1覆岩与地表移动规律
采损害学课程讲义
0.概述
1.课程基本内容与解决的问题
开采引起覆岩及地表沉陷的基本规律
地表沉陷预计理论：概率积分法
地表沉陷观测与实验室研究方法
建（构）筑物、水体、道路管线下开采
减损控制开采方法
开采引起土地、水资源、环境损害问题
矿山环境治理及综合评价
2. 我国能源结构：
按人均能源资源占有量分析，我国2000年人均煤炭可采储量90t，人均石油剩余可采储量3t，人均天然气剩余可采储量1080m3，分别是世界平均水平（165t、23t和24988m3）的54.9%、11%和4.3%，是美国（903t、13t和17025m3） 的9.7%、23.1%和6.3%；是经合组织国家（404t、10t和12048m3）的22.3%、30%和9.0%。煤炭占我国一次性能源的70%左右。
煤炭进口增加。从国外进口煤炭已由过去的2001年200万吨左右，增加到2002年的1081万吨。
3.能源开发与环境的问题（列举神东矿区、榆神矿区、山西各矿区、陕西渭北矿区等事例）
4.能源开发的可持续性（清洁生产、废物利用、资源的破坏及回采率、土地损害、水资源损害、荒漠化等问题）
第一章覆岩与地表移动规律
重点：
覆岩“三带”特征及在开采损害中的重要性
覆岩与地表移动规律与特点
地表沉陷盆地类型及其移动角值含义
影响地表沉陷盆地的主要因素
1.1 概述
1）冒落带
冒落带也称垮落带，是指岩层母体失去连续性，呈不规则岩块或似层状巨块向采空区冒落的那部分岩层。
2）裂隙带
裂隙带又称裂缝带。裂隙带位于冒落带之上，具有与采空区相通的导水裂隙，但连续性未受破坏的那一部分岩层。
3）弯曲带
弯曲带又叫整体移动带，是指裂隙带顶部到地表的那部分岩层。弯曲带基本呈整体移动，特别是带内为软弱岩层及松散土层时。
4）覆岩移动破坏形式
采动上覆岩层移动破坏形式，按开采空间岩层的移动形式可概括为以下六种：
（1）弯曲 这是岩层的主要移动形式。当地下矿物采出后，上覆岩层中的各分层即开始沿岩层层面的法线方向，向采空区依次弯曲。
（2）垮（冒）落 矿层采出后，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允许抗拉强度时，直接顶板及其上部的部分岩层便与整体分开，碎成块度不同的岩块，无规律地充填采空区。
（3）煤的挤出（片帮） 矿层采出后，采空区顶板岩层内出现悬空，其压力便转移到煤壁（或煤柱）上，增加煤壁承受的压力，形成增压区，煤壁在附加荷载的作用下，一部分煤被压碎，并挤向采空区，这种现象称为片帮。
（4）岩石沿层面滑移 在倾斜矿层条件下，岩层的自重力方向与岩层面不垂直。因此，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会发生沿层面方向的移动。
（5）垮落岩石的下滑（或滚动） 矿层采出后，采空区被冒落岩块所充填。当矿层倾角较大，而且开采是自上而下下行开采，下山部分矿层继续开采而形成新的采空区时，采空区上部垮落的岩石可能下滑而充填新的采空区，从而使采空区上部的空间增大，下部的空间减小，使位于采空区上山部分的岩层和地表移动加剧，而下山部分的岩层与地表移动减小。
（6）底板岩层隆起 如果矿层底板岩石很软且倾角大，在矿层采出后，底板在垂直方向上减压，水平方向增压，造成底板向采空区方向隆起。
松散层的移动形式是垂直弯曲，它不受矿层倾角影响。
应该指出，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。 5）岩层移动的典型图式
根据矿层的赋存条件，可将岩层移动的形态划分为3种图式：
图1.3 水平矿层开采岩层移动形态
图1.4 倾斜矿层开采岩层移动形态
（1）水平或缓倾斜矿层条件下的岩层移动形态（图1.3），自重分力导致沿层面滑动的主要条件为： '；式中 —矿层的倾角； —岩层中最软弱层面上的磨擦角。
（2）倾斜矿层条件下的岩层移动形态（图1.4），沿层面方向的相对移动，条件是：'；在采空区上山方向的岩层和地表移动范围扩大。
图1.5 急倾斜条件下岩层的下盘移动 OAB
图1.6 急倾斜矿层开采时岩层以悬臂梁形式移动
（3）急倾斜矿层条件下的岩层移动形态（图1.5）矿层下盘（底板）发生移动，其发生的条件可近视的用下式计算：245。 式中 —岩石的内摩擦角。
沉积岩=26～36。矿层倾角为50～60时矿层下盘才产生移动。矿层下盘岩层的上部移动是沿层面的移动，而下部是沿245的角度移动。这种移动范围的大小煤岩倾角矿层底板各岩层的强度
1.3 地表移动破坏规律
1.3.1 地表移动破坏类型
从时间和空间概念出发，地表移动变形分为连续移动变形和非连续移动变形两大类型。
在缓斜、倾斜矿床开采的条件下基本判断条件：
采深与采高比 采煤方法 顶板管理方法 煤柱（岩梁）稳定性 水文地质构造 地形及煤层倾角
40～80 长壁式、短壁式、条带式 全部垮落法、充填法、煤柱支撑 计算 断层、褶曲、含水层 急倾斜、山区、沟壑
1.3.2 地表移动盆地的形成及其特征
1）地表移动盆地的形成
（1） 启动距——（1/2—1/4）H0,地表开始移动。
（2） 主断面——与开采边界方向垂直，并通过地表最大下沉值的垂直剖面。
在主断面上地表移动盆地的范围最大，移动最充分，移动量最大。根据采动对地表影响的程度，可将地表下沉盆地划分为三种类型
a) 非充分采动下沉盆地(Subcritical subsidence basin)。 当地表任意点的下沉值小于该地质、采矿条件下的最大下沉值wmax时，称之谓非充分采动下沉盆地。
b) 充分采动下沉盆地(Critical subsidence basin)。 当地表下沉盆地主断面上某一点的下沉值达到了该地质、采矿条件下的最大下沉值wmax时，即称为充分采动下沉盆地。
c) 超充分采动下沉盆地(Supercritical subsidence basin)。 当地表最大下沉点的下沉值不再随开采范围的增加而增加，并形成一个平底下沉盆地，即超充分采动下沉盆地。 （3） 动态移动盆地(Dynamic subsidence basin)
（4） 稳态移动盆地(Final subsidence basin)
①采空区的长度和宽度均达到1.2～1.4H0；②两个方向尺寸影响。
引入充分采动的概念，主要目的是研究地表移动盆地的性质。充分采动的范围用充分采动角（）(Angle of full subsidence)确定。 指充分采动下沉盆地平底的边缘在地表水平线的投影点与开采边界线和矿层间的夹角，下山1、上山2、走向3。
地表移动盆地的范围远大于对应的采空区范围，它的形状取决于采空区形状和矿层倾角。在移动盆地内，各部位的移动和变形性质及大小不尽相同。在水平矿床开采、地表平坦并无大的地质构造条件下，最终形成的稳态地表移动盆地可划分为三个区域（图1.9）：
a) a) 中性区 在该区域内地表下沉均匀，达到最大值wmax，其它移动变形值（地表水平移动值 (u)，倾斜值（i），水平变形值（），曲率值（K））近视等于零，一般不出现明显的裂缝。
b) b) 压缩区 该区域内地表下沉值不等，各点向盆地中心方向移动，呈凹形，产生压缩变形，一般不出现裂缝。
c) c) 拉伸区 在这个区域内，地表下沉不均匀，各点向盆地中心方向移动，呈凸形，产生拉伸变形。当拉伸变形超过一定值时，地表产生拉伸裂缝。
3）地表下沉盆地范围
（1）边界角(Angle of draw) 边界角用来确定下沉影响范围及边界。下沉值为10mm的点作为下沉盆地的边界。并将开采达到或接近充分采动时的移动盆地主断面上的盆地边界点和采空区边界点的连线，与水平线在采空区外侧的夹角称为边界角。0、0、0依次表示下山、上山方向和走向的边界角，急倾斜矿层底板边界角用0表示。
（2）移动角(Angle of critical deformation) 地表的移动和变形会引起地面建筑物的破坏，将刚刚对地表建筑物产生影响的变形值称为临界变形值，它们的大小为：
mmmi/3 mmm/2 mK/102.03
在达到或接近充分采动时的移动盆地主断面上，临界变形点和采空区边界点的连线与水平线之间在采空区外侧的夹角称为移动角。移动角又分为表土移动角和基岩移动角。表土移动角以表示，下山、上山和走向方向的移动角分别以、和表示，急倾斜矿层底板移动角以表示。
（3）裂缝角(Angle of break) 为了确定地面产生裂缝的范围，可以利用裂缝角。其定义为在达到或接近充分采动时的情况下，采空区上方地表最外侧的裂缝位置和采空区边界点的连线与水平线之间在采空区外侧的夹角称为裂缝角。下山、上山方向和走向裂缝角分别以、和表示，急倾斜矿层底板裂缝角由表示。
（4）最大下沉角(Subsidence limit angle )为了确定最大下沉点所在的位置，可以利用最大下沉角。其定义为在移动盆地的倾斜主断面上，采空区的中点与地表最大下沉点或下沉盆地平底的中点的连线与水平线之间在矿层下山方向的夹角称为最大下沉角（）（图1.12）。 1.3.3 地表移动盆地内移动和变形分析
1）点的移动分析
图1.13展示了地表某点从T1到T2时刻的相对位置，可以将点的移动分为0v在x,y,z方向上的分量: u, v, w，其相互关系为：
22max0wuv；22maxyxuuu；
描述地表移动盆地内移动和变形的指标是：下沉（Subsidence）、倾斜（Slope）、垂直曲率（Curvature）、水平移动（Displacement）、水平变形（Horizontal strain）及扭曲和剪切变形(Twisting and Shear strain)。
2）移动盆地主断面内的地表移动和变形分析
根据图1.14取2、3、4三个点为研究对象，可给出移动盆地内地表移动和变形的计算公式如下：
（1）点n的下沉值 mnnHHwn0 ， mm (1-1)
（2）点n的水平移动值 0nmnnLLu， mm (1-2)
（3）点2至点 3 间的倾斜值 3232322332lwlwwi ， mm/m (1-3)
（4）点3的曲率值 4332432433232434322)(21llilliiK，10-3/m (1-4)
（5）点2至点3间的水平变形值 3232322332luluu，mm/m (1-5)
上式中 Hn-0、Hn-m—分别表示地表n点在首次和m次观测时的高程；
Ln-0、Ln-m—分别表示首次观测和m次观测时地表n点至观测线控制点R间的水平距离；
翟镇煤矿开采沉陷地表移动变形规律分析
１２０ 童瞧ｊｉ；舛＿技 ２０１２年第３期
翟镇煤矿开采沉陷地表移动变形规律分析
陈英，阎卫玺
（新汶矿业集团地质测量处，山东新泰２７１２１９）
摘要通过对新矿集团翟镇煤矿投产以来多个地表移动变形观测站的资料整理分析，总结出该矿区地表移动连续变形规律和在断层、褶曲、 煤柱影响下的非连续变形规律，对该矿区“三下”采煤及编制开采方案提供了科学合理的依据，为其它类似矿区的地表移动变形规律研究起到 借鉴和指导作用。 关键词沉陷 参数规律连续非连续 中图分类号ＴＤ３２５ ．４ 文献标识码Ｂ
１ 矿区概况
翟镇煤矿井田位于山东省泰安市新泰境内，井田
面积约１７．６ｋｍ 。矿井于１９９３年建成投产，产能１．８
Ｍｔ／年，采用立井、斜井综合开拓方式，走向长壁式开
采，冒落法管理顶板。矿井开拓水平为一４００ｍ，前组
开采２、４、６煤层，后组开采１１、１３、１５、１６煤层。地面
标高＋１５０～＋２４０ｍ，表土层厚０—１８ｍ，煤系上部有
１ １７～９５８ｍ厚红色粘土质砂岩、红色砂岩和砾岩覆盖。
井田范围内人口稠密，地表村庄及建筑物较多，镇政
府、医院、学校保护等级为Ⅱ级，其它村庄和建筑物保
护等级均为Ⅲ级。井田内断层与褶曲并存，落差大于
２０ｍ的断层１７条，均为高角度正断层，地表沉陷明显
表现出断层与褶曲影响的特征，给建筑物下压煤开采
增加了难度。
２地表移动观测站建设
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与
压煤开采规程》要求，翟镇煤矿自１９９３年投产以来先
后在一采西翼、三采区、铁路专用线、泰新公路、翟刘
路、七采区等地点设立了６处地表移动变形观测站。
其中一采西翼观测站走向为半盆地观测线，倾向为全
盆地观测线；三采区村庄观测站由于受村庄建筑和地
形影响，走向线选在村庄南侧东西路上，倾向线设在村 内南北方向街道上，北至泰新公路，南到羊村河，总长
约２０００ｍ；铁路专用线观测站沿矿自备铁路设至井田
南边界；翟刘路观测站为研究三采区重复采动、工作面
矿山开采沉陷学(知识点整理)
矿山开采沉陷学（知识点整理）
矿山开采沉陷学
矿山开采沉陷学
第一章：
1：在地下开采前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。局部矿体被采出后，在岩体内部形成一个采空区，导致周围岩体应力状态发生变化，引起应力重分布，从而使岩体产生移动变形和破坏，直至达到新的平衡。随着采矿工作的进行，这一过程不断重复。它是一个十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动和破坏过程，这一过程和现象称为岩层移动。 2：
充分采动区COD位于采空区中部上方，其移动特征是：煤层顶板在上覆岩体重力作用下，先向采空区方向弯曲，然后破碎成大小不一的岩块向下冒落而充填采空区。此后，岩层成层状向下弯曲，同时伴随有离层、裂隙、断裂等现象。成层状弯曲的岩层下沉，使冒落破碎的岩块逐渐被压实。移动结束后，此区内下沉的岩层仍平行于它的原始层位，层内各点的移动向量与煤层法线方向一致，在同一层内的移动向量彼此相等。 3：岩层移动形式
（一）弯曲，这岩层移动的主要形式。当地下开采后，从直接顶板开始沿层面法线方向弯曲，直到地表。 （二）岩层的垮落（或称冒落）。当煤层采出后，采空区附近上方岩层弯曲而产生拉伸变形。当拉伸变形超过岩层的允许抗拉强度时，岩层破碎成大小不一的岩块，冒落充填于采空区。此时，岩层不再保持其原有的层状结构。这是岩层移动过程中最剧烈的形式，通常只发生在采空区直接顶板岩层中。
（三）煤的挤出（又称片帮）。采空区边界煤层在支承压力作用下，一部分被压碎挤向采空区，这种现象称为片帮。由于增压区的存在，煤层顶底板岩层在支承压力作用下产生竖向压缩，从而使采空区边界以外的上覆岩岩层和地表产生移动。
（四）岩石沿层面的滑移。在开采倾斜煤层时，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会产生沿层面方向的移动。岩层倾角越大，岩层沿层面滑移越明显。沿层面滑移的结果，使采空区上山方向的部分岩层受拉伸，甚至剪断，而下山方向的部分岩层受压缩。
煤矿开采损害与保护
吃水不忘挖井人
版权所有 翻版必究 1 1岩层移动：当部分煤层被采出后，在岩体内部形成一个采空区，其周围岩体应力平衡受到破坏，引起应力的重新分布，从而使岩体产生移动、变形和破坏。直到达到新的平衡的过程和现象。2岩层移动和破坏的形式：弯曲、垮落、煤的挤出、岩石沿层面的滑移、岩石的下滑、底板的隆起3 “三带”：垮落带、断裂带、弯曲带（导水断裂带高度与岩性有关）4地表移动盆地：当地下工作面开采达到一定距离后（相当于采深的1/4~1/2时），开采影响到地表，受到采动影响的地表从原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成一个比采空区大得多的沉陷区域，称为地表移动盆地，或下沉盆地。5地表移动盆地的类型：（1）非充分采动下沉盆地、（2）充分采动下沉盆地、（3）超充分采动下沉盆地 6充分采动角Ψ：指在充分采动条件下，在地表地表移动盆地的主断面上，移动盆地平底的边缘在地表水平线上的投影点和同侧采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。7最大下沉角θ：最大下沉角就是在倾斜主断面上，由采空区的中点和移动 盆地最大下沉点在基岩上投影点的连线与水平线之间沿煤层下山方向一侧的夹角，常用θ表示。实测资料表明，最大下沉角θ与覆岩岩性和煤层倾角α有关，在倾斜或缓倾斜煤层条件下（α＜60°~70°）,θ值随煤层倾角增大而减小。一般表示为：θ=90°-kα式中 k—与岩性有关的系数；α—煤层倾角。
8地表移动盆地的三个区域及特点：（1）移动盆地的中间区域（地表下沉均匀，达到最大下沉值，不出现明显裂缝）、（2）移动盆地的内边缘区（地表下沉值不等，地面移动向盆地的中心方向倾斜，呈凹形，产生压缩变形，不出现裂缝）、（3）移动盆地的外边缘区（地表下沉不均匀，地面移动向盆地的中心方向倾斜，呈凸形，产生拉伸变形，超过一定数值产生拉伸裂缝）9地表移动盆地边界划分：（1）移动盆地的最外边界（是以地表移动变形为零的盆地边界点所圈定的边界，一般取下沉10mm的点为边界点）（2）移动盆地的危险移动边界（以临界变形值确定的边界，范围内建筑物产生明显损害）移动盆地的裂缝边界（根据移动盆地最外侧的裂缝固定的边界）。10地表移动盆地边界的角量参数：边界角、移动角、裂缝角、松散层移动角。（松散层就是有空隙，无裂缝，易损水的介质层）a、边界角 在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上盆地边界点（下沉为10mm）至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角成为边界角。b、移动角 在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上三个临界变形中最外边的一个临界变形值点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为移动角。c、裂缝角 在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上，移动盆地最外侧的地表裂缝至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为裂缝角
(完整word版)《矿山开采沉陷学》复习题
- 1 - 《矿山开采沉陷学》复习题
一、名词解释
1.地表移动盆地主断面：地表移动盆地内通过最大下沉点（或者说移动盆地的中心）所作的沿煤层走向的垂直断面。（P35）
2.临界开采面积： 地表到充分采动时的采空区面积。
3.防砂安全煤岩柱：在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之间为防止流砂溃入井下而保留的煤和岩层块段。（P321）
4.垮落带（冒落带）：用全部垮落法管理顶板时，回采工作面放顶后引起煤层直接顶板岩层产生破坏的范围。（P26）
5.移动角：在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上三个临界变形值中最外边的一个临界变形值点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。（P43）
6.地表移动起动距：地表开始移动时工作面的推进距离。（P85）
7.半无限开采：工作面煤壁一侧的煤层未被采动，而另一侧的煤层全部采空的开采情况。
8. 超前影响角：将工作面前方地表开始移动（即下沉10mm）的点与当时工作面的连续，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角。（P85）
二、填空题
三、简答题
1.什么是开采沉陷预计，其目的是什么？（P116）
（1）对一个计划进行的开采，在开采进行以前，根据其地质采矿条件和选用的预计函数、参数，预先计算出受此开采影响的岩层和（或）地表的移动和变形工作，称为开采沉陷预计。（2）开采沉陷预计对开采沉陷理论的研究和生产实践都有重要意义。①在理论研究生的作用在于，利用预计的结果可以定量地研究受开采影响的岩层与地表移动在时间上和空间上的分布规律。②对指导建筑物下、铁路下、水体下的开采实践具有重要的作用。
2.岩层移动稳定后，覆岩采入影响分为哪几个带？各影响带的主要特征是什么？（P25—P27）
（1）冒落带：①随着煤层的开采，其直接顶板在自重力的作用下，发生法向弯曲，当岩层内部的拉应力超过岩石的抗拉强度时，便产生断裂、破碎成块而垮落，冒落岩块大小不一，无规则地堆积在采空区内；②冒落岩石具有一定的碎胀性， 冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、砂、泥土通过。冒落岩石的体积大于冒落前的原岩体积；③冒落岩石具有可压缩性；④冒落带的高度主要取决于采出厚度和上覆岩石的碎胀系数，通常为采出厚度的3~5倍。实践中可用下式近似估算冒落带高度：h=m/[(k-1)cosα]。
矿山开采沉陷学(名词解释)
矿山开采沉陷学：研究煤矿地下开采引起的岩层与地表移动规律、移动变形控制方法及相关问题的科学。它是一个工程技术研究领域，也是矿山测量、采矿工程学科的专业方向之一。
开采沉陷：矿层地下开采引起的岩层移动、松散层移动、地表移动现象和过程。
岩层移动：地下有用矿物被采出以后，开采区域周围岩体原有的应力平衡状态受到破坏，使岩体产生变形、位移和破坏的现象和过程。
地表移动：当开采的面积达到一定范围之后，岩层的移动和变形将发展到地表，引起地表的移动、变形和塌陷的现象和过程。
岩层移动六种形式：弯曲、煤的挤出(片帮)、垮落(冒落)、底板岩层的隆起、岩石沿层面的滑移、垮落岩石的下滑。
弯曲：岩层沿层面法向一次向采空区方向的弯曲。
煤的挤出(片帮）：煤壁在支承压力作用下压碎向采空区突出的现象。
岩层的垮落(冒落)：顶板岩层受上覆岩层压力弯曲而拉伸破坏，从岩体中垮落。
底板岩层的隆起：在煤层采出后，底板在垂直方向减压，水平方向受压，导致底板向采空区方向隆起。
岩石沿层面的滑移：倾斜煤层时，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会产生沿层面下坡方向的移动。
垮落岩石的下滑：倾斜煤层时，采空区上部垮落的岩石下滑充填下方采空区。
岩层移动分区：充分采动区、最大弯曲区、岩石压缩区、垮落带、断裂带（裂隙带）、弯曲带、底板采动导水破坏带、底板阻水带、承压水导升带。
地表移动的四种形式：下沉盆地、裂缝与台阶、塌陷坑、采动滑移或滑坡。
下沉盆地：受影响地表从原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成一个比采空区范围大得多的沉陷区域，也称“地表下沉盆地”。
裂缝与台阶：地表产生的延伸性裂缝，裂缝两侧地表有时还会有一定的落差而形成台阶。
塌陷坑：边缘较陡、塌陷深度大的漏斗状或沟槽状塌陷坑。常发生在浅部开采急倾斜煤层或特厚煤层时。
采动滑移或滑坡：采动滑移是指地下开采引起的山区地表附加移动；采动滑坡是指地下开采引起的坡体整体性大面积滑动或坍塌。
煤矿开采地表沉降与岩石移动规律的观测研究
煤矿开采地表沉降与岩石移动规律的观测研究
发布时间：2022-07-24T05:54:30.781Z 来源：《工程管理前沿》2022年第3月5期 作者： 陈 亮
[导读] 本文从煤矿开采对地表移动的观测、对岩层移动钻孔的观测
陈 亮
（淮北矿业股份有限公司临涣煤矿，安徽淮北 235136）
摘 要：本文从煤矿开采对地表移动的观测、对岩层移动钻孔的观测、地表和岩层变形预计参数的确定，以及综合观测运用实例等几方面的分析，进而可确定开采工作面地面沉陷量和岩移的规律等参数。又可进一步为本矿开采地面塌陷沉降和岩石移动规律提供参考数据，
并为全面合理、安全开采和地面沉陷建筑物保护奠定基础。
关键词：煤矿开采；地表沉陷；岩层移动；观测研究
引言：煤矿开采期间，由于挖掘与采出破坏了周围岩体内部的原始应力平衡，致使岩层产生移动、变形和破坏。随着大面积的不断开采，进而造成地表出现沉陷。为实时测量沉陷情况，可在回采工作面上建立地表岩层移动观测站，通过收集实测所得的各类数据，根据原
有的矿井地质资料再经科学系统的研究分析，进而可以确定岩层与地表变形的预计参数，以便为地面建筑物的保护和井下生产提供可靠的
技术数据。
1.对地表移动的观测
对于地表移动的观测，可以先设置观测站，再开展观测工作与资料的整理。①设置地表观测站：这分三种：回采单一工作面、回采多个工作面和网状观测站。②观测工作：在观测站设置10d后，就可开展具体观测工作。一是连接观测。根据地面控制网和观测站具体位置情
况，并按照《规程》对近井点的测量要求，可用敷设经纬仪导线的方法进行。测定观测线一个控制点的平面坐标与高程，其余的控制点则
按5s导线侧角方法侧角和观测线边长丈量的结果求得。二是全面测量。内容有各测点的水准测量、测点间距离的丈量和测点偏离观测线的
支距测量。在测量过程中，要进行多次的全面测量，间隔时间可参照下式计算得出。另外，要在地表移动前和稳定后分别进行两次全面测
量。三是巡视测量。为确定地表移动与稳定的时间，要进行局部水准测量。③整理观测资料：在野外的观测记录要及时地检查和整理，对
部分充填采煤法工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律研究
煤炭与化工
Coal and Chemical Industry第44卷第10期
2021年10月Vol.44 No. 10
Oct. 2021
采矿与井巷工程
部分充填采煤法工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律研究
冀宇鑫，李鹤鹤，宋高峰
(:!匕方工业大学土木工程学院，北京100144)
摘要：为了研究部分充填开采下工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律，本文以新桥矿为工
程背景，拟通过PHASE 2D有限元软件建立相应的数值模型，研究了支承压力分布规律、工 作面前方煤体塑性区发展规律、工作面顶板下沉量和覆岩移动规律。研究结果表明：工作面
前方支承压力先增大再减小，最后趋于稳定，应力集中系数峰值为1.8；工作面前方煤壁破坏
范围随工作面推进逐渐增大，并最终稳定在2m；工作面煤体前方直接顶的下沉量较小，而工
作面煤壁后方直接顶的下沉量较大，直接顶下沉量最大为22 mm左右；覆岩垂直位移随工作
面推进距离增大而增大，最大垂直位移为66 mm左右。关键词：部分充填；塑性区；支承压力；覆岩移动；数值模拟
中图分类号：TD325 文献标识码：B 文章编号：2095-5979 ( 2021) 10-0028-03
Study on failure characteristics of coal body and overburden
movement of partial filling mining face
Ji Yuxin, Li Hehe, Song Gaofeng
(School of Civil Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China)Abstract: To study the coal failure characteristics and strata movement under partial backfill mining, a numerical model is developed using the PHASE 2D finite element software based on the geological conditions of a coal mine. The abutment pressure distribution ahead of the face, the development of failure zone on longwall face, deflection of the immediate roof and the overburden movement are analyzed in this paper. The results show that: prior to the decline in the abutment pressure, it increases first. The abutment stress decreases to the stabilized level at last. The maximum abutment pressure coefficient reaches 1.8; the failure zone of the face increases with the advance of the longwall face, and stabilizes at around 2 m; lhe deflection of the immediate roof is small ahead of lhe face, and is relatively large behind lhe face. The maximum deflection is about 22 mm in the open face area; the vertical displacement of the strata increases with the face advance and maximizes at 66 mm.Key words: partial backfill; plastic zone; abutment pressure; overburden movement; numerical simulation
开采损害学
开采损害学
第一章
1. 下沉盆地：地下矿物开采后，采出空间周围的岩层失去支撑而向采空区内逐渐移动、弯曲和破坏。这一过程随着开采工作面的不断推进，逐渐地从采场向外、向上（顶板）扩展，直至波及地表，引起地表下沉，形成所谓的下沉盆地，
2. 覆岩破坏特征划分为：垮落带、裂隙带、弯曲下沉带，被称为“三带”
3. 只要采深达到一定深度（采深与采高之比H（埋深）/m（采高）>40），覆岩的破坏和移动就会自下而上出现三个代表性部分（就是三带）
4. 覆岩移动状态可划分为5个区：
1） 垂直下移区 2）垂直上移区3）垂直与水平移动区4）底板下移区5）开采支撑压力区
5. 采动上覆岩层移动破坏的形式可概括为六种：弯曲、垮落、煤的挤出（片帮）、岩石延层面滑移、垮落岩石的下滑（或滚动）、底板岩层隆起
6. 地表移动破坏规律：地下开采引起的地表移动和变形大小、空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。从时间和空间的概念出发，一般将地表移动变形分为连续移动变形和非连续移动变形两类
7. 地表连续移动变形：采动在地表的反映为连续的下沉盆地。
8. 地表非连续移动变形：开采后在地表出现大的裂缝、台阶下沉、塌陷坑及漏斗等形式的破坏。
9. 实践观测表明，通常在采空区的长度和宽度均达到1.2H0~1.4H0的时候，地表可达到充分采动。因而，开采工作面沿一个方向（走向或倾向）达到临界开采尺寸；而另一个方向未达到临界开采尺寸；而另一个方向未达到临界开采尺寸，这种情况也属于非充分采动。
10. 充分采动的范围用充分采动角Ψ来确定。Ψ指充分采动下沉盆地主断面上平底的边缘点与开采边界线和矿层间的夹角。
11. 地表下沉盆地范围可用各种角度参数来确定：（1）边界角（2）移动角（3）裂缝角（4）最大下沉角
开采达到或接近充分采动时，将移动盆地主断面上的盆地边界点和采空区边界点的连线与在采空区外侧水平线的夹角称为边界角。
在达到或接近充分采动时的移动盆地主断面上，临界变形点和采空区边界点的连线与水平线在采空区外侧的夹角称为移动角。移动角又分为表土移动角和基岩移动角，表土移动角以φ表示;下山、上山和走向方向的移动角分别以β、γ和δ 表示,急倾斜矿层底板移动角以λ表示
矿山压力及岩层控制之7.采场岩层移动与控制
2016/12/9
1矿山压力与岩层控制——采场岩层移动与控制主讲：李成伟采场岩层移动与控制2016/12/9
2CONTENTS第七章岩层移动引起的采动损害概述1岩层控制的关键层理论2上覆岩层移动规律3工作面底板破坏与突水4岩层移动控制技术5一、岩层移动引起的采动损害概述我国煤矿90%以上是井工垮落法开采。垮落法采煤，开采以后必然引起岩体向采空区移动，将造成采动损害及相关问题，主要表现为：（1）形成矿山压力显现，引起采场和巷道围岩变形、垮落和来压，需对采取支护措施维护采场与巷道的生产安全。（2）形成采动裂隙，引起周围煤岩体中的水和瓦斯的流动，导致井下瓦斯与突水事故，需要对此进行控制和利用。1.煤层开采产生的相关问题2016/12/9
3（3）岩层移动发展到地表引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏，当地面潜水位较高时，地表沉陷盆地内大量积水，农田无法耕种村庄被迫搬迁，引发一系列环境、经济和社会问题。（4）由于开采对围岩的破坏，为了保护矿井生产安全，需要留设大量的煤柱，我国煤炭采出率低。一、岩层移动引起的采动损害概述2.煤矿绿色开采理念2016年3月，国家发改委、国家能源局联合印发2016-2030能源技术革命创新行动计划；在煤炭无害化开采技术创新方面提出绿色开发与生态矿山建设，重点在绿色高效充填开采、绿色高效分选、采动损伤监测与控制、采动塌陷区治理与利用、保水开采、矿井水综合利用及深度净化处理、生态环境治理等方面开展研发与攻关。一、岩层移动引起的采动损害概述2016/12/9
4煤炭开采岩层移动排 放 水地表塌陷土地与建筑物损害瓦斯事故排放瓦斯污染环境地下水资源流失与突水事故煤与瓦斯共 采保水开采充填开采排放矸石煤巷支护矸石井下处 理煤炭地下气 化占用农田污染环境绿色开采“高效安全、高采出率、环境协调”绿色开采技术体系膏体材料充填超高水材料充填矸石干式充填一、岩层移动引起的采动损害概述瓦斯抽采与利用被保护层组保护层地面钻井071421283504080120160200时间/d抽采量/m3/min020406080100抽采浓度/%抽采瓦斯量抽采瓦斯浓度远距离保护层开采（100～110m）地面钻井抽采法一、岩层移动引起的采动损害概述2016/12/9
煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用
煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用
煤矿地表移动与覆岩破坏是煤矿开采过程中不可避免的问题，对煤矿生产和安全造成了很大的影响。因此，研究煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用具有重要的理论和实践意义。
一、煤矿地表移动规律
煤矿地表移动是指在煤矿开采过程中，由于煤层采空引起的地表下沉和变形。煤矿地表移动的规律主要受到以下因素的影响：
1. 煤层厚度和倾角：煤层厚度和倾角越大，地表移动越明显。
2. 采煤方法：不同的采煤方法对地表移动的影响也不同。如采用长壁采煤法，地表移动范围较大；采用短壁采煤法，地表移动范围较小。
3. 采煤深度：采煤深度越深，地表移动越大。
4. 煤层岩性：煤层岩性越硬，地表移动越小。
二、煤矿覆岩破坏规律
煤矿覆岩破坏是指在煤矿开采过程中，由于煤层采空引起的覆岩破坏。煤矿覆岩破坏的规律主要受到以下因素的影响：
1. 覆岩厚度和倾角：覆岩厚度和倾角越大，覆岩破坏越明显。
2. 采煤方法：不同的采煤方法对覆岩破坏的影响也不同。如采用长壁采煤法，覆岩破坏范围较大；采用短壁采煤法，覆岩破坏范围较小。
3. 采煤深度：采煤深度越深，覆岩破坏越大。
4. 覆岩岩性：覆岩岩性越软，覆岩破坏越大。
三、煤矿地表移动与覆岩破坏的应用
煤矿地表移动与覆岩破坏的研究不仅有助于了解煤矿开采过程中的地质灾害，还可以为煤矿生产提供科学依据。具体应用如下：
1. 煤矿规划：在煤矿规划中，需要考虑地表移动和覆岩破坏的影响，以避免对周围环境造成不良影响。
2. 煤矿安全：煤矿地表移动和覆岩破坏会对煤矿安全造成威胁，因此需要采取相应的安全措施。
3. 煤矿开采：在煤矿开采过程中，需要根据地表移动和覆岩破坏的规律，选择合适的采煤方法和采煤深度，以减少地质灾害的发生。
总之，煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用是煤矿开采过程中的重要问题，需要加强研究，以保障煤矿生产和安全。