柴里矿301工作面地表裂缝实测图
开采急倾斜煤层时地表移动特征
3. 塌陷坑
煤层开采时（尤其是急倾斜），煤层露头 处附近地表呈现出严重的非连续性破坏，往 往会出现漏斗状塌陷坑，北票矿区地表塌陷 漏斗如图。
地表塌陷漏斗
在缓倾斜或中倾斜煤层浅部开采条件下，地 表出现非连续性破坏时，也可能出现塌陷坑。 鹤岗富力矿浅部开采引起的地表漏斗状塌陷 坑如图。
垮落带及断裂带高度计算
• 1、影响因素：顶板岩性、煤层倾角、采厚、 采煤方法、采空区尺寸、采空区处理 • 2、统计回归公式（重点） • 3、其他方法（类比、实测） • 4、近距离煤层
垮落带高度 （P7）
• a.若煤层顶板覆岩内有极坚硬岩层，开采后能形成悬 顶，垮落带最大高度Hk按（1-1）式计算。
图1-17 近水平煤层非充分采动时的地表移动盆地示意图
图1-15 槽形盆地示意图
3. 地表移动盆地特征
• 为了研究方便，常选取地表移动盆地主断 面进行研究，主断面是指通过盆地内最大下沉 点沿煤层倾向或走向的垂直剖面，地表移动盆 地在主断面内表现为通过最大下沉点的地表下 沉曲线。主断面具有以下特点：（1）主断面上 地表移动盆地范围最大；（2）主断面上地表移 动值最大。 • 地表移动盆地的范围总是比采空区的面积 大，它的形状取决于采空区的形状及煤层倾角 大小。当采空区为长方形时，移动盆地大致呈 椭圆形，它与采空区的相对位置取决于煤层倾
• 式中Mz—上下煤层综合开采厚度，m； M2—下煤层厚度， m； M1—上煤层厚度，m； h—上下煤层层间距，m； y2—下煤层的垮落带高度与采厚之比。 • 当上下煤层的层间距很小时，综合开采厚度取上下煤层厚 度之和，即 M Z M 1 M 2 （1-4） • 求出综合开采厚度后，可按单一煤层开采的条件计算垮落 带和断裂带的高度。
3、弯曲带
• 岩移理论——可预测性 • 不导水 • 可利用离层带（bed separation zone）— —注浆充填覆岩离层带 • 事实上：地表移动体积远小于开采煤层体 积：离层吸收是重要的原因。 （一般1：0.4～0.6）
三带的空间形态
倾角关系密切（P5）
图1-3 垮落带、断裂带和弯曲带的空间形态 （a）0°≤α≤35°煤层；（b）36°≤α≤54°煤层； （c）55°≤α≤90°煤层
MZ M2 M1 y 2
现场观测
• 由于经验公式计算存在一定的误差，所以 可根据实际条件现场观测获得。
三、岩层或煤层的抽冒与切冒
• 在一些特殊条件下，开采空间附近的岩层或 煤层可能出现抽冒或切冒现象。 • 抽冒指的是在浅部厚煤层、急倾斜煤层及断 层破碎带和基岩风化带附近采煤或掘巷时， 顶板岩层或煤层本身在较小范围内垮落超过 正常高度的现象。 • 切冒指的是当厚层极硬岩层下方采空区达到 一定面积后发生直达地表的岩层一次性突然 垮落和地表塌陷的现象。
•
习惯上，把地表移动盆地内只有一个点 的下沉值达到最大下沉值的采动情况，称 为刚达到充分采动。此时的开采称为临界 开采，地表移动盆地呈碗形（图1-13）。 地表有多个点的下沉值达到最大下沉值的 采动状态称为超充分采动。此时的开采为 超临界开采，地表移动盆地呈盘形（图114）。图1-14中1表示移动盆地平底以外的 部分，3表示采空区上方的下沉曲线范围， 4表示煤体上方的下沉曲线范围，2表示移 动盆地的平底部分。
• 图1-4 近距离煤层垮落带和断裂带高度计 算 • (a)层间距大于下位煤层开采形成的垮落带高度；(b)层间距
小于下位煤层开采形成的垮落带高度
• b.上下两层煤的最小层间距小于下煤层开采形成的垮落带 高度 • 如图1-4(b)所示，上下煤层的层间距h小于下位煤层开采形 成的垮落带高度Hk时，上煤层的断裂带最大高度按该层的 厚度计算，下煤层的断裂带最大高度按上下两煤层的综合 开采厚度计算，取其中标高最高者作为两层煤的断裂带最 大高度。上下煤层的综合开采厚度可按（1-3）式计算。 h • （1-3）
注：h——区段或分段垂高，m；M——煤层法线厚度，m。
近距离煤层(P8)
•
当上下煤层距离较近时，上下煤层开采形成的垮 落带和断裂带范围可能重叠一部分，重叠的范围和 程度取决于上下煤层的层间距。 • a．上下两层煤的最小层间距大于下煤层开采形 成的垮落带高度 • 如图1-4(a)所示，上下两层煤的层间距h较小，但还 大于下煤层开采形成的垮落带高度Hk，上下煤层的 垮落带高度不重合，而断裂带高度可能重合，上下 煤层的断裂带最大高度可按近距离上下煤层的厚度 分别计算，取其中标高值最高者作为两层煤的断裂 带最大高度；上下煤层的垮落带高度则取上煤层的 垮落带高度。
二、垮落带、断裂带和弯曲带
图1-2 上覆岩层移动分带示意图 Ⅰ—垮落带；Ⅱ—断裂带；Ⅲ—弯曲带
三带
• 垮落带 • 断裂带 • 弯曲带
层状岩层移动——弯曲→离层→断裂→垮落
1、垮落带（直接顶、基本顶）
• 特点：导水、导砂、导气（瓦斯） 防砂煤岩柱留设 高瓦斯聚积通道和场所
2、断裂带
• 导水性——防水煤岩柱留设 • 导气性——高位瓦斯抽放层位 高度计算：非线性
②急倾斜煤层（55°～90°）
煤层顶板为坚硬、中硬、软弱岩层，用垮落法开采时 的垮落带及导水断裂带高度，可选用表1-4中的公式计算。
表1-4 急倾斜煤层垮落带与导水断裂带高度计算公式
岩性
垮落带高度计算公 式/m
导水断裂带高度计算 公式/m
100 Mh 8.4 H k (0.4 ~ 0.5) H d H d 坚硬 4.1h 133 中硬、软 H (0.4 ~ 0.5) H H d 100 Mh 7.3 k d 7.5h 293 弱
裂缝
• 在地表移动盆地外边缘区，地表可能产生 裂缝。裂缝的深度和宽度与有无第四纪（Q） 松散层及其厚度、性质和变形值大小密切 相关。若第四纪松散层为塑性大的粘性土， 一般拉伸变形值超过6～10 mm/m时地表才 出现裂缝；塑性小的砂质粘土、粘土质砂 或岩石，地表拉伸变形值达到2～3 mm/m 时，即可产生裂缝。 • （实例：华丰、山西大同）
M Hk (k 1) cos
• b.当煤层顶板覆岩为坚硬、中硬、软弱岩层或其互层 时，考虑顶板下沉因素，开采单一煤层的垮落带最大 高度Hk可按（1-2）式计算。
M Hk (k 1) cos
式中 ω——垮落过程中顶板下沉值，m • c．厚煤层分层开采时，垮落带最大高度Hk可按表1-2 的公式计算。
思考题 1、概念：岩层移动 2、上覆岩层分哪“三带”？了解其主要特征。 3、影响垮落带和断裂带高度的主要因素有哪 些？会利用经验公式计算其高度。
岩层移动
• 覆岩破坏、移动的现象和过程。 • 影响因素： • 地质因素：岩层结构特征、力学性质及含 水性 煤层的特征：煤厚、倾角、采 深 • 采矿因素：采矿方法（充填、全部垮落法、条带开
（2）非充分采动
• 采空区尺寸（长度和宽度）小于该地质采矿 条件下的临界开采尺寸时，地表任意点的下沉 值均未达到该地质采矿条件下应有的最大下沉 值，这种采动为非充分采动或称其为有限开采， 此时的地表移动盆地像尖底的碗（图1-17）。 • 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 寸的情况也属于非充分采动，此时的地表移动 盆地为槽形（图1-15）。
鹤岗富力矿浅部开采引起的地表漏斗状塌陷坑
二、地表移动盆地的形成及其特征
• 1、地表移动盆地的形成
地表移动盆地的形成过程
2．充分采动和非充分采动
• （1）充分采动 地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增 大而增加的开采状态称为充分采动，即地 下煤层采出后，地表下沉值达到该地质采 矿条件下应有的最大值，此后开采范围再 继续扩大时，地表的影响范围相应扩大， 但地表最大下沉值不再增加，地表移动盆 地将出现平底。
100 M Hk 2.2 4.7 M 19
100 M Hk 1 .5 6.2 M 32
100 M Hk 1 .2 7.0 M 63
极软弱（＜10MPa，铝土岩、风化泥岩 、粘土、砂质粘土）
注：Σ—累计采厚；公式应用范围：单层采厚1～3m，累计采厚不超过 15m；计算公式中±号项为中误差。
计算公式之二/m
H d 30 H d 20
M 10 M 10
100 M Hd 5.6 1.6 M 3.6 100 M Hd 4.0 3.1 M 5.0
H d 10
M 5
100 M Hd 3.0 5.0 M 8.0 注：Σ—累计采厚；公式应用范围：单层采厚1～3m，累计采厚不超过15m； 计算公式中±号项为中误差。
k——岩石碎胀系数。岩石的碎胀系数取决于岩石性质， 坚硬岩石碎胀系数较大，松软岩石碎胀系数较小（表1-1）
表1-1 岩石的碎胀系数k
碎胀系数k 岩石名称 碎煤
初始（刚破碎）
＜1.20
残余（压实后）
1.05
泥质页岩 砂质页岩 硬砂岩
1.40 1.60～1.80 1.50～1.80
1.10 1.10～1.15
• 思考题 1、掌握下沉盆地、充分采动、非充分采动、主断面、充分 采动角、边界角、移动角、裂隙角、最大下沉角的概念， 并记住各角值符号。 2、地表移动和破坏的主要形式有哪三种？ 3、了解地表移动盆地的形成过程。 4、掌握超充分采动、非充分采动的近水平和缓倾斜煤层地 表移动盆地特征。 5、地表移动变形的主要指标有哪5种？掌握其符号及单位。 6、掌握描述地表移动与变形的五项指标之间的函数关系。 7、能绘制充分采动、超充分采动和非充分采动条件下地表 移动与变形五曲线图，并注意其与采空区的位置关系
பைடு நூலகம்
第二节 开采引起的地表移动(10)
第二节 开采引起的地表移动
• 地表移动：因采矿引起的岩层移动波及地 表，使地表产生移动、变形和破坏的现象 及过程。 • 一、地表移动和破坏形式 1、地表移动盆地(连续分布，岩移理论 可以预测) 2、裂缝（开采区域外围） 3、塌陷坑（不连续变形，难以预测）