016-采场上覆岩层动态移动规律研究
采煤工作面上覆岩层移动及其矿压显现规律
基本顶破断后形成的结构易于平衡，或呈缓慢下沉，则周期来压较弱。反之则较强。 （二）开采深度
开采速度h→原岩应力σz→支承压力kσ 开采深度对巷道矿压显现影响很明显。深部巷道变形量大，支架损坏严重、支护困难。 对采煤工作面矿压显现影响不明显。工作面的支护强度与深度无直接关系。解释原因：岩
L初 h
2Rt q
• L与岩性、厚度、载荷有关。 统计数字：10~30m 54%
30~55m 37.5%
>55m 8.5% • 2.初次来压的显现
（1）工作面顶板剧烈下沉； （2）支架载荷增加，安全阀开启，活柱下缩； （3）煤壁片帮严重； （4）顶板的断裂声
（三）基本顶的周期来压
• 1.周期来压的形成 基本顶初次断裂后，随工作面推进，工作面上方的基本顶呈悬梁状态，当悬臂长度
以围岩运动和支架受力表现出的现象叫矿山压力显现。 • 显现的形式： • （一）顶底板移近 • （二）支架的变形与损坏 • （三）顶板破碎 • （四）局部冒顶 • （五）煤壁片帮 • （六）台阶下沉 • （七）大面积冒顶和垮落
二、直接顶的运动规律
• （一）直接顶的分类与垮落形式
（二）直接顶的运动形式
（4）与煤层的相对位置 接近采空区，支承压力变小，远离煤层支承压力变小
第三节 影响采煤工作面矿山压力显现的主要因素
• 地质因素：顶底板、倾角、开采深度等 技术因素：采高、控顶距、采煤工序、推进速度
• 一、地质因素 （一）顶板岩层的影响 1.直接顶
直接顶的稳定性影响工作面的安全和生产效率，决定支护方式选择。 直接顶稳定性取因素1）岩层力学强度；2）层理和裂隙的发育程度。 2.基本顶的影响 基本顶的运动是工作面矿压显现的原因。基本顶的来压强度对工作面的支护强度、支柱可
上行开采上覆岩层运动规律及可行性研究
Ｔ ｅｆ ｓｂｌｙｐｏｌｍ ｏ ａｃｎｉｇｍ ｎｎ ｉｕｃａ ｍｎ ｗ ｒ ｅｍ ａ ｕ ｉ ｒｕｈｔｅｒ ｉ ｍ ｔｏ ， ｔｒ ｅｔ ｉｉｃ ｈ ａｉ ｉ ｒｂｅ ｓｅｄｎ ｉｉｇｏ Ｑｗ ｏ ｅ ｏ ｅ ａ ｓ ｓ ｔｄｅ ｔ ｏｇ ｔ ｅｈｄ “ｈｅ ｂｌ ”ｄ ｔ － ｅ ｉｔ ｆ ｆ ｌｉ ｌ ｓ ｗ ｓ ｄｈ ｈ ａｏ ｅ ｓ ｓｎ
ｔ ｎ ｍｅｈ ｄ，ｔｅ ｓ ｒｏ ｎ ｉ ｇ ｒ ｃ ｑ ｉ ｔ ｏ ｔ ｅ ｍａｈ ｍａｉ ａ ｔ ｏ ｆ ｖ ｒｇ ａ ｄ ｉ ｗａ ｎ ｗｎ ｔ ａ ｅ ａ ｃ ｎ ｉ ｇ ｍ ｎｎ ｓ ｉ ｔｏ ｏ ｈ ｕ ｒ ｕ ｄ ｎ ｏ ｋ ｅ ｕ ｔ ｍｅｈ ｄ， ｔ ｅ ｔ ｌ ｙ ｈ ｃ ｍｅｈ ｄ ｏ ｅａ ｅ， ｎ ｓｋ ｏ ｔｔ ｅ ｄ ｎ ｉ ｇｗａ ａ ｔ ｈ ｈ ｓ ｉ ｆａ ｉ ｌ ．Ｔ ｅ ｉ ｏｔ ｎ ｘ ｅ ｉｎ ｅ ｗ ｕ ｄ ｂ ｒ ｖｄ ｄ ｔ ｈ ｖ ｒ ｕ ｅ ｅ ａ ｉ ｒｌｗ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ａｙ ｉ ａ ｄ ｔ ｅ ｆａ ｉ ｉ ｔ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｅ ｓｂ ｅ ｈ ｍｐ ｒａ ｔｅ ｐ ｒｅ ｃ ｏ ｌ ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｏ ｅ ｂ ｒ ｎ ｂ ｈ ｖ ｏ ｈ ｏ ｅｉｌ ａ ｌ ｓｓ ｎ ｈ ｅ ｓｂ ｌ ｙ ｒｓ ａｃ ｆ ｏ ｄ ａ ｃ ｎ ｉ ａ ｃ ｎ ｉｇ ｍｉ ｉｇ ｓｅ ｄｎ ｎｎ ． Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｓ ｅ ｄ ｎ ｎ ｎ ；ｏ ｅ ｂ ｒ ｅ ｙ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｉ ｇ ｍ ｉ ｇ ｖ ｒ ｕ ｄ ｎ；ｂ ｈ ｖ ｏ ａ ｉ ｅ ａ ｉ ｒＬ ｗ；ｔ ｒｅ ｂ ｌ ；ｒｔ ｔ ｏ ｈ ｅ ｅｔ ｓ ａｉ ｍｅｈ ｄ ｏ
行 了研究论证 ， 知上行开采是可行 的； 得 为上行开采的上覆岩层运动规律理 论分析 与可行性研 究论证提供
第三章 回采工作面上覆岩层活动规律及其分析
老顶板横“O-X”型破断形式
§3 老顶初次破断时的极限跨距
一、梁式断裂时的极限跨距
极限跨距：老顶岩梁达到断裂时的跨距。(初次断 裂步距）
图3–9 岩梁上任意点的应力分析
求解过程：
M·y Jz
梁内任一点正应力为： M—该点所在断面的弯矩； y—该点离断面中性轴的距离； Jz—对中性轴的断面矩。
此假说认为工作面和采空区顶板可此假说认为工作面和采空区顶板可视为一端固定于煤壁前方岩体内另一端视为一端固定于煤壁前方岩体内另一端处于悬伸状态的梁悬臂梁弯曲下沉后处于悬伸状态的梁悬臂梁弯曲下沉后受到已垮落岩石的支撑当悬伸长度很大受到已垮落岩石的支撑当悬伸长度很大时发生有规律的周期性折断从而引起时发生有规律的周期性折断从而引起周期来压
二、悬臂梁假说 此假说认为，工作面和采空区顶板可 视为一端固定于煤壁前方岩体内，另一端 处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉后， 受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大 时，发生有规律的周期性折断，从而引起 周期来压。
三、铰接岩块假说
此假说认为，采场 上覆岩层分为垮落带 和裂隙带，二者的差 别在于，裂隙带岩块 间存在有规律的水平 挤压力的联系，从而 相互铰合而形成一条 多环节的铰链。
取梁单位宽度，则
任意点A：
1 Jz＝ bh3 (b=1) 12
＝ 12 ·M·y ，（y=h/2时， 最大 ）
2 2 3 h 4y τxy＝ Qx 3 2 h 最大剪应力发生在矩形断面梁的中性轴上，
h
3
即y＝0， ∴
3Qx (τxy)max＝ 2h
① 若根据固定梁计算：
M1 x E1 J1 E1 J1 M1 x E1 J1 ; E2 J 2 M 3 x E3 J 3 M n x En J n
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其矿压显现规律
砌体梁结构为半拱式平衡结构。块体间依靠水平挤压力产
生的摩擦力平衡岩块的自重和上覆岩层传递的载荷。支架
的载荷（支护强度）：
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
第一节 采煤工作面上覆岩层移动规律
四、裂隙带岩层的结构形式（矿压假说） （二）传递岩梁结构
图2-4 传递岩梁 结构模型
山东科大宋振骐院士提出。一组或几组基本顶的断裂岩 块的相互咬合，形成一种能向煤壁前方和采空区矸石上 传递力的结构，称为传递岩梁。支架承担岩梁的作用力 的大小，由其对岩梁运动的控制要求而定。位态方程如 下：
初次来压步距L：由开切眼到基本顶初次垮落时工作面推进的距离。 L与岩性、厚度、载荷有关。
统计数字：10~30m 54%； 30~55m 37.5%； >55m 8.5% 特殊的砂岩、砂砾岩顶板的初次来压步距可达100~160m。
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
四、支承压力及其显现
采煤工作面前后 方支承压力对工作面 矿压显现有着很大影 响。采煤工作面前方 支承压力依次为原岩 应力区、应力增高区、 应力降低区和应力稳 定区。
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
拱的一个支点在工作面前方的煤壁上，另一支点在采 空区已垮落的矸石上。工作面支架主要承受拱内部分岩石的 重量及拱运动时的附加载荷。
英国学者伊万斯提出了支架载荷计第算二章式采煤：工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
一.工作面矿压显现方式
由于采动作用促使围岩向已采动空间运动的力称为
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。
采场上覆 岩层活动规律
12/34
如果不发生离层，应有 即
ymax ymax n
4 4 h1 q1 L1 h L1
384E1 J1
384E2 J 2
且
bh13 J1 12
h h1
bh 3 J2 12
令 q1 h1
有
E1 1 E2 1
显然：直接顶厚度 ≤ 老顶厚度时，易发生离层。
悬臂梁平时承担岩层载荷，当其变形下沉时，一端压在
垮落矸石上，当跨度增大，断裂形成周期来压。
6/34
三、预成裂隙假说：( 1954，比利时，拉巴斯）
顶板岩层受支承压力作 用，产生相互平行的裂隙， 成为“假塑性体”，在工作面 推进过程中，产生塑性弯曲， 由相互挤压形成类似梁的平衡 结构。 顶板分为应力降低区、应 力升高区、采动影响区，三区 随工作面而移动。 工作面支架应具有足够的初 撑力和工作阻力，以阻止岩块滑 落或离层。
（对于反山，顶底板位置发生翻转）
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二、回采工作空间类型： （依据采空区处理方法不同划分）
（a）完整空间——刀柱法或留煤柱开采；
（b）自弯曲空间——顶板缓慢下沉法（顶板塑性大）； （c）充填空间——充填法； （d）垮落空间——全部垮落法。
3/34
三、顶板工作结构：
1、梁式结构——将顶板视为沿工作面推进方向的梁，按照 梁式结构承载变形破坏理论分析顶板破坏现象。 2、板式结构——将顶板岩层视为一个板或经断层、裂隙切 割后，多块板相互咬合组成的板，按板式结构承载变形及强 度理论分析顶板破坏现象。 3、顶板结构端部支撑条件： 固定支座——顶板被煤岩层夹持，未断裂，无自由端 ； 简支梁支座——顶板端部断裂或埋深较浅（可转动） ；
第三章
采场上覆岩层移动规律
对采场产生明显的动压冲击，支架阻力不够易产生沿煤 壁切下的重大冒顶事故，即使不垮也会出现台阶下沉。
必须有高初撑力，其阻力能抗衡顶板沿煤壁切下，把 切断线推至控顶距之外。支架缩量按照出现台阶下沉而 不能压死支架考虑。
出现台阶下沉时支架阻力与缩量分别为：
PT A m L k k G
2LK
q
Qx
Mx
综上：老顶岩梁破坏形式有两个受弯矩作用拉断受剪力 作用剪断
二、梁式断裂时的极限跨距：
q
（一）固支情况 1、按弯矩计算：
M
任意点A 处正应力： My
Q
其中断面矩
JZ
Jz
1 h3 12
最大拉应力在梁的端部
max
M
max
h 2
Jz
1 ql 2 h 12 2
1 h3
ql 2 2h 2
12
当 max 时Rt，则岩梁被拉断裂。
说明：
1）先计算第一层载荷 q1 1h1
2）计算第二层对第一层的作用；计算至第三层时第一层载荷…… 3）一直计算到第n+1层时，第一层载荷反而小于第n层时的载荷为止 4）取第n层时的计算载荷为 q ，此值为计算过程中得到的最大值。
四、老顶运动规律 1）老顶的初次垮落 由开切眼到老顶初次垮落时工作面推进的距离称为老顶的初 次垮落步距。 2) 老顶的周期性垮落 随工作面的推进将周期性地出现，称为老顶的周期性垮落。
ql 2
ql 2 M1 M 2 12
２）任意截面剪力：（Ｄ—Ｄ’）
Qx
R1
qx
ql 2
qx
ql 1 2
2x l
ql Q |x0 2
Q |xl 0 2
Q
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
上覆岩层破坏形式的判断
理论判断
根据力学条件分析，理论上判断是很简单的。
L0<LG 时，岩层在悬跨度的中部被拉坏，形成弯拉破坏形式； L0≥LG时，岩层在端部被剪坏，形成剪切断破坏形式。
现场判断
1、测区布置（井下动态观测测区布置）
借助于井下动态观测研究方法，测
试仪器为0.01mm精度的顶底板相对
2
8
8
嵌固梁端部与中部弯矩之和正好与简支梁中部弯距相等。 梁端开裂后，端部弯矩向中部转移，就是按照这一规律进 行的。
力学过程分析：
(1)工作面推进至岩梁悬跨度达到极限值L0时，梁端弯矩MA为：
MA (q1 q2 ) LO
2
12
梁端的拉应力为：
( q1 q2 ) LO
2
A
MA W
ω
2
>
ω
ω
1
2
< ω
1
L
L
3
=
0 .8 L 2
L 2 = 0 .8 L 1
L1
图3.9 传递岩梁的形成
最大挠度和曲率 对于嵌固梁：
max
L
4 2
max
L
2 2
32 Em
2 Em 3L
2
对于简支梁：
max
5L
4 2
32 Em
max
2 Em
2
可以通式表达为：
L
4 2
m h
li
lo
lo
lo
li+
l
图 3.2
必须有高初撑力，其阻力能抗衡顶板沿煤壁切下，把切断线推 至控顶距之外。支架缩量按照出现台阶下沉而不能压死支架考 虑。 出现台阶下沉时支架阻力与缩量分别为： mL
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律RTF 文件
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律随着采煤工作面的推进，煤壁前方的支承压力及支架上显现的压力都在不断的变化，采煤工作面矿压显现的发展变化规律是由对其有影响的上覆各岩层的运动发展规律决定的，除岩层运动的纵向发展规律影响外，还受推进方向的发展规律所影响，因此必须进一步研究岩层运动在推进方向上的发展规律。
一、采煤工作面上覆岩层运动的发展阶段采煤工作面在推进过程中，由于上覆各岩层承受的矿山压力大小不同支承（约束）条件的差别，就其运动发展状态来说可分为初次运动和周期性运动阶段。
1、初次动动阶段从岩层由开切眼开始悬露，到对工作面矿山压力显现有明显影响的一两个传递岩梁初次裂断运动结束为止为初次运动阶段（图2-a、图2-b）。
其中包括直接顶岩层初次垮落和基本顶的初次来压。
该阶段岩层两端由煤壁支撑，其受力状态可视为两端嵌固梁。
采煤工作面各岩层初次运动在采煤工作面的压力显现称为初次来压。
由于任何岩层初次运动步距相对正常情况下的运动步距要大得多，因此初次来压运动来压面积大，强度高，并且可能伴随有动压冲击，在控制岩层运动和矿压显现时，一定要十分注意动压的冲击，以保证采煤工作面在初次来压期间的安全。
2、周期性运动阶段从岩层初次运动结束到工作面采完，顶板岩层按一定周期有规律的断裂运动，称为周期性运动阶段（图2-c、图2f)。
在此发展阶段，岩层的约束条件发生了根本性变化，直接顶岩层在采煤工作面里为一端固定的悬壁梁，直接顶上方各岩梁为一端由煤壁支承，另一端则为由采空区矸石支承的不等高的传递岩梁。
此时，运动步距较初次运动步距小得多。
岩层周期性运动在采煤工作面引起的矿压显现称为采煤工作面的周期来压。
这个阶段岩层的完整性比初次运动前差，运动步距又比较小，因此控制岩层运动和矿压显现和要求也不同。
当两种运动来压强度差别很大时，不仅要尽可能扩大推进方向上的距离，而且支架的选型和设计必须分别处虑。
显然，如果按初次来压设计和选择支架，周期来压阶段支架的阻力不能充分发挥，将带来较大浪费。
第三章采场上覆岩层运动的基本规律
3.“砌体梁” 钱鸣高院士提出的砌体梁学说认为，老顶由多块断裂后像 “砌体”一样挤铰而成的结构组成，该学说系统研究了裂隙带岩 层形成结构的可能性以及结构的平衡条件（图c）。从建立该理论 的假说条件可以看出，该理论的结论更适用于坚硬岩层的采场。 4.“传递岩梁” 宋振骐院士提出的“传递岩梁”学说认为，在一定采高、推 进速度和顶板组成的条件下，平衡结构的存在是必然的，因此它 看待平衡结构的重点是从结构向煤壁前方和老塘矸石传递力的方 面考虑的，显然，这种结构在一般的采场均存在。在进行支架围 岩关系研究时事实上加进了“存在坚硬岩层”的前提条件。因此， 该理论所建立的力学模型均以两个岩块组成的结构出现。 “传递岩梁”和“砌体梁”理论都认为，坚硬岩层能在煤壁前 方断裂，因而通过研究岩层运动与支承压力之间的关系，提出了 来压预报的机理和方法，为减少我国恶性顶板事故作出了重大贡 献。“传递岩梁”理论还认为，采场支架可以改变铰接岩梁的位 态，并以两块模型推导出了位态方程，为支护设计定量化提供了 重要思路，其成果也为广大现场所接受。“传递岩梁”还提出了 采场存在多岩梁结构，该观点解释了多岩梁采场较为复杂的矿压 现象。
直接顶厚度的计算方法。（具体方法见宋振骐教授主 编的《实用矿山压力控制》
（三)直接顶的形态及特征
我国主要矿区按组成直接顶岩层的弱面及组份情况将其形态 归纳为颗粒型、膨胀型、团块型、分层裂隙共生型、双向裂隙型、 单向裂隙型、上软下硬型、下软上硬型、分层型及整体性10种 （见下页表）。 直接顶的形态是随其组成岩层的强度、弱面及其组合关系而 变化的，它能从非常软弱一直发展到非常坚硬。 颗粒型直接顶主要存在于顶煤松软的放顶煤工作面及顶板胶 结性差的工作面（包括无顶网且胶结差的假顶）。在放顶煤工作 面，顶煤由于受超前支承压力的预先破坏和支架的“重复”支撑， 一般情况下将很破碎，如果机道上方护顶及护帮不及时，将出现 大范围漏顶及片帮。 在顶板胶结性差的采场，如护顶不及时，机道上方将出现大 的“高冒”空穴，此类采场直接顶厚度一般超过 2～3倍采高，确 切的厚度将由颗粒型岩层的厚度决定。这种顶板现场也称为“豆 腐渣”顶板（见后页图）。
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采场上覆岩层动态移动规律研究张静，吴侃，敖剑锋（中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221008）［摘要］通过建立相似材料模拟实验，对倾斜煤层开采引起的上覆岩层移动进行了系统地全面地观测研究。
利用首次观测数据和开采结束稳定后数据，定性与定量分析了岩层内部各点移动矢量，得出测点移动矢量图。
分析不同区域内6个观测点的动态运动轨迹，得到了详细的移动轨迹。
对岩体内部巷道工程的损害及治理具有指导意义。
［关键词］覆岩动态移动；相似材料模型；岩体点运动轨迹［中图分类号］TD325.4［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2012）02-0020-03Research on Dynamical Movement Rule of Overlying StrataZHANG Jing ，WU Kan ，AO Jian-feng（Environment ＆Survey School ，China University of Mining ＆Technology ，Xuzhou 221008，China ）Abstract ：Strata movement of surrounding rock induced by inclined coal-seam mining was observed by analog simulation.Movement vector of every point in rock was analyzed qualitatively and quantitatively and point movement vector map was obtained.Detailed move-ment tracks were obtained by analyzing dynamical movement tracks of 6observation points.This would provide reference for preventing roadway failure in rock.Key words ：dynamical movement of surrounding rock ；analog simulation ；point movement track of rock［收稿日期］2011－12－05［基金项目］国家环保公益性行业专项资助（200809128）［作者简介］张静（1987－），女，山西晋城人，硕士，主要从事煤矿开采沉陷预测方面工作。
相似材料模型试验是以相似理论为基础，按一定的相似比例将岩体抽象、简化为相似模型［1］，对模型中的煤层模拟实际情况进行开采，观测岩体由于煤层开采引起的移动和变形，弥补采动岩体移动难以测量的缺陷，是研究岩层移动规律的一种科学方法。
相似材料实验可以人为地控制模拟实体的主要因素，略去次要因素，研究采场上覆岩层移动和破坏规律，对煤岩层内巷道的保护与治理具有指导意义。
本次实验在岩体上布点，采用高精度的三维光学点测量系统作为观测仪器，提高了数据的准确性，观测效率高［2］，有利于精确求得相似材料模型岩层内部标志点的移动量。
通过相似材料模型数据分析，获得采场上覆岩层动态移动规律。
1相似材料模型针对本研究区域地质赋存条件和煤层顶板岩层钻孔柱状图设计了岩层分布图，如图1所示。
选择相似系数为1ʒ200，模型架长度为4m ，模型架高度为2m ，厚度为0.3m ，煤层倾角30ʎ。
根据覆岩情况及模型比例，得到模型层厚如表1，由岩层实际组分得出模型相似材料配比如表2。
图130ʎ煤层相似材料模型设计表1模型设计层厚实际围岩厚度/m 模型围岩厚度/m 表土20表土0.1砂泥岩（软弱）50砂泥岩（软弱）0.25泥岩（软弱）30泥岩（软弱）0.15砂质页岩（中硬）14砂质页岩（中硬）0.07灰岩（坚硬）4灰岩（坚硬）0.02页岩（软弱）22页岩（软弱）0.11砂砾岩（中硬）10砂砾岩（中硬）0.05粉砂岩（中硬）26粉砂岩（中硬）0.13煤4煤0.02相似材料模型的观测方法采用高精度的数字工业近景摄影测量系统（XJTUDP ），通过XJTUDP 三维光学点测量系统观测得到的是编码点和非编码点的系统坐标。
编码点是全局控制解算点，如图22第17卷第2期（总第105期）2012年4月煤矿开采Coal mining Technology Vo1.17No.2（Series No.105）April 2012DOI:10.13532/11-3677/td.2012.02.006表230ʎ模型相似材料配比岩石类型抗压强度实际/MPa 模型/（N ·cm －2）密度/（kg ·m －3）实际模型查表所得R 压/（N ·cm －2）材料砂云母粉胶结物胶结物石膏碳酸钙泥岩12.7 3.7425501500 3.678017337砂泥岩27.77.71269315007.418017373砂质页岩37.210.612630150010.127123637页岩20.0 5.6626501500 5.2080181273灰岩87.820.983139150021.0070121837砂砾岩54.715.842590150015.537123655粉砂岩76.221.452664150021.527022855粗砂岩91.226.822550150026.0674161055砾岩90.823.892850150021.737123673中的较大黑色标志点，而非编码点是布设于岩层表面的目标点，如图2中较密的小标志点。
图2煤层模型布点实例2数据处理通过XJTUDP 测量系统得到的是不同坐标系统下的坐标，需用XJTUDP 测量系统自带软件中的坐标对齐功能处理，得到同一坐标系统下所有标志点的三维坐标。
编码点是全局控制点，在每次扫描中同一编码点的编号不变；但非编码点的编号是系统随机编排。
本次实验需获取同一标志点在不同时刻的三维坐标，必须进行非编码点匹配处理。
通过VB 程序识别不同扫描时间下的同一非编码点，确定不同时间下的三维坐标，作为获取的最终数据［3］。
3岩层动态移动规律3.1岩层内部各测点运动轨迹分析岩体剖面各测点的运动轨迹时，选取首次观测数据和开采结束稳定后数据，标示在这一段时间内剖面岩层观测点运动轨迹，得到剖面岩层各测点的运动轨迹图，如图3所示。
图4为图3简图，在图4中，带箭头的线段表示该区域点移动方向，在同一区域中，线段长度表示其移动量的相对大小，非实际移动量。
根据剖面点移动矢量，将30ʎ倾斜煤层岩体剖面划分为A ，B ，C ，D 四个区域（图3，图4）。
在图中，表土层区域A 是水平层位，受到煤层开图3开采至稳定后剖面测点运动矢量图4开采至稳定后剖面测量运动矢量采影响后，观测点移动矢量指向采空区。
从表土层边缘到采空区上方，移动量逐渐增大，采空区上方地表的移动量最大。
在采空区上方区域C ，采区煤层采出后，直接顶板岩层弯曲而产生拉伸变形，当其拉伸变形超过岩石的最大抗拉强度时，直接顶板及其上部的岩层便与整体分离，破坏成大小不一的岩体，无规则地充填采空区。
由于岩石破坏碎胀，垮落岩石体积增大，致使其上部岩层的移动量逐渐减弱。
上覆岩层中的各个分层，从直接顶开始沿层里面的法线方向，依次向采空区方向弯曲。
在上山煤柱上方区域B 中，岩体受采动影响，受到拉伸变形，区域中观测点的移动矢量指向上山煤柱方向。
煤层开采对周围岩体影响不同，沿岩层层位，从上山方向到采空区方向移动量逐渐增加。
在下山方向煤柱上方区域D 中，岩体受到压缩变形，区域中观测点的移动矢量指向下山方向。
煤层开采对周围岩体的影响不同，沿岩层层位，从采空区到下山边缘方向，移动量逐渐减小。
同样，底板周围岩体移动量小，其上部发展空间大，移动12张静等：采场上覆岩层动态移动规律研究2012年第2期量大。
3.2岩层剖面内点动态运动轨迹分析岩体剖面点动态运动轨迹时，选取不同区域内6个点，如图3中标示的6个点，其中1，2号点大体位于同一铅垂线；3，4号点和5，6号点分别大体位于同一铅垂线。
取开采至14m ，42m ，70m ，98m ，126m ，154m ，182m 及稳定后6个点的观测数据，分别绘制各点的动态移动轨迹图，如图5 10所示。
图5 10中的1，2，3标示出点运动轨迹的拐点及拐点在煤层开采中的相应位置。
图51号点运动轨迹图62号点运动轨迹图73号点动态运动轨迹图84号点动态运动轨迹图95号点动态运动轨迹图106号点动态运动轨迹1号点位于表土层区域A 中，从图5可以看出，在整个开采到稳定过程中，1号点运动轨迹指向采空区。
2号点位于上山煤柱上方区域B 中，从图6中得出，在煤层开采至开采稳定过程，2号点的运动轨迹先指向上山方向，再逐渐指向采空区方向。
3，4号点位于采空区上方，受开采影响最大，岩层垮落充填采空区，剖面点移动量大。
从动态移动轨迹图7和图8中可以看出，剖面点移动轨迹近乎沿煤层法线方向。
5，6号点位于下山方向煤柱上方区域D 中，岩层层面受到压缩变形的影响。
5号点移动轨迹先是指向采空区，随着开采的继续，移动轨迹逐渐沿铅垂方向指向下山。
6号点移动轨迹先指向采空区，随后指向下山方向。
上山煤柱上方区域的松动岩石由于自重的作用，沿岩层层面方向向下山方向滑移，1，2号点位于上山煤柱上方区域，其运动轨迹随煤层开采，始终指向采空区。
5，6号点位于下山方向煤柱上方区域D ，在初始开采过程中，不受上山方向岩层滑移影响，5，6号点运动指向采空区；随着其上山方向岩层的滑移运动，挤压下山方向岩层，当运动发展充分后，造成下山方向5，6号点运动轨迹指向下山方向。
4结论以相似材料模型试验为基础，通过大量数据绘制得到岩体剖面测点移动矢量图，分析得到岩层内部各点移动矢量与地表各点移动矢量不同，地表各点移动矢量指向采空区，而岩体内部点受到岩层的相互作用，不同区域测点的移动矢量不同。
上山煤柱上方区域岩体移动矢量指向上山煤柱，且底板周围岩体移动量较其上部小；采空区上方区域岩体移动矢量近乎沿层面法线方向，且移动量沿层面法线方向向上逐渐减小；下山方向煤柱上方区域岩体移动矢量指向下山方向，且底板周围岩体移动量小于其上部。
不同区域点动态运动轨迹有与其所在区域运动大体相符，下山煤柱上方点的动态运动轨迹与其所在区域运动存在微小不同，但最终指向下山方向。
岩体内部点移动现象和规律的研究为巷道工程提供参考，对采空区上方覆岩运动的研究起到重要作用。
（下转85页）22总第105期煤矿开采2012年第2期略大，计算得到的导水裂缝带发育高度与实际观测高度基本符合，故规程中的导水裂缝带高度计算公式在本区是适用的。
4结论（1）通过钻孔冲洗液漏失量法和钻孔电视法，对覆岩破坏的发育情况进行直观观测，得出该矿综采条件下导水裂缝带、垮落带的发育高度。