w1 w2
w3 w4
w5
H
(0.25～0.5)H
12
3
4
5
4
二、岩层移动和变形分区
K Ⅲ
M Ⅱ
3
1
o
N
Ⅱ′
3
Ⅰ
L
Ⅲ′
2
β0
ψ1
G Ⅳ CV
3
4 Ⅵ
E
2
ψ2
γ0
V′D Ⅳ′ H
3
F
Ⅰ—充分采动区；Ⅱ—最大弯曲区； Ⅲ顶板压缩区； Ⅳ底板压缩区；Ⅴ不均匀隆起区；Ⅵ均匀隆起区 5
岩层移动和变形分区
Ⅰ—充分采动区
Ⅰ-垮落带； Ⅱ -断裂带；Ⅲ-弯曲带
8
（1）垮落带
垮落带:由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空 区垮落的岩层带称为垮落带。 垮落带岩层的破坏特点及其判别： ①愈是靠近煤层的直接顶岩层，其垮落后愈 是破碎和紊乱。分两类: 不规则垮落带，呈杂乱堆积。 规则垮落带，岩块堆积排列较整齐 ②碎胀性：1.3 1.5,体积增大 导水：水、水砂和泥浆容易通过
2
一、关键层理论的基本概念
传统研究（三个方面）
● 采场矿压——老顶结构模型（力学模型） ● 岩层内部移动——三带论（统计加模型） ● 地表沉陷——数理统计 ● 关键层理论思想——采动覆岩为统一的研究整体
3
随着工作面推进，地表的影响范围不 断扩大，下沉值不断增加，在地表形 成一个比开采范围大的下沉盆地。
19
煤层倾角对两带的影响
垮落岩块随倾角加大在采空区发生运动。 采空区垮落的岩块有三种状态： 倾角小于35时，岩块就地堆积。同一采 区内，各个部位的垮落带和断裂带上边界 离煤层的高度基本上相等 倾角35 54时，垮落岩块下滑。 倾角大于54时，岩块下滚，下部垮落的 发展很小，上部发展很高
20
采高及厚煤层分层次数对两带的影响
9
（1）垮落带
垮落带内岩块之间的间隙随着时间延续和采动程 度加大，在一定程度上可得到压实，压实后的 碎胀系数仍然要大于1。
③高度 :通常为采出高度的3～5倍，取决于采 出厚度、上覆岩层的岩性、碎胀系数和煤层倾 角，可由下式计算：
Hk
M
(k 1)cos
10
3
（2）断裂带
曾称：裂隙带。 断裂带特点： ①各分层岩层弯曲，整体断裂，大 致垂直于层面的裂隙； ②各岩层之间离层 ③断裂带中的岩层一般情况下能够 导水 ，又称导水断裂带
充填法：无垮落带，断裂带高度也明显降低 煤柱支撑法：两带高度介于之间
23
垮落带高度的计算公式
（倾角为035及3654） 单一煤层的垮落带最大高度
覆岩为极坚硬岩层公式
Hk
(k
M
1)cos
覆岩为坚硬、中硬、软 弱岩层或其互层公式
Hk
Mw(k1)cos Nhomakorabeaw —垮落过程中顶板下沉值
24
垮落带高度公式
（倾角为035及3654，厚煤层分层开采）
12
3
12
不出现三带的可能性
浅部无弯曲下沉带 p1-2 充填开采无垮落带
13
三带的空间轮廓形状
（1）0 35
垮落带
开采期间，垮落带的高度 基本上是相同
开采完毕，中间较低，两 端较高的枕形轮廓
断裂带
两端边界超出，呈马鞍形， 最高点位于采空区斜上 方。
li
m
H H
(a)
14
15
m li
H H
（２）36 54
Ⅱ—最大弯曲区：岩层向下弯曲的程度最大
Ⅲ顶板压缩区
Ⅳ底板压缩区
支承压力引起沿垂直方向压缩
工作面区域以外地层下沉
Ⅴ不均匀隆起区 底鼓 应力降低
Ⅵ均匀隆起区
水平挤压
6
煤体下方 （高应力压缩）
KH h
h
h— 侧向水平应力 示例
采空区下方 低应力
≤H
h
h
底板
7
采场覆岩移动的“横三区”与“竖三带”
A-煤壁支撑影响区；B-离层区；C-重新压实区
一次采全高或分层初次开采时，两带高度与 采高呈近似直线关系
分层或近距离煤层群重复开采，两带高度随 分层次数增加而递减
21
采空区范围对两带的影响
采空区范围决定了开采充分程度，当采 空区范围足够大时，垮落带和断裂带得 到充分发展，反之两带的高度发展将受 到限制。
22
采空区处理方法对两带的影响
全部垮落法：上覆岩层破坏发展最充分，弯 曲、离层、断裂、垮落，达到一定高度
1 开采引起的岩层与地表移动
1-1 开采引起的岩层移动 1-2 开采引起的地表移动 1-3 地表移动变形参数的影响因素 1-4 地表移动变形预计
1
1-1 开采引起的岩层移动
煤层开采后， ✓岩层移动是如何由下往上发展直至
地表的？ ✓岩 层 移 动 过 程 中 内 部 岩 体 的 应 力 、
裂隙、位移是如何分布的？
17
三、垮落带与断裂带的高度
垮落带与断裂带的高度 （1）主要影响因素 顶板岩性 煤层倾角 采高及厚煤层分层次数 采空区范围 采空区处理方法
18
顶板岩性对两带的影响
顶板坚硬，岩层垮落后块度大，碎胀系数 也大。基本顶由于坚硬而下沉缓慢，下沉 量小，使垮落过程充分发展，垮落带和断 裂带高度较大，两带高度之和可达到开采 厚度的18 28倍。 顶板松软破碎时，由于顶板稳定性差，采 空区回柱放顶或移架后能迅速被垮落岩块 填满，垮落过程不能充分发展，两带高度 均较低，一般为采厚的9 12倍。
Hm4.7 10M 0M 192.2
Hm6.2 10 M 0M 321.5 Hm7.0 10 M 0M 631.2
25
导水断裂带高度计算公式
垮落带 上部岩块下滑或滚动 上部继续离层、断裂、 破碎和垮落， 下部垮落带高度较小。
断裂带
上大下小，上部的轮廓大致呈抛物(b线) ，与采空 区边界齐或略偏外。
16
m li
H H
（3）=5590
岩块滚动下滑，迅速充填 下部 上部：边界煤柱片帮、碎 裂、抽冒， 垮落带和断裂带上边缘急 剧向上发展，大大超出上 边界 垮落带、断裂带呈耳形或 上大下小的不对称拱形
④厚煤层第一分层以后的分层开采时，断裂带高p1-2度上升，但 上升的幅度较初次采动大为减小
11
2
1
3
12
（3）弯曲带
断裂带之上至地表 又称：弯曲下沉带或整体 移动带
特点：保持整体性和层状结构，不存在或p1-极2 少存 在离层裂隙。 隔水，岩性较软时，隔水性能更好。
采深较大，弯曲带的高度可能大大超过垮落带和断 裂带高度之和
覆岩岩性（单向抗压强度及主要 岩石名称）
坚硬(4080 MPa，石英砂岩、石 灰岩、砂质页岩、砾岩)
中硬(2040 MPa，砂岩、泥质灰 岩、砂质页岩、页岩)
软弱(1020 MPa、泥岩，泥质砂 岩
极软弱(10 MPa，铝土岩、风化 泥岩，粘土，砂质粘土)
计算公式(m)
Hk 2.11 0 M 0M 162.5