岩層移動

① 影響開采岩層移動變形的十大因素是怎樣的

在波及范圍內，井巷、地面建築、鐵路、水利設施、耕地等都將受損，甚至破壞版；如波及水體權，將使礦井受到水害。因此，通常要留設保安礦柱，壓滯了大量礦產資源。
目前中國在建築物下、鐵路下和水體下的壓煤多達百億噸。
這種危害很早就引起注意,15～16世紀時,比利時曾公布法令，禁止從事破壞列日城供水的開采。
19世紀以來德、英等國都訂有賠償開采損害的法律。為了解決有關賠償的爭端，開始了礦山地表移動的觀測研究工作。

② 簡述岩層移動的「三帶」

冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶

③ 控制岩層移動的關鍵層理論

5.3.1.1 關鍵層的定義及特徵

由於煤系地層的分層特徵差異，因而各岩層在岩體活動中的作用是不同的，有些較為堅硬的厚岩層在活動中起控製作用，即起承載主體與骨架作用;有些較為軟弱的薄岩層在活動中只起載入作用，其自重大部分由堅硬的厚岩層承擔。因而，錢鳴高院士等提出了「關鍵層理論」。關鍵層的斷裂將導致全部或相當部分的上覆岩層產生整體運動，上覆岩層中的亞關鍵層可能不止一層，而主關鍵層只有一層。采場上覆岩層中的關鍵層一般為相對厚而堅硬的岩層。

關鍵層理論認為:當采場上覆岩層中存在多個岩層時，對岩體活動全部或局部起控製作用的岩層稱為關鍵層。關鍵層判別的主要依據是其變形和破斷特徵，在關鍵層破斷時，其上部岩層的下沉變形是相互協調一致的。

一般來說，關鍵層即為主承載層，在破斷前可以「板」或「梁」結構的形式承受上部岩層的部分重量，斷裂後則形成砌體梁結構，其結構形態即是岩層移動的形態。采動岩體中的關鍵層有以下特徵:

(1)幾何特徵:相對於其他相同岩層而言厚度較大;

(2)岩性特徵:相對於其他岩層而言較為堅硬，即彈性模量較大，強度較高;

(3)變形特徵:在關鍵層下沉變形時，其上部全部或局部岩層的下沉量是同步協調的;

(4)破斷特徵:關鍵層的破斷將導致全部或局部岩層的破斷，從而引起較大范圍的岩層移動;

(5)支承特徵:關鍵層破壞前以「板」或「梁」結構的形式作為全部岩層或局部岩層的承載主體，斷裂後則稱為砌體梁結構。

5.3.1.2 關鍵層的判據

直接頂初次跨落後，隨著採煤工作面繼續推進，將引起覆岩關鍵層的破斷與運動。為了研究具體條件下覆岩關鍵層的破斷運動規律，首先應對覆岩中的關鍵層位置進行判斷。

根據關鍵層的定義和變形特徵，在關鍵層變形過程中，其所控制上覆岩層隨之同步變形，而其下部岩層不與之協調變形。若有n層岩層同步協調變形，則其最下部岩層為關鍵層。

5.3.1.3 關鍵層的撓度

煤層長壁回採工作面關鍵層，其力學模型如圖5-11(a)所示。

模型為彈性基礎(符號Winklet地基假設)支撐的上表面作用有均布載荷q的厚度為h的梁。根據梁的對稱性，取梁的一半作為研究體，取采空區邊界為坐標原點，建立坐標系如圖5-11(b)所示。

圖5-11 彈性地基梁力學模型

樑上載荷q由三部分組成，即q=q₀+q_u+q_g。

(1)鬆散載荷層的重量q₀;

(2)上部位於關鍵層之上，先行滑移破壞的若干岩層分層重量

;

(3)關鍵層自身重量q_g。

由平衡原理可得梁的撓度微分方程為:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

解方程，得梁的撓度即關鍵層垂直位移為:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:

;E，I——分別為梁的彈性模量和慣性矩。]]

基岩關鍵層內的剪力Q₁、彎矩M₁分別為:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

M₁=EIy″ (5-49)

梁的中部x=-I處的彎矩M_a為:

M_a=EIy″_-I=αqI²(5-50)

令

，得:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

此處彎矩值取極值:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

設關鍵層抗拉強度

，截面抗彎模量

，當α＞β時，M_α=M_max，令

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

將α的表達式代入上式得:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

從上式解得l=I_m，則關鍵層的初次破斷距L_c為:

L_c=2I+2x_β (5-55)

若α＜β，則M_β=M_max，令

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

將β的表達式代入上式得:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

由上式解得l=I_m後，代入(5-55)式，即可求得關鍵層初次破斷距。

5.3.1.5 關鍵層的周期破斷距

令M_a=0，則圖5-11(b)即轉化為懸臂梁，其力學模型如圖5-12所示。

圖5-12 頂板周期破斷力學模型

在x=0處的剪力Q₀、彎矩M₀分別為:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

此時，彈性地基上的懸壁梁撓度為:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

令

，得

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

得

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

由(5-62)式解出l=l_n，則周期破斷距為:

L_z=In+x₁(5-63)

關鍵層破斷距的分析表明，基岩層初次破斷距較大，周期破斷距較小。針對具體煤層工作面，則可依據煤岩構成及其力學性質參數確定出基岩的初次破斷距與周期破斷距，為分析預測工作面初次及其周期來壓特徵提供理論分析依據。

5.3.1.6 覆岩層初次垮落與工作面初次來壓過程

經上述分析可知，隨著工作面推進，頂板基岩層裸露的跨度增加，基岩層發生撓曲變形。當工作面推進到一定距離後，基岩層下部分岩層沿分層界面滑移，與其上岩層離層垮落，即直接頂初次放頂，關鍵層(組)裸露出來，如圖5-13所示。

圖5-13 工作面直接頂板初次垮落

隨著工作面繼續推進，基岩關鍵層裸露跨度增大，其撓曲變形增大。當工作面推進至關鍵層初次破斷距I_m時，關鍵層即開始破壞，工作面呈現初次來壓。關鍵層破壞後，基岩層餘下表層分層失去關鍵層的支承，在q₀+q_u作用下隨之破壞，如圖5-14所示。

餘下基岩層破裂垮落，形成對關鍵層的沖擊載荷，使其再次發生破壞。基岩層垮落後，鬆散載荷層由於呈現和自身特性，在經歷瞬間靜止後，整層垮落下來，並對已垮落的關鍵層及工作面形成理論沖擊載荷過程。因此由上述分析可知，工作面初次來壓經歷以下三個過程:

(1)關鍵層破斷垮落，來壓開始;

(2)關鍵層上基岩層分層破壞垮落，形成第一次沖擊載荷;

圖5-14 工作面初次來壓示意圖

(3)鬆散載荷層滯後垮落，形成第二次沖擊載荷。

三個過程間隔時間很短，相似模擬工作面從頂板岩層垮落到上覆岩層全部垮落時間為20s，時間比為10，相當於持續200s即3min多。相似模擬工作面地表岩移觀測及工作面礦壓觀測資料表明，相似模擬工作面初次來壓從頂板垮落到地表塌陷經歷14h。初次來壓後工作面覆岩狀況如圖5-14所示。

5.3.1.7 覆岩後續活動與工作面周期來壓

(1)「承壓砌塊」模型

典型綜采工作面礦層觀測表明，工作面周期來壓顯現具有以下幾個明顯特徵:

① 來壓步距小，來壓持續時間短;

② 頂板沿煤壁出現台階下沉或在工作面支架後切落;

③ 地表出現裂縫和地塹;

④ 有動壓現象。

根據上述工作面周期來壓特徵，構建描述關鍵層周期來壓破斷後運動的「承壓砌塊」模型，如圖5-15所示。

圖5-15 關鍵層破斷後的「承壓砌塊」模型

(2)「承壓砌塊」活動與工作面周期來壓

基岩關鍵層初次垮斷，工作面頂板經歷初次來壓過程以後，隨著回採工作面的推進，關鍵層形成圖5-12懸壁梁式的周期性破斷，破斷的關鍵層形成工作面周期來壓。「承壓砌塊」模型活動及其工作面周期來壓顯現特點如下:

1)關鍵層懸壁梁破裂垮落成B塊，其上層基岩層及鬆散層緊隨垮落並對工作面形成瞬間沖擊載荷;

2)在關鍵塊B及其後的運動過程中，由於工作面覆岩協同活動特點，其上始終作用著鬆散層及上層基岩層重量構成的載荷q₀+q_u;

3)關鍵塊B一端由C塊及其冒落矸石支撐，令一端由工作面支架經直接頂板傳遞的工作阻力及A塊支撐;

4)工作面推進B塊後，B塊沿架後即切落至冒矸上，不能形成「砌體梁」式的結構，工作面周期來壓結束。

④ 露天開采引發的岩層移動

露天開采礦產資源是常用的一種方法，世界上一些礦床的露天開采深度已超過300m。有的露天礦開采深度計劃達到500m，甚至已近千米。世界上采礦事業總的趨勢是大力發展露天開采，目前，我國鐵礦開采中露天開采佔90%以上，有色金屬佔46%，煤炭開采中露天開採的比重亦愈來愈大。

露天開采作業安全，勞動條件好，以1979年原德意志聯邦共和國和美國每百萬噸煤死亡率為例，原德意志聯邦共和國露天開采百萬噸煤死亡0.023人，而井工開采每百萬噸煤死亡0.05人，相差近50倍；美國露天礦開采每百萬噸煤死亡0.035人，而井工開採煤每百萬噸死亡0.45人，相差12倍以上；我國也是近於10倍左右。露天礦作業空間不受限制，規模大，機械化程度高，勞動生產率高，開采成本低，其成本約為井下開採的1/2。綜合上述各點，顯然露天開采優於井下開采。

2.4.1 露天開采引起岩土體移動的范圍

對某些正在開挖露天礦坑的外圍進行多年監測，發現周圍岩土體在相當大的范圍內都發生了移動。這個范圍的大小，在相同的開采條件下，主要與礦坑圍岩的柔度有關。岩體的柔度大小，除了與岩體的岩石組成和弱面及間斷面發育程度、位態等因素有關外，主要取決於開采深度h及邊坡角α，即幾何條件。由不同本構關系來表徵的岩體力學模型，所得到的移動范圍大小是不同的，在線彈性關系條件下，採用相似理論推出在自重條件下原型與模型的位移關系為：

環境地質與工程

式中：Δ，L，ρ，E——為邊坡體的位移、特徵尺寸、密度和彈性模量；

下標H與M——代表原型邊坡體與模型邊坡體。根據這一公式，可以進一步得到具有上述相同的本構關系，但尺寸不同的相似坡體位移之比等於采深（或坡高）的平方比，即：

環境地質與工程

也就是說，由自重體積力引起的邊坡體的那部分變形，對於一個彈性均質邊坡來說，如果邊坡的高度增加到n倍，雖然邊坡體對應點的應力也增加n倍，但對應的位移點則要增加到n²倍。

2.4.2 露天開采引起地表移動分布的基本模型曲線

根據軟材料模擬邊坡的開挖試驗結果和一些邊坡變形的實測資料，在圖中給出了反映露天開采條件下坡體移動和變形基本規律的模型曲線及變形示意圖。

實測中發現，由於開采引起岩土體移動、變形以及破壞的現象層出不窮，這些現象多受到了斷層和其他弱面的影響。由於采坑兩幫岩層及其傾斜狀態的幾何不對稱性，露天坑幫坡的開采留有台階，各岩組組成的坡段在變形性能上的差別，邊坡角（或坡面曲率）在不同坡段上的變化等原因，所得到的實際觀測曲線與模型曲線相比，在細節上，甚至在某些較大的方面都會有一定的差別。

對平行於采坑地表境界線的剖面，或稱縱剖面，地表和坡表移動分布曲線，在滿足平面應變的條件下都應是直線。但由於沿縱剖面工程地質條件的變化，實測曲線與一條直線相比又總有一定的差別。

在圖2.14（a）中下沉或豎直位移分布曲線，反映開采後岩土體表面移動和變形的基本特徵。曲線向上凸部分表示對應地段被拉伸，或者由於過分的壓縮導致的表部拉伸，凹向上部分表示表部壓縮。可見露天礦開采引起采坑外的地表變形都是拉伸變形。建築物的破壞型式也對應於地基的這種變形特徵，圖2.14（c）表示非傾倒破壞邊坡變形的一般特徵，它在某些方面與傾倒變形邊坡［圖2.14（b）］具有相同的地方，其移動分布基本曲線是相近的。

圖2.14 露天開采地表變形示意圖

2.4.3 露天開採的主要變形移動類型

露天礦中岩層的變形，通常是在形成露天坑後就立即開始，而且事實上，在露天礦整個服務期內都不斷發生。甚至在閉坑後仍發生變形，如我國著名的鎳礦金川露天礦采場於1990年閉坑，轉入地下開采，三年後發現露天礦坑邊坡岩體變形有明顯的發展。岩層變形可以區分為連續的過程和周期性的過程。連續過程實際上是以等速進行的，如下沉、散落、潛流沖塌和地表水形成的沖塌等屬於連續過程。周期性過程是以變速進行的，如滑坡、坍方等屬於周期性過程。周期性過程的危險性最大，為了正確地進行設計工作和開采工作，必須了解移動過程的表現形式，並能夠預測它的發展特徵和可能的後果。還必須可靠地確定能在開采期間保證台階、邊坡、排土場穩定性的措施，並計算其主要參數，以下是露天礦移動過程的主要表現形式。

2.4.3.1 沉陷

台階平台和由天然結構或已破壞結構的多孔隙鬆散岩石形成的排土場的表面，在自重、外加荷載、降雨浸水和動荷載等因素的影響下，所產生的不均勻垂直下沉。發生沉陷時，一般不形成連續的滑移面。沉陷是危險性最小的失穩形式，但在一定條件下，也可能嚴重的影響正常的工作

2.4.3.2 散落

急陡邊坡靠表面部分岩石的破壞和移動就是散落。散落可以持續很長的時間（有的可以持續幾年），而且各種礦山岩石都可以發生這種現象。散落使台階平台縮小，造成露天坑的總邊幫角變緩，散落的發展有可能造成大型失穩現象，如滑坡、岩流等。

2.4.3.3 岩流

某些結構已經破壞的砂質粘土岩（粉末狀的沙子和粘土，大孔狀沙質粘土和黃土）在充水達流動狀態時，以流動的方式移動，這種流動性岩石，可在4°～6°和更小的角度下在台階平台上漫流。岩流包含著大量的岩石，發展也很猛烈，有時造成災害。

2.4.3.4 坍方

坍方是指形成邊坡的岩體或岩塊和岩層的急速移動，同時產生移動的一部分岩體隨之破碎。通常，坍落岩石的斷裂面與岩體的各種結構面相一致，破壞面的傾角一般大於岩體的內摩擦角，當破壞面以上的岩體克服了岩體的內聚力以後，已脫開的岩體不能靠摩擦力支持在這個斷裂面上，繼續向坡下移動。劇烈的坍方，往往是發生在瞬息之間，這對其下部台階上工作的人員和機械有很大的危害。

2.4.3.5 滑坡

是形成邊坡的礦山岩體局部的整體移地動，其移動的形式是移動的岩石與其下固定的岩體之間產生相對滑動。這是一種普遍和大型的邊坡失穩形式。它與岩體內部存在的破裂面、軟弱夾層有關。滑坡從其孕育到形成有時要較長的時間，但一旦形成則往往具有突發性和災害性，常常是導致露天礦工作完全停止的原因。

上述各種變形破壞形式中最嚴重是滑坡與坍方，如撫順西露天礦有記錄的滑坡就有50次造成巨大的損失。其中：

（1）1960年南幫W1200滑坡破壞了提升煤炭主要設施西大卷，國家投資2 000多萬元進行西大卷滑坡的加固工程。

（2）據統計1949～1980年滑坡清理方量達6.5×10⁷m³，支出費用達1億元。

（3）西北幫由於邊坡不穩，可能達不到原設計境界。由於設計時對邊坡問題缺乏研究，目前煉油廠建於北幫邊上，使露天礦中部開采和擴采受到限制。露天開采中必須重視邊坡角的研究。

有關露天邊坡變形失穩控制與治理問題這里不作詳細的介紹。

⑤ 簡述岩層移動造成采動損害主要有哪些

損害如下：來

1. 形成礦山壓力顯現源， 引起采場和巷道的下沉、垮落、來壓，甚至沖擊礦壓。
   

2. 形成采動裂隙，會引起周圍岩體中的水與瓦斯的運移，導致井下瓦斯及突水事故。

3. 引起地表沉陷，導致農田、建築設施的毀壞，造成沉陷盆地等。

煤礦綠色開采及綠色開采技術，從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水、土地等一 切可以利用的各種資源。

基本出發點： 從開採的角度防止或盡可能減輕開採煤炭對環境和其他資源的不良影響。

⑥ 岩層與地表移動的移動規律

岩層與地表移動是一個復雜的時空發展過程。發展過程中的規律稱動態規律，移動終止後的規律稱靜態規律，後者研究較多。用垮落法管理頂板開采緩傾斜礦層時，按頂板岩層移動、變形和破壞特徵劃分為：冒落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶(見長壁工作面地壓)。
岩層移動穩定後，在采空區上方地表沉陷；形成下沉盆地，其范圍大於開采面積。若開采面積為矩形，則地表下沉盆地近似橢圓形。在下沉盆地內各點的移動量不相等，移動方向指向盆地中央。在通過下沉盆地中心沿礦層走向和傾向的垂直斷面（主斷面）內，若以水平線表示采前地表狀態，則采後的地表狀態見圖1b。圖中箭頭（4～4┡，5～5┡）表示地表點位移向量。其豎向分量w稱下沉，水平分量u稱水平移動。相鄰點下沉量不等,形成地表的傾斜和曲率變形;相鄰點水平移動量不等,形成地表水平變形，如拉伸或壓縮。圖1a中曲線分別表示主斷面內的傾斜i、曲率k、水平變形 (ε和w及u的分布規律。
下沉盆地的移動分布特點與采空區寬度有關。當采空區寬度為開采深度的1.2～1.4倍時，稱臨界開采，地表達到充分采動，下沉盆地中央出現應有的最大下沉值。當采空區寬度小於開采深度1.2～1.4倍時，稱次臨界開采，地表為非充分采動，下沉盆地中央的最大值小於應有的最大值。當采空區寬度遠大於開采深度的1.2～1.4倍時，稱超臨界開采，地表為超充分采動，下沉盆地中央出現平坦的無變形區（圖2）。一般以下降10mm的點作為地表下沉盆地的邊緣點。在主斷面內地表下沉盆地邊緣點至相應采空區邊界點的連線與水平線的夾角稱邊緣角。用δ0表示走向、 用β0和α0分別表示下山和上山方向的邊緣角。邊緣角大小與岩性有關。由軟岩到硬岩，邊緣角逐漸變大。在變形值達到對建築物有損害處，劃定為危險邊界。在主斷面內,危險邊界至相應采空區邊界連線與水平線夾角稱移動角。分別用δ、α、β表示走向、上山和下山方向的移動角。移動角也隨岩性而變化。邊緣角與移動角用以表示地表下沉和危險變形邊界。
在開采深度小、厚度大的礦體或煤層時，有時地表移動呈塌坑、台階狀斷裂等不連續移動特徵。地表移動的劇烈程度一般以地表下沉速度，即晝夜下沉量表示。一個地表點隨回採工作面推進，由開始移動、逐漸活躍、然後衰落。對緩傾斜和急傾斜煤層,分別以每月下沉50mm和30mm作為劃分活躍階段的標准。當 6個月內下沉量小於30mm時，規定為移動過程已經停止。地表移動持續時間與開采深度有關。采深為100～200m時,地表移動持續時間約為1～2年。深度大，地表下沉速度減小，持續時間更長。

⑦ 岩層移動過程中，采空區周圍岩層的移動和破壞形式主要有哪些

剪切破壞，拉伸破壞，牙剪破壞。
供參考。

⑧ 桐梓縣大河煤礦岩層移動怎麼處理

這您要去您村所屬的鎮政府、市政府去詢問了，或者撥打市長熱線詢問具體的處理情況和處理時間。

⑨ 煤礦開采以後，其上覆岩層移動分為三帶，即跨落帶、裂隙帶和緩慢下沉帶，這三者之間的關系是什麼

垮落帶即回採後，隨開采活動出現垮落，充填到回採空間的岩層；裂專隙帶位於垮落帶上方，隨著屬垮落帶岩層的垮落松碎，填滿采空區後，在礦壓作用會產生大量裂隙，但岩層整體性基本不變；緩慢下沉帶處於裂隙帶上方，會隨著裂隙帶下沉而逐漸緩慢下沉。