礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制2024/3/26礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制6.1巖層移動引起的采動損害概述巖層移動主要表現以下：（1）形成礦山壓力顯現，引起采場和巷道頂板下沉、跨落和來壓，甚至引發沖擊地壓等強烈的礦壓顯現。（2）形成采動裂隙，引起周圍煤體中的水與瓦斯的流動，導致井下瓦斯事故與突水事故，需對此進行控制與利用。

巖層移動導致的煤巖體應力場與裂隙場的變化，是引起瓦斯卸壓和煤層滲透率增加的原因所在。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制（3）巖層移動發展到地表引起地表沉陷，導致農田，建筑設計的毀壞。

“三下一上”建筑物下、鐵路下、水體下、承壓水上傳統的開采模式引起的采動損害與環境問題日益突出，盡快形成煤礦的“綠色開采技術”，基本出發點：防治或盡可能減輕開采煤炭對環境和其他資源的不良影響。目標：取得最佳的經濟效益和社會效益。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制6.2巖層控制的關鍵層理論關鍵層定義：對采場上覆巖層局部或直至地表的全部巖層活動起控制作用的巖層。亞關鍵層：一層或多層；主關鍵層：只有一層；礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制采場上覆巖層中的關鍵層如下特征：1、幾何特征：相對較厚；2、巖性特征：較堅硬，彈性模量較大，強度較高；3、變形特征：關鍵層層下沉變形時，上覆全部或局部巖層下沉量同步協調；4、破斷特征：破斷導致全部或局部上覆巖層的同步破斷，引起大范圍的巖層移動；5、承載特征：“梁”的結構形式為全部巖層或局部巖層的承載主體，形成砌體梁結構礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制覆巖關鍵層位置的判別：礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制關鍵層復合破斷規律：礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制1、基本頂；2、直接頂；3、偽頂；4、煤層；5、底板巖層煤層頂底板巖層6.3采場上覆巖層移動規律一、有關概念：巖層移動和破壞過程在地下煤層被采出之前，巖體在地應力場作用下處于相對平衡狀態。當部分煤層被采出后，在巖體內部形成了一個采空區，其周圍巖體應力平衡狀態受到破壞，引起應力重新分布，從而使巖體產生移動、變形和破壞，直至達到新的平衡。隨著工作面的推進，這一過程不斷重復。重視十分復雜的物理、力學變化過程，也是巖層產生移動和破壞的過程，這一現象和過程成為巖層移動。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制采空區周圍巖層的移動和破壞形式有彎曲跨落煤的擠出巖石沿層面的滑移巖石的下滑底板的隆起以上六種移動形式不一定同時出現在某一個具體的移動過程中。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制冒落帶彎曲下沉帶裂隙帶松散層礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制1.充分采動：當采空區尺寸相當大時，地表最大下沉值為該地質條件下應有的最大值，稱充分采動臨界開采尺寸：剛達到充分采動狀態的采空區尺寸稱為臨界開采尺寸非充分采動：采空區尺寸小于臨界開采尺寸。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制二、地表移動盆地的形成：1．當工作面推進一段距離之后才在地表產生顯著的移動。2．隨著工作面的推進，采空區的擴大，下沉盆地也逐漸擴大。3．當采空區達到一定程度時，最大下沉將不再增加而形成一個平底的下沉盆地。4．當工作面停止以后，地表的移動不會馬上停止，要延續一段距離時間。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制三、充分采動與非充分采動1．充分采動（Fullsubsidence）：地表下沉值達到該地質采礦條件下應有的最大值，此時的采動稱充分采動。反之稱非充分采動（Subcriticalsubsidence）。2．臨界開采（Criticalmining）：只有一個點的下沉值達到最大下沉值的采動情況，稱為臨界開采，地表移動盆地呈碗形。下山

1、上山

2、走向

3

礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制水平煤層傾斜煤層礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制四、地表移動盆地的主斷面(Majorcross-section)1．定義：地表移動盆地內，通過最大下沉點，沿煤層走向或傾斜方向所作的垂直斷面。2．特征：（1）在主斷面上地表移動盆地的范圍最大；（2）在主斷面上地表移動量最大。3．位置（1）非充分采動：水平煤層：主斷面位于采空區中央。傾斜煤層：傾斜主斷面位于采空區中央，走向主斷面根據最大下沉角確定。（2）充分采動：首先按充分采動角

1、

2、

3

確定地表充分采動區的范圍，然后通過該范圍內所作的煤層走向和傾向的垂直斷面均為主斷面。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制最大下沉角（Subsidencelimitangle）（θ）：在傾斜主斷面上，地表最大下沉點和采空區中點的連線與沿煤層下山方向水平線所成的銳角。除與巖性有關外，還與煤層傾角有關。在傾斜或緩傾斜煤層條件下，θ隨煤層傾角的增大而減小。一般有礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制五、地表移動盆地的特征（1）中間區域：下沉值達到最大，其它移動和變形值近似等于零，無明顯裂縫。（2）內邊緣區：產生壓縮變形，不出現裂縫、凹形。（3）外邊緣區：拉伸變形、凸形、裂縫。

三個特征點：邊界點（下沉10mm的點），拐點（內外邊緣區的分界點），最大下沉點礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制六、地表移動盆地劃分成如下三個邊界：(一)移動盆地的最外邊界

移動盆地最外邊界是以地表移動和變形都為零的盆地邊界點所固定的邊界。這個邊界由儀器觀測確定。考慮到觀測誤差一般取下沉為10mm的點為邊界點。所以，最外邊界實際上是下沉為10mm的點圈定的邊界。(二)移動盆地的危險移動邊界

危險移動邊界是以盆地內的地表移動與變形對建筑物有無危害而劃分的邊界。不同結構的建筑機能承受最大變形的能力不一樣，所以各種類型的建筑物都應有對應的臨界變形值。在確定移動盆地內危險移動邊界時，用相應建筑物的臨界變形值圈定，會更接近于實際。

(三)移動盆地的裂縫邊界

裂縫邊界是根據移動盆地內最外側的裂縫圈定的邊界。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制七、固定邊界的角值參數

（一）邊界角（Angleofdraw）地表移動盆地主斷面上盆地邊界點（下沉為10mm）至采空區邊界的連線與水平線在煤柱一側的夾角稱為邊界角。

走向方向：δ0；下山：β0；上山：γ0；急傾斜煤層底板邊界角:λ0。當有松散層時，存在于基巖與松散層交界面相交處。

（二）移動角((Angleofcriticaldeformation)地表下沉邊界和采空區邊界的連線與水平線在煤柱一側的夾角稱為移動角。

走向方向：δ；下山：β；上山：γ；底板λ。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制

（三）裂縫角(Angleofbreak)地表移動盆地主斷面上，移動盆地內最外側的地表裂縫至采空區邊界的連線與水平線在煤柱一側的夾角稱為裂縫角。

走向方向：δ’’；下山：β’’；上山：γ’’；底板λ’’。（四）松散層移動角松散層移動角以φ表示，它不受煤層傾角的影響。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制二、移動與變形分析描述地表移動盆地內移動和變形的指標是：下沉、傾斜、曲率、水平移動、水平變形及扭曲和剪切變形。

目前,前五種研究充分，后兩種研究較少，應用不廣泛。盆地內地表移動和變形分析礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制1．地表主斷面內某一點的下沉

Hn0、Hnm分別為第n個點初次觀測和第m次觀測時的高程。正值代表該點下沉；負值代表該點上升。通常用w表示。2．水平移動

Ln0、Lnm分別表示初次觀測和第m次觀測時地表n點至觀測線控制點間的水平距離。通常用u表示。

單位：mm單位：mm礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制3．傾斜變形地表傾斜變形是指相鄰點在豎直方向的相對移動量與兩相鄰點間水平距離的比值。由于相鄰地表點的下沉量不相等，使地表產生傾斜，反映盆地沿某一方向的坡度，通常用i表示。

l2-3——2號點到3號點之間的水平距離。含義：該曲線中點的切線斜率。單位：mm/m礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制4．地表曲率變形地表曲率變形是指兩相鄰線段的傾斜差與兩線段小點間的水平距離的比值。即單位長度內傾斜的變化。它反映在觀測線斷面上的彎曲程度。通常用k表示。符號規定：上凸的曲率為正，下凹的曲率為負。單位：mm/m2

礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制5．水平變形地表水平變形是指相鄰兩點的水平移動差值與兩點間水平距離的比值。它反映相鄰兩測點間單位長度的水平移動差值。由于相鄰點的水平移動量不相等而引起的，用ε來表示。符號規定：拉伸變形為正，壓縮變形為負。分布在移動盆地兩拐點之間。單位：mm/m礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制冒落帶多數情況下，冒落帶是由直接頂垮落后形成的。冒落帶內的巖層破壞特征從煤層往上巖層破碎程度逐步減小；冒落巖塊間空隙較大，連通性好，有利于水、沙和泥土通過；冒落巖石具有的碎脹性能使冒落自行停止。碎脹系數恒大于1；冒落帶高度取決于采出厚度和上覆巖層的碎脹系數。h—冒落帶高度，--煤層傾角m—采出煤層厚度，k—碎脹系數二、覆巖移動破壞分帶礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制裂隙帶采空區上覆巖層中產生裂隙、離層及斷裂，但是仍然保持層狀結構的巖層。裂隙帶內的巖層破壞特征產生垂直層理面和順層理面的裂縫；根據連通性好壞，一般導水，但不利于沙和泥土通過；冒落帶和裂隙帶合稱兩帶，又稱冒落斷裂帶，導水斷裂帶；裂隙帶高度與巖性有關。裂隙帶高度隨工作面推進距離的增加，到一定范圍，高度達到最大。

礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制彎曲帶裂隙帶之上直至地表的這個巖系地層。彎曲帶內的巖層破壞特征垂直方向由于自重作用產生法向彎曲，水平方向雙向受壓；不存在或極少離層裂縫，其中的隔水層是良好的保護層；彎曲帶的高度主要受開采深度的影響。采深較小，導水斷裂帶直達地表，采深較大時，開采形成的裂隙帶不會達到地表。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制當工作面開采達到一定距離后，相當于1/2—1/4H0的采深，開采影響到地表，地表從原有標高下降，從而在采空區上方形成一個比采空區大的多的沉陷區域，稱為地表移動盆地。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制一、地表移動盆地的形式：在地表移動盆地的外邊緣會形成裂縫、臺階和塌陷坑等。礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制第四節采場底板破壞及突水礦山壓力及其控制第六章采場巖層移動與控制二、應用關鍵層理論分析采場底板破壞與突水將底板采動破壞帶以下及含水層以上承載能力最大的一層巖層稱為底板關鍵層，類似于采場覆巖中的關鍵層，在底板隔水層中起到關鍵控制作用，稱為底板隔水中的關鍵層。礦山