿层倾角近水平或缓倾斜时，地表移动盆地位于采空区的正 上方，盆地形状基本是对称的，盆地中间区中心与采空区的中心位 置基本一致，地表最大下沉值位于采空区的中央部位，下沉均匀， 不出现裂缝。 当矿层倾角较陡时，地表移动盆地是非对称的，矿层倾角越大， 非对称性越明显。上山（逆矿层倾斜方向）边界上方地表移动盆地 较陡，开采影响范围小；下山（矿层倾斜方向）边界上方地表移动 盆地较平缓，开采影响范围较大。 移动盆地的中心及最大下沉点向下山方向偏离，倾角越陡，偏离 越多。
采 空 区 a 采空区 a 采空区
A
A
（a）
（b）
（c）
地表移动盆地特征 （a）水平岩层；（b）倾斜岩层；（c）急倾斜岩层
开采近水平或缓倾斜矿层时，走向和倾向主剖面均通过采空区 中心，开采倾斜矿层时，倾向主剖面通过采空区中心，走向主剖面 向下山方向偏离，矿层倾角越陡偏离越多
地表移动发展阶段 地表移动可划分出三阶段，即起始阶段、活跃阶段和衰退阶 段。 起始阶段：地表下沉值达到10mm至下沉速度小于50mm/月 的阶段； 活跃阶段：地表下沉速度大于 50mm/ 月（急倾斜煤层大于 30mm/月）； 衰退阶段：活跃阶段结束至连续六个月下沉值不超过 30mm 时为止。
uB u A l AB
uA
B' C'
曲率
k ABC
TBC TAB 0.5(l AB l BC )
地表移动变形分析图
五、影响地表移动和变形的因素 1、矿层埋藏及赋存条件 矿层埋深越大(即开采深度越大)，变形扩展到地表所需的时间越 长，地表的变形值也越小，变形比较平缓均匀。煤层厚度大，采空 区的空间就大，会促使变形过程剧烈、增大变形值。矿层的倾角大， 会促使水平移动值增大，地表出现裂缝的可能性增大，移动盆地和 采空区的位置更不对称。 2、岩性因素 采空区上覆岩层强度高、分层厚度越大，产生地表变形所需的采 空面积越大，破坏过程所需时间就越长。厚度大的坚硬岩层甚至长 期不产生变形，强度低的薄层岩层，易产生较大的地表变形，且变 形速度快，但地表变形均匀，常不出现裂缝。脆性岩层地表易出现 裂缝。塑性强厚度大的岩层，覆盖于硬岩层之上时，后者产生破坏 会被前者缓冲或掩盖，但地表变形平缓，反之，地表变形很快，并 会出现裂缝。岩层软硬相间且倾角较陡时，接触处易出现层离观象。 地表第四纪堆积物厚，地表变形值增大，但变形平缓均匀。
一般采深小于100m，持续时间8-10个月；采深100200m，持续时间12-24个月，采深200-300m，持续时间2436个月。
四、地表变形的度量
垂直下沉
水平位移
w H0 Ht u lt l 0
wB wA l AB
A A'
倾斜
TAB
l AB wA
B
l BC
C
水平变形
AB
采空区
0 了解采空区的危害；
0 了解采空区地表移动规律及特征；
0 了解采空区地表移动和变形的预测； 0 掌握采空区的勘察评价原则和处理措施。
一、采空区 当地下矿层被采空后，便在地下形成了采空区， 采空区上覆及周围岩体失去原有的平衡状态，从而发生 移动、变形以至破坏。这种移动、变形和破坏在空间上 由采空区逐渐向周围扩展，当采空区范围扩大到一定程 度时，岩层移动就波及到地表，使地表产生变形和破坏 （地表移动），地表从而出现地裂缝、塌陷坑和地表移 响到达地表以后，在采空区上方地表形成的凹地 称地表移动盆地。当开采达到充分采动、地表变形已达稳定后的盆 地称最终移动盆地。 中间区：位于采空区正上方，地表下沉均匀，地面平坦，一般 不出现裂缝，地表下沉值最大。 内缘区：位于采空区外侧上方，地表下沉不均匀，地面向盆地 中心倾斜，呈凹形，产生压缩变形，一般不出现明显裂缝。 外缘区：位于采空区外侧煤层上方，地表下沉不均匀，地面向 盆地中心倾斜，呈凸形，产生拉伸变形，当拉伸变形值超过一定数 值后，地表产生张裂缝。 内缘区 外缘区 外缘区 内缘区 中间区