开采引起的岩层移动_.ppt

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1开采引起的岩层与地表移动开采引起的岩层与地表移动1-1开采引起的岩层移动开采引起的岩层移动1-2开采引起的地表移动开采引起的地表移动1-3地表移动变形参数的影响因素地表移动变形参数的影响因素1-4地表移动变形预计地表移动变形预计煤层开采后，煤层开采后，岩岩层层移移动动是是如如何何由由下下往往上上发发展展直直至至地地表的？

表的？

岩岩层层移移动动过过程程中中内内部部岩岩体体的的应应力力、裂裂隙、位移是如何分布的？

隙、位移是如何分布的？

1-1开采引起的岩层移动开采引起的岩层移动传统研究（三个方面）采场矿压老顶结构模型（力学模型）岩层内部移动三带论（统计加模型）地表沉陷数理统计关键层理论思想采动覆岩为统一的研究整体一、关键层理论的基本概念一、关键层理论的基本概念随着工作面推进，地表的影响范围不随着工作面推进，地表的影响范围不断扩大，下沉值不断增加，在地表形断扩大，下沉值不断增加，在地表形成一个比开采范围大的下沉盆地。

成一个比开采范围大的下沉盆地。

充分采动区；充分采动区；最大弯曲区；最大弯曲区；顶板压缩区；顶板压缩区；底板压缩区；底板压缩区；不均匀隆起区；不均匀隆起区；均匀隆起区均匀隆起区二、岩层移动和变形分区二、岩层移动和变形分区岩层移动和变形分区岩层移动和变形分区充分采动区充分采动区最大弯曲区：

最大弯曲区：

岩层向下弯曲的程度最大岩层向下弯曲的程度最大顶板压缩区顶板压缩区底板压缩区底板压缩区支承压力引起沿垂直方向压缩支承压力引起沿垂直方向压缩工作面区域以外地层下沉工作面区域以外地层下沉不均匀隆起区不均匀隆起区底鼓底鼓应力降低应力降低均匀隆起区均匀隆起区水平挤压水平挤压煤体下方煤体下方采空区下方采空区下方（高应力压缩）（高应力压缩）低应力低应力h侧向水平应力侧向水平应力示例示例hhKHHhh底板底板采场覆岩移动的“横三区”与“竖三带”A-煤壁支撑影响区；B-离层区；C-重新压实区-垮落带；-断裂带；-弯曲带

（1）垮落带垮落带垮落带垮落带:

由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空区垮落的岩层带称为垮落带。

区垮落的岩层带称为垮落带。

垮落带岩层的破坏特点及其判别垮落带岩层的破坏特点及其判别：

愈愈是是靠靠近近煤煤层层的的直直接接顶顶岩岩层层，其其垮垮落落后后愈愈是破碎和紊乱。

分两类是破碎和紊乱。

分两类:

不规则不规则垮落带，呈杂乱堆积。

垮落带，呈杂乱堆积。

规则规则垮落带，岩块堆积排列较整齐垮落带，岩块堆积排列较整齐碎胀性：

碎胀性：

1.31.31.5,1.5,体积增大体积增大导水：

水、水砂和泥浆容易通过导水：

水、水砂和泥浆容易通过

（1）垮落带）垮落带垮垮落落带带内内岩岩块块之之间间的的间间隙隙随随着着时时间间延延续续和和采采动动程程度度加加大大，在在一一定定程程度度上上可可得得到到压压实实，压压实实后后的的碎胀系数碎胀系数仍然要大于仍然要大于1。

高高度度:

通通常常为为采采出出高高度度的的3355倍倍，取取决决于于采采出出厚厚度度、上上覆覆岩岩层层的的岩岩性性、碎碎胀胀系系数数和和煤煤层层倾倾角角，可由下式计算：

可由下式计算：

（2）断裂带）断裂带曾称：

曾称：

裂隙带。

裂隙带。

断裂带特点：

断裂带特点：

各各分分层层岩岩层层弯弯曲曲，整整体体断断裂裂，大大致垂直于层面的裂隙；致垂直于层面的裂隙；各岩层之间离层各岩层之间离层断断裂裂带带中中的的岩岩层层一一般般情情况况下下能能够够导水导水，又称导水断裂带，又称导水断裂带厚厚煤煤层层第第一一分分层层以以后后的的分分层层开开采采时时，断断裂裂带带高高度度上上升升，但但上升的幅度较初次采动大为减小上升的幅度较初次采动大为减小（3）弯曲带）弯曲带断裂带之上至地表断裂带之上至地表又称：

弯曲下沉带或整体又称：

弯曲下沉带或整体移动带移动带采深较大，弯曲带的高度可能大大超过垮落带和断采深较大，弯曲带的高度可能大大超过垮落带和断裂带高度之和裂带高度之和特点：

特点：

保持整体性和层状结构，不存在或极少存保持整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂隙。

在离层裂隙。

隔水，岩性较软时，隔水性能更好。

隔水，岩性较软时，隔水性能更好。

不出现三带的可能性不出现三带的可能性浅部无弯曲下沉带浅部无弯曲下沉带充填开采无垮落带充填开采无垮落带三带的空间轮廓形状三带的空间轮廓形状

（1）035垮落带垮落带开采期间，垮落带的高度开采期间，垮落带的高度基本上是相同基本上是相同开采完毕，中间较低，两开采完毕，中间较低，两端较高的枕形轮廓端较高的枕形轮廓断裂带断裂带两端边界超出，呈马鞍形，两端边界超出，呈马鞍形，最高点位于采空区斜上最高点位于采空区斜上方。

方。

（）（）3654垮落带垮落带上部岩块上部岩块下滑或滚动下滑或滚动上上部部继继续续离离层层、断断裂裂、破碎和垮落，破碎和垮落，下部垮落带高度较小。

下部垮落带高度较小。

断裂带断裂带上大下小，上部的轮廓大致呈抛物线，与采空上大下小，上部的轮廓大致呈抛物线，与采空区边界齐或略偏外。

区边界齐或略偏外。

（3）=5590岩块滚动下滑岩块滚动下滑，迅速充填，迅速充填下部下部上部：

边界煤柱片帮、碎上部：

边界煤柱片帮、碎裂、抽冒，裂、抽冒，垮落带和断裂带上边缘急垮落带和断裂带上边缘急剧向上发展，大大超出上剧向上发展，大大超出上边界边界垮落带、断裂带呈耳形或垮落带、断裂带呈耳形或上大下小的不对称拱形上大下小的不对称拱形垮落带与断裂带的高度垮落带与断裂带的高度

（1）主要影响因素）主要影响因素顶板顶板岩性岩性煤层煤层倾角倾角采高及厚煤层分层采高及厚煤层分层次数次数采空区采空区范围范围采空区处理采空区处理方法方法三、三、垮落带与断裂带的高度垮落带与断裂带的高度顶板岩性对两带的影响顶板岩性对两带的影响顶顶板板坚坚硬硬，岩岩层层垮垮落落后后块块度度大大，碎碎胀胀系系数数也也大大。

基基本本顶顶由由于于坚坚硬硬而而下下沉沉缓缓慢慢，下下沉沉量量小小，使使垮垮落落过过程程充充分分发发展展，垮垮落落带带和和断断裂裂带带高高度度较较大大，两两带带高高度度之之和和可可达达到到开开采采厚度的厚度的1828倍。

倍。

顶顶板板松松软软破破碎碎时时，由由于于顶顶板板稳稳定定性性差差，采采空空区区回回柱柱放放顶顶或或移移架架后后能能迅迅速速被被垮垮落落岩岩块块填填满满，垮垮落落过过程程不不能能充充分分发发展展，两两带带高高度度均较低，一般为采厚的均较低，一般为采厚的912倍。

倍。

煤层倾角对两带的影响煤层倾角对两带的影响垮垮落落岩岩块块随随倾倾角角加加大大在在采采空空区区发发生生运运动动。

采空区垮落的岩块有三种状态：

采空区垮落的岩块有三种状态：

倾倾角角小小于于35时时，岩岩块块就就地地堆堆积积。

同同一一采采区区内内，各各个个部部位位的的垮垮落落带带和和断断裂裂带带上上边边界界离煤层的高度基本上相等离煤层的高度基本上相等倾角倾角3554时，时，垮落岩块下滑垮落岩块下滑。

倾角倾角大于大于54时，时，岩块下滚岩块下滚，下部垮落的，下部垮落的发展很小，上部发展很高发展很小，上部发展很高采高及厚煤层分层次数采高及厚煤层分层次数对两带的影响对两带的影响一一次次采采全全高高或或分分层层初初次次开开采采时时，两两带带高高度度与与采高呈近似直线关系采高呈近似直线关系分层或近距离煤层群重复开采，两带高度随分层或近距离煤层群重复开采，两带高度随分层次数增加而递减分层次数增加而递减采空区范围对两带的影响采空区范围对两带的影响采空区范围决定了开采充分程度，当采采空区范围决定了开采充分程度，当采空区范围足够大时，垮落带和断裂带得空区范围足够大时，垮落带和断裂带得到充分发展，反之两带的高度发展将受到充分发展，反之两带的高度发展将受到限制。

到限制。

采空区处理方法采空区处理方法对两带的影响对两带的影响全全部部垮垮落落法法：

上上覆覆岩岩层层破破坏坏发发展展最最充充分分，弯弯曲、离层、断裂、垮落，达到一定高度曲、离层、断裂、垮落，达到一定高度充填法：

充填法：

无垮落带，断裂带高度也明显降低无垮落带，断裂带高度也明显降低煤柱支撑法：

煤柱支撑法：

两带高度介于之间两带高度介于之间垮落带高度的计算公式垮落带高度的计算公式（倾角为（倾角为035及及3654）单一煤层的垮落带最大高度单一煤层的垮落带最大高度覆岩为极坚硬岩层公式覆岩为极坚硬岩层公式w垮落过程中顶板下沉值覆覆岩岩为为坚坚硬硬、中中硬硬、软软弱岩层或其互层公式弱岩层或其互层公式垮落带高度公式垮落带高度公式（倾角为（倾角为035及及3654，厚煤层分层开采）厚煤层分层开采）覆岩岩性覆岩岩性（单向抗压强度及主要（单向抗压强度及主要岩石名称）岩石名称）计算公式（m）坚硬坚硬（4080MPa，石英砂岩、石石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩灰岩、砂质页岩、砾岩）中硬中硬（2040MPa，砂岩、泥质灰砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩岩、砂质页岩、页岩）软弱软弱（1020MPa、泥岩，泥质砂泥岩，泥质砂岩岩极软弱极软弱（10MPa，铝土岩、风铝土岩、风化泥岩，粘土，砂质粘土化泥岩，粘土，砂质粘土）导水断裂带高度导水断裂带高度计算公式计算公式（倾角为（倾角为035及及3654）（单一薄及中厚煤层或厚煤层分层开采）单一薄及中厚煤层或厚煤层分层开采）岩性岩性计算公式之一（m）计算公式之二（m）坚硬坚硬中硬中硬软弱软弱极软弱极软弱急斜煤层急斜煤层h垮落带及导水断裂带高度垮落带及导水断裂带高度（倾角为倾角为5590）岩性垮落带高度计算（垮落带高度计算（m）导水断裂带高度计算导水断裂带高度计算（m）坚硬Hk=（0.40.5）Hd中硬、软弱Hk=（0.40.5）Hd注：

h区段或分段垂高，m；M煤层法线厚度，m。

近距离煤层垮落带和断裂带高度近距离煤层垮落带和断裂带高度层间距层间距大于大于下煤层下煤层开采形成的垮落带开采形成的垮落带高度高度上下煤层的垮落带上下煤层的垮落带高度不重合，而断高度不重合，而断裂带高度可能重合裂带高度可能重合上上下下煤煤层层的的断断裂裂带带最最大大高高度度可可按按近近距距离离上上下下煤煤层层的的厚厚度度分分别别计计算算，取取其其中中标标高高值值大大者者作作为为两两层层煤煤的的断断裂带高度裂带高度；上下煤层的上下煤层的垮落带高度则取垮落带高度则取上煤层上煤层的垮落带高度。

的垮落带高度。

近距离煤层垮落带和断裂带高度近距离煤层垮落带和断裂带高度层间距层间距小于小于下煤层下煤层开采形成的垮落带开采形成的垮落带高度高度上下煤层的垮落带上下煤层的垮落带高度重合高度重合上上煤煤层层的的断断裂裂带带高高度度按按该该层层的的厚厚度度计计算算，下下煤煤层层断断裂裂带带最最大大高高度度按按综综合合开开采采厚厚度度计计算算，取取其其中中标标高最大值作为两层煤的断裂带最大高度。

高最大值作为两层煤的断裂带最大高度。

Mz=M1+M2y2=H2k/M2