第一章 开采引起的岩层与地表移动

《煤炭工业开采设计规范与开采技术工艺标准及安全作业技术 规程实用手册》 本书作者: 编委会 图书册数:全四册 出 版 社: 定 现 价:998 元 价:450 元《煤炭工业开采设计规范与开采技术工艺标准及安全作业技术 规程实用手册》 本店是实体店，坚决抵制各类盗版、劣质图书 及附件，严格控制图书进货渠道，遵守国家新闻出版、发行的相 关规定， 直接从经过国家出版发行行政部门审核批准的出版社进 货，与国图、中华书局、三联书店、商务印书馆、人民文学、上 海古籍、上海世纪出版集团、中国社科、社科文献、电子工业、 机械工业、化学工业、科学、法律、上海外教、北大、清华、人 大、复旦、武大、南大、广西师大、北京出版集团、浙江少儿、 江苏少儿、21 世纪、作家、春风文艺、长江文艺、接力、漓江等全国知名的 300 余家出版社建立了良好的合作关系，所采购 的图书均经所在地图书市场审读办公室审读合格后，方上市发 行，100%正版、优质，订购速度快，数据提供及时，加工全方 位，能全面符合客户的需求。

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内容介绍：商品简介商品编码：pdf38222出版社： 册   数： 作者: 编委会 出版时间:2013 年 5 月 印刷时间 2013 年 5 月 isbn： 版次：第一版 装帧：精装 纸张：胶版纸 印次：第一次 页数： 正文语种：中文 开本：16 开 目录 第一篇煤炭工业设 计规范 第一章露天煤矿设计规范(GB50l97—1 第二章煤炭矿井设计规范及技术工艺 第二章小型煤矿设计规范及技计工艺 第四章选煤厂设计规范及技术工艺 第五章矿区总体设计规范及技术工艺 第二篇采煤方法与采煤技术工艺标准第一章采煤方法的分类及应用 第二章长壁采煤技术工艺及可靠性分析 第三章单一长壁采煤法技术工艺 第四章倾斜分层长壁采煤法技术工艺及系统分析 第五章放顶煤长壁采煤法技术工艺及其评价 第六章急倾斜煤层采煤法技术工艺 第七章柱式体系采煤方法及技术工艺 第八章采煤方法的选择及发展方向 第三篇特殊煤矿开采方法与开采工艺 第一章开采引起的岩层与地表移动特征 第_二卓建筑物卜采煤设计及开采技术工艺 第一章铁路 Ii 采煤设计及开采技术工艺 第四章水体 F 采煤设计及开采技术工艺 第五章承压含水层 J 二采煤设计及开采技术工艺 第六章上行式开采顺序采煤方法与技术工艺 第七章难采煤层开采技术 1-艺 第八章深矿井开采技术 1 二艺 第九章水利采煤技术工艺 第十章煤与煤层气共采技术工艺 第四篇煤矿高产高效开采模式 与开采工艺及风险分析 丌采模式类型开采模式的综合效能度 开采模式的技术经济论证及 风险性分析 矿井高产高效开采模式选择 超长综采(放)工作面开采技术 综放工作面快速收尾及搬迁技术 工作面快速过断层技术 第五篇煤矿开采安全防范与技术标准 第一章矿井通风安全技术工艺与可靠性评价 第二章矿井瓦斯预测、抽放及局部瓦斯积聚防治安全技术工艺 第三章防治煤与瓦斯突出安全技术工艺及防范预测 第四章矿井火灾防治安全技术工艺及安全指数评价 第五章矿井煤尘防治安全技术工艺 第六章安全仪器仪表与监测监控及安全救护装备 第六篇煤矿重大事故预测与控制 第一章煤矿‘重大事故构成及控制的研究现状分析 第二章煤矿瓦斯爆炸(事故)预测和控制 第三章煤矿水害(透水及突水)事故预测和控制 第四章煤矿冲山地压事故预测摔制 第五章煤矿顶板(掘进、ml 采)事故预测和控制 第六卓煤矿事故控制决策模型及其结构参数 第七篇煤矿安全规程第一部分井工安全规程 第一章开采安全规程 第二章通风和瓦斯、粉尘防治 第三章通风安全监控 第四章煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出防治 第五章防灭火 第六章防治水 第七章爆炸材料和井下爆破 第八章运输、提升和空气压缩机 第九章电气规定 第十章煤矿救护规定 第二部分露天矿安全规程 第一章露天矿一般规定 第二章采剥规定 第三章运输规定 第四章排土规定 第五章滑坡防治规定 第六章防治水和防灭火规定 第七章电气规定 第八章设备检修规定 第三部分职业危害 第八篇采煤安全质量标准化标准及考核评级办法第一章煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法 第二章采煤安全质量标准化标准及考核评级办法 第二章掘进安全质量标准化标准及考核评级办法 第四章机电安全质量标准化标准及考核评级办法 第五章运输安全质量标准化标准及考核评级办法 第六章通风安全质量标准化标准及考核评级办法 第七章地测防治水安全质量标准化标准及考核评级办法 《煤炭工业开采设计规范与开采技术工艺标准及 安全作业技术规程实用手册》巨邦文化发展有限公司服务宗旨 让客户 “买得放心、 买得开心” 是本公司的一贯服务宗旨， 而且， 我们也会始终将这一宗旨贯彻到底，并赋与其更丰富的涵义。

第1篇覆岩与地表移动规律第1章覆岩与地表移动规律1.1 概述各种有用的矿物赋存在地下岩体中的一定位置，与周围的岩体相接触，并保持其应力平衡状态。

地下矿物开采后，采出空间周围的岩层失去支撑而向采空区内逐渐移动、弯曲和破坏。

这一过程随着开采工作面的不断推进，逐渐地从采场向外、向上（顶板）扩展，直至波及到地表，引起地表下沉，形成所谓的下沉盆地(Subsidence basin)。

采动覆岩与地表移动变形的过程是开采破坏了原岩应力状态形成新的平衡的必然过程。

开采引起矿层及围岩的移动和破坏在时间及空间上是一个复杂的运动破坏过程，其特点如下：（1）从采空区至地表，覆岩破坏范围逐渐扩大、破坏强度逐渐减弱，根据覆岩破坏特征一般将其划分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，即所谓的“三带”如图1—1所示；图1—1 采动覆岩移动破坏三带分布图a－冒落带；b－裂隙带；c－弯曲下沉带（2）覆岩移动状态可划分为5个区，如图1－2所示。

其中：①垂直下移区。

该区域的岩层在重力作用下作垂直于矿层的运动。

②垂直上移区。

该区域的岩层在侧向及底板应力的作用下向上移动。

③垂直与水平移动区。

该区域的岩层在覆岩自重及水平应力的作用下，作向采空区中心方向的移动。

④底板下移区。

该区域的岩层在支撑压力的作用下，向底板卸压区移动。

⑤开采支撑压力区。

该区域的岩层要承受采空区上覆岩体重力的转移，形成开采支撑压力区，开采支撑压力区的应力值一般高达原岩应力的1.5～3.0倍。

第1章 覆岩与地表移动规律第 页2图1－2覆岩内部移动状态分布图1.2 覆岩移动破坏规律1.2.1 “三带”的形成矿层开采后，其覆岩要发生移动和破坏。

经长期的观测证实，覆岩移动和破坏具有明显的分带性，它的特征与地质、采矿等因素有关。

在采用走向长壁全部冒落法开采缓倾斜中厚矿层的条件下，只要采深达到一定深度（采深与采高之比H/m >40），覆岩的破坏和移动会出现三个代表性的部分，自下而上分别称为：冒落带(Caved zone)、裂隙带(Fractured zone)和弯曲下沉带(Continuous deformation zone)（见图1－1）。

1.开采沉陷：有用矿物被开采出来后，开采区域周围岩体的原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡，在此过程中，岩层和地表产生连续的移动变形和非连续的破坏，这种现象称为开采沉陷。

2.三下采煤：建筑物，铁路，水体下采煤的合称。

3.岩层移动的形式：弯曲，垮落，煤的挤出，岩层沿层面滑移，垮落岩石下滑，底板岩层隆起。

4.上三带：跨落带，断链带，弯曲带。

下三带：地板采动导水破坏带，地板阻水带，地板承压水导升带。

5.跨落带：是指由采煤引起的上覆岩层破裂并向采空区跨落得岩层范围。

特点：①垮落带县有分层性，它分为不规则垮落和规则垮落两部分。

在下部不规则垮落部分，岩层完全失去其原有层位，在靠近煤层附近，岩石破碎，堆积紊乱。

规则的垮落部分，垮落岩层基本保持其原有层位，处于不规则垮落部分之上。

②垮落带岩石具有一定的碎胀性，垮落岩块间的空隙较大，有利于水、砂、泥土通过。

垮落后岩石体积大于垮落前岩石体积。

③垮落岩石具有可压缩性,垮落岩块间的空隙随着时间的推移和工作面的推进在一定程度上可以压实，一般时间越长，压实性越好，但永远恢复不到垮落前原岩体的体积。

④垮落带的高度取决于采出厚度和上覆岩石的碎胀系数。

通常为采出厚度的3~5倍。

薄煤层开采时垮落带高度较小，一般为采出厚度的1.7倍。

顶板岩石坚硬时垮落带高度为采出厚度的5~6倍；顶板为软岩时，垮落带高度为采出厚度的2~4倍。

6.断裂带：是指在跨落带上方的岩层产生断裂或裂缝，但保持其原有层状的岩层范围。

特点：不仅发生垂直于层理面的断裂或裂缝，而且产生顺层理面的离层裂缝。

7.弯曲带：是指断裂带上方直至地表产生弯曲下沉的岩层范围。

特点：1.弯曲带内岩层在自重力的作用下产生沿层面法方向弯曲，在水平方向受双向压缩，压实程度较好，具有良好的隔水性；2.弯曲带内岩层的移动过程是连续有规律的，保持其整体性和层状结构，不存在或极少存在采动裂缝；3.弯曲带的高度主要受开采深度的影响。

8.地板踩动导水破坏带：是指煤层底板岩层受采动影响而产生导水裂缝的岩层范围，其深度为自煤层底板至采动导水裂缝最深处的发现距离。

一、基础知识（一）岩层与地表移动特征一、岩层移动及其特征采出煤炭后，上覆岩层被破坏，当H>25M时，即开采深度是采高的25倍时，在回采空间上方形成竖三带。

图23-1。

1、垮落带：分为二部分，不规则垮落带和规则垮落带。

1）不规则的：岩层破坏严重，已失去原有的层次，破碎杂乱，并堆积于煤层底板之上。

2）规则的：垮落，但呈巨块，失去连续性，大体上保持原有的层次。

3）高度：与岩性、采高有关，一般为采高的3～5倍；2、断裂带或导水断裂带在垮落带之上，岩层有许多裂隙，但仍保持原有的岩层层次。

断裂呈垂直或斜交岩层层面，或平行层面（离层），因有透水性，也称为导水断裂带。

高度：与上覆岩性有关，为采高的9～35倍；3、弯曲带或整体移动带位于断裂带之上一直到达地表，其岩层移动是成层的、整体性地，最下部分可能出现离层和不导水的细微断裂。

岩层移动具有分带性特征，会随地质和采矿条件的变化而变化。

采用充填技术，则无冒落带（跨），当煤层厚或距地表近时，无弯曲带。

二、地表移动特征1、地表移动及移动盆地1）、地表移动：采用长壁垮落时，随采区面积的增大，岩石移动范围也随之增大。

当采空区的面积扩大到一定范围时，岩层移动发展到地表，使地表产生移动与变形，这一活动称为地表移动。

2）移动盆地：当采煤工作面采完，地表移动稳定后，采空区上方地表形成沉陷区域，形成一个中间下沉近似相等，边缘下沉量少的一个移动盆地。

（煤层水平，矩形的采空区，地表呈椭圆形，以10mm下沉为界）图23-2。

2、移动盆地的形成过程及种类1）形成过程1、2、3 非充分采动；4 充分采动；5 超充分采动2）种类：三种，非充分采动、充分采动、超充分采动3、移动盆地的主断面及其特征1）主断面：最终移动盆地的最大下沉点沿煤层走向或倾向作断面，称为移动盆地的主断面。

有走向主断面和倾向主断面。

2）特征：在主断面上，用各种夹角来表示其特征。

（1）边界角：在充分采动或接近充分采动的条件下，以下沉值为10mm的点作为边界点（移动盆地主断面上）a，将a与采空区边界点b连线，与水平线在煤柱一侧的夹角为边界角；当地表有松散层时，以松散体上部下沉10mm处开始，先将边界点沿松散层移动角ϕ的方向投到基岩面上作为a点。

矿山开采沉陷学：研究煤矿地下开采引起的岩层与地表移动规律、移动变形控制方法及相关问题的科学。

它是一个工程技术研究领域，也是矿山测量、采矿工程学科的专业方向之一。

开采沉陷：矿层地下开采引起的岩层移动、松散层移动、地表移动现象和过程。

岩层移动：地下有用矿物被采出以后，开采区域周围岩体原有的应力平衡状态受到破坏，使岩体产生变形、位移和破坏的现象和过程。

地表移动：当开采的面积达到一定范围之后，岩层的移动和变形将发展到地表，引起地表的移动、变形和塌陷的现象和过程。

岩层移动六种形式：弯曲、煤的挤出(片帮)、垮落(冒落)、底板岩层的隆起、岩石沿层面的滑移、垮落岩石的下滑。

弯曲：岩层沿层面法向一次向采空区方向的弯曲。

煤的挤出(片帮）：煤壁在支承压力作用下压碎向采空区突出的现象。

岩层的垮落(冒落)：顶板岩层受上覆岩层压力弯曲而拉伸破坏，从岩体中垮落。

底板岩层的隆起：在煤层采出后，底板在垂直方向减压，水平方向受压，导致底板向采空区方向隆起。

岩石沿层面的滑移：倾斜煤层时，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会产生沿层面下坡方向的移动。

垮落岩石的下滑：倾斜煤层时，采空区上部垮落的岩石下滑充填下方采空区。

岩层移动分区：充分采动区、最大弯曲区、岩石压缩区、垮落带、断裂带（裂隙带）、弯曲带、底板采动导水破坏带、底板阻水带、承压水导升带。

地表移动的四种形式：下沉盆地、裂缝与台阶、塌陷坑、采动滑移或滑坡。

下沉盆地：受影响地表从原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成一个比采空区范围大得多的沉陷区域，也称“地表下沉盆地”。

裂缝与台阶：地表产生的延伸性裂缝，裂缝两侧地表有时还会有一定的落差而形成台阶。

塌陷坑：边缘较陡、塌陷深度大的漏斗状或沟槽状塌陷坑。

常发生在浅部开采急倾斜煤层或特厚煤层时。

采动滑移或滑坡：采动滑移是指地下开采引起的山区地表附加移动；采动滑坡是指地下开采引起的坡体整体性大面积滑动或坍塌。

充分采动：地表最大下沉值不随采区尺寸增大而增大的临界开采状态。

第一章地表移动和变形规律第一节开采引起的岩层和地表移动一、开采引起的岩层移动和破坏（一）岩层移动和破坏过程在地下煤层被采出前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。

当部分煤层被采出后，在岩体内部形成一个采空区，其周围岩体应力平衡状态受到破坏，引起应力重新分布，从而使岩体产生移动、变形和破坏，直至达到新的平衡。

随着工作面的推进，这一过程不断重复。

这是十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动和破坏过程，这一过程和现象称为岩层移动（Strata Movement）。

为了便于理解，以近水平煤层开采为例，说明岩层移动和破坏过程和应力状态的变化。

当地下煤层开采后，采空区直接顶板岩层在自重应力及上覆岩层重力的作用下，产生向下的移动和弯曲。

当其内部应力超过岩层的应力强度时，直接顶板首先断裂、破碎，相继冒落，而老顶岩层则以梁、板的形式沿层面法向方向移动、弯曲，进而产生断裂、离层。

随着工作面向前推进，受到采动影响的岩层范围不断扩大。

当开采范围足够大时，岩层移动发展到地表，在地表形成一个比采空区范围大得多的下沉盆地，如图1-1所示。

由于岩层移动和破坏的结果，使采空区周围应力重新分布，形成增压区（支承压力区）和减压区（卸载压力区）。

在采空区边界煤柱及其边界上、下方的岩层内形成支承压力区，其最大压力为原岩应力场的3～4倍。

由于支承压力的作用，使该区煤柱和岩层被压缩，有时被压碎，煤层被挤向采空区。

如图1-2所示。

由于增压的结果，使煤柱部分被压碎，支承载荷的能力减弱，于是支承压力峰值区向煤壁深处转移。

在回采工作面的顶、底板岩层内形成减压区，其应力小于采前的正常压力。

由于减压的结果，使下部岩层发生弹性恢复变形。

上部岩体由于受下部岩体移向采空区的结果，可能在顶板岩层内形成离层，而底板岩层在采空区范围内卸压，在煤柱范围内增压，两种压力作用的结果，可能出现采空区地板向采空区隆起的现象。

（二）岩层移动和破坏的形式在岩层移动过程中，采空区周围岩层的移动和破坏形式主要有以下几种：1．弯曲弯曲是岩层移动的主要形式。