岩层移动

① 影响开采岩层移动变形的十大因素是怎样的

在波及范围内，井巷、地面建筑、铁路、水利设施、耕地等都将受损，甚至破坏版；如波及水体权，将使矿井受到水害。因此，通常要留设保安矿柱，压滞了大量矿产资源。
目前中国在建筑物下、铁路下和水体下的压煤多达百亿吨。
这种危害很早就引起注意,15～16世纪时,比利时曾公布法令，禁止从事破坏列日城供水的开采。
19世纪以来德、英等国都订有赔偿开采损害的法律。为了解决有关赔偿的争端，开始了矿山地表移动的观测研究工作。

② 简述岩层移动的“三带”

冒落带、裂隙带、弯曲下沉带

③ 控制岩层移动的关键层理论

5.3.1.1 关键层的定义及特征

由于煤系地层的分层特征差异，因而各岩层在岩体活动中的作用是不同的，有些较为坚硬的厚岩层在活动中起控制作用，即起承载主体与骨架作用;有些较为软弱的薄岩层在活动中只起加载作用，其自重大部分由坚硬的厚岩层承担。因而，钱鸣高院士等提出了“关键层理论”。关键层的断裂将导致全部或相当部分的上覆岩层产生整体运动，上覆岩层中的亚关键层可能不止一层，而主关键层只有一层。采场上覆岩层中的关键层一般为相对厚而坚硬的岩层。

关键层理论认为:当采场上覆岩层中存在多个岩层时，对岩体活动全部或局部起控制作用的岩层称为关键层。关键层判别的主要依据是其变形和破断特征，在关键层破断时，其上部岩层的下沉变形是相互协调一致的。

一般来说，关键层即为主承载层，在破断前可以“板”或“梁”结构的形式承受上部岩层的部分重量，断裂后则形成砌体梁结构，其结构形态即是岩层移动的形态。采动岩体中的关键层有以下特征:

(1)几何特征:相对于其他相同岩层而言厚度较大;

(2)岩性特征:相对于其他岩层而言较为坚硬，即弹性模量较大，强度较高;

(3)变形特征:在关键层下沉变形时，其上部全部或局部岩层的下沉量是同步协调的;

(4)破断特征:关键层的破断将导致全部或局部岩层的破断，从而引起较大范围的岩层移动;

(5)支承特征:关键层破坏前以“板”或“梁”结构的形式作为全部岩层或局部岩层的承载主体，断裂后则称为砌体梁结构。

5.3.1.2 关键层的判据

直接顶初次跨落后，随着采煤工作面继续推进，将引起覆岩关键层的破断与运动。为了研究具体条件下覆岩关键层的破断运动规律，首先应对覆岩中的关键层位置进行判断。

根据关键层的定义和变形特征，在关键层变形过程中，其所控制上覆岩层随之同步变形，而其下部岩层不与之协调变形。若有n层岩层同步协调变形，则其最下部岩层为关键层。

5.3.1.3 关键层的挠度

煤层长壁回采工作面关键层，其力学模型如图5-11(a)所示。

模型为弹性基础(符号Winklet地基假设)支撑的上表面作用有均布载荷q的厚度为h的梁。根据梁的对称性，取梁的一半作为研究体，取采空区边界为坐标原点，建立坐标系如图5-11(b)所示。

图5-11 弹性地基梁力学模型

梁上载荷q由三部分组成，即q=q₀+q_u+q_g。

(1)松散载荷层的重量q₀;

(2)上部位于关键层之上，先行滑移破坏的若干岩层分层重量

;

(3)关键层自身重量q_g。

由平衡原理可得梁的挠度微分方程为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

解方程，得梁的挠度即关键层垂直位移为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:

;E，I——分别为梁的弹性模量和惯性矩。]]

基岩关键层内的剪力Q₁、弯矩M₁分别为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

M₁=EIy″ (5-49)

梁的中部x=-I处的弯矩M_a为:

M_a=EIy″_-I=αqI²(5-50)

令

，得:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

此处弯矩值取极值:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

设关键层抗拉强度

，截面抗弯模量

，当α＞β时，M_α=M_max，令

煤矿露天井工联合开采理论与实践

将α的表达式代入上式得:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

从上式解得l=I_m，则关键层的初次破断距L_c为:

L_c=2I+2x_β (5-55)

若α＜β，则M_β=M_max，令

煤矿露天井工联合开采理论与实践

将β的表达式代入上式得:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

由上式解得l=I_m后，代入(5-55)式，即可求得关键层初次破断距。

5.3.1.5 关键层的周期破断距

令M_a=0，则图5-11(b)即转化为悬臂梁，其力学模型如图5-12所示。

图5-12 顶板周期破断力学模型

在x=0处的剪力Q₀、弯矩M₀分别为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

此时，弹性地基上的悬壁梁挠度为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

令

，得

煤矿露天井工联合开采理论与实践

得

煤矿露天井工联合开采理论与实践

由(5-62)式解出l=l_n，则周期破断距为:

L_z=In+x₁(5-63)

关键层破断距的分析表明，基岩层初次破断距较大，周期破断距较小。针对具体煤层工作面，则可依据煤岩构成及其力学性质参数确定出基岩的初次破断距与周期破断距，为分析预测工作面初次及其周期来压特征提供理论分析依据。

5.3.1.6 覆岩层初次垮落与工作面初次来压过程

经上述分析可知，随着工作面推进，顶板基岩层裸露的跨度增加，基岩层发生挠曲变形。当工作面推进到一定距离后，基岩层下部分岩层沿分层界面滑移，与其上岩层离层垮落，即直接顶初次放顶，关键层(组)裸露出来，如图5-13所示。

图5-13 工作面直接顶板初次垮落

随着工作面继续推进，基岩关键层裸露跨度增大，其挠曲变形增大。当工作面推进至关键层初次破断距I_m时，关键层即开始破坏，工作面呈现初次来压。关键层破坏后，基岩层余下表层分层失去关键层的支承，在q₀+q_u作用下随之破坏，如图5-14所示。

余下基岩层破裂垮落，形成对关键层的冲击载荷，使其再次发生破坏。基岩层垮落后，松散载荷层由于呈现和自身特性，在经历瞬间静止后，整层垮落下来，并对已垮落的关键层及工作面形成理论冲击载荷过程。因此由上述分析可知，工作面初次来压经历以下三个过程:

(1)关键层破断垮落，来压开始;

(2)关键层上基岩层分层破坏垮落，形成第一次冲击载荷;

图5-14 工作面初次来压示意图

(3)松散载荷层滞后垮落，形成第二次冲击载荷。

三个过程间隔时间很短，相似模拟工作面从顶板岩层垮落到上覆岩层全部垮落时间为20s，时间比为10，相当于持续200s即3min多。相似模拟工作面地表岩移观测及工作面矿压观测资料表明，相似模拟工作面初次来压从顶板垮落到地表塌陷经历14h。初次来压后工作面覆岩状况如图5-14所示。

5.3.1.7 覆岩后续活动与工作面周期来压

(1)“承压砌块”模型

典型综采工作面矿层观测表明，工作面周期来压显现具有以下几个明显特征:

① 来压步距小，来压持续时间短;

② 顶板沿煤壁出现台阶下沉或在工作面支架后切落;

③ 地表出现裂缝和地堑;

④ 有动压现象。

根据上述工作面周期来压特征，构建描述关键层周期来压破断后运动的“承压砌块”模型，如图5-15所示。

图5-15 关键层破断后的“承压砌块”模型

(2)“承压砌块”活动与工作面周期来压

基岩关键层初次垮断，工作面顶板经历初次来压过程以后，随着回采工作面的推进，关键层形成图5-12悬壁梁式的周期性破断，破断的关键层形成工作面周期来压。“承压砌块”模型活动及其工作面周期来压显现特点如下:

1)关键层悬壁梁破裂垮落成B块，其上层基岩层及松散层紧随垮落并对工作面形成瞬间冲击载荷;

2)在关键块B及其后的运动过程中，由于工作面覆岩协同活动特点，其上始终作用着松散层及上层基岩层重量构成的载荷q₀+q_u;

3)关键块B一端由C块及其冒落矸石支撑，令一端由工作面支架经直接顶板传递的工作阻力及A块支撑;

4)工作面推进B块后，B块沿架后即切落至冒矸上，不能形成“砌体梁”式的结构，工作面周期来压结束。

④ 露天开采引发的岩层移动

露天开采矿产资源是常用的一种方法，世界上一些矿床的露天开采深度已超过300m。有的露天矿开采深度计划达到500m，甚至已近千米。世界上采矿事业总的趋势是大力发展露天开采，目前，我国铁矿开采中露天开采占90%以上，有色金属占46%，煤炭开采中露天开采的比重亦愈来愈大。

露天开采作业安全，劳动条件好，以1979年原德意志联邦共和国和美国每百万吨煤死亡率为例，原德意志联邦共和国露天开采百万吨煤死亡0.023人，而井工开采每百万吨煤死亡0.05人，相差近50倍；美国露天矿开采每百万吨煤死亡0.035人，而井工开采煤每百万吨死亡0.45人，相差12倍以上；我国也是近于10倍左右。露天矿作业空间不受限制，规模大，机械化程度高，劳动生产率高，开采成本低，其成本约为井下开采的1/2。综合上述各点，显然露天开采优于井下开采。

2.4.1 露天开采引起岩土体移动的范围

对某些正在开挖露天矿坑的外围进行多年监测，发现周围岩土体在相当大的范围内都发生了移动。这个范围的大小，在相同的开采条件下，主要与矿坑围岩的柔度有关。岩体的柔度大小，除了与岩体的岩石组成和弱面及间断面发育程度、位态等因素有关外，主要取决于开采深度h及边坡角α，即几何条件。由不同本构关系来表征的岩体力学模型，所得到的移动范围大小是不同的，在线弹性关系条件下，采用相似理论推出在自重条件下原型与模型的位移关系为：

环境地质与工程

式中：Δ，L，ρ，E——为边坡体的位移、特征尺寸、密度和弹性模量；

下标H与M——代表原型边坡体与模型边坡体。根据这一公式，可以进一步得到具有上述相同的本构关系，但尺寸不同的相似坡体位移之比等于采深（或坡高）的平方比，即：

环境地质与工程

也就是说，由自重体积力引起的边坡体的那部分变形，对于一个弹性均质边坡来说，如果边坡的高度增加到n倍，虽然边坡体对应点的应力也增加n倍，但对应的位移点则要增加到n²倍。

2.4.2 露天开采引起地表移动分布的基本模型曲线

根据软材料模拟边坡的开挖试验结果和一些边坡变形的实测资料，在图中给出了反映露天开采条件下坡体移动和变形基本规律的模型曲线及变形示意图。

实测中发现，由于开采引起岩土体移动、变形以及破坏的现象层出不穷，这些现象多受到了断层和其他弱面的影响。由于采坑两帮岩层及其倾斜状态的几何不对称性，露天坑帮坡的开采留有台阶，各岩组组成的坡段在变形性能上的差别，边坡角（或坡面曲率）在不同坡段上的变化等原因，所得到的实际观测曲线与模型曲线相比，在细节上，甚至在某些较大的方面都会有一定的差别。

对平行于采坑地表境界线的剖面，或称纵剖面，地表和坡表移动分布曲线，在满足平面应变的条件下都应是直线。但由于沿纵剖面工程地质条件的变化，实测曲线与一条直线相比又总有一定的差别。

在图2.14（a）中下沉或竖直位移分布曲线，反映开采后岩土体表面移动和变形的基本特征。曲线向上凸部分表示对应地段被拉伸，或者由于过分的压缩导致的表部拉伸，凹向上部分表示表部压缩。可见露天矿开采引起采坑外的地表变形都是拉伸变形。建筑物的破坏型式也对应于地基的这种变形特征，图2.14（c）表示非倾倒破坏边坡变形的一般特征，它在某些方面与倾倒变形边坡［图2.14（b）］具有相同的地方，其移动分布基本曲线是相近的。

图2.14 露天开采地表变形示意图

2.4.3 露天开采的主要变形移动类型

露天矿中岩层的变形，通常是在形成露天坑后就立即开始，而且事实上，在露天矿整个服务期内都不断发生。甚至在闭坑后仍发生变形，如我国著名的镍矿金川露天矿采场于1990年闭坑，转入地下开采，三年后发现露天矿坑边坡岩体变形有明显的发展。岩层变形可以区分为连续的过程和周期性的过程。连续过程实际上是以等速进行的，如下沉、散落、潜流冲塌和地表水形成的冲塌等属于连续过程。周期性过程是以变速进行的，如滑坡、坍方等属于周期性过程。周期性过程的危险性最大，为了正确地进行设计工作和开采工作，必须了解移动过程的表现形式，并能够预测它的发展特征和可能的后果。还必须可靠地确定能在开采期间保证台阶、边坡、排土场稳定性的措施，并计算其主要参数，以下是露天矿移动过程的主要表现形式。

2.4.3.1 沉陷

台阶平台和由天然结构或已破坏结构的多孔隙松散岩石形成的排土场的表面，在自重、外加荷载、降雨浸水和动荷载等因素的影响下，所产生的不均匀垂直下沉。发生沉陷时，一般不形成连续的滑移面。沉陷是危险性最小的失稳形式，但在一定条件下，也可能严重的影响正常的工作

2.4.3.2 散落

急陡边坡靠表面部分岩石的破坏和移动就是散落。散落可以持续很长的时间（有的可以持续几年），而且各种矿山岩石都可以发生这种现象。散落使台阶平台缩小，造成露天坑的总边帮角变缓，散落的发展有可能造成大型失稳现象，如滑坡、岩流等。

2.4.3.3 岩流

某些结构已经破坏的砂质粘土岩（粉末状的沙子和粘土，大孔状沙质粘土和黄土）在充水达流动状态时，以流动的方式移动，这种流动性岩石，可在4°～6°和更小的角度下在台阶平台上漫流。岩流包含着大量的岩石，发展也很猛烈，有时造成灾害。

2.4.3.4 坍方

坍方是指形成边坡的岩体或岩块和岩层的急速移动，同时产生移动的一部分岩体随之破碎。通常，坍落岩石的断裂面与岩体的各种结构面相一致，破坏面的倾角一般大于岩体的内摩擦角，当破坏面以上的岩体克服了岩体的内聚力以后，已脱开的岩体不能靠摩擦力支持在这个断裂面上，继续向坡下移动。剧烈的坍方，往往是发生在瞬息之间，这对其下部台阶上工作的人员和机械有很大的危害。

2.4.3.5 滑坡

是形成边坡的矿山岩体局部的整体移地动，其移动的形式是移动的岩石与其下固定的岩体之间产生相对滑动。这是一种普遍和大型的边坡失稳形式。它与岩体内部存在的破裂面、软弱夹层有关。滑坡从其孕育到形成有时要较长的时间，但一旦形成则往往具有突发性和灾害性，常常是导致露天矿工作完全停止的原因。

上述各种变形破坏形式中最严重是滑坡与坍方，如抚顺西露天矿有记录的滑坡就有50次造成巨大的损失。其中：

（1）1960年南帮W1200滑坡破坏了提升煤炭主要设施西大卷，国家投资2 000多万元进行西大卷滑坡的加固工程。

（2）据统计1949～1980年滑坡清理方量达6.5×10⁷m³，支出费用达1亿元。

（3）西北帮由于边坡不稳，可能达不到原设计境界。由于设计时对边坡问题缺乏研究，目前炼油厂建于北帮边上，使露天矿中部开采和扩采受到限制。露天开采中必须重视边坡角的研究。

有关露天边坡变形失稳控制与治理问题这里不作详细的介绍。

⑤ 简述岩层移动造成采动损害主要有哪些

损害如下：来

1. 形成矿山压力显现源， 引起采场和巷道的下沉、垮落、来压，甚至冲击矿压。
   

2. 形成采动裂隙，会引起周围岩体中的水与瓦斯的运移，导致井下瓦斯及突水事故。

3. 引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏，造成沉陷盆地等。

煤矿绿色开采及绿色开采技术，从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、土地等一 切可以利用的各种资源。

基本出发点： 从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响。

⑥ 岩层与地表移动的移动规律

岩层与地表移动是一个复杂的时空发展过程。发展过程中的规律称动态规律，移动终止后的规律称静态规律，后者研究较多。用垮落法管理顶板开采缓倾斜矿层时，按顶板岩层移动、变形和破坏特征划分为：冒落带、断裂带和弯曲下沉带(见长壁工作面地压)。
岩层移动稳定后，在采空区上方地表沉陷；形成下沉盆地，其范围大于开采面积。若开采面积为矩形，则地表下沉盆地近似椭圆形。在下沉盆地内各点的移动量不相等，移动方向指向盆地中央。在通过下沉盆地中心沿矿层走向和倾向的垂直断面（主断面）内，若以水平线表示采前地表状态，则采后的地表状态见图1b。图中箭头（4～4┡，5～5┡）表示地表点位移向量。其竖向分量w称下沉，水平分量u称水平移动。相邻点下沉量不等,形成地表的倾斜和曲率变形;相邻点水平移动量不等,形成地表水平变形，如拉伸或压缩。图1a中曲线分别表示主断面内的倾斜i、曲率k、水平变形 (ε和w及u的分布规律。
下沉盆地的移动分布特点与采空区宽度有关。当采空区宽度为开采深度的1.2～1.4倍时，称临界开采，地表达到充分采动，下沉盆地中央出现应有的最大下沉值。当采空区宽度小于开采深度1.2～1.4倍时，称次临界开采，地表为非充分采动，下沉盆地中央的最大值小于应有的最大值。当采空区宽度远大于开采深度的1.2～1.4倍时，称超临界开采，地表为超充分采动，下沉盆地中央出现平坦的无变形区（图2）。一般以下降10mm的点作为地表下沉盆地的边缘点。在主断面内地表下沉盆地边缘点至相应采空区边界点的连线与水平线的夹角称边缘角。用δ0表示走向、 用β0和α0分别表示下山和上山方向的边缘角。边缘角大小与岩性有关。由软岩到硬岩，边缘角逐渐变大。在变形值达到对建筑物有损害处，划定为危险边界。在主断面内,危险边界至相应采空区边界连线与水平线夹角称移动角。分别用δ、α、β表示走向、上山和下山方向的移动角。移动角也随岩性而变化。边缘角与移动角用以表示地表下沉和危险变形边界。
在开采深度小、厚度大的矿体或煤层时，有时地表移动呈塌坑、台阶状断裂等不连续移动特征。地表移动的剧烈程度一般以地表下沉速度，即昼夜下沉量表示。一个地表点随回采工作面推进，由开始移动、逐渐活跃、然后衰落。对缓倾斜和急倾斜煤层,分别以每月下沉50mm和30mm作为划分活跃阶段的标准。当 6个月内下沉量小于30mm时，规定为移动过程已经停止。地表移动持续时间与开采深度有关。采深为100～200m时,地表移动持续时间约为1～2年。深度大，地表下沉速度减小，持续时间更长。

⑦ 岩层移动过程中，采空区周围岩层的移动和破坏形式主要有哪些

剪切破坏，拉伸破坏，牙剪破坏。
供参考。

⑧ 桐梓县大河煤矿岩层移动怎么处理

这您要去您村所属的镇政府、市政府去询问了，或者拨打市长热线询问具体的处理情况和处理时间。

⑨ 煤矿开采以后，其上覆岩层移动分为三带，即跨落带、裂隙带和缓慢下沉带，这三者之间的关系是什么

垮落带即回采后，随开采活动出现垮落，充填到回采空间的岩层；裂专隙带位于垮落带上方，随着属垮落带岩层的垮落松碎，填满采空区后，在矿压作用会产生大量裂隙，但岩层整体性基本不变；缓慢下沉带处于裂隙带上方，会随着裂隙带下沉而逐渐缓慢下沉。