岩层与地表移动

3、充分采动角（ψ1、ψ2、ψ3）
在主断面上，移动盆地均匀下沉区边界点与同侧采空区边界点连线，在采空区一侧与煤层之夹角为充分采动角。在采空区下山边界、上山边界及走向边界的充分采动角分别以符号ψ1、ψ2和ψ3来表示。
4、最大下沉角（θ）
地表为非充分采动时，出现碗形盆地。在倾斜主断面上，移动盆地的最大下沉点与采空区中心连线，在下山方向与水平线的夹角为最大下沉角。如果地表充分采动时，可以用均匀下沉区中心点来求最大下沉角。
在移动盆地的主断面上，盆地的尺寸最大，移动变形值也最大，而且在主断面内的地表点基本上没有垂直于主断面的水平移动。所以，地表在主断面内所表现的移动规律是能够代表盆地的移动特征的。
开采水平煤层时，两个主断面均通过采区中心。开采倾斜煤层时，倾向主断面仍通过采区中心，而走向主断面则需根据最大下沉角θ来确定。
二、倾斜煤层及急倾斜煤层
倾斜煤层由于倾角变大，上覆岩层除有沿法线方向的弯曲外，还要沿层面向下错动，使岩层各点的移动偏向采空区下山方向。当移动稳定后，上覆岩层也会出现冒落带、断裂带和弯曲带。
开采急倾斜煤层时，岩层移动的情况就复杂多了。当煤层采空后，顶板岩层向采空区弯曲并沿层面向下移动；底板岩层有时也会向采空区隆起，并沿层面向下滑。当上履岩层的应力超过极限强度后，同样会断裂、垮落，并充填采空区。由于充填的岩石会沿采空区底板下滑，使得采空区下部被填满、压实，而采空区上部又被垮空，于是采空区上部的上覆岩层继续弯曲、断裂、冒落，岩层的移动加剧，而下部的岩层移动趋于稳定。
一、开采水平或倾斜煤层时
在采空区上方地表随基岩下沉、弯曲，形成一个具有一定范围的洼地，这个洼地即是地表移动盆地，又称为下沉盆地。在移动盆地边缘的表土上可能出现不同程度的裂缝，裂缝一般平行于采区的边界方向发展，其形状如楔形，上宽下窄，一般最深到地下五米左右就消失了。
二、开采急倾斜煤层时
当开采深度与开采厚度的比值大于30时，在煤层露头两侧可能出现一种台阶状、平底塌陷盆地。由于采空区上部上方岩层移动剧烈，冒落的岩石下滑又将上部采空区垮空，因此采空区的上山煤柱就可能片帮向采空区垮落，以至扩展到地面即抽冒，在煤层露头处出现一些大小不同的圆形或椭圆形塌陷漏斗。如开采深度不大的厚煤层时，露头上的塌陷漏斗可能连接起来形成一个塌陷槽，槽底较为平坦。
二、移动盆地各分区边界的确定
移动区边界（即移动盆地边界），危险变形区边界和均匀下沉区边界，可以分别用边界角βo、γo、δo，移动角（基岩角）β、γ、δ和充分采动角ψ1、ψ2、ψ3在移动盆地的倾向主断面和走向主断面图上确定。这三类角称为移动盆地三大要素。
1、边界角（βo、γo、δo）
移动盆地边缘一般以下沉值为10毫米的点为准。在主断面图上，盆地边缘下沉10毫米的点与相应一侧采空区边界点的连线，在煤柱一侧与水平线的夹角为边界角。采空区下山方向、上山方向及走向方向的边界角分别以符号βo、γo和δo来表示。
2、移动角（β、γ、δ）
危险变形区的边界点，是以对地表上建筑物有危险损害的地表临界变形值为标准确定的。不需要维修便能保持建筑物正常使用的所允许的地表最大变形值称为临界变形值，对于一般砖石结构的建筑物，其临界变形值为：倾斜i0=3毫米/米、曲率K0=0.2×10-3/米、水平变形ε0=2毫米/米。
在主断面上，危险变形区边界点与同侧采空区边界点连线在煤柱一侧与水平线的夹角为移动角。采空区下山方向、上山方向及走向方向的移动角分别用符号β、γ和δ来表示。
C、地表移动盆地的形成
一、地表移动盆地的形成
地表移动盆地是随回采工作面的不断推进，采空区不断扩大而逐渐形成的。
当工作面由开切眼起向前推进到相当于采区平均采深的1/4—1/2时，地表便开始移动，并形成一个小移动盆地W1。工作面继续推进，移动盆地的范围随之逐渐扩大，形成一系列的新移动盆地W2、W3，同时地表的下沉量也逐渐增大。当工作面推进到采区停采边界时，回采虽然停止，但地表移动并不立即停止，还要继续一段时间，盆地也继续扩大，直到地表移动稳定，形成最终移动盆地W4。如果此时工作面继续推进，而且离开切眼相当于平均采深的1.4倍时，地表下沉达到最充分的程度（最大下沉值）。此后工作面虽然继续推进，盆地范围继续扩大，然而地表的最大下沉量不再增加，这种情况维持到回采结束。最后形成一个有平底的移动盆地W5。
急倾斜煤层开采时，上覆岩层会出现三带，而不出现充分采动区；底板岩层有时也出现弯曲带和断裂带。
由于地质、采矿条件不同，三带不一定同时出现。
B、采煤引起的地表移动
地下开采以后，上覆岩层的移动传播到地表，地表也随之产生不同形式的移动与变形。地表移动与变形主要取决于当地的地质与采矿条件，特别是采空区的开采深度和开采厚度。当开采深度与开采厚度的比值大于30时，地表的移动在空间上和时间上是一种连续、渐变、有规律的现象；当小于30时，地表的移动则不是连续而有规律的，地表将会出现较大的裂缝和塌坑。
1---冒落带2---断裂带3---弯曲带
在上覆岩层中，采动的影响范围往往要扩展到采空区边界以外。同一岩层层面上各部分的移动并不是均匀一致的，一般分为两个区域。在三角形AOB所包围的区域内，除冒落带外，同一层面上各点的移动大致均匀一致，而且达到了最充分的程度，移动的方向沿层面的法线方向并相互平行，为一区域称为充分采动区；充分采动区AOB以外的地方是非充分采动区。充分采动区可以用其边界AO和BO与煤层层面的夹角来确定，为个夹角称为充分采动角，用符号ψ来表示。在一定的地质采矿条件下，充分采动角一般变化不大，所以当采空区大小和埋藏深度不同时，充分采动区的顶点O的位置也不同。如果采空区尺寸较大，采深又较小时，顶点O可能超出地表，此时三角形AOB包围的部分地表也受到充分采动。
2、断裂带冒落带以上到弯曲带之间为断裂带。断裂带虽然也发生下沉弯曲、垂直于层面的断裂和顺层面的离层裂缝，但仍保持其层状状态而不垮落。断裂带与冒落带的界限不明显，一般合称为导水裂隙带，总高度可达采厚的9～35倍。在水体下采煤时，如果导水裂隙带达到了水体的底面，水或泥沙将可能沿着裂缝溃入井下。
3、弯曲带在断裂带以上直达地表。弯曲带的岩层只是在重力作用下向法线方向弯曲、下沉，不再断裂，仍保持岩层的整体性和层状结构。移动过程是连续而有规律的。在上覆岩层总厚度足够大时，其高度一般要比导水裂隙带大。
ln-n+1——n号点与n+1号点间的水平距离。
4、曲率变形（K：相邻两线段不均匀倾斜所产生）
Kn= （10-3/米）
式中：Kn——线段n～n+1与线段n-1～n不均匀倾斜所产生的曲率，
以其中点n为代表；
i——为线段的倾斜值；
l——为线段的水平长度。
曲率K＞0，地表凸起；K＜0，地表下凹。地表的曲率程度也可以用曲率半径R= （米或公里）来表示。
在充分采动时，首先按充分采动角ψ1、ψ2、ψ3确定地表的充分采动范围。在该范围内，所有沿煤层倾向和走向的竖直剖面均为主断面（ψ1、ψ2和ψ3分别为采区下山边界、上山边界和走向边界点的充分采动角。）
D、移动盆地地表的移动与变形
一、移动盆地内任一地表点的移动
地表点的移动向量从的移动向量为E，E可分解为下沉W和水平移动U这两个移动分量。在地表上，水平移动U又可分解为平行于煤层走向和倾向的两个水平分量U走和U倾。
3、急倾斜煤层的移动盆地不对称性更为明显，下山方向的盆地边缘远离采空区的正上方，上山方向的盆地边缘发展到煤层底板一侧的地表上，整个盆地明显地偏向煤层的下山方向。
四、移动盆地的研究方法
主断面研究法是以矩形采区长壁式采煤法为条件建立的。通常是选取通过移动盆地最大下沉点，分别平行于煤层的倾斜方向和走向方向的两个竖直剖面来进行研究。平行于煤层倾斜方向的竖直剖面叫做倾向主断面，平行于煤层走向的竖直剖面叫做走向主断面。
二、主断面内地表的移动与变形
主断面内地表点的下沉和水平移动，可以根据各点的高程变化和到某一控制点的距离变化计算出来。
1、下沉量（W：代表一个点高程变化）
Wn=Ho-Hm（毫米）
式中：Wn--地表n号点的下沉值；
Ho、Hm--分别为n号点采动前后的高程。
2、水平移动量（U：代表一个点到控制点水平距离变化）
Un=lm-lo（毫米）
式中：Un--地表n号点的水平移动值；
lo、lm--分别为n号点采动前后到某一控制点的水平距离。
3、倾斜变形（i：相邻两点不均匀下沉产生）
in-n+1= （毫米/米）
式中：in-n+1——n号点与n+1号点之间的地表倾斜值，以线段n-n+1之中点为代表；
Wn、Wn+1——n号点与n+1号点的下沉值；
在地表达到充分采动时，移动盆地中心的下沉量达到了最大下沉值Wmax。在非充分采动时，移动盆地中心的最大下沉量小于充分采动时的最大下沉值。在地表超充分采动时，被包含在充分采动区内的部分地表各点的下沉量都达到了最大下沉值Wmax。移动盆地也由非充分采动及充分采动的碗形盆地发展成超充分采动的有一个平底的盘形盆地。
三、移动盆地的特征
移动盆地的范围，总是要比采空区的面积大。而盆地的形状与采空区相对位置关系，则取决于采空区的形状和煤层倾角的大小。矩形采空区的移动盆地形状，大致呈椭圆形。在煤层倾角不同的条件下，矩形采空区的移动盆地有如下特点：
1、水平和缓倾斜煤层的移动盆地位于采空区的正上方，其形状与采空区对称。
2、倾斜煤层的移动盆地与采空区不对称，煤层倾角越大，盆地越向采空区下山方向偏移，盆地的上山方向边缘比下山方向边缘要陡。
岩层与地表移动
影响岩层与地表移动的地质和采矿因素，主要有上覆岩层的力学性质、岩层组成及层位，煤系地层倾角，采煤方法及顶板管理方法，开采厚度和开采深度，采空区大小，重复采动影响，断层影响，水文地质条件以及地形条件等影响因素。
A、采煤引起的岩层移动
一、水平煤层或缓倾斜煤层
使用长壁式全冒落法采煤时，在岩层移动稳定后，在采空区上方的上覆岩层中一般自上而下要形成冒落带、断裂带及弯曲带这三个不同的开采影响带。这三个影响带的界限实际上是不很明显的。