工程实践表明，上覆岩层的移动过程可分成以 下几类：
(1) 缓倾斜矿体 第一阶段，岩层离层与弯曲，一些矿山实测结 果表明，顶板测点在回采工作面前方 7 m 以上时， 顶板基本不下沉。当工作面推进到距测点 3～6 m 时，顶板开始离层和弯曲，而且随着间距的缩短， 弯曲变形加速，当工作面通过测点 3～6 m 以后， 测点下沉速度最大。此后，随着工作面的继续推进， 顶板测点下沉速度逐渐减小。 第二阶段，岩层局部破坏与冒落。随着时间的推移
第 26 卷第 1 期 2005 年 1 月
文章编号：1000－7598－(2005) 01―0027―06
岩土力学 Rock and Soil Mechanics
Vol.26 No. 1 Jan. 2005
矿山覆岩移动特征与安全开采深度
李 铀 1，2，白世伟 2，杨春和 2，袁丛华 2
(1.中南大学土木建筑学院，湖南 长沙 410004 2.中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071)
收稿日期：2003-09-29
修改稿收到日期：2004-01-15
基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(973)(2002CB412704)，湖南省自然科学基金(04JJ6002)，中南大学科学研究基金(76163)资助课题
作者简介：李铀，1961 年生，教授，博士，注册土木工程师(岩土) ，主要从事弹塑性力学、岩土力学与工程方面的教学与科研工作。
序号
矿山名称
Table 1
表 1 我国部分金属矿山岩层错动角和崩落角实测值
measured stagger and collapse values of some metal mines in China
岩层特性
硬度系数 f 矿体倾角 矿体厚度 开采深度
上盘 下盘 /(°)
/m
/m
采矿方法
错动角/(°) 崩落角
3 75~300 深、浅孔留矿法 74 68 60 80~83
10~35 近千米 浅孔留矿法
70 70 85
胶结充填矿壁全 12 110~150 尾砂充填矿房 65 65 60
2.4
102 分级尾矿充填 65 68 59
第1期
李 铀等：矿山覆岩移动特征与安全开采深度
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错动角是岩层及地表移动的最主要参数之一， 对保护井上、下建筑物起着重要作用，各矿山都应 通过实测确定自已的错动角。依据错动角确定保护 区时，尚应考虑另一个因素即安全开采深度的影响。 当开采深度达到安全开采深度后，地下开采已不致 引起地面设施的破坏，因而此时的错动角对划定地 面保护区失出了意义。
E-mail:yli@
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岩土力学
2005 年
和采空区面积的不断扩大，顶板的受力状态不断恶 化，致使上覆岩层局部破坏而掉碴，甚至岩层局部 破裂发声，进一步可导致部分矿柱被压裂与剥落， 直至倒塌。
第三阶段，岩层大塌落。第二阶段发展的结果， 矿柱及顶板的破坏不断加剧，最终导致岩层大塌落。 在这种大塌落到来之前，一般均有明显的迹象，如 锡矿山的 3 次地压活动表明，大面积顶板冒顶前数 天，岩层发响次数急剧增加，每分钟达 70 多次，掉 碴次数每小时达 30 次，冒落前一个月，失去支撑能 力的矿柱达 60 %[19-22]。
α β γ /(°)
1 锡矿山南矿东部
顶板为不稳固页岩，底板为稳固的 矽化灰岩或灰页岩互层
3~6 10~18 10~25
2 锡矿山南矿东部
顶板为不稳固页岩，底板为稳固的 矽化灰岩或灰页岩互层
3~6 10~18 10~25
3 云锡松树脚 1-1#矿体
顶盘为大理岩，底盘为矽卡岩及 花岗岩，中等稳固
8 8 0~25
(2)采用合理的开采顺序：现代岩石力学巳认 识到开采施工的中间过程对岩体力学性能、采空区 的稳定有很大影响[23]。生产实践表明：当回采工作 面从某一方向单向推进，或从建筑物或目标物下方 中央向相反两侧推进时，可以使上覆岩层及地表变 形互相抵消一部分而减小。因而确定合理的工作面 位置与开采顺序是很有意义的。
10~12 8~10 45~80
8
大吉山钨矿
石英脉状矿床，稳固至中等稳固 8~12 8~12 75
矿体赋存于薄层大理岩、千枚状板岩、
9
石咀子铜矿
绢云母片岩与黑灰色条带状大理岩 10~12 8~10 75~90
所组成的互层带之中
10 锡矿山南矿河床
直接顶板为 4~8m 灰岩、页岩互层
10~20
11 湘西金矿“316”矿块围岩为紫红色板岩，属不稳固至中等稳固 4~6 4~6 24~28
摘 要：对采矿引起的矿山覆岩移动特征研究成果及工程实践进行了总结，以此为基础，就受众多因素制约的重要问题—矿
山安全开采深度问题形成了几点认识与建议。
关 键 词：覆岩移动；地表移动；地面沉陷；安全开采深度
中图分类号：TD 32
文献标识码：A
Characters of overburden strata movement of mines and safe mining depth
(2) 急倾斜厚矿体 与缓倾斜矿体相类似，这类矿体上覆岩层移动 过程也存在着发生、发展和崩落三个阶段，冒落一 般首先从矿山岩层最薄弱地段发生，如大空场区域， 采空区中心地带，断层或层间弱面，软岩或吸水膨 胀岩层，最终形成矿山大面积顶板冒落，地表呈现 陷坑。弓长岭铁矿出现的冒落就是这种形式的典型 例子，其第 1 次地压活动突破口在开采范围的中心 区域 113#采场，而后台区和磨石区的冒落突破口则 在留矿法空场和松软的绿泥片岩区域。 (3) 急倾斜脉群型矿体 这类矿体开采后，上下盘围岩在空间上形成近 乎平行排列的顶底柱相互支撑的夹墙。由于夹墙比 较薄，当夹墙承受的负荷超过其岩体的极限强度时，
4 云锡马拉格矿 4#矿体
顶板为白云岩，中等稳固
8 8 40~50
上盘为闪长岩，大理岩，矽卡岩， 5 武钢程潮铁矿东区 下盘为花岗岩，矽卡岩，稳固至中等稳固 8~10 10~12 30~55
6 金岭铁矿铁山区
上盘为大理岩、结晶灰岩； 下盘为闪长岩、蚀变闪长岩
8~10 8~12 55
7
冶山铁矿
上盘为白云岩，下盘为花岗岩、 闪长岩，稳固至中等稳固
锡矿山南矿飞水岩河
条带式采矿方法，用胶结
4
床矿柱八九中段
16 充填矿壁、尾砂充填矿房 0.003
房柱法，废石加尾砂充填
5
锡矿山南矿西部
10~25 空区，充填率 70 %~80 % 0.01
从表 2 可以看出，用房柱法开采矿体时，如果 采空区不进行处理，地表最大下沉值为采高的 28 % 左右；如果采空区只进行部分充填，则地表最大下 沉值为采高的 1~7 %。而采用条带式充填采矿方法， 地表最大下沉值则仅为采高的 0.3 %。由此可知， 条带式充填采矿方法是减小地表变形和控制岩层移 动最有效的方法之一。
1 引言
早在 19 世纪末，采矿引起的覆岩移动与破坏以 及由此造成的井巷和地面建筑物的损害就引起了人 们的注意，并进行了初步的观察和记录。在 20 世纪 30 年代，在一些采矿先进的国家巳把岩层与地表移 动作为一项科学研究工作。从 1950 年起至现在，岩 层与地表移动的科学研究工作巳取得了很大进展， 特别是自上世纪 70 年代以来，由于“三下”开采的 客观需要，新的测试仪器的出现以及电子计算机的 广泛应用，使岩层与地表移动的科学研究工作发展 到了一个新的阶段[1-18]。为了方便类似工程实施中 进行工程类比，这里将对部分研究成果及工程实践 作一介绍。
金属矿山的特点是围岩比较坚硬，塑性变形能 力小，呈脆性，岩层移动与崩落往往不象煤矿那样 长期地、缓慢地进行，而是瞬时地、突然地发生的， 突发的崩落角明显地大于错动角。一些金属矿山的 崩落角也示于表 1 中。
4 控制岩层大变形的主要措施
由于开采引起的岩层移动和塌落，对矿山生产 生活设施均会产生程度不同的影响，严重时除国家 财产与资源遭受损失外，矿工生命安全也受到威胁， 因此了解矿山岩层移动规律，采取相应的防范措施， 具有明显的经济效益及社会效益。这方面的工作目 前巳取得了明显的成绩。目前，控制岩层大变形以 至崩落的有效方法有如下 3 种。
(1) 采取合适的采矿方法：地表移动盆地内各 种变形量直接受下沉大小的控制，因而减小下沉就 可以减小移动盆地对生产生活设施的影响。生产实 践表明，不同的采矿方法引起的地表变形是不同的， 表 2 示出了我国一些金属矿山实测的下沉系数。下 沉系数的定义是地表最大下沉值与矿体法线采厚在 铅垂方向投影长度的比值。
Abstract: Research results and engineering examples are concluded on the characters of overburden strata movement of mines. Based on it, some proposals are presented on safe mining depths. Key word: overburden strata movement; surface movement; surface subsidence; safe depth of mining
目前，确定地面的沉陷范围是由错动角来划定 的，按具体矿山的上山、下山及走向错动角，可以 圈出地面的沉陷区，进而可以圈定保护地面设施所 需的保安矿柱，错动角的确定一般是由经验或矿山 实测确定的。用矿山测量方法求得的错动角常带有 2～5°的误差，因此用错动角圈定的保护区域外也 可能引起破坏。为了可靠起见，应该将保护面积的 边界向外扩大 5～20 m。长沙矿山研究院的叶粤文 对我国部分金属矿山岩层及地表移动的参数、塌落 条件及其控制方法进行过总结[10]，其部分结果示于 表 1。表中α 为走向错动角, β 为上山错动角，γ 为 下山错动角。错动角定义为：采空区四周岩层冒落 带(或移动区)的最外临界面与水平面之间的夹角。