《開采損害學》課程講義第一章覆巖與地表移動規(guī)律.doc

1、開采損害學課程講義（授課對象：采礦工程專業(yè)）采礦工程系課程名稱：開采損害學；課時： 72；授課對象：采礦工程專業(yè)2001 級一、二班；學分： 4；教材：余學義、張恩強編著開采損害學煤炭工業(yè)出版社，2004.09。主要參考書：1. 何國清等編 . 礦山開采沉陷學 . 徐州： 中國礦業(yè)大學出版社 , 19892. 顏榮貴編 . 地基開采沉陷及其地表建筑. 北京：冶金工業(yè)出版社 ,19953.國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程.北京：煤炭工業(yè)出版社,2000.4. 沈光寒等編 . 特殊開采的理論與實踐 . 北京：煤炭工業(yè)出版社 ,19985. 林肇信等主編 . 環(huán)境保

2、護概論 . 北京：高等教育出版社 ,19996. 韋冠俊編 . 礦山環(huán)境保護 . 北京：冶金工業(yè)出版社 ,19907. 趙經徹、何滿朝編 . 建筑下煤炭資源可持續(xù)開采戰(zhàn)略. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社,19978.煤炭科學院北京開采所編著.煤礦地表移動與覆巖破壞規(guī)律及應用. 北京：煤炭工業(yè)出版社 , 19819. 中國礦業(yè)學院等編 . 煤礦巖層與地表移動 . 北京： 煤炭工業(yè)出版社 , 1981概述：1.課程基本內容與解決的問題開采引起覆巖及地表沉陷的基本規(guī)律地表沉陷預計理論：概率積分法地表沉陷觀測與實驗室研究方法建（構）筑物、水體、道路管線下開采減損控制開采方法開采引起土地、水資源、環(huán)境損害問

3、題礦山環(huán)境治理及綜合評價2. 我國能源結構：按人均能源資源占有量分析，我國2000 年人均煤炭可采儲量90t ，人均石油剩余可采儲量 3t ，人均天然氣剩余可采儲量3165t 、 23t 和31080m ，分別是世界平均水平（24988m ）的 54.9%、 11%和 4.3%，是美國（3903t 、 13t 和 17025m ） 的 9.7%、 23.1%和 6.3%；是經合3）的 22.3%、30%和 9.0%。煤炭占我國一次性能源的70%左組織國家（ 404t 、10t 和 12048m右。1煤炭進口增加。從國外進口煤炭已由過去的2001 年 200 萬噸左右，增加到2002 年的108

4、1 萬噸。3.能源開發(fā)與環(huán)境的問題（列舉神東礦區(qū)、榆神礦區(qū)、山西各礦區(qū)、陜西渭北礦區(qū)等事例）4.能源開發(fā)的可持續(xù)性（清潔生產、廢物利用、資源的破壞及回采率、土地損害、水資源損害、荒漠化等問題）第一章覆巖與地表移動規(guī)律重點：覆巖“三帶”特征及在開采損害中的重要性覆巖與地表移動規(guī)律與特點地表沉陷盆地類型及其移動角值含義影響地表沉陷盆地的主要因素1.1 概述1）冒落帶冒落帶也稱垮落帶， 是指巖層母體失去連續(xù)性， 呈不規(guī)則巖塊或似層狀巨塊向采空區(qū)冒落的那部分巖層。2）裂隙帶裂隙帶又稱裂縫帶。 裂隙帶位于冒落帶之上， 具有與采空區(qū)相通的導水裂隙， 但連續(xù)性未受破壞的那一部分巖層。3）彎曲帶彎曲帶又叫整體

5、移動帶， 是指裂隙帶頂部到地表的那部分巖層。 彎曲帶基本呈整體移動，特別是帶內為軟弱巖層及松散土層時。4）覆巖移動破壞形式采動上覆巖層移動破壞形式，按開采空間巖層的移動形式可概括為以下六種：（ 1）彎曲 這是巖層的主要移動形式。 當地下礦物采出后，上覆巖層中的各分層即開始沿巖層層面的法線方向，向采空區(qū)依次彎曲。（ 2）垮（冒）落礦層采出后，直接頂板巖層彎曲而產生拉伸變形。當其拉伸變形超過巖石的允許抗拉強度時， 直接頂板及其上部的部分巖層便與整體分開， 碎成塊度不同的巖塊，無規(guī)律地充填采空區(qū)。（ 3）煤的擠出（片幫） 礦層采出后，采空區(qū)頂板巖層內出現懸空，其壓力便轉移到煤壁（或煤柱）上，增加煤壁

6、承受的壓力，形成增壓區(qū)，煤壁在附加荷載的作用下，一部分煤被壓碎，并擠向采空區(qū)，這種現象稱為片幫。（ 4）巖石沿層面滑移 在傾斜礦層條件下，巖層的自重力方向與巖層面不垂直。因此，巖石在自重力的作用下，除產生沿層面法線方向的彎曲外，還會發(fā)生沿層面方向的移動。（ 5）垮落巖石的下滑（或滾動）礦層采出后，采空區(qū)被冒落巖塊所充填。當礦層傾2角較大， 而且開采是自上而下下行開采，下山部分礦層繼續(xù)開采而形成新的采空區(qū)時，采空區(qū)上部垮落的巖石可能下滑而充填新的采空區(qū)，從而使采空區(qū)上部的空間增大，下部的空間減小，使位于采空區(qū)上山部分的巖層和地表移動加劇，而下山部分的巖層與地表移動減小。（ 6）底板巖層隆起 如果

7、礦層底板巖石很軟且傾角大，在礦層采出后，底板在垂直方向上減壓，水平方向增壓，造成底板向采空區(qū)方向隆起。松散層的移動形式是垂直彎曲，它不受礦層傾角影響。應該指出，以上六種移動形式不一定同時出現在某一個具體的移動過程中。5）巖層移動的典型圖式根據礦層的賦存條件，可將巖層移動的形態(tài)劃分為3 種圖式：圖 1.3 水平礦層開采巖層移動形態(tài)圖 1.4 傾斜礦層開采巖層移動形態(tài)（ 1）水平或緩傾斜礦層條件下的巖層移動形態(tài)（圖1.3），自重分力導致沿層面滑動的主要條件為： ；式中礦層的傾角；巖層中最軟弱層面上的摩擦角。（ 2）傾斜礦層條件下的巖層移動形態(tài)（圖 1.4），沿層面方向的相對移動，條件是： ；在采空

8、區(qū)上山方向的巖層和地表移動范圍擴大。OAB圖 1.5 急傾斜條件下巖層的下盤移動圖 1.6急傾斜礦層開采時巖層以懸臂梁形式移動（ 3）急傾斜礦層條件下的巖層移動形態(tài)（圖1.5）礦層下盤（底板）發(fā)生移動，其發(fā)生的條件可近視的用下式計算：45。式中 巖石的內摩擦角。2沉積巖26 36 。礦層傾角為50 60 時礦層下盤才產生移動。 礦層下盤巖層的=上部移動是沿層面的移動，而下部是沿452的角度移動。 這種移動范圍的大小煤巖傾角礦層底板各巖層的強度1.3 地表移動破壞規(guī)律1.3.1 地表移動破壞類型從時間和空間概念出發(fā)，地表移動變形分為連續(xù)移動變形和非連續(xù)移動變形兩大類型。3在緩斜、傾斜礦床開采的條

9、件下基本判斷條件：采深與采高比采煤方法頂板管理方法煤柱（巖梁） 穩(wěn)水文地質構造地形及煤層傾定性角40 80長壁式、短壁全部垮落法、充計算斷層、褶曲、含急傾斜、山區(qū)、式、條帶式填法、煤柱支撐水層溝壑1.3.2 地表移動盆地的形成及其特征1. 地表移動盆地的形成（ 1） 起動距（ 1/2 1/4） H 0,地表開始移動。（ 2） 主斷面與開采邊界方向垂直，并通過地表最大下沉值的垂直剖面。在主斷面上地表移動盆地的范圍最大，移動最充分，移動量最大。根據采動對地表影響的程度，可將地表下沉盆地劃分為三種類型a) 非充分采動下沉盆地 (Subcritical subsidence basin) 。 當地表任

10、意點的下沉值小于該地質、采礦條件下的最大下沉值wmax時，稱之為非充分采動下沉盆地。b) 充分采動下沉盆地 (Critical subsidence basin)。 當地表下沉盆地主斷面上某一點的下沉值達到了該地質、采礦條件下的最大下沉值wmax 時，即稱為充分采動下沉盆地。c) 超充分采動下沉盆地 (Supercritical subsidence basin)。 當地表最大下沉點的下沉值不再隨開采范圍的增加而增加，并形成一個平底下沉盆地，即超充分采動下沉盆地。（ 3）動態(tài)移動盆地 (Dynamic subsidence basin)（ 4）穩(wěn)態(tài)移動盆地 (Final subsidence

11、basin)采空區(qū)的長度和寬度均達到1.2 1.4H 0；兩個方向尺寸影響。引入充分采動的概念， 主要目的是研究地表移動盆地的性質。充分采動的范圍用充分采動角（ ） (Angle of full subsidence)確定。指充分采動下沉盆地平底的邊緣在地表水平線的投影點與開采邊界線和礦層間的夾角，下山1、上山2、走向3。地表移動盆地的范圍遠大于對應的采空區(qū)范圍，它的形狀取決于采空區(qū)形狀和礦層傾角。在移動盆地內， 各部位的移動和變形性質及大小不盡相同。在水平礦床開采、地表平坦并無大的地質構造條件下，最終形成的穩(wěn)態(tài)地表移動盆地可劃分為三個區(qū)域（圖1.9）：a) 中性區(qū) 在該區(qū)域內地表下沉均勻，

12、達到最大值 wmax，其它移動變形值 （地表水平移動值 ( u) ，傾斜值（ i ），水平變形值（ ），曲率值（ K）近視等于零，一般不出現明顯的裂縫。b) 壓縮區(qū) 該區(qū)域內地表下沉值不等，各點向盆地中心方向移動，呈凹形，產生壓縮變形，一般不出現裂縫。c) 拉伸區(qū) 在這個區(qū)域內， 地表下沉不均勻， 各點向盆地中心方向移動， 呈凸形，產生拉伸變形。當拉伸變形超過一定值時，地表產生拉伸裂縫。42. 地表下沉盆地范圍（ 1）邊界角 (Angle of draw) 邊界角用來確定下沉影響范圍及邊界。下沉值為 10mm的點作為下沉盆地的邊界。 并將開采達到或接近充分采動時的移動盆地主斷面上的盆地邊界點和

13、采空區(qū)邊界點的連線，與水平線在采空區(qū)外側的夾角稱為邊界角。、 、0依次表示下山、00上山方向和走向的邊界角，急傾斜礦層底板邊界角用0 表示。（ 2）移動角 (Angle of critical deformation) 地表的移動和變形會引起地面建筑物的破壞，將剛剛對地表建筑物產生影響的變形值稱為臨界變形值，它們的大小為：i 3mm/ m2mm/ mK 0.2 10 3 / m在達到或接近充分采動時的移動盆地主斷面上，臨界變形點和采空區(qū)邊界點的連線與水平線之間在采空區(qū)外側的夾角稱為移動角。移動角又分為表土移動角和基巖移動角。表土移動角以 表示，下山、上山和走向方向的移動角分別以、 和 表示，急

14、傾斜礦層底板移動角以 表示。（ 3）裂縫角 (Angle of break) 為了確定地面產生裂縫的范圍，可以利用裂縫角。其定義為在達到或接近充分采動時的情況下， 采空區(qū)上方地表最外側的裂縫位置和采空區(qū)邊界點的連線與水平線之間在采空區(qū)外側的夾角稱為裂縫角。下山、上山方向和走向裂縫角分別以、和表示，急傾斜礦層底板裂縫角由表示。（ 4）最大下沉角 (Subsidence limit angle ) 為了確定最大下沉點所在的位置，可以利用最大下沉角。 其定義為在移動盆地的傾斜主斷面上， 采空區(qū)的中點與地表最大下沉點或下沉盆地平底的中點的連線與水平線之間在礦層下山方向的夾角稱為最大下沉角（）（圖 1.

15、12）。1.3.3 地表移動盆地內移動和變形分析1. 點的移動分析圖 1.13 展示了地表某點從 T1 到 T 2 時刻的相對位置， 可以將點的移動分為 v0 在 x,y,z 方向上的分量 : u, v, w，其相互關系為：v0umax2w2 ； umaxu 2xu 2y ；描述地表移動盆地內移動和變形的指標是：下沉（Subsidence）、傾斜（ Slope）、垂直曲率（ Curvature）、水平移動（Displacement）、水平變形（ Horizontalstrain）及扭曲和剪切變形(Twisting and Shear strain) 。2. 移動盆地主斷面內的地表移動和變形分析

16、根據圖 1.14 取 2、3、 4 三個點為研究對象，可給出移動盆地內地表移動和變形的計算公式如下：（ 1）點 n 的下沉值wnH n 0H n m， mm(1-1)（2）點 n 的水平移動值u nLn mL n 0 ， mm(1-2)（3）點 2 至點 3間的傾斜值i 2 3w3w2w2 3， mm/m(1-3)l 23l 2 35（4）點 3 的曲率值 K2 3 41i3 4i 232i 2 3 4， 10-3/m(1-4)(l 2 3l3 4 )l 2 3l3 42u3u2u2（5）點 2 至點 3 間的水平變形值233， mm/m(1-5)l 23l2 3上式中Hn-0、 Hn-m分別

17、表示地表 n 點在首次和 m 次觀測時的高程；Ln-0、 L n-m 分別表示首次觀測和 m 次觀測時地表n 點至觀測線控制點R 間的水平距離；l nn 1 表示 n 點至 n+1 點的水平距離。重點說明： 符號問題；距離問題；結果問題。1.4穩(wěn)態(tài)地表移動盆地主斷面內移動變形分布規(guī)律本節(jié)所述的規(guī)律是指地表移動盆地穩(wěn)定后主斷面內的移動變形分布規(guī)律，并且加以典型化。它的必要條件為：（ 1） 地表移動變形為連續(xù)分布形態(tài)；（ 2） 無大的地質構造（大斷層和地質構造等） ；（ 3） 地表地勢變化較平緩；（ 4） 屬單一礦層開采，并不受鄰區(qū)開采影響。主要影響因素：礦層傾角（）；開采厚度（m）；開采深度（H

18、）；采空區(qū)形態(tài)；采礦方法；頂板管理方法；松散層厚度（h）地質構造等。1.4.1 水平礦層開采時地表移動盆地主斷面內移動和變形分布規(guī)律1. 水平礦層充分采動時主斷面內地表移動和變形分布規(guī)律 1 具有以下特征 ：（ 1） 最大下沉值位于采空區(qū)中央之上方，自盆地中心至盆地邊緣下沉值逐漸減小，在盆地邊界點處下沉值趨于零；（ 2） 拐點（指下沉值為最大下沉值的1/2 時的點）一般位于采空區(qū)邊界之上并略偏向采空區(qū)一側。傾斜為下沉的一階導數：i( x)dw( x)（ 1-6）dx曲率曲線表示地表移動盆地內曲率的變化規(guī)律，它可由傾斜的一階導數表示：d 2 w(x)2 w( x)K( x)dx2d（ 1-7）2

19、3 / 2dx2dw1dx曲率曲線有兩個極值。正極值稱最大正曲率，位于邊界點和拐點c)之間。負極值稱最大負曲率，位于拐點和最大下沉點之間。拐點處的曲率值為零。水平移動用u(x) 表示。拐點極值，拐點兩側對稱分布，指向盆地中心。水平移動曲線與傾斜曲線分布相似，可以表示為：6dw(x)（ 1-8）u(x) Bi (x) Bdx式中B 水平變形系數，0.13HB 0.18H水平變形曲線有兩個極值。正極值稱最大拉伸值邊界點和拐點之間。負極值稱最大壓縮值拐點和最大下沉點之間。拐點處水平變形值為零。水平變形曲線和曲率曲線分布相似，可以表示為：( x) BK ( x) B d 2 w( x)（ 1-9）dx

20、 22. 水平礦層非充分采動時主斷面內移動和變形規(guī)律圖 1.15 b) 表示水平礦層非充分采動時主斷面內地表移動和變形分布規(guī)律。與充分采動移動盆地相比較，有下列不同：（ 1）最大下沉值wmaxwmax ；（ 2） 在盆地中心出現三個曲率極值（兩正一負）及三個水平變形極值（兩個水平拉伸值，一個水平壓縮值） ，且在盆地中心最大下沉點位置它們都不為零。3. 水平礦層超充分采動時的地表移動和變形分布規(guī)律1.4.2 傾斜礦層非充分采動時移動和變形分布規(guī)律（圖1.15）下沉盆地為非對稱分布，上山部分的下沉曲線較下山部分的要陡，范圍要小。地表下沉盆地的最大下沉點，不是位于采空區(qū)中心的上方，而是偏向下山方向一

21、側；隨著礦層傾角的增大，指向上山方向的水平移動值逐漸增大，而指向下山方向的水平移動值逐漸減??；水平變形的最大拉伸變形在下山方向，最大壓縮變形與水平移動值等于零的位置對應于地表的最大下沉點出現的地方；水平移動曲線和傾斜曲線不相似，水平變形曲線和曲率曲線也不相似。1.4.3 急傾斜礦層非充分采動時移動和變形分布規(guī)律地表下沉盆地的非對稱性十分明顯，下山方向的影響范圍遠遠大于上山方向的影響范圍。隨著礦層傾角的增大，傾斜剖面形狀由對稱的碗形逐漸轉為非對稱性的瓢形。當礦層傾角接近90 時，下沉盆地又轉變?yōu)楸容^對稱的碗形或兜形（圖1.16 ）。隨礦層傾角的增大，最大下沉點位置逐漸向上山方向移動，當礦層傾角接

22、近90 時，在礦層露頭上方。急傾斜礦層開采時不出現充分采動情況，最大下沉值隨回采階段垂高的增加而增大。當開采厚度較大、開采深度小、 礦層頂底板堅硬不易冒落而煤質又較軟時，開采后采空區(qū)上方之礦層易沿底板滑落。這種滑落可能一直發(fā)展到地表，使地表礦層露頭處出現塌陷坑。在采深較大、采高較小、頂底板巖石較松軟、松散層較厚的情況下，地表不一定出現塌陷坑。7a)b)c)圖 1.16 急傾斜礦層條件下采動地表移動盆地類型2a) =6 ， b) =80 ，c) =901.5 采動過程中地表移動表形的一般規(guī)律1. 地表點的移動軌跡地表點從移動開始到劇烈移動，再到移動逐漸停止，是一個復雜的時間空間過程，如移動盆地走

23、向主斷面充分采動區(qū)內地表點B 的移動軌跡（圖1.17）（1）當工作面由遠處向B 點推進、移動波及到B 點時，地表下沉速度由小逐漸變大，B點的移動方向與工作面推進方向相反（第I階段）；（2）當工作面經B 點繼續(xù)向前推進時，地表下沉速度迅速增大，并逐漸達到最大下沉速度， B 點的移動方向近于鉛垂方向（第II階段）；（ 3）當工作面繼續(xù)向前推進，逐漸遠離地表點 B 后，點 B的移動方向逐漸與工作面推進方向相同（第 III 階段）；（4）當工作面遠離地表點達到一定距離以后，回采工作面對B 點的影響逐漸消失，點 B的移動趨于停止（第IV階段）；（ 5）移動盆地穩(wěn)定后，點 B 的位置并不以定在其起始位置的

24、正下方，一般略偏向回采工作面停止位置的一側（第 V 階段）。2）工作面推進過程中的超前影響（ 1）起動距 地下開采達到一定范圍后巖層移動開始波及到地表，通常將地表開始移動時工作面的推進距離稱為起動距。（ 2）開采地表超前影 在工作面開采過程中，在它前方的地表開始移動。將工作面前方地表開始移動的點與當時工作面的連線和水平線在礦柱一側的夾角稱為超前影響角(Theangle of advance influence)，用表示。 超前影響角的計算公式為：ctg 1l（ 1-10 ）H 0式中l(wèi) 超前影響距。超前影響角的大小與采動程度、工作面開采速度及采動次數有關。角隨開采范圍增大而減?。怀浞植蓜雍?，趨

25、于定值；地表移動穩(wěn)定后，等于邊界角0。 值隨著工作面的推進速度增大而增大。掌握了超前影響規(guī)律， 就可以在工作面推進過程中， 確定工作面在任意位置時的地表影響范圍。（ 3）地表點的下沉速度vn 地表點的下沉速度計算公式為：8w n（1-11）vnt式中wn 地表 n 點在兩次觀測中得到的下沉差，mm；t 兩次觀測的間隔時間， d 。在非充分采動條件下，隨著采空區(qū)面積的增大，地表各點的下沉速度逐漸增大。當達到充分采動后，地表各點的下沉速度分布基本相同，經歷開始下沉 達到最大下沉速度 逐漸衰減變小至下沉結束過程。地表點的最大下沉速度一般發(fā)生在工作面推過該點以后，通常以最大下沉速度滯后距離 L 及最大

26、下沉速度滯后角(The angle of delay)來描述，其關系如下：ctg 1 L（1-12）H 0掌握了地表最大下沉速度滯后角的變化規(guī)律，便可確定在回采過程中對應地表移動的劇烈區(qū)，這對采動地面保護具有重要的實踐意義。3. 地表移動持續(xù)時間從地表開始移動（下沉量wb 10mm），到地表移動停止（連續(xù)六個月內地表下沉量we 30mm）的持續(xù)時間稱為地表移動時間。地表移動持續(xù)時間劃分為三個階段：開始階段；活躍階段；衰減階段（圖1.19）。在開始階段和衰減階段地表下沉速度v1.67mm/d，活躍階段v1.67mm/d 。從圖 1.19 中可以看出，在活躍階段內地表點的下沉量可達其總下沉量的 8

27、5% 以上，說明地表點的下沉主要發(fā)生在活躍階段內。地表移動持續(xù)時間主要與覆巖巖性、開采深度與采高之比及開采速度等因素有關。覆巖越軟、 推進速度越大、采深與采高比越小，則下沉速度越大。重復采動時的最大下沉速度比初次采動時大。文獻 5 認為地表最大下沉速度與地表最大下沉值、開采速度、覆巖巖性以及工作面推進速度有關，式1-13 為常用的經驗公式。vmaxKwmax V（ 1-13 ）H 0式中K 下沉速度系數（見表1-2）；V 工作面開采速度， m/d 。v, mm/d403,m30402023010v 0200.0100.0t,d20007/0508/2910/2412/06-10400啟動階段危

28、險移動期衰減階段-20600-308001-401000w max-501200移動過程總時間1400w, mm9圖 1.19 地表點的下沉速度及下沉曲線地表移動持續(xù)時間一般要持續(xù) 1.5 2.5a，在采深較大，覆巖堅硬的條件下，甚至可能會持續(xù) 56a。4. 工作面移動過程中的地表移動和變形規(guī)律圖 1.20 表示工作面推進過程中水平移動的變化規(guī)律。 動態(tài)移動變形隨工作面移動； 穩(wěn)定后的最大水平移動值比工作面推進過程中的地表最大水平移動值大。工作面推進過程中的傾斜變化規(guī)律與水平移動變化規(guī)律基本相同。工作面推進過程中的地表水平變形變化規(guī)律與曲率變化規(guī)律基本相同。圖 1.20 隨工作面推進地表水平移

29、動動態(tài)變化規(guī)律1.6 影響地表移動和變形的地質采礦因素采動地表移動變形分布規(guī)律取決于地質和采礦的綜合影響。只有正確地認識和掌握這些因素的影響， 才能有效合理的解決礦山生產實踐中遇到的實際問題，才能進一步改進移動預計方法。影響地表移動變形的主要采礦地質因素為：a)覆巖力學性質對覆巖移動破壞的影響；b)覆巖力學性質對開采沉陷分布規(guī)律的影響；c)松散層對地表移動特征的影響；d)礦層傾角的影響；e)采深與采高的影響；f)開采范圍大小的影響；g)開采方法及頂板管理方法的影響；h)開采速度的影響；i)重復采動的影響。1. 巖力學性質對覆巖移動破壞的影響覆巖：堅硬、中硬、軟弱巖層或其互層；是否存在關鍵層；采

30、深與采高之比。（ 1）覆巖中均為極軟弱巖層或第四紀土層，礦層頂板（覆巖）即是小面積暴露，也會在局部地方沿直線向上發(fā)生冒落， 并可直達地表。 這時覆巖產生抽冒變形， 地表出現漏斗形塌陷坑。（ 2）當覆巖中僅在一定位置上存在厚層狀極堅硬巖層，覆巖冒落發(fā)展到該堅硬巖層時會形成懸頂，堅硬巖層將產生拱冒變形，則地表產生緩慢的連續(xù)移動變形。（ 3）覆巖中均為厚層狀極堅硬巖層，礦層頂板（覆巖）局部或大面積暴露后形成懸頂，10不發(fā)生任何冒落而發(fā)生彎曲變形，地表產生緩慢的連續(xù)變形。2. 巖力學性質對開采沉陷分布規(guī)律的影響覆巖巖性越堅硬，開采影響范圍就越大，下沉盆地越平緩；由于堅硬頂板懸頂距大，故拐點偏移距也相對

31、大。相反，覆巖巖性越軟弱，開采影響范圍就越小，下沉盆地越陡立；拐點偏移距也相對小。地表裂縫巖土性質 。塑性大的粘土（拉伸變形超過6 10 mm/m ），塑性小的砂質粘土（拉伸變形達到2 3mm/m）時發(fā)生裂縫，其延展深度為2 5m。在巖石中，拉伸變形超過了3 7mm/m 時發(fā)生裂縫，其延展深度大于在土層中的深度，若為堅硬巖石，這類裂縫可使地表與采空區(qū)溝通。在第四紀土層較厚的地區(qū)，地表常出現地塹式裂縫，這是在下沉盆地邊緣區(qū)兩條裂縫之間的地表下沉大于其兩側的緣故。3. 松散層對地表移動特征的影響基巖下沉引起松散層的下沉，使松散層產生彎曲形式的移動可分成下列兩種情況：當基巖為水平或近水平（10 ）時

32、，松散層的移動形式與基巖移動形式基本一致，兩者都呈垂直彎曲形式，移動向量都指向采空區(qū)中心，水平移動呈對稱分布。當巖層傾斜時， 基巖水平移動指向上山方向。由于摩擦力的作用，基巖移動會帶動松散層產生指向上山方向的水平移動。這種移動在松散層中由下往上逐漸減弱（圖1.22）。4. 礦層傾角的影響隨礦層傾角的增大， 在傾斜和緩傾斜礦層開采條件下，地表連續(xù)移動和變形有以下特點：（ 1） 下沉盆地呈非對稱形分布，下山方向的移動和變形范圍擴大，上山方向的移動和變形范圍縮??；（ 2） 地表下沉盆地的最大下沉點向采空區(qū)下山方向移動；（ 3） 在采空區(qū)上、下山及走向礦柱邊界的點拐偏移距不同。下山一側大，向礦柱一側偏

33、離。上山一側小，向采空區(qū)一側偏離；（ 4） 水平移動、水平變形、曲率和傾斜極值增大。5. 采深與采厚的影響采深與采厚比是確定地表移動變形的重要指標。采深越大，開采影響范圍就越大。但移動盆地越平緩，地表移動和變形值越小。圖 1.23 給出在其它條件相同情況下， 隨開采深度增加， 地表移動半盆地的影響范圍和盆地坡度情況。圖 1.23不同采深形成的下沉盆地形態(tài)分析圖36. 開采范圍大小的影響開采范圍的大小會影響地表的充分采動程度。7. 開采方法及頂板管理方法的影響11開采方法和和頂板管理方法是影響圍巖應力變化、巖層移動、覆巖破壞的主要因素。（ 1）長壁式全部跨落法管理頂板開采，下沉量一般可達開采高度

34、的45% 95%；（ 2）應用充填開采（長壁式或短壁式）下沉量一般為開采高度的6%30%。地表移動持續(xù)時間較長；（ 3） 應用條帶式或房柱式垮落式管理頂板時，地表移動量較小，一般為開采高度的10% 20%。8. 開采速度的影響開采速度覆巖移動速度變形速率非均勻速度影響9. 重復采動的影響特點： 下沉速度、下沉系數加大；移動期減小，巖移參數均發(fā)生變化。1.7 復雜地質條件對地表沉陷的影響在地質條件復雜（如遇到大的斷層、褶曲、富含水層或在山區(qū)地表條件下），地表移動變形的正常規(guī)律被掩蓋，表現出特殊的規(guī)律性。這方面的理論研究還很不夠，是采動損害領域研究中的難題。1. 斷層對開采沉陷規(guī)律的影響當覆巖中存

35、在傾角大于20 ，落差大于 10m 的斷層時，斷層對地表沉陷便有明顯的影響。圖 1.24 正斷層對下沉盆地的影響圖 1.25 逆斷層對下沉盆地的影響2. 向斜構造時的地表移動特征3. 山區(qū)地表移動及變形特征采動影響下的山區(qū)地表移動規(guī)律與平地的移動規(guī)律有很大的差別。山區(qū)地表移動除了一般的地表移動形式外，還可能伴隨山體滑移，甚至引起山體滑坡(Landslide) 破壞?；剖侵冈陂_采引起的地表移動過程中，表土層或風化層在重力分量的作用下沿山坡向下的緩慢移動。它是在采動沉陷過程中同時發(fā)生的?；率侵冈摰貐^(qū)本來就存在滑坡條件或古滑坡，由采動誘發(fā)滑坡或引起新的滑動。這種滑坡的移動量和移動速度都較大，移動方向不一定指向下山方向。下面主要給出不發(fā)生滑坡的山區(qū)地表移動特征：（ 1）山區(qū)地表移動除了有向采空區(qū)移動的分量外，還有向山坡下方移動的分量。在緩傾斜礦層開采條件下， 山區(qū)地表滑移主要發(fā)生在風化表土層內， 因而在基巖與風化表土層接觸面上有較大的錯動。（ 2）由于坡度變化和地形起伏導致山區(qū)