一、巖層與地表移動(dòng)的基本特征
（一）巖層移動(dòng)、變形、破壞特征
開采后，煤層上方巖層的變形與破壞分為三帶：垮落帶、導(dǎo)水?dāng)嗔褞?、彎曲帶?見圖1)

（二）地表移動(dòng)特征
1、地表移動(dòng)盆地（下沉盆地）
由采煤引起地表移動(dòng),地表移動(dòng)穩(wěn)定后，形成移動(dòng)盆地（也稱下沉盆地）。水平煤層、長(zhǎng)壁采煤、矩形采空區(qū)，移動(dòng)盆地面積大于采空區(qū)，呈橢圓形并與采空區(qū)對(duì)稱，見圖2所示。

2、移動(dòng)盆地的形成
移動(dòng)盆地的形成，有以下過程（見圖3）
(1)非充分采動(dòng)：工作面推進(jìn)至1、2、3，開采面積小，地表下沉值隨開采面積增大而增大，形成“碗形盆地”。
(2)充分采動(dòng)：工作面推進(jìn)至4，開采面積較大，地表下沉達(dá)最大值，不再隨工作面推進(jìn)而增大，仍為“碗形盆地”。
(3)超充分采動(dòng)：工作面推進(jìn)至5，開采面積更大，地表下沉為最大值，為“盤形盆地”。

3、移動(dòng)盆地主斷面特征（見圖4）
(1)主斷面：通過移動(dòng)盆地最大下沉點(diǎn)，沿煤層走向或傾斜所作的斷面。
(2)邊界角：在充分采動(dòng)條件下，下沉值為10mm的邊界點(diǎn)與采空區(qū)邊界點(diǎn)之間的連線和水平線的夾角。
(3)移動(dòng)角：在充分采動(dòng)條件下，下沉點(diǎn)（傾斜I=3mm/m 、
曲率K=0.210³/m、 水平變形ε=2mm/m）與采空區(qū)邊界點(diǎn)之間的連線和水平線的夾角。
(4)裂縫角：在充分采動(dòng)條件下，移動(dòng)盆地的最外側(cè)裂縫與采空區(qū)邊界點(diǎn)之間的連線和水平線的夾角。
(5)充分采動(dòng)角：在充分采動(dòng)條件下，移動(dòng)盆地中心點(diǎn)與采空區(qū)邊界點(diǎn)之間的連線和煤層在采空區(qū)一側(cè)的夾角。
（6）最大下沉角：地表最大下沉點(diǎn)至采空區(qū)中點(diǎn)之間連線與水平線在煤層傾向一側(cè)的夾角（見圖14）。


（三）地表移動(dòng)和變形的類型及規(guī)律
1、地表移動(dòng)和變形的類型（見圖5）
(1)下沉：地表移動(dòng)垂直分量（W），單位為mm
(2)水平移動(dòng)：地表移動(dòng)水平分量（U），單位為mm
(3)傾斜：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度內(nèi)下沉的變化值(I) 單位為mm/m
I=( Wb-Wa)/∆x=∆W/∆x
(4)水平變形：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度內(nèi)水平移動(dòng)的變化值（ε），單位為mm/m
ε=(Ub-Ua)/∆x=∆U∕∆x
(5)曲率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度內(nèi)傾斜的變化值(K), 單位為1/m
K= (I2-I1)/∆x=∆I/∆x

2、地表移動(dòng)和變形規(guī)律（見圖6）
圖6為最終移動(dòng)盆地走向主斷面上，超充分采動(dòng)時(shí)，地表下沉、傾斜、曲率、水平移動(dòng)和水平變形的分布曲線。
下沉曲線（1）：向下為正。
傾斜曲線（2）：左側(cè)為正；右側(cè)為負(fù)。
曲率曲線（3）：凸起曲率為正；凹陷曲率為負(fù)。
水平移動(dòng)曲線（4）：左側(cè)為正；右側(cè)為負(fù)。
水平變形曲線（5）：拉伸變形為正；壓縮變形為負(fù)。

3、采動(dòng)過程中地表移動(dòng)和變形發(fā)展規(guī)律
（1）地表各點(diǎn)受開采影響移動(dòng)過程
圖7，工作面從1推進(jìn)到2處，地表有A、B、C、D、E各點(diǎn)，A、E在煤柱上方C在采空區(qū)中。工作面從1處推進(jìn)至2處，A、E各點(diǎn)移動(dòng)軌跡始終指向采空區(qū)中央。B、C、D各點(diǎn)移動(dòng)軌跡是：當(dāng)工作面向該點(diǎn)移近時(shí)，該點(diǎn)向工作面推進(jìn)的相反方向移動(dòng)；當(dāng)工作面通過該點(diǎn)下方并逐漸遠(yuǎn)離時(shí)，該點(diǎn)則向工作面推進(jìn)相同方向移動(dòng)。當(dāng)工作面推進(jìn)到2處地表移動(dòng)穩(wěn)定后，除C點(diǎn)只垂直向下移動(dòng)外，其余各點(diǎn)的移動(dòng)方向鈞指向采空區(qū)中央。

（2）地表下沉發(fā)展規(guī)律
圖3，當(dāng)采空區(qū)面積較小時(shí)，下沉曲線近似對(duì)稱分布；隨采空區(qū)面積的增大，移動(dòng)盆地的面積和最大下沉值也增大，其非對(duì)稱性也越來越明顯；當(dāng)采空區(qū)面積達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，最大下沉值不再增大，但工作面停采后地表下沉曲線范圍繼續(xù)擴(kuò)大，直至地表移動(dòng)穩(wěn)定為止。
（3）地表水平移動(dòng)（或傾斜）的發(fā)展規(guī)律
圖8，在開采過程中，隨采空區(qū)面積的增大，水平移動(dòng)值也逐漸增大。當(dāng)工作面位于A、B、C、D時(shí)，地表為非充分采動(dòng)，水平移動(dòng)曲線為UA、UB、UC、UD。當(dāng)達(dá)到充分采動(dòng)后，工作面在不同位置時(shí)，其上方地表水平移動(dòng)曲線形狀基本相似，最大水平移動(dòng)值基本相等，如曲線UE、UF。當(dāng)工作面停采后，最大水平移動(dòng)值繼續(xù)增加，直至地表移動(dòng)穩(wěn)定為止。

（4）地表曲率（或水平變形）的發(fā)展規(guī)律
圖9，工作面處于A、B、C位置時(shí)，地表為非充分采動(dòng)，最大曲率由小到大逐漸增加，到地表移動(dòng)穩(wěn)定時(shí)達(dá)到最大值；最大負(fù)曲率先由小到大逐漸增加，后由大到小逐漸減小，直到一固定值，如相應(yīng)的曲率曲線KA、KB、KC 。工作面處于D位置時(shí)，地表為充分采動(dòng)，移動(dòng)盆地內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)最大曲率，盆地中心曲率為零，相應(yīng)的曲率曲線為KD 。地表為超充分采動(dòng)時(shí)，工作面在不同位置，地表曲率曲線形狀基本不變，最大曲率值基本相等，相應(yīng)的曲率曲線為KE 。當(dāng)工作面停采后，地表曲率曲線繼續(xù)向前移動(dòng)，最大曲率值繼續(xù)增加，直至地表移動(dòng)穩(wěn)定為止，相應(yīng)的曲率曲線為KE’。

4、地表下沉速度
在工作面推進(jìn)過程中，地表移動(dòng)盆地主斷面上各點(diǎn)的下沉速度是不同的。非充分采動(dòng)時(shí)，地表各點(diǎn)的下沉速度和最大下沉速度均隨采空區(qū)的面積增大而增大，最大下沉速度點(diǎn)滯后于工作面，如圖10的下沉速度曲線VA、VB。充分采動(dòng)和超充分采動(dòng)時(shí)，地表下沉速度曲線和最大下沉速度基本上不再變化，如圖10的下沉速度曲線VC、VD、VE,最大下沉速度Vm 之點(diǎn)仍在工作面后方一定距離處。最大下沉速度的點(diǎn)至當(dāng)時(shí)工作面所在位置的連線與水平線在采空區(qū)一側(cè)的夾角φ稱為最大下沉速度滯后角。
地表移動(dòng)開始與停止之間的時(shí)間間隔，稱地表移動(dòng)的延續(xù)時(shí)間。下沉值達(dá)到10 mm時(shí)為移動(dòng)開始時(shí)間；連續(xù)六個(gè)月下沉值不超過30 mm時(shí)，可認(rèn)為地表移動(dòng)停止。地表移動(dòng)的延續(xù)時(shí)間可分為三個(gè)階段：

（1）開始階段：下沉速度小于50 mm/月；
（2）活躍階段：下沉速度大于50 mm/月；
（3）衰退階段：下沉速度小于50 mm/月。
在活躍階段內(nèi)，地表下沉速度大，移動(dòng)和變形劇烈，對(duì)地面建筑物有危害作用。一般說來，在活躍階段內(nèi)，地表點(diǎn)的下沉值占整個(gè)移動(dòng)過程中總下沉值的85％以上。
（四）地質(zhì)和采礦條件對(duì)地表移動(dòng)和變形的影響
1、地質(zhì)條件對(duì)地表移動(dòng)和變形的影響
（1）上覆巖層的性質(zhì)
上覆巖層的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)地表最大下沉值、移動(dòng)角、邊界角、充分采動(dòng)角與最大下沉角都有影響。一般說來，移動(dòng)角和邊界角隨巖層堅(jiān)硬程度的增大而增大；地表最大下沉值、充分采動(dòng)角及最大下沉角隨巖層堅(jiān)硬程度的增大而減小。巖層的性質(zhì)還影響下沉曲線的形狀，決定拐點(diǎn)的位置。當(dāng)巖層堅(jiān)硬時(shí)，巖層遠(yuǎn)離采空區(qū)懸露，使拐點(diǎn)向采空區(qū)的偏移距離增大。
（2）煤層傾角
在水平煤層中，地表下沉方向與巖層層理面垂直。在傾斜煤層中，沿傾斜主斷面上，地表下沉方向有兩個(gè)分量，即垂直于層理面分量與平行于層理面分量，移動(dòng)盆地最大下沉點(diǎn)的位置向下山方向偏移。
（3）開采深度與開采厚度
開采深度對(duì)地表下沉的影響，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料中認(rèn)識(shí)不同。總的來說，在充分采動(dòng)與超充分采動(dòng)的條件下，地表最大下沉值與開采深度關(guān)系不大；但在非充分采動(dòng)的條件下，隨開采深度的增大，地表最大下沉值減小。此外，隨開采深度增大地表移動(dòng)范圍則相應(yīng)擴(kuò)大，因此地表移動(dòng)盆地趨于平緩，水平變形、傾斜、曲率等變形值也隨之減小。
開采厚度增大，地表下沉值增大，地表各種變形值也相應(yīng)增大。
一般用深（H）與厚（M）之比（H/M）來表示地下開采對(duì)地表的影響。H/M越大，地表移動(dòng)變形平緩；反之，H/M越小，地表移動(dòng)變形劇烈，有時(shí)可能出現(xiàn)斷裂、臺(tái)階或塌陷。
（4）水文地質(zhì)條件
當(dāng)上覆巖層為軟弱或松散巖層時(shí)，巖層內(nèi)的含水量對(duì)于巖層的物理性質(zhì)影響很大，如泥質(zhì)巖層，遇水后塑性增大，在移動(dòng)過程中不易產(chǎn)生斷裂。若沖積層中含水量較大，在巖層移動(dòng)過程中產(chǎn)生疏干現(xiàn)象，使地表移動(dòng)盆地范圍擴(kuò)大，最大下沉值增大。
（5）斷層及其他弱面
斷層的存在使地表移動(dòng)過程復(fù)雜化，破壞了巖層與地表移動(dòng)的正常規(guī)律。由于斷層面的強(qiáng)度比其周圍巖層的強(qiáng)度小得多，在巖層移動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生沿?cái)鄬用婕羟幸苿?dòng)，斷層露頭處的地表常出現(xiàn)變形集中現(xiàn)象。
（6）地形
在地勢(shì)高低不平地區(qū)，因地表覆蓋層由地勢(shì)高處向地勢(shì)低處的堆積作用，使地勢(shì)高處的下沉值大而地勢(shì)低處的下沉值小。水平移動(dòng)方向可能從地勢(shì)高處向地勢(shì)低處，并可能從采空區(qū)中央指向采空區(qū)邊緣。若地表移動(dòng)區(qū)內(nèi)有陡坡，基巖的移動(dòng)會(huì)影響陡坡的穩(wěn)定性，引起滑坡。
2、采礦條件對(duì)地表移動(dòng)和變形的影響
（l）采煤方法及頂板管理方法的影響
采用長(zhǎng)壁垮落采煤法時(shí)，若深厚比（H/M）較大，地表移動(dòng)平緩，各種變形值較小，有可能在建筑物下采煤；若深厚比（H/M)較小，地表可能出現(xiàn)斷裂、臺(tái)階或塌陷。采用全部充填采煤法、條帶式采煤法或房式采煤法，地表移動(dòng)和變形值大大地減小，但成本高或丟煤多。
（2）采空區(qū)面積的影響
采空區(qū)面積的大小，直接影響地表采動(dòng)程度，出現(xiàn)非充分采動(dòng)、充分采動(dòng)或超充分采動(dòng)。
（3）重復(fù)采動(dòng)的影響
采用傾斜分層下行垮落采煤法時(shí)，在開采完第一分層之后，開采第二分層時(shí)，地表移動(dòng)區(qū)的范圍擴(kuò)大，地表最大下沉值和下沉速度值均有增大。但在開采完第二分層后，地表移動(dòng)區(qū)范圍和變形強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。

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