地表移動(dòng)與變形

1、 第一章地表移動(dòng)和變形的規(guī)律教學(xué)目的與要求：地表移動(dòng)和變形的規(guī)律是開采損害與保護(hù)學(xué)中最重要的內(nèi)容之一。本章介紹了礦山開采地表移動(dòng)和變形規(guī)律相關(guān)理論知識(shí)，通過學(xué)習(xí)，要求學(xué)生學(xué)握礦山開采損害與保護(hù)相關(guān)的基本概念，理解并掌握各種開采條件下、開采過程中及移動(dòng)盆地穩(wěn)定后地表沉陷的一般規(guī)律。課程內(nèi)容：地下開采引起的巖層移動(dòng)及地表的移動(dòng)和破壞、地表移動(dòng)盆地內(nèi)移動(dòng)和變形分析以及地表移動(dòng)盆地邊界的確定等；移動(dòng)盆地穩(wěn)定后主斷而內(nèi)移動(dòng)和變形分布規(guī)律；采動(dòng)過程中（動(dòng)態(tài)）主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形分布規(guī)律；移動(dòng)盆地穩(wěn)定后全面積的移動(dòng)和變形分布規(guī)律；地質(zhì)采礦因素對(duì)地表沉陷的影響；復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)地表沉陷的影響。教學(xué)重點(diǎn)：巖層移動(dòng)的

2、形式及移動(dòng)穩(wěn)定后采動(dòng)巖層內(nèi)的三帶劃分和各特征；各種開采條件下不同采動(dòng)程度的主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形分布規(guī)律；采動(dòng)過程中的地表移動(dòng)和變形的一般規(guī)律，地表下沉穩(wěn)定后全而積開采損害與保護(hù)分布規(guī)律及各等值線的特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：地表移動(dòng)盆地內(nèi)移動(dòng)和變形分析以及地表移動(dòng)盆地邊界的確定；對(duì)地質(zhì)采礦因素對(duì)地表沉陷的影響進(jìn)行分析。第一節(jié)開采引起的巖層和地表移動(dòng)一.開采引起的巖層移動(dòng)和破壞（一）巖層移動(dòng)和破壞過程當(dāng)部分礦體被采出后，在巖體內(nèi)部形成一個(gè)采空區(qū)，其周圍巖體應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，引起應(yīng)力重新分布，從而使巖體產(chǎn)生移動(dòng).變形和破壞，直至達(dá)到新的平衡。隨著工作而的推進(jìn)，這一過程不斷重復(fù)。這是十分復(fù)雜的物理、力學(xué)變化過

3、程，也是巖層產(chǎn)生移動(dòng)和破壞過程，這一過程和現(xiàn)彖稱為巖層移動(dòng)（StrataMovement）。為了便J：理解，以近水平礦層開采為例，說明巖層移動(dòng)和破壞過程和應(yīng)力狀態(tài)的變化。（-）巖層移動(dòng)和破壞的形式在巖層移動(dòng)過程中，采空區(qū)周圍巖層的移動(dòng)和破壞形式主要有以卜兒種：彎曲垮落，又稱冒落礦體的擠岀巖石沿層面的滑移巖石的下滑底板的隆起在某一個(gè)具體的巖層破壞和移動(dòng)過程中，以上六種移動(dòng)形式不一定同時(shí)出現(xiàn)。另外，松散層的移動(dòng)形式是垂直彎曲，不受礦層傾角的影響。在水平礦層條件卜，松散層和某巖的移動(dòng)形式是一致的。（三）巖層移動(dòng)和破壞穩(wěn)定后形成的三帶巖層移動(dòng)和破壞穩(wěn)定后按其破壞的程度，人致分為三個(gè)不同的開采影響帶，即

4、冒落帶（CavedZone）、裂縫帶（FracturedZone）和彎曲帶（ContinuousDefbrmaturnZone）。冒落帶冒落帶（又稱垮落帶）是指由采礦引起的上覆巖層破裂并向采空區(qū)垮落的巖層范闈。冒落帶內(nèi)巖層破壞特征：（1）在冒落帶內(nèi)，從礦層往上巖層破碎程度逐步減小。（2）冒落巖塊間空隙較人，連通性好，有利丁水.砂、泥土通過。（3）冒落巖石具有的碎脹性能使冒落自行停止。（4）冒落帶高度主要取決丁采出厚度和上覆巖層的碎脹系數(shù)。（5）冒落巖石間的空隙隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和工作而推進(jìn)距離的増加，在上覆巖層壓力作用下，在一定程度上可得到壓實(shí)。裂縫帶裂縫帶是指在采空區(qū)上覆巖層中產(chǎn)生裂縫.離層及斷

5、裂，但仍保持層狀結(jié)構(gòu)的那部分巖層。裂縫帶位J垮落帶和彎曲帶之間。裂縫帶內(nèi)巖層產(chǎn)生較人的彎曲、變形和破壞，其破壞特征:（1）裂縫帶內(nèi)的巖層不僅發(fā)生垂直J：層理面的裂縫或斷裂，而且還產(chǎn)生順層理而的離層裂縫。（2）根據(jù)連通性的好壞，裂縫帶一般導(dǎo)水、但不利砂、泥土通過。（3）冒落帶和裂縫帶合稱為兩帶，又稱為冒落裂縫帶，在解決水體卜采礦時(shí)，垮落帶和裂縫帶合稱為導(dǎo)水裂縫帶。（4）導(dǎo)水裂縫帶高度與巖性有關(guān)。準(zhǔn)確地確定導(dǎo)水裂縫帶高度，対水體卜采礦至關(guān)重要。（5）裂縫帶隨著工作面推進(jìn)距離的增加，當(dāng)釆空區(qū)擴(kuò)人到一定范圍時(shí)，裂縫帶的高度達(dá)到最人。彎曲帶彎曲帶指的是裂縫帶之上直至地表的整個(gè)巖系。其巖層移動(dòng)和破壞特征：

6、（1）彎曲帶內(nèi)巖層在自重的作用下產(chǎn)生層面法向彎曲，在水平方向上處雙向受壓狀態(tài)，其壓實(shí)程度比較好。（2）彎曲帶內(nèi)巖層移動(dòng)過程連續(xù)而有規(guī)律，并保持整體性和層狀結(jié)構(gòu)，不存在或極少存在離層裂縫。在豎直面內(nèi)，各部分的移動(dòng)值相差很小。（3）彎曲帶一般情況卜具有隔水性，特別是當(dāng)巖性較軟時(shí)，隔水性能更好，成為水下開采時(shí)的良好保護(hù)層。（4）彎曲帶的高度主耍受開采深度的影響。當(dāng)采深較小時(shí)，導(dǎo)水裂縫帶高度直達(dá)地表,不存在彎曲帶；當(dāng)采深較人時(shí)，彎曲帶高度可人人超過垮落帶和裂縫帶的高度之和，開采形成的裂縫帶不會(huì)達(dá)到地表?！叭龓А痹谒交蚓弮A斜礦層開采時(shí)表現(xiàn)比較明顯，由地質(zhì)采礦條件的不同，覆巖中的“三帶”不一定同時(shí)存在。

7、二、開采引起的地表移動(dòng)和破壞（一）地表移動(dòng)的形式地表移動(dòng)盆地當(dāng)?shù)夭饭ぷ髅骈_采達(dá)到一定距離后（約為采深的1/41/2時(shí)）,開采影響到地表，受釆動(dòng)影響的地表從原有的標(biāo)高向下沉降，從而在采空區(qū)上方形成一個(gè)比采空區(qū)人得多的沉陷區(qū)域，稱為地表移動(dòng)盆地，或稱卜沉盆地（SubsidenceBasin）。裂縫及臺(tái)階在地玉移動(dòng)盆地的外邊緣區(qū)，地表可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，裂縫的深度和寬度與有無松散層及其厚度有關(guān)。3塌陷坑塌陷坑多出現(xiàn)在急傾斜礦層開采條件卜，但是在某種特殊的地質(zhì)采礦條件卜也易產(chǎn)生塌陷坑。在采深很小、采厚很人時(shí)，由采厚不一致，造成覆巖破壞高度不一致，地表也可能出現(xiàn)漏斗狀塌陷坑。在有含水層的松散層卜采礦時(shí)，不適

8、當(dāng)?shù)靥岣呋夭缮舷抟矔?huì)引起地表產(chǎn)生漏斗狀的塌陷坑。地表出現(xiàn)的裂縫、臺(tái)階或塌陷坑，對(duì)位丁其上的建筑物危害極人。所以在建筑物b鐵路卜或水體下采礦時(shí)，應(yīng)極丿J避免出現(xiàn)人的裂縫.臺(tái)階和塌陷坑。（二）地表移動(dòng)盆地的形成當(dāng)回采工作面自開切眼開始向前推進(jìn)的距離相當(dāng)丁采深的1/41/2時(shí)，開采影響波及到地表，引起地表下沉。然后，隨著工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，采空區(qū)面積增人，地表的影響范朗不斷擴(kuò)人，下沉值不斷增加，卜沉盆地也逐漸擴(kuò)人。如圖17所示，當(dāng)采空區(qū)達(dá)到一定程度時(shí)，最人卜沉值將不再增加而形成一個(gè)平底的卜沉盆地。當(dāng)工作而停止以后，地表的移動(dòng)不會(huì)馬上停止，要延續(xù)一段時(shí)間，然后才能穩(wěn)定，形成最終的地表移動(dòng)盆地，此時(shí)的盆

9、地又稱靜態(tài)移動(dòng)盆地。 # #（三）充分采動(dòng)程度地表移動(dòng)盆地的類型根據(jù)采動(dòng)對(duì)地表影響的程度，一般將地表移動(dòng)盆地劃分為三種類型：（1）非允分采動(dòng)下沉盆地當(dāng)采空區(qū)尺寸小J：該地質(zhì)采礦條件卜的臨界開采尺寸時(shí)，地表任意點(diǎn)的下沉值均未達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下應(yīng)有的最大值,這種采動(dòng)稱為非充分采動(dòng)（SubcnticalMining）此時(shí)地表移動(dòng)盆地稱為非允分采動(dòng)卜沉盆地（SubcnticalSubsidenceBasin）,形狀為漏斗形（圖1-8）. # 圖1-8非充分采動(dòng)時(shí)的地表移動(dòng)盆地（2）充分采動(dòng)下沉盆地當(dāng)?shù)乇硪苿?dòng)盆地內(nèi)只有一個(gè)點(diǎn)的卜沉達(dá)到該地質(zhì)采礦條件卜應(yīng)有的最人卜沉值的采動(dòng)狀態(tài)，稱為充分采動(dòng)（Criti

10、calMnrnig）,又稱臨界開采。此時(shí)地表移動(dòng)盆地稱為充分采動(dòng)卜.沉盆地（CriticalSubsidenceBasin）,形狀為碗形（如圖1-10）。圖1-10充分采動(dòng)時(shí)的地表移動(dòng)盆地圖1-11超充分采動(dòng)時(shí)的地表移動(dòng)盆地（3）超充分采動(dòng)卜沉盆地當(dāng)達(dá)到充分采動(dòng)后，開采工作面的尺寸再繼續(xù)擴(kuò)人時(shí)，地表的影響范閘相應(yīng)擴(kuò)人，但地表最人下沉值不再増加，地表移動(dòng)盆地將出現(xiàn)平底。地表有多個(gè)點(diǎn)的卜沉值達(dá)到最人卜沉值的采動(dòng)情況，稱為超充分采動(dòng)（SupercnticalMmmg）,此時(shí)地表移動(dòng)盆地稱為超充分采動(dòng)卜沉盆地（SupercriticalSubsidenceBasin）,形狀為盆形。2充分采動(dòng)角引入充分

11、采動(dòng)的概念主耍是研究地表移動(dòng)盆地的性質(zhì)，充分采動(dòng)的范圍常用允分采動(dòng)角（常用瘁示）來確定。充分采動(dòng)角（AngleofFullSubsidence）是指在充分采動(dòng)條件I在地表移動(dòng)盆地的主斷而上，移動(dòng)盆地平底的邊緣在地表水平線上的投影點(diǎn)和同側(cè)采空區(qū)邊界連線與礦層在采空區(qū)一側(cè)的夾角稱為充分采動(dòng)角。卜山方面的充分采動(dòng)角以0表示，上山方向的充分采動(dòng)角以血表示，走向方向的充分采動(dòng)角以約表示。（四）地表移動(dòng)盆地主斷而定義通常將地表移動(dòng)盆地內(nèi)通過地表最人卜沉點(diǎn)所作的沿礦層走向和傾向的垂直斷面稱為地表移動(dòng)盆地的主斷而（MajorSectionofSubsidenceBasin）。如圖112中的MJ、沿走向的主斷而

12、稱為走向主斷面，沿傾向的主斷面稱為傾向主斷而。圖112地表移動(dòng)盆地主斷而從以上定義可看出，當(dāng)非充分采動(dòng)和剛達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，沿走向和傾向分別只有一個(gè)主斷面；當(dāng)超充分采動(dòng)時(shí)，地表有若干個(gè)最人下沉值，通過任意一個(gè)最人下沉值沿礦層走向或傾向的垂直斷面，都可成為主斷而，此時(shí)主斷而有無數(shù)個(gè)；當(dāng)走向達(dá)到充分采動(dòng)，傾向未達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，有無數(shù)個(gè)傾向主斷面，只有一個(gè)走向主斷面；當(dāng)傾向達(dá)到充分采動(dòng)，走向未達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，有無數(shù)個(gè)走向主斷面，只有一個(gè)傾向主斷而。地表移動(dòng)盆地主斷面的特征從主斷而的定義可知，地表移動(dòng)盆地主斷而具有如卜特征：（1）在主斷面上地表移動(dòng)盆地的范圍最大；（2）在主斷面上地表移動(dòng)量最大；（3）在

13、主斷面上，不存在垂直丁主斷而方向的水平移動(dòng)。由丁主斷面的上述特征，在研究開采引起的地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律時(shí)，為簡(jiǎn)單明了起見，首先研究主斷而上的地表移動(dòng)和變形。最人卜沉角最人卜沉角（AngleofMaximumSubsidence）就是在傾斜主斷面上，由采空區(qū)的中點(diǎn)和移動(dòng)盆地最人卜沉點(diǎn)在某巖面上投影點(diǎn)的連線與水平線之間沿礦層卜山方向一側(cè)的夾角，常用皺示（如圖l-13）o實(shí)測(cè)資料表明,最大下沉角0與覆巖巖性和礦層傾角殖關(guān),在傾斜或緩傾斜礦層條件下,0值隨礦層傾角的増大而減小。一般用下式表示】同：(1-2)處90。屜式中，與巖性有關(guān)的系數(shù)；W層傾角。 # 圖1J3嚴(yán)大下沉角確定方法示意圖7非充分采動(dòng)

14、時(shí)最大下沉角：厶充分采動(dòng)時(shí)最大下沉角主斷面的位置（1）在非充分采動(dòng)情況下在水平礦層條件下，主斷而一般位J：采空區(qū)中心，如圖114所示；在傾斜礦層開采條件下，傾向主斷面位于采空區(qū)中心,走向主斷面偏向礦層下山方向,用最大下沉角確定。如圖115所示，在傾斜主斷面上，自回采工作而的中點(diǎn)向礦層下山方向作水平線，然后以工作面中點(diǎn)為角的頂點(diǎn)，從水平線開始劃出最人卜沉角呂此劃線初地表相交點(diǎn)，。點(diǎn)即是傾斜主斷而上的最人卜沉點(diǎn)。通過。點(diǎn)作平行J礦層走向的垂直斷而，即為走向主斷面。最人卜沉點(diǎn)的位置用“來確定，值求取公式如2(1-3)d=HocrgO（2）在允分采動(dòng)情況卜首先按充分采動(dòng)角0、申2、旳確定地表允分采動(dòng)區(qū)

15、的范圍，然后通過該范圍內(nèi)所作的礦層走向和傾向的垂直斷而均為主斷而。如圖116和圖1J7所示。圖1-14非充分采動(dòng)時(shí)水平礦層（主斷面）A圖1J5非充分采動(dòng)時(shí)傾斜礦層（主斷面圖1J6充分采動(dòng)水平礦層（主斷面）A圖1J7充分采動(dòng)傾斜礦層（主斷面）（五）地表移動(dòng)盆地的特征地表移動(dòng)盆地的三個(gè)區(qū)域?qū)崪y(cè)表明，地表移動(dòng)盆地的范闈遠(yuǎn)人J對(duì)應(yīng)的采空區(qū)范圍。地表移動(dòng)盆地的形狀取決J：采空區(qū)的形狀和礦層傾角。移動(dòng)盆地和采空區(qū)的相對(duì)位置取決礦層的傾角。在移動(dòng)盆地內(nèi)，各個(gè)部位的移動(dòng)和變形性質(zhì)及人小不盡相同。在采空區(qū)上方地表平坦、達(dá)到超充分采動(dòng)、采動(dòng)影響范闈內(nèi)沒有人地質(zhì)構(gòu)造的條件卜S最終形成的靜態(tài)地表移動(dòng)盆地可劃分為三個(gè)區(qū)

16、域（圖1-18）：（1）移動(dòng)盆地的中間區(qū)域（又稱中性區(qū)域）移動(dòng)盆地的中間區(qū)域位丁盆地的中央部位，即圖中用2字標(biāo)出的部分。在此范閘內(nèi)，地表卜沉均勻，地表卜沉值達(dá)到該地質(zhì)采礦條件卜應(yīng)有的最人值，其它移動(dòng)和變形值近似J：零，一般不出現(xiàn)明顯裂縫。（2）移動(dòng)盆地的內(nèi)邊緣區(qū)（又稱壓縮區(qū)域）移動(dòng)盆地的內(nèi)邊緣區(qū)一般位J采空區(qū)邊界附近到最人卜沉點(diǎn)之間，即圖中用3字標(biāo)出的部分。在此區(qū)域內(nèi)，地表卜沉值不等，地面移動(dòng)向盆地的中心方向傾斜，呈凹形，產(chǎn)生壓縮變形，一般不出現(xiàn)裂縫。（3）移動(dòng)盆地的外邊緣區(qū)（又稱拉仲區(qū)域）移動(dòng)盆地的外邊緣區(qū)位采空區(qū)邊界到盆地邊界之間，即圖中用4字標(biāo)出的部分。在此區(qū)域內(nèi)，地表下沉不均勻，地而移

17、動(dòng)向盆地中心方向傾斜，呈凸形，產(chǎn)生拉伸變形。當(dāng)拉伸變形超過一定數(shù)值后，地面將產(chǎn)生拉伸裂縫。地表移動(dòng)盆地邊界的劃分按照地表移動(dòng)變形值人小對(duì)建筑物及地表的影響程度，將地表移動(dòng)盆地分為三個(gè)邊界：（1）移動(dòng)盆地的最外邊界移動(dòng)盆地的最外邊界是以地表移動(dòng)變形為零的盆地邊界點(diǎn)所圈定的邊界?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中，考慮到觀測(cè)誤差，一般取卜沉10mm的點(diǎn)為邊界點(diǎn)，最外邊界實(shí)際上是卜沉10mm的點(diǎn)圈定的邊界，見圖1-19中ACBD.近年觀測(cè)表明，有時(shí)水平移動(dòng)為10mm的邊界較卜沉為10mm的邊界人，有的學(xué)者建議取兩者的最外邊界作為移動(dòng)盆地的最外邊界。（2）移動(dòng)盆地的危險(xiǎn)移動(dòng)邊界危險(xiǎn)移動(dòng)邊界是以臨界變形值確定的邊界，表示處該邊

18、界范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物將產(chǎn)生損害。而位該邊界外的建（構(gòu)）筑物將產(chǎn)生不明顯的損害。我國(guó)一般釆用的臨界變形值是：A=3min;m,E=2mm/m,/=0.2miwm2o以這三個(gè)變形值中最外一個(gè)值確定危險(xiǎn)移動(dòng)邊界，如圖119中/BfCrDf所示。要注意的是，不同結(jié)構(gòu)的建（構(gòu)）筑物能承受最人變形的能力不同，各種類型的建筑物都對(duì)應(yīng)有相應(yīng)的臨界變形值。如華東地區(qū)部分村房，采用泥漿砌筑，當(dāng)拉伸變形達(dá)到11.5min/m時(shí)，房屋即破壞。在確定移動(dòng)盆地內(nèi)危險(xiǎn)移動(dòng)邊界時(shí)，用相應(yīng)建筑物的臨界變形值圈定，會(huì)更接近實(shí)際。移動(dòng)盆地的裂縫邊界裂縫邊界是根據(jù)移動(dòng)盆地內(nèi)最外側(cè)的裂縫圈定的邊界。如圖1-19中的ACBD.圖1-1

19、9表示了急傾斜礦層開采后所形成的三個(gè)邊界。在這個(gè)主斷而圖上，AB為最外邊界、4B為危險(xiǎn)移動(dòng)邊界,AB為裂縫邊界。0DUULT；圖1-19地表移動(dòng)盆地邊界的確定3地表移動(dòng)盆地邊界的角鼠參數(shù)通常用角值參數(shù)確定移動(dòng)盆地邊界。描述地表移動(dòng)盆地形態(tài)和范甫的角起參數(shù)主要是邊界角、移動(dòng)角、裂縫角和松散層移動(dòng)角，如圖120所示。邊界角在充分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)的條件廠地表移動(dòng)盆地主斷面上盆地邊界點(diǎn)(卜沉為lOnuii)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在礦柱一側(cè)的夾角稱為邊界角(LmutAngle)o當(dāng)有松散層存在時(shí)，應(yīng)先從盆地邊界點(diǎn)用松散層移動(dòng)角劃線和基巖與松散層交接而相交，此交點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在礦柱一側(cè)

20、的夾角稱為邊界角。按不同斷面，邊界角可分為走向邊界角.卜山邊界角、上山邊界角、急傾斜礦層底板邊界角，分別用沁佩、沁心表示。移動(dòng)角在充分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)的條件下，地表移動(dòng)盆地主斷而上三個(gè)臨界變形中最外邊的一個(gè)臨界變形值點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在礦柱一側(cè)的夾角稱為移動(dòng)角(AngleofCnticalDeformation)。當(dāng)有松散層存在時(shí)，應(yīng)從最外邊的臨界變形值點(diǎn)用松散層移動(dòng)角劃線和皋巖與松散層交接而相交，此交點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在礦柱一側(cè)的夾角稱為移動(dòng)角。按不同斷而，邊界角可分為走向移動(dòng)角、卜山移動(dòng)角、上山移動(dòng)角.急傾斜礦層底板移動(dòng)角，分別用/隊(duì)八力表示。裂縫角在充分采動(dòng)或接近充

21、分采動(dòng)的條件下，在地表移動(dòng)盆地主斷而上，移動(dòng)盆地最外側(cè)的地表裂縫至采空區(qū)邊界的連線與水平線在礦柱一側(cè)的夾角稱為裂縫角(AngleofBreak)o按不同斷而，裂縫角可分為走向裂縫角.卜山裂縫角、上山裂縫角、急傾斜礦層底板裂縫角，分別用沢卩、八/表示。松散層移動(dòng)角如圖121所示，用某巖移動(dòng)角自采空區(qū)邊界劃線和基巖松散層交接而相交丁方點(diǎn)，B點(diǎn)至地表I、沉為10mm處的點(diǎn)C連線與水平線在礦柱一側(cè)所夾的銳角稱為松散層移動(dòng)角(CriticalDefbnnationAngleofUnconsolidatedLayei-s),用0表示。它不受礦層傾角的影響,主要與松散層的特性有關(guān)。第二節(jié)盆地內(nèi)地表移動(dòng)和變形

22、分析一、盆地內(nèi)地表點(diǎn)的移動(dòng)分析實(shí)測(cè)表明，地表點(diǎn)的移動(dòng)軌跡取決J地表點(diǎn)在時(shí)間和空間上與工作而和對(duì)位置的關(guān)系。如圖122所示，一個(gè)點(diǎn)的移動(dòng)向量可以分解為垂直分量和水平分瓠垂直分最稱為卜沉，水平分鼠稱為水平移動(dòng)。沿?cái)嗝娴乃揭苿?dòng)為縱向水平移動(dòng)，垂直J斷而的水平移動(dòng)稱橫向水平移動(dòng)。為了研究問題的方便，將三維空間的移動(dòng)問題簡(jiǎn)化為沿走向斷而和沿傾向斷面的兩個(gè)平面問題。描述地表移動(dòng)盆地內(nèi)移動(dòng)和變形的指標(biāo)是：下沉(Subsidence).傾斜(Slope).曲率(Curvature)、水平移動(dòng)(Displacement)、水平變形(HonzontalStrain)及扭曲和剪切變形(TwistmgandShea

23、rStrain)。圖1-23地表冬點(diǎn)的移動(dòng)和變形分析二、盆地主斷面內(nèi)的地表移動(dòng)和變形分析在移動(dòng)盆地內(nèi)，地表各點(diǎn)的移動(dòng)方向和移動(dòng)量各不相同。一般在移動(dòng)盆地主斷而上，通過設(shè)點(diǎn)觀測(cè)來研究地表各點(diǎn)的移動(dòng)和變形。圖123表示在地表移動(dòng)盆地主斷而上設(shè)有若干觀測(cè)點(diǎn)，在地表移動(dòng)前后，測(cè)鼠各點(diǎn)的高程和測(cè)點(diǎn)間距，通過計(jì)算即可得到各點(diǎn)的移動(dòng)和變形量。1下沉地表點(diǎn)的沉降叫卜沉，是地表移動(dòng)向量的垂直分量，用w表示，它反映了一個(gè)點(diǎn)不同時(shí)間在垂直方向的變化量。用地表某一點(diǎn)的加次與首次觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高差表示：I祕(mì)(14)式中，地表點(diǎn)的下沉，mm；4o力am地表點(diǎn)首次和加次觀測(cè)時(shí)的高程，mm。卜沉值正負(fù)號(hào)的規(guī)定：正值表示測(cè)點(diǎn)卜沉，

24、負(fù)值表示測(cè)點(diǎn)上升。水平移動(dòng)地表卜沉盆地中某一點(diǎn)沿某一水平方向的位移叫水平移動(dòng)，用表示。用地表某一點(diǎn)的加次與首次測(cè)得的從該點(diǎn)至控制點(diǎn)水平距離差表示：”=篇一厶)(1式中，%地表點(diǎn)的水平移動(dòng)，mm；人0、滄一分別表示首次和W次觀測(cè)時(shí)地表點(diǎn)到觀測(cè)線控制點(diǎn)R間的水平距離，nmio水平移動(dòng)值正負(fù)號(hào)的規(guī)定：在傾斜斷面上，指向礦層上山方向的為正值，指向礦層卜山方向的為負(fù)值；在走向斷面上，指向走向方向的移動(dòng)為正，逆向走向方向的移動(dòng)為負(fù)。3傾斜地表傾斜是指相鄰兩點(diǎn)在豎直方向的卜沉差與其水平距離的比值，它反映了地表移動(dòng)盆葉n叫地沿某一方向的坡度，通常以/表示。(1-6)式中，4-nm、兩點(diǎn)的傾斜變形，ninVrn

25、；4-n一地表八點(diǎn)間的水平距離，m；”缶、叫一分別為地表八點(diǎn)的卜沉值，mm。傾斜的正負(fù)號(hào)規(guī)定：在傾斜斷面上，指向上山方向的為正，指向卜山方向的為負(fù)。在走向斷面上，指向走向方向的為正，逆向走向方向的為負(fù)。4.曲率曲率是兩相鄰線段的傾斜差與兩線段中點(diǎn)間的水平距離的比值，它反映了觀測(cè)線斷而上的彎曲程度。通常用/表示，由卞式計(jì)算：km_n_p=7-（1-7）（4-,；+J）式中，Zm-n、/n-p分別表示地表/-和“點(diǎn)間的平均斜率，1!1111血：4-n、Ap分別表示地表m和H-p點(diǎn)間的水平距離，m:心葉一線段/-/和線段mp的平均曲率，innrm2o曲率的正負(fù)號(hào)規(guī)定：地表卜沉曲線上凸為正，地表下沉曲

26、線上凹為負(fù)。水平變形水平變形是指相鄰兩點(diǎn)的水平移動(dòng)差與兩點(diǎn)間水平距離的比值，常用咸示。水平變形是表示單位長(zhǎng)度的線段的拉伸或壓縮?？捎刹肥接?jì)算：(1-8)一刀一_J1=-ZV-Z7*ZV-/7式中，%、un分別為八點(diǎn)的水平移動(dòng)，inm：1mn點(diǎn)m、的水平距離9m；點(diǎn)八的水平變形，ixun-ino水平變形的正負(fù)號(hào)規(guī)定：拉伸變形為正，壓縮變形為負(fù)。 第三節(jié)移動(dòng)穩(wěn)定后盆地內(nèi)移動(dòng)和變形分布規(guī)律一、移動(dòng)穩(wěn)定后盆地主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形分布規(guī)律地表移動(dòng)和變形規(guī)律（GroundMovementandDefbnnationLaws）是指地F開采引起的地表移動(dòng)和變形的人小、空間分布形態(tài)及其與地質(zhì)采礦條件的關(guān)系。其內(nèi)容

27、主耍包括地表移動(dòng)盆地主斷而內(nèi)的移動(dòng)和變形分布規(guī)律、地表移動(dòng)穩(wěn)定后全而積移動(dòng)和變形分布規(guī)律等。由丁地表移動(dòng)和變形規(guī)律受地質(zhì)采礦條件的影響，不同地質(zhì)采礦條件匚地表移動(dòng)和變形規(guī)律存在一定的差異，卜而敘述的規(guī)律是典型化和理想化的，必須滿足以卜兒個(gè)條件：（1）深厚比翊（開采深度與開采厚度之比值）大30。在這樣的條件廠地表移動(dòng)和變形在空間和時(shí)間上都具有明顯的連續(xù)性和一定的分布規(guī)律；（2）地質(zhì)采礦條件正常，無人的地質(zhì)構(gòu)造（如人斷層和地卜溶洞等），并采用正規(guī)循環(huán)的采礦作業(yè)；（3）單一礦層開采，不受鄰近工作而開采的影響：（4）采空區(qū)的形狀規(guī)則，一般為矩形。（一）水平礦層非充分采動(dòng)時(shí)主斷面內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律

28、釆動(dòng)程度判別：如圖124所示，水平礦層開采時(shí)的采動(dòng)程度可用走向充分采動(dòng)角妁來判別。當(dāng)用妁角作的兩條直線交巖層內(nèi)部而未及地表時(shí)，此時(shí)地表為非充分采動(dòng)。用走向邊界角&作出邊界點(diǎn)厶1下沉曲線（圖1-24+的曲線1）卜沉曲線表示地表移動(dòng)盆地內(nèi)卜沉的分布規(guī)律，用譏才）表示。設(shè)主斷面方向?yàn)椴泡S,卜沉的分布規(guī)律函數(shù)為/（x）,則卜沉曲線可表示為：W（T）=f（T）（1-9）在研究地表移動(dòng)規(guī)律時(shí)，首先耍確定以下兒個(gè)特征點(diǎn)：（1）最人卜沉點(diǎn)O在水平礦層條件卜位采空區(qū)中央正上方，此點(diǎn)的下沉值最人；（2）移動(dòng)盆地邊界點(diǎn),乙方處的下沉為零，可根據(jù)走向邊界角作出邊界點(diǎn)B；（3）拐點(diǎn)2即移動(dòng)盆地主斷面上卜沉曲線凹凸的分界

29、點(diǎn)，即曲率為零的點(diǎn)。拐點(diǎn)的位置一般位J：采空區(qū)邊界上方而略偏向采空區(qū)一側(cè)。卜沉曲線分布規(guī)律：在采空區(qū)中央上方。處地表卜沉值最人，從盆地中心向采空區(qū)邊緣下沉逐漸減小，在盆地邊界點(diǎn)2、方處卜沉為零，下沉曲線以釆空區(qū)中央對(duì)稱。2傾斜曲線（圖1-24+的曲線2）傾斜曲線表示地表移動(dòng)盆地傾斜的變化規(guī)律，用/（X）表示。是卜沉曲線的一階導(dǎo)數(shù)：心）=如（1-10）dx傾斜曲線分布規(guī)律：盆地邊界至拐點(diǎn)間傾斜漸増，拐點(diǎn)至最人卜沉點(diǎn)間傾斜逐漸減小,在最人下沉點(diǎn)處傾斜為零。在拐點(diǎn)處傾斜最大，有兩個(gè)相反的最大傾斜值。3曲率曲線（圖1-24+的曲線3）曲率曲線表示地表移動(dòng)盆地內(nèi)曲率的變化規(guī)律，用（才）表示。是傾斜曲線的

30、一階導(dǎo)數(shù)，卜沉曲線的二階倒數(shù)：（丫）=刃(丫)dx/訂（才） 曲率曲線的分布規(guī)律：盆地邊緣區(qū)為正曲率區(qū)，盆地中部為負(fù)曲率區(qū)。曲率曲線有三個(gè)極值，兩個(gè)相等的最大正曲率和一個(gè)最人負(fù)曲率，兩個(gè)最人正曲率位j:邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間，最大負(fù)曲率位丁最大下沉點(diǎn)處。邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處曲率為零。4水平移動(dòng)曲線（圖124中的曲線4）水平移動(dòng)曲線表示地表移動(dòng)盆地內(nèi)水平移動(dòng)分布規(guī)律，用（工）表示。由丁水平移動(dòng)曲線分布規(guī)律與傾斜曲線分布規(guī)律相似，可以表示為(1-12)（.丫）=方丿（才）=於彳adx式中，園-為水平移動(dòng)系數(shù)，據(jù)有關(guān)資料：尿0.130.18禺水平移動(dòng)曲線的分布規(guī)律：與傾斜曲線相似。盆地邊界至拐點(diǎn)間水平移動(dòng)漸增，

31、拐點(diǎn)至最人卜沉點(diǎn)間水平移動(dòng)逐漸減小，在最人卜沉點(diǎn)處水平移動(dòng)為零。在拐點(diǎn)處水平移動(dòng)最人,有兩個(gè)相反的最人水平移動(dòng)值。移動(dòng)盆地內(nèi)各點(diǎn)的水平移動(dòng)方向都指向盆地中心。5.水平變形曲線（圖124中的曲線5）水平變形曲線表示地表移動(dòng)盆地內(nèi)水平變形分布規(guī)律，用（才）表示。是水平移動(dòng)的一階導(dǎo)數(shù)：dx(1-13)水平變形曲線的分布規(guī)律：與曲率曲線的分布規(guī)律相似：盆地邊緣區(qū)為拉伸區(qū)，盆地中部為壓縮區(qū)。水平變形曲線有三個(gè)極值，兩個(gè)相等的正極值和一個(gè)負(fù)極值，正極值為最人拉伸值，負(fù)極值為最人壓縮值。兩個(gè)最人拉伸值位丁邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間，最人壓縮值位J最人卜沉點(diǎn)處：邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處水平變形為零。 # #圖1-24水平礦層非充

32、分采動(dòng)時(shí)主斷而內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律1下沉：2T頃斜：3曲率：4水平移動(dòng)：5水平變形（二）水平礦層充分采動(dòng)時(shí)主斷面內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律采動(dòng)程度判別：如圖125所示，當(dāng)用走向充分采動(dòng)角約畫的兩直線剛好交地表一點(diǎn)o時(shí)，這時(shí)地表剛好達(dá)到充分采動(dòng)。用走向邊界角玄作出邊界點(diǎn)V、 #圖1-25水平礦層充分采動(dòng)時(shí)主斷而內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律1一下沉：2傾斜；率：4一水平移動(dòng)；5-水平變形 地表剛好達(dá)到允分采動(dòng)時(shí)主斷而內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律與水平礦層非充分采動(dòng)時(shí)相比，有以下特點(diǎn)：（1）卜沉曲線上最人下沉點(diǎn)O的最人卜沉值已達(dá)到該地質(zhì)采礦條件卜的最大值；（2）傾斜.水平移動(dòng)曲線沒有明顯變化：（3）在最人

33、下沉點(diǎn)。處，水平變形和曲率變形值均為零，在盆地中心區(qū)出現(xiàn)了兩個(gè)最大負(fù)曲率和兩個(gè)最大壓縮變形值，位丁拐點(diǎn)占和最大下沉點(diǎn)。之間；（4）拐點(diǎn)處占的卜沉值約為最人下沉值的一半。（三）水平礦層超充分采動(dòng)時(shí)主斷面內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律采動(dòng)程度判別：如圖126所示，當(dāng)用約角作的兩直線在地表交丁0和G兩點(diǎn)，0和彳間出現(xiàn)平底時(shí)，地表達(dá)到超充分采動(dòng)。用走向邊界角作出邊界點(diǎn)A.地表達(dá)到超充分采動(dòng)時(shí)主斷面內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律和非充分采動(dòng)時(shí)相比，具有以下特點(diǎn)：（1）K沉盆地出現(xiàn)了平底區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，各點(diǎn)下沉值和等，并達(dá)到該地質(zhì)采礦條件卜的最人值；（2）在平底區(qū)內(nèi)，傾斜、曲率和水平變形均為零或接近J：零，各種變形主

34、要分布在采空區(qū)邊界上方附近；（3）最人傾斜和最人水平移動(dòng)位丁拐點(diǎn)處；最大正曲率、最人拉伸變形位J：拐點(diǎn)和邊界點(diǎn)之間；最犬負(fù)曲率、最人壓縮變形位丁拐點(diǎn)和最大卜沉點(diǎn)。之間。（4）盆地平底0廣0、區(qū)內(nèi)水平移動(dòng)理論上為零，實(shí)際存在殘余水平移動(dòng)。（4）廠:；（5）&廣、/丿V：Os1:八E1I11111111:”Zz/、Xr、:、/:/丨予;圖1-26水平礦層超充分采動(dòng)時(shí)主斷面內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律1一下沉：2傾斜；3-曲率：4-水平移動(dòng)：5水平變形（四）傾斜礦層（15。a55）非充分采動(dòng)時(shí)主斷而內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律（圖1-28）急傾斜礦層非充分采動(dòng)時(shí)主斷而內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律與傾斜礦層非允分

35、采動(dòng)時(shí)地表移動(dòng)分布規(guī)律相比，具有以下特點(diǎn)：（1）F沉盆地形態(tài)的非刈稱性十分明顯，卜山方向的影響范圍遠(yuǎn)人J：上山方向的影響范圍。隨著礦層傾角的增人，地表卜沉曲線由対稱的碗形逐漸變?yōu)榉菍澐Q的瓢形。當(dāng)?shù)V層傾角接近90時(shí)，下沉盆地剖面又轉(zhuǎn)變?yōu)樨追Q的碗性或兜形；（2）隨著礦層傾角的增加，最人卜沉點(diǎn)位置逐漸移向礦層上山方向，當(dāng)?shù)V層傾角接近90。時(shí)，在礦層露頭上方。急傾斜礦層開采時(shí)不現(xiàn)充分采動(dòng)情況，最人卜沉值隨回采階段垂高的增加而增大;（3）在松散層較薄的情況下，可能只出現(xiàn)指向上山方向的水平移動(dòng)；（4）當(dāng)開采厚度較人.開采深度較小、礦層頂?shù)装鍒?jiān)硬不冒落而礦質(zhì)又較軟時(shí)，開采后采空區(qū)上方的礦層容易沿礦層底板滑落

36、。這種滑落可能一直發(fā)展到地表，使地表礦層露頭處出現(xiàn)塌陷坑；（5）當(dāng)采深較人、采厚較小、頂板巖石較松軟、松散層較厚的情況下，地表不一定出圖1-28急傾斜礦層非充分采動(dòng)時(shí)上斷面內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律1一下沉：2傾斜：3-曲率：4-水平移動(dòng)：5-水平變形二、移動(dòng)穩(wěn)定后全盆地內(nèi)移動(dòng)和變形分布規(guī)律在解決建筑物和鐵路卜采礦問題時(shí)，由建筑物和詼路往往不在地表卜沉盆地主斷而位置上，按主斷而計(jì)算方法計(jì)算不能滿足要求，因此研究卜沉盆地全面積開采的沉陷規(guī)律有其實(shí)際的意義。（一）下沉等值線卜沉等值線呈近似圓形分布，在圓形中心處卜沉值最人，在同一方向上離中心愈遠(yuǎn)卜沉值減小,如圖1-29所示。y圖1-29下沉等值線 #

37、 #（二）傾斜等值線除了與點(diǎn)的位置有關(guān)外，還與給定方向有關(guān)。沿走向和傾斜方向的傾斜和水平移動(dòng)等值線全面積分布均為兩組橢圓。橢圓長(zhǎng)軸方向與所指定的方向垂直。如圖130所示。 # #沿走向方向沿傾向方向圖1-30傾斜等值線 （三）水平移動(dòng)等值線與給定方向有關(guān)。沿走向和傾斜方向的傾斜和水平移動(dòng)等值線全面積分布均為兩組橢圓。橢圓長(zhǎng)軸方向與所指定的方向垂直，如圖1-31所示。 # #（四）曲率等值線與給定方向有關(guān)。沿走向和傾斜方向的曲率等值線全面積分布均為四組橢圓。橢圓長(zhǎng)軸方向與所指定的方向垂直，如圖132所示。沿走向方向沿傾向方向圖1-32曲率等值線（五）水平變形等值線與給定方向有關(guān)。沿走向和傾斜方向

38、的水平變形等值線全而積分布均為四組橢圓。橢圓長(zhǎng)軸方向與所指定的方向垂直，如圖133所示。 沿走向方向圖1-33水平變形等值線 第四節(jié)采動(dòng)過程中主斷面內(nèi)移動(dòng)和變形分布規(guī)律一、研究采動(dòng)過程中地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律的作用和意義地卜礦層采出后引起的地表沉陷是一個(gè)非常復(fù)雜的時(shí)間和空間過程。隨著工作而的推進(jìn)，不同時(shí)間的回采工作而與地表點(diǎn)的相對(duì)位置不同，開采對(duì)地表點(diǎn)的影響也不同。地表點(diǎn)的移動(dòng)經(jīng)歷一個(gè)由開始移動(dòng)到劇烈移動(dòng)，最后到停止移動(dòng)的全過程。在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)遇到卜述情況，即僅僅根據(jù)穩(wěn)定后（或靜態(tài)）的沉陷規(guī)律還不能很好地解決實(shí)際問題，必須進(jìn)一步研究移動(dòng)和變形的動(dòng)態(tài)規(guī)律。例如，在超允分采動(dòng)條件下，地表下沉盆

39、地出現(xiàn)平底，在此平底范闈內(nèi)地表卜沉相同，地表變形等丁零或接近零，但不能認(rèn)為在此區(qū)域內(nèi)的建筑物不受到破壞，因?yàn)樵诠ぷ鞫七M(jìn)過程中該區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)均耍經(jīng)受動(dòng)態(tài)變形的影響，雖然這種動(dòng)態(tài)變形是臨時(shí)性的，但它同樣可以使建筑物遭到破壞。研究采動(dòng)過程中的地表移動(dòng)規(guī)律，對(duì)J鐵路、公路、建（構(gòu)）筑物卜采礦十分重要。在建筑物卜采礦時(shí)，需要隨時(shí)確定建筑物受采動(dòng)影響的開始時(shí)間和在不同時(shí)期的地表移動(dòng)和變形甌以便對(duì)建筑物采取適當(dāng)措施習(xí)。如加強(qiáng)觀測(cè)、加固.臨時(shí)遷出或改變用途等。在鐵路卜采礦時(shí)，需根據(jù)動(dòng)態(tài)變形規(guī)律確定鐵路維修范朗，預(yù)計(jì)鐵路上部建筑起墊雖等。在進(jìn)行協(xié)調(diào)開采（HamiomcExtraction）時(shí)，根據(jù)動(dòng)態(tài)變形

40、規(guī)律可以更合理地安排回采作而之間的相互關(guān)系等。二、地表點(diǎn)的移動(dòng)軌跡當(dāng)?shù)乇睃c(diǎn)與工作面和對(duì)位置不同時(shí)，地表點(diǎn)的移動(dòng)方向和人小不同。圖1-34給出了地表最人下沉值點(diǎn)從開始移動(dòng)到移動(dòng)結(jié)束的全過程，據(jù)此可將地表移動(dòng)分為四個(gè)階段2：（1）當(dāng)工作面由遠(yuǎn)處向點(diǎn)推進(jìn)，移動(dòng)波及到點(diǎn)，伙點(diǎn)開始下沉，隨著工作面的推進(jìn)點(diǎn)卜沉速度由小逐漸變?nèi)?，此時(shí)點(diǎn)的移動(dòng)方向與工作而推進(jìn)方向相反，此時(shí)為移動(dòng)的第I階段；（2）當(dāng)工作面通過點(diǎn)正卜方（如2處）繼續(xù)推進(jìn)時(shí)，點(diǎn)的卜沉速度增人，并逐漸達(dá)到最人下沉速度，3點(diǎn)的移動(dòng)方向近鉛垂方向，此為移動(dòng)的第II階段；（3）當(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)，逐漸遠(yuǎn)離地表點(diǎn)乂后，點(diǎn)的移動(dòng)方向逐漸與工作面推進(jìn)方向相同，此

41、為移動(dòng)的第III階段；（4）當(dāng)工作面遠(yuǎn)離3點(diǎn)一定距離后，回采工作面対點(diǎn)的影響逐漸減小，伙點(diǎn)卜沉速度逐漸趨丁零，點(diǎn)，（移動(dòng)停止，此為移動(dòng)的第IV階段；（5）移動(dòng)穩(wěn)定后，點(diǎn)2的位置并不一定在其起始位置的正下方，一般略微偏向回采工作面停止位置一則。此為移動(dòng)的第V階段。m1-34主斷面內(nèi)地表最大下沉點(diǎn)移動(dòng)軌跡上面表述了位J：采空區(qū)中心的最人卜沉點(diǎn)的移動(dòng)過程，它代表了地表點(diǎn)移動(dòng)的全過程。由地表點(diǎn)所處的位置不同，地表點(diǎn)的移動(dòng)軌跡不一定完成上述全過程，而只是上述過程的一部分。位J：開切眼一側(cè)的地表點(diǎn)只有指向工作面推進(jìn)方向的移動(dòng)，而位J停采線一側(cè)的地表點(diǎn)只有逆向工作而方向的移動(dòng)。總的來說，地表點(diǎn)的移動(dòng)具有以卜

42、特點(diǎn)：（1）移動(dòng)方向開始都指向工作面，移動(dòng)穩(wěn)定后的移動(dòng)向量均指向工作面中心；（2）點(diǎn)移動(dòng)軌跡的彎曲程度與工作面推進(jìn)速度有關(guān)，工作而推進(jìn)速度越人，點(diǎn)移動(dòng)軌跡曲線的彎曲程度越小，反之亦然。三、工作面推進(jìn)過程中地表移動(dòng)和變形規(guī)律（一）起動(dòng)距在走向主斷面上，工作而由開切眼推進(jìn)到A點(diǎn)時(shí)，巖層移動(dòng)開始波及到地表（見圖1-35）6通常把地表開始移動(dòng)（卜沉為lOmrn）時(shí)的工作面推進(jìn)距離稱為起動(dòng)距（StartingDistanced起動(dòng)距的人小主要和開采深度及巖石的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。一般在初次采動(dòng)時(shí)，起動(dòng)距約為1/41/2禺，禺為平均開采深度。隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，地表移動(dòng)盆地的范圍和移動(dòng)駅均增加。當(dāng)工作面推進(jìn)

43、到點(diǎn)U時(shí)，地表達(dá)到充分采動(dòng)，地表移動(dòng)最人值達(dá)到該地質(zhì)采礦條件卜的最人值。工作而再推進(jìn)到點(diǎn)Q時(shí),地表移動(dòng)范圍增大,但地表下沉量不再增加（如殆）,當(dāng)工作面停止后,地表移動(dòng)范圍和移動(dòng)鼠較推進(jìn)過程中有所增人（如比|）。說明地表動(dòng)態(tài)移動(dòng)量和移動(dòng)范圍小J穩(wěn)定后的移動(dòng)量和移動(dòng)范圍。（二）超前影響如圖135所示，當(dāng)工作面推進(jìn)到點(diǎn)3時(shí),下沉曲線為明,工作面前方1點(diǎn)開始受采動(dòng)影響而卜沉；當(dāng)工作面推進(jìn)到點(diǎn)U時(shí)，卜沉曲線為旳，地表2點(diǎn)開始受采動(dòng)影響而卜沉。由此可見，在工作面推進(jìn)過程中，工作面前方的地表受采動(dòng)影響卜沉，這種現(xiàn)彖稱為超前影響（ForeEffect）。將工作而前方地表開始移動(dòng)（卜沉10mm）的點(diǎn)與當(dāng)時(shí)工作面

44、的連線和水平線在礦柱一側(cè)的夾角稱為超前影響角（ForeEffectAngle）,用0表示。開始移動(dòng)的點(diǎn)到工作而的水平距離/稱為超前影響距（ForeEffectDistance）,超前影響角e和超前影響距/的關(guān)系如下:（D=arctg-!（1-14）Hq式中，超前影響距；%_平均開采深度。影響超前影響角大小的因素：（1）采動(dòng)程度。非充分采動(dòng)時(shí)，Q角值隨著開釆而積的增人而減??；充分采動(dòng)后，Q值基本趨丁定值；地表移動(dòng)穩(wěn)定后，0角等丁邊界角血。（2）工作而推進(jìn)速度。Q值隨著工作而推進(jìn)速度増人而增人。（3）采動(dòng)次數(shù)。重復(fù)采動(dòng)時(shí)的超前影響角比初次采動(dòng)時(shí)小。掌握了超前影響規(guī)律，就可以在工作而推進(jìn)過程中，確定

45、工作面在任意位置時(shí)的地表影響范圍。圖1-35工作而推進(jìn)過程中地表移動(dòng)和變形規(guī)律工作面推進(jìn)過程中的下沉速度（一）下沉速度的計(jì)算下沉速度的計(jì)算公式：(1-15)r_-叫_H”泊-號(hào)式中，“I一第加+1次測(cè)得的號(hào)點(diǎn)的下沉量,mm；必一第m次測(cè)得的號(hào)點(diǎn)的下沉量，nun：兩次觀測(cè)的時(shí)間間隔。Hz/一分別為第小次和第加次測(cè)得的號(hào)點(diǎn)的高程，mm。（二）下沉速度曲線在采動(dòng)過程中，各點(diǎn)的卜沉速度并不相等。將各點(diǎn)卜沉速度繪制成曲線，稱為卜沉速度曲線（SubsidenceelocityCunre）o如圖136所示，工作而推進(jìn)過程中的卜沉速度曲線，橫坐標(biāo)表示為X,縱坐標(biāo)表示為p（x）o1,2為非充分采動(dòng)時(shí)下沉速度曲線

46、;3,4為充分采動(dòng)時(shí)卜沉速度曲線。（三）卜沉速度曲線的變化規(guī)律非充分采動(dòng)時(shí)的地表卜沉速度曲線變化規(guī)律當(dāng)工作而開采距離達(dá)到起動(dòng)距時(shí)，地表開始移動(dòng)，在地表非允分采動(dòng)時(shí)，隨著工作而的推進(jìn)，地表各點(diǎn)下沉速度逐漸增人，最人卜沉速度也增人。如圖136所示，當(dāng)工作而由點(diǎn)*推進(jìn)到點(diǎn)方時(shí)，地表各點(diǎn)的平均卜沉速度曲線為曲線1.最人卜沉速度為b：當(dāng)從方推進(jìn)到C時(shí)，地表各點(diǎn)的平均卜沉速度曲線為曲線2、最人下沉速度為s充分采動(dòng)時(shí)的地表下沉速度曲線變化規(guī)律如圖136中的曲線3和曲線4所示，當(dāng)達(dá)到充分采動(dòng)后，下沉速度分布曲線有如下特征：（1）當(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)，地表卜沉速度曲線形狀基本不變；（2）地表最大卜沉速度達(dá)到該地質(zhì)采

47、礦條件卜的最人值；（3）隨著工作面的推進(jìn)，距工作面水平距離相同的點(diǎn)卜沉速度相同，卜沉速度最人的地表點(diǎn)與回采工作而的相対位置基本不變，最人卜沉速度點(diǎn)有規(guī)律地向前移動(dòng)。最人下沉速度的滯后當(dāng)?shù)乇磉_(dá)到充分采動(dòng)后，在地表卜沉速度曲線上，最人下沉速度點(diǎn)的位置總是滯后回采工作面一固定距離，這種現(xiàn)彖稱為最人卜沉速度滯后現(xiàn)彖。此固定距離稱為最人I、沉速度滯后距（LagDistanceofMaxunumSubsidenceelocity）,用Z表示。把地表最人卜沉速度點(diǎn)與相應(yīng)的回采工作面連線和礦層（水平線）在采空區(qū)一側(cè)的夾角，稱為最人卜沉速度滯后角（LagAngleofMaxinnunSubsidencerelo

48、city）,用表示，其計(jì)算式如卜：(1-16)式中，Z滯后距；禺一平均采深。影響最人卜沉速度滯后角的主耍因素是巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、采深與采厚之比.工作而推進(jìn)速度。一般來說，采深與采厚之比越人、巖石越堅(jiān)fi更、工作而推進(jìn)速度越快，最人卜沉速度滯后角越小；反之，采深與采厚之比越小、巖石越軟、工作而推進(jìn)速度越慢，最人卜沉速度滯后角越大。最人下沉速度的點(diǎn)是地表移動(dòng)最劇烈的點(diǎn)。掌握了地表最人下沉速度滯后角的變化規(guī)律，便可確定在回采過程中対應(yīng)地表移動(dòng)的劇烈區(qū)，這対采動(dòng)地面保護(hù)具有重要的實(shí)踐意義。五、地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間（或移動(dòng)過程總時(shí)間）是指在允分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)的情況卜，地表卜沉值最人的點(diǎn)

49、從移動(dòng)開始到移動(dòng)穩(wěn)定所持續(xù)的時(shí)間。移動(dòng)持續(xù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)地表最人卜沉點(diǎn)求定，因?yàn)樵诘乇硪苿?dòng)盆地內(nèi)各地表點(diǎn)中，地表最人卜沉點(diǎn)的卜沉鼠最兄卜沉的持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。地表下沉速度的人小反映地表移動(dòng)的劇烈程度。一般按照地表卜沉速度對(duì)建筑物的影響程度不同，將地表點(diǎn)的整個(gè)移動(dòng)過程分為三個(gè)階段2T：（1）開始階段：卜沉量達(dá)到10mm的時(shí)刻為移動(dòng)開始時(shí)刻。從移動(dòng)開始至卜沉速度剛達(dá)到1.67mm/d（或50mm/月）時(shí)刻為移動(dòng)開始階段。（2）活躍階段：下沉速度人J：1.67mnvd（或50mm/月）的階段。由J：在該階段內(nèi)，地表點(diǎn)的卜沉占總卜沉的85%95%,地表移動(dòng)劇烈，是地而建筑物損壞的主耍時(shí)期，因此也稱該階段為.危

50、險(xiǎn)變形階段。（3）衰退階段：卜沉速度剛小J;1.67mm/d（或50mm/月）起至六個(gè)月內(nèi)地表各點(diǎn)卜沉累計(jì)不超過30inm時(shí)為移動(dòng)衰退階段。開始階段、活躍階段.衰退階段這三個(gè)階段的時(shí)間總和，稱為移動(dòng)過程總時(shí)間或移動(dòng)持續(xù)時(shí)間。影響地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間的因素主要是巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、開采深度和工作而推進(jìn)速度。一般的規(guī)律為：開采深度越人.覆巖越堅(jiān)碩，地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，反之亦然。當(dāng)采深在100200m時(shí)，地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間一般為12年。有的可達(dá)十幾年，但大多數(shù)不超過5年。六、工作面推進(jìn)過程中地表移動(dòng)和變形規(guī)律（一）工作面推進(jìn)過程中地表水平移動(dòng)變化規(guī)律在非充分采動(dòng)時(shí)，從圖137中可知，隨著工作而的開采，釆

51、空區(qū)面積不斷擴(kuò)人，水平移動(dòng)逐漸增大。如當(dāng)工作面位B、C、Q處時(shí)，水平移動(dòng)曲線分別為乙）6、5UD.水平移動(dòng)值為零的點(diǎn)隨著工作面的推進(jìn)而向前推進(jìn)，如、6、達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，工作面推進(jìn)至從圖1-37+可知，開切眼上方的水平移動(dòng)漸趨穩(wěn)定，水平移動(dòng)值等丁零的點(diǎn)（如乞）不再向前移動(dòng)，水平移動(dòng)曲線為乞。當(dāng)達(dá)到超充分采動(dòng)時(shí)，工作而推進(jìn)至用從圖137中可知，水平移動(dòng)值等零的區(qū)域擴(kuò)人，零值區(qū)域?yàn)?水平移動(dòng)曲線為的和E曲線形態(tài)基本相似，最人水平移動(dòng)值基本相等。當(dāng)工作面停采后，最人水平移動(dòng)仍繼續(xù)增加，直至地表移動(dòng)穩(wěn)定為止。曲線乙為移動(dòng)穩(wěn)定后的水平移動(dòng)曲線。地表穩(wěn)定后的增人水平移動(dòng)值比工作面推進(jìn)過程中的地表最人水平移動(dòng)

52、值人。圖1-37采動(dòng)過程中地表水平移動(dòng)曲線變化規(guī)律（-）工作面推進(jìn)過程中地表傾斜變化規(guī)律工作而推進(jìn)過程中傾斜變化規(guī)律與水平移動(dòng)變化規(guī)律基本相同。（三）工作面推進(jìn)過程中地表曲率變化規(guī)律在非充分采動(dòng)時(shí),從圖138中可知,隨著工作面的推進(jìn),地表正、負(fù)曲率逐漸增大,曲率影響的范圍也増人，此時(shí)有二個(gè)正曲率和一個(gè)負(fù)曲率；當(dāng)工作面推進(jìn)到一定距離后（如到方），地表負(fù)曲率達(dá)到最人（只有一個(gè)負(fù)曲率），隨著工作而的再推進(jìn)，地表負(fù)曲率最人值減小，且出現(xiàn)兩個(gè)負(fù)曲率最大值（心曲線）。當(dāng)達(dá)到充分釆動(dòng),從圖138中可知,工作面推進(jìn)到刀，盆地出現(xiàn)兩個(gè)負(fù)最大負(fù)曲率,盆地中心點(diǎn)處曲率值等丁零（應(yīng)曲線九當(dāng)達(dá)到超充分采動(dòng)時(shí)，從圖138

53、中可知，推進(jìn)過程中工作而前后的曲率變形曲線隨著工作而的推進(jìn)而均勻向前移動(dòng)，曲線形狀基本相似，最人正負(fù)曲率變形值基本相同，曲率變形零值區(qū)不斷擴(kuò)大。當(dāng)工作而停止后，工作面上方地表曲率值和范圍均要增人，直到地表移動(dòng)穩(wěn)定。陣為移動(dòng)穩(wěn)定后的曲率變形曲線，如圖l-38o但是，工作面推進(jìn)過程中的地表非充分采動(dòng)時(shí)的負(fù)曲率最人值人J充分采動(dòng)時(shí)的負(fù)曲率最人值。圖1-38采動(dòng)過程中地表曲率變形曲線變化規(guī)律（四）工作面推進(jìn)過程中地表水平變形變化規(guī)律工作而推進(jìn)過程中地表水平變形變化規(guī)律與曲率變形變化規(guī)律某本相同。（五）垂直丁工作面推進(jìn)方向斷而上的地表移動(dòng)變化規(guī)律與推進(jìn)方向和比，地表移動(dòng)過程中的移動(dòng)和變形只有由小到人逐漸

54、增人的過程，沒有正負(fù)曲率和拉壓變形的交替變化的現(xiàn)象。 第五節(jié)巖層與地表移動(dòng)與地質(zhì)采礦條件的關(guān)系一、影響開采沉陷分布規(guī)律的地質(zhì)和釆礦因素多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，開采沉陷的分布規(guī)律取決地質(zhì)和采礦因素的綜合影響。在這些地質(zhì)和采礦因素中，一類是人們無法對(duì)其產(chǎn)生影響的，稱為自然地質(zhì)因素；另一類為采礦技術(shù)因素。一些學(xué)者對(duì)這些地質(zhì)采礦因素進(jìn)行了分類。_礦層厚度一傾角埋就深度一松散層厚度埋藏條件的可靠性褶皴程度I折層的密度H然地質(zhì)因素構(gòu)造岡索成層程度一裂隙程度一地層不整合I變質(zhì)作用性質(zhì)的不同對(duì)層狀礦體開采引起的巖層和地表移動(dòng)過程影響很人，不同覆巖性質(zhì)條件匚移動(dòng)量大小.形式不相同。學(xué)性質(zhì)濕度5物理力學(xué)和化脹鼓性能水

55、文地質(zhì)性能巖石駛度系數(shù)空間密度采礦技術(shù)因索巖體被采礦破壞程度廠采出礦雖L采空區(qū)的位汽采區(qū)系統(tǒng)的幾何因素p開采厚度巷道尺寸一丁作而對(duì)解理方向的偏轉(zhuǎn)技術(shù)因索廠開采方法頂板管理方法開采系統(tǒng)_工作面推進(jìn)速度選擇開采圖1-40影響開采沉陷分布規(guī)律的地質(zhì)采礦因索二、覆巖力學(xué)性質(zhì)、巖層層位的影響$7（一）覆巖力學(xué)性質(zhì)的影響組成巖層的巖石可分為堅(jiān)碩（06）、中碩（戶36）和軟弱（嚴(yán)3）三種類型。巖石力學(xué)在覆巖堅(jiān)硬的條件下，巖層及地表移動(dòng)具有如下特征：（1）采空區(qū)懸頂面積人.地表易產(chǎn)生非連續(xù)性變形。（2）巖層及地表下沉量小，拐點(diǎn)平移距大。（3）急傾斜礦層開采條件下，地表易岀現(xiàn)塌陷坑或塌陷漏斗。（4）移動(dòng)角較大。

56、（5）導(dǎo)水裂縫帶高度較人。在覆巖較弱的情況卜S有與以上相反的特征。（-）覆巖組成及層位的影響覆巖組成及層位對(duì)地表移動(dòng)量、移動(dòng)規(guī)律有較人影響，主要表現(xiàn)如卜I（1）直接頂堅(jiān)碩.老頂軟弱地表的卜沉量小J：直接頂軟弱，老頂堅(jiān)硬的地表下沉屋；（2）流沙層距采空區(qū)近比流砂層距采空區(qū)遠(yuǎn)的地表卜沉鼠大。主要原因?yàn)榱魃皩泳嗖煽諈^(qū)遠(yuǎn)，失水、失砂少，地表下沉量小。（3）地表有軟弱覆蓋層比無軟弱覆蓋層時(shí)，移動(dòng)更平緩、均勻，連續(xù)性更好。三、松散層對(duì)地表移動(dòng)特征的影響1.當(dāng)基巖為水平或近似水平時(shí)（X10。）：松散層移動(dòng)形式和基巖移動(dòng)形式基本一致，兩者都呈垂直彎曲的形式，移動(dòng)向量都指向采空區(qū)中心，水平移動(dòng)呈對(duì)稱分布2。2當(dāng)

57、巖層傾斜時(shí)，水平移動(dòng)指向上山方向量增大?；鶐r沿法向彎曲。水平移動(dòng)均指向上山方向。由J：摩擦力的作用，棊巖移動(dòng)帶動(dòng)松散層產(chǎn)生指向上山方向的水平移動(dòng)。這種移動(dòng)在松散層中由卜往上逐漸衰減】刖，如圖1-41所示。 # 圖141松散層對(duì)水平移動(dòng)的影響（1）基巖移動(dòng)引起的松散層水平移動(dòng)曲線；（2）一松散層垂直彎曲引起的松散層水平移動(dòng)曲線；（3）一地表最終水平移動(dòng)1111線。在圖1-41+，cd、w表示基巖面上點(diǎn)移動(dòng)前的位置，cl袋示移動(dòng)后的位置，其以和水平移動(dòng)向量為左、石和石。這兒個(gè)移動(dòng)向量可分解為垂直移動(dòng)分鼠歹、移動(dòng)分量夫-面、石。由J基巖移動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力的作用，此水平移動(dòng)分鼠帶動(dòng)松散層產(chǎn)生指向上山方向

58、的水平移動(dòng)。60、力代表地表三個(gè)點(diǎn)。o點(diǎn)為移動(dòng)盆地中心。松散層移動(dòng)形式為垂直彎曲。因此地表點(diǎn)的水平移動(dòng)分彊對(duì)稱j:盆地中心點(diǎn)。是點(diǎn)的水平移動(dòng)指向上山方向，力點(diǎn)水平移動(dòng)指向卜山方向，。點(diǎn)只有垂直移動(dòng)，水平移動(dòng)為零。由以上分析可以看出，地表點(diǎn)久6力承受了兩種水平移動(dòng)，即松散層水平移動(dòng)和基巖水平移動(dòng)的影響。在地表點(diǎn)處，由丁基巖和松散層水平移動(dòng)方向一致，“點(diǎn)的水平移動(dòng)值為兩者之和，指向上山方向，在地表點(diǎn)處，由r兩者方向相反，其值是兩者之差；在地表點(diǎn)0的水平移動(dòng)，僅是基巖面上點(diǎn)的水平移動(dòng)，指向上山方向。在圖141的上部，分別為棊巖水平移動(dòng)引起的松散層水平移動(dòng)曲線（1）,松散層垂直彎曲引起的松散層水平移動(dòng)

59、曲線（2）,兩者進(jìn)行疊加，得到地表最終水平移動(dòng)曲線（3）。從曲線（3）可以看岀，在傾斜礦層開采的情況卜地表移動(dòng)盆地內(nèi)的水平移動(dòng)曲線呈不対稱分布，增人了指向上山方向的水平移動(dòng)，減小了指向下山方向的水平移動(dòng)，隨著巖層傾角的増人，此特征表現(xiàn)得更加明顯。當(dāng)松散層很厚時(shí)，基巖移動(dòng)產(chǎn)生的水平移動(dòng)在松散層內(nèi)傳遞時(shí)衰減而達(dá)不到地表，這時(shí)地表就只有由J松散層垂直彎曲1何引起的水平移動(dòng)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)I】。,當(dāng)松散層厚度人丁75巧如（“二為地表最人卜沉值，0為礦層傾角）時(shí)，棊巖移動(dòng)產(chǎn)生的水平移動(dòng)就不能到達(dá)地表。四、礦層傾角的影響礦層傾角變化，對(duì)上覆巖層的移動(dòng)和破壞形式有很大的影響。礦層傾角不同，覆巖移動(dòng)形式、破壞形態(tài)、

60、地表移動(dòng)盆地的形態(tài)均有較大的差異2】。（一）對(duì)地表移動(dòng)盆地形態(tài)的影響在水平和近水平礦層開采條件下，地表移動(dòng)盆地是以采空區(qū)中心対稱的橢圓。在傾斜礦層開采條件廠地表移動(dòng)盆地為偏向卜山方向的非対稱橢圓，形狀為碗形或盤形。隨著傾角的增人，這種非對(duì)稱性增人，當(dāng)?shù)V層傾角接近90。時(shí)，又成為對(duì)稱的橢圓，地表移動(dòng)盆地為碗形或兜形。（-）對(duì)覆巖移動(dòng)形式.破壞形態(tài)的影響在水平及緩傾斜礦層（035。）開采條件卜：巖層移動(dòng)形式主耍為沿巖層的法向彎曲和崩落。冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶最終呈馬鞍形，地表卜沉盆地為對(duì)稱的碗形和盤形。在礦層傾角在35。54。之間時(shí)：巖層移動(dòng)的形式除有法向彎曲外，述伴隨有沿層面的剪切移動(dòng)和巖石卜滑，覆