地表移动与变形

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1、第一章地表移动和变形的规律教学目的与要求：地表移动和变形的规律是《开采损害与保护学》中最重要的内容之一。本章介绍了矿山开采地表移动和变形规律相关理论知识，通过学习，要求学生掌握矿山开采损害与保护相关的基本概念，理解并掌握各种开采条件下、开采过程中及移动盆地稳定后地表沉陷的一般规律。课程内容：地下开采引起的岩层移动及地表的移动和破坏、地表移动盆地内移动和变形分析以及地表移动盆地边界的确定等；移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律；采动过程中(动态)主断面内移动和变形分布规律；移动盆地稳定后全面积的移动和变形分

2、布规律；地质采矿因素对地表沉陷的影响；复杂地质条件对地表沉陷的影响。教学重点：岩层移动的形式及移动稳定后采动岩层内的三带划分和各自特征；各种开采条件下不同采动程度的主断面内移动和变形分布规律；采动过程中的地表移动和变形的一般规律，地表下沉稳定后全面积开采损害与保护分布规律及各等值线的特点。教学难点：地表移动盆地内移动和变形分析以及地表移动盆地边界的确定；对地质采矿因素对地表沉陷的影响进行分析。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当部分矿体被采出后，在岩体内部形成一

3、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（StrataMovement）。为了便于理解，以近水平矿层开采为例，说明岩层移动和破坏过程和应力状态的变化。（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2．垮落，又称冒落3．矿体的挤出4．岩石沿层面的滑移5．岩石的下滑6．底

4、板的隆起在某一个具体的岩层破坏和移动过程中，以上六种移动形式不一定同时出现。另外，松散层的移动形式是垂直弯曲，不受矿层倾角的影响。在水平矿层条件下，松散层和基岩的移动形式是一致的。（三）岩层移动和破坏稳定后形成的三带岩层移动和破坏稳定后按其破坏的程度，大致分为三个不同的开采影响带，即冒落带1（CavedZone）、裂缝带（FracturedZone）和弯曲带（ContinuousDeformationZone）。1．冒落带冒落带（又称垮落带）是指由采矿引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围。冒落带内岩层破

5、坏特征：（1）在冒落带内，从矿层往上岩层破碎程度逐步减小。（2）冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、砂、泥土通过。（3）冒落岩石具有的碎胀性能使冒落自行停止。（4）冒落带高度主要取决于采出厚度和上覆岩层的碎胀系数。（5）冒落岩石间的空隙随着时间的延长和工作面推进距离的增加，在上覆岩层压力作用下，在一定程度上可得到压实。2．裂缝带裂缝带是指在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层。裂缝带位于垮落带和弯曲带之间。裂缝带内岩层产生较大的弯曲、变形和破坏，其破坏特征：（1）裂缝带内的岩

6、层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂，而且还产生顺层理面的离层裂缝。（2）根据连通性的好坏，裂缝带一般导水、但不利于砂、泥土通过。（3）冒落带和裂缝带合称为两带，又称为冒落裂缝带，在解决水体下采矿时，垮落带和裂缝带合称为导水裂缝带。（4）导水裂缝带高度与岩性有关。准确地确定导水裂缝带高度，对水体下采矿至关重要。（5）裂缝带随着工作面推进距离的增加，当采空区扩大到一定范围时，裂缝带的高度达到最大。3．弯曲带弯曲带指的是裂缝带之上直至地表的整个岩系。其岩层移动和破坏特征：（1）弯曲带内岩层在自重的作用下产生层面法向

7、弯曲，在水平方向上处于双向受压状态，其压实程度比较好。（2）弯曲带内岩层移动过程连续而有规律，并保持整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂缝。在竖直面内，各部分的移动值相差很小。（3）弯曲带一般情况下具有隔水性，特别是当岩性较软时，隔水性能更好，成为水下开采时的良好保护层。（4）弯曲带的高度主要受开采深度的影响。当采深较小时，导水裂缝带高度直达地表，不存在弯曲带；当采深较大时，弯曲带高度可大大超过垮落带和裂缝带的高度之和，开采形成的裂缝带不会达到地表。“三带”在水平或缓倾斜矿层开采时表现比较明显，由于地质采

8、矿条件的不同，覆岩中的“三带”不一定同时存在。二、开采引起的地表移动和破坏（一）地表移动的形式1．地表移动盆地当地下工作面开采达到一定距离后（约为采深的1/4～1/2时），开采影响到地表，受采动影响的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大得多的沉陷区域，称为地表移动盆地，或称下沉盆地（SubsidenceBasin）。2．裂缝及台阶在地表移动盆地的外边缘区，地表可能会产生裂缝，