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342地表移动和变形观测保护煤柱的设计5建筑下采煤7铁路下采煤地表移动和变形预计6水体下采煤1地表移动和变形规律开采引起的岩层和地表移动盆地内移动和变形分析12第一章地表移动和变形规律移动稳定后盆地内移动和变形分布规律3采动过程中主断面内移动和变形分布规律4岩层和地表移动与地质采矿条件的关系5特殊地质采矿条件下的岩层及地表移动规律6【教学目的与要求】：通过本章学习，要求学生覆岩“三带”特征；覆岩与地表移动规律与特点；地表沉陷盆地类型及其移动角值含义；影响地表沉陷盆地的主要因素。【教学重点】：移动稳定后盆地内移动和变形分布规律。采动过程中主断面内移动和变形分布规律。【教学难点】：地表移动盆地内移动和变形分析；地表移动盆地边界的确定；地质采矿因素对地表沉陷的影响分析【重要概念】：岩层运动，冒落带，裂隙带，弯曲下沉带，非充分采动，充分采动，超充分采动，充分采动角，最大下沉角，边界角、移动角、裂缝角和松散层移动角；下沉，水平移动，倾斜，曲率，水平变形；起动距，超前影响角，最大下沉速度滞后距，最大下沉速度滞后角，开始阶段、活跃阶段、衰退阶段。一、开采引起的岩层移动和破坏（一）岩层移动和破坏过程在地下矿物被采出前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。当部分矿体被采出后，在岩体内部形成一个采空区，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。
第一节开采引起的岩层和地表移动
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）。
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。当地下矿层开采后，采空区直接顶板岩层在自重应力及上覆岩层重力的作用下，产生向下的移动和弯曲。当其内部应力超过岩层的应力强度时，直接顶板首先断裂、破碎，相继冒落，而老顶岩层则以梁、板的形式沿层面法向方向移动、弯曲，进而产生断裂、离层。第一节开采引起的岩层和地表移动采空区上覆岩层移动和破坏
随着工作面向前推进，受到采动影响的岩层范围不断扩大。当开采范围足够大时，岩层移动发展到地表，在地表形成一个比采空区范围大得多的下沉盆地。第一节开采引起的岩层和地表移动
在采空区边界矿柱及其边界上、下方的岩层内形成支承压力区，其最大压力为原岩应力场的3～4倍。该区矿柱和岩层被压缩，有时被压碎，矿层被挤向采空区。如图1-2。
由于岩层移动和破坏的结果，使采空区周围应力重新分布，形成增压区（支承压力区）和减压区（卸载压力区）。第一节开采引起的岩层和地表移动（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：
第一节开采引起的岩层和地表移动1．弯曲弯曲是岩层移动的主要形式。当地下矿物被开采后，从直接顶板开始岩层整体沿层面法线方向弯曲，直到地表。此时，有的岩层可能会出现断裂或大小不一的裂隙，但不产生脱落，保持层状结构。
2．垮落垮落（又称冒落）这是岩层移动过程中最剧烈的形式，通常只发生在采空区直接顶板岩层中。当矿层采出后，采空区附近上方岩层弯曲而产生拉伸变形。当拉伸变形超过岩层的允许抗拉强度时，岩层破碎成大小不一的岩块，无规律地充填在采空区，此时，岩体体积增大，岩层不再保持其原有的层状结构。第一节开采引起的岩层和地表移动3．煤的挤出采空区边界煤层在上覆岩层强大的压力作用下，部分煤体被压碎挤向采空区，这种现象称为煤的挤出（又称片帮）。由于增压区的存在，煤层顶底板岩层在围岩压力作用下产生竖向压缩，从而使采空区边界以外的上覆岩层和地表产生移动和变形。第一节开采引起的岩层和地表移动4．岩石沿层面的滑移
在开采倾斜矿层时，岩石在自重力的作用下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会产生沿层面方向的滑动。岩层倾角越大，岩层沿层面滑移越明显。沿层面滑移的结果，使采空区上山方向的部分岩层受拉伸，甚至剪断，而下山方向的部分岩层受压缩。
第一节开采引起的岩层和地表移动5．岩石的下滑
当煤层倾角较大，而且开采自上而下顺序进行，下山部分矿层继续开采而形成新的采空区时，采空区上部垮落的岩石可能下滑而充填新采空区，这种现象称为岩石的下滑（又称岩石的滚动）。岩石的下滑会使采空区上部的空间增大，下部空间减小，使位于采空区上山部分的岩层移动加剧，而下山部分的岩层移动减弱。第一节开采引起的岩层和地表移动6．底板的隆起
当底板岩层较软且倾角较大时，在矿层采出后，底板在垂直方向减压，水平方向受压，导致底板向采空区方向隆起。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。
第一节开采引起的岩层和地表移动（三）岩层移动和破坏稳定后形成的三带
矿层采出后，使周围岩体产生移动，当移动和变形超过岩体的极限变形时，岩体破坏。根据工程的需要，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（CavedZone）、裂缝带（FracturedZone）和弯曲带（ContinuousDeformationZone），如图1-3所示。第一节开采引起的岩层和地表移动图1-3采空区上覆岩层内移动分带示意图Ⅰ—冒落带；Ⅱ—裂缝带；Ⅲ—弯曲带工作面推进方向Fracturedzone
Cavedzone
Continuousdeformationzone
Soilzone
第一节开采引起的岩层和地表移动1．冒落带（CavedZone）
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。随着矿层的开采，其直接顶板在自重力的作用下，发生法向弯曲，当岩层内部的拉应力超过岩石的抗拉强度时，便产生断裂、破碎成块而垮落，冒落岩块大小不一，无规则地堆积在采空区内。
第一节开采引起的岩层和地表移动
冒落带内岩层破坏特征：（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，通常为采出厚度的3～5倍。（5）冒落岩石间的空隙随时间的延长和工作面的推进，在上覆岩层压力作用下，在一定程度上得到压实。第一节开采引起的岩层和地表移动cavedzone,itsthicknessisapproximately2to8timesofminingheight;
第一节开采引起的岩层和地表移动2．裂缝带（FracturedZone）
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称为裂缝带。裂缝带位于冒落带和弯曲带之间。裂缝带内岩层产生较大的弯曲、变形及破坏，其破坏特征是：1．规律性。裂缝的形式分布有一定规律2．具有明显的分带性。严重断裂，一般开裂，较小断裂。3．成层，能导水。第一节开采引起的岩层和地表移动
冒落带和裂缝带合称为两带，又称为冒落裂缝带，在解决水体下采煤时，称两带为导水裂缝带。两带之间没有明显的分界限，均属于破坏性影响区，一般是上覆岩层离采空区距离越大，破坏程度越小。当采深较小、采厚较大、用全部垮落法管理顶板时，裂缝带可发展到地表，甚至冒落带达到地表。这时地表和采空区连通，地表呈现出塌陷或崩落。第一节开采引起的岩层和地表移动“两带”高度与岩性有关，一般情况下，软弱岩石形成的两带高度为采厚的9~12倍，中硬岩石为采厚的12~18倍，坚硬岩石为采厚的18~28倍。准确地确定两带高度，对解决水体下采煤问题有特别重要的意义。
fracturedzonewithathicknessapproximately30to60timesminingheight第一节开采引起的岩层和地表移动
3．弯曲带（ContinuousDeformationZone）弯曲带位于裂缝带之上直至地表。此带内岩层的移动特点是：
1．隔水性：一般情况下整体移动带具有隔水性。
2．整体性：岩层移动是成层的整体的发生移动，在垂直方向上各部分的下沉差相差很小。
3．高度主要受开采深度的影响。
Continuousdeformationzonecoveringtheremainderoftheoverburdenexceptthesoilzone;
“三带”在水平或缓倾斜矿层开采时表现比较明显，由于地质采矿条件的不同，覆岩中的“三带”不一定同时存在。第一节开采引起的岩层和地表移动二、开采引起的地表移动和破坏（一）地表移动的形式
1、地表移动盆地开采影响到地表之后，在采空区上方形成一个比采空区大得多的沉陷区域，称下沉盆地（Subsidencebasin）。对地表的建筑、道路、河流、铁路、生活环境等有影响（如图所示）。
2、裂缝及台阶（产生在边缘区）产生裂缝的条件与有无松散层及其厚度有关（如图所示）。塑性大：变形值超过6~10mm/m，地表产生裂缝；塑性小：变形值超过2~3mm/m，产生裂缝。第一节开采引起的岩层和地表移动3、塌陷坑产生条件：开采急倾斜煤层或某种特殊的地质采矿条件下易产生。（1）塌陷坑多出现在急倾斜煤层开采条件下。由于煤柱的抽冒，结果在地表形成漏斗状塌陷坑。（2）在采深很小或采厚很大的情况下，也会在地表产生漏斗状塌陷坑。（3）在有流砂层的情况下，由于防水煤岩柱小而导致水砂溃入井下，在地表形成塌陷坑。（4）开采缓倾斜煤层时，由于露头处采深不大，可能形成塌陷坑。（如图所示）塌陷坑对地面破坏最大，应尽力避免。第一节开采引起的岩层和地表移动第一节开采引起的岩层和地表移动（二）地表移动盆地的形成（1）当工作面推进一段距离之后才在地表产生显著的移动。（2）随着工作面的推进，采空区的扩大，下沉盆地也逐渐扩大。（3）当采空区达到一定程度时，最大下沉将不再增加而形成一个平底的下沉盆地。（4）当工作面停止以后，地表的移动不会马上停止，要延续一段距离时间。第一节开采引起的岩层和地表移动（三）充分采动程度
1、充分采动与非充分采动（1）充分采动（Fullsubsidence）：地表下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大值，此时的采动称充分采动。反之称非充分采动（Subcriticalsubsidence）。（2）临界开采（Criticalmining）：只有一个点的下沉值达到最大下沉值的采动情况，称为临界开采，地表移动盆地呈碗形。（3）超充分采动（Supercriticalsubsidence）：多个点的下沉值达到最大下沉值的采动情况，称为超充分采动。第一节开采引起的岩层和地表移动2、充分采动角充分采动角(Angleoffullsubsidence)
：在充分采动条件下，在移动盆地的主断面上，地表最大下沉点与开采边界的连线在采空区一侧的锐角。下山1、上山2、走向3
第一节开采引起的岩层和地表移动
（四）地表移动盆地的主断面(Majorcross-section)1．定义：地表移动盆地内，通过最大下沉点，沿煤层走向或倾斜方向所作的垂直断面。
2．特征：（1）在主断面上地表移动盆地的范围最大；（2）在主断面上地表移动量最大。3.最大下沉角（Subsidencelimitangle）（θ）：在倾斜主断面上，地表最大下沉点和采空区中点的连线与沿煤层下山方向水平线所成的锐角。除与岩性有关外，还与煤层倾角有关。在倾斜或缓倾斜煤层条件下，θ随煤层倾角的增大而减小。一般有第一节开采引起的岩层和地表移动第一节开采引起的岩层和地表移动3．主断面的位置
（1）非充分采动(Subcriticalmining)：水平煤层：主断面位于采空区中央。倾斜煤层：倾斜主断面位于采空区中央，走向主断面根据最大下沉角确定。最大下沉点的位置用d来确定，d值求取公式如下：d=H0ctgθ
（2）充分采动(Criticalmining)：首先按充分采动角φ1、φ2、φ3确定地表充分采动区的范围，然后通过该范围内所作的煤层走向和倾向的垂直断面均为主断面。第一节开采引起的岩层和地表移动第一节开采引起的岩层和地表移动第一节开采引起的岩层和地表移动第一节开采引起的岩层和地表移动第一节开采引起的岩层和地表移动（五）地表移动盆地的特征1．地表移动盆地的三个区域：（1）中间区域：下沉值达到最大，其它移动和变形值近似等于0，无明显裂缝。（2）内边缘区：产生压缩变形，不出现裂缝、凹形。（3）外边缘区：拉伸变形、凸形、裂缝。
三个特征点：边界点（下沉10mm的点），拐点（内外边缘区的分界点），最大下沉点。第一节开采引起的岩层和地表移动2.水平煤层充分采动时地表移动盆地特征:(右图)（1）移动盆地位于采空区的正上方，移动盆地关于采空区对称。（2）平底部分位于采空区中央正上方。（3）移动盆地内外边缘的分界点位于采空区边界正上方或偏向采空区。第一节开采引起的岩层和地表移动3.倾斜煤层充分采动时，移动盆地的特征:（1）移动盆地与采空区不对称，在倾斜方向上，整个盆地偏向采空区下山方向，影响范围上边界小于下边界，上边界的移动盆地边缘要比下边界陡。（2）最大下沉点偏向下边界方向。（3）拐点在采空区的上边界偏向采空区，下边界偏向煤柱。第一节开采引起的岩层和地表移动4.地表移动盆地边界的划分地表移动盆地划分成如下三个边界：
(1)移动盆地的最外边界移动盆地最外边界是以地表移动和变形都为零的盆地边界点所固定的边界。（图中ABCD）
(2)移动盆地的危险移动边界危险移动边界是以盆地内的地表移动与变形对建筑物有无危害而划分的边界。（图中A’B’C’D’）
(3)移动盆地的裂缝边界裂缝边界是根据移动盆地内最外侧的裂缝圈定的边界。（图中A’’B’C’’D’’）第一节开采引起的岩层和地表移动第一节开采引起的岩层和地表移动5.地表移动盆地边界的角值参数（1）边界角（Angleofdraw）地表移动盆地主断面上盆地边界点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一例的夹角称为边界角。走向方向：δ0；下山：β0；上山：γ0；急倾斜煤层底板边界角:λ0。当有松散层时，存在于基岩与松散层交界面相交处。（如图所示）（2）移动角(Angleofcriticaldeformation)
地表移动盆地主断面上三个临界变形值中最外边的一个临界变形值点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为移动角。走向方向：δ；下山：β；上山：γ；底板λ。（如图所示）第一节开采引起的岩层和地表移动第一节开采引起的岩层和地表移动
（3）裂缝角(Angleofbreak)
地表移动盆地主断面上，移动盆地内最外侧的地表裂缝至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为裂缝角。走向方向：δ’’；下山：β’’；上山：γ’’；底板λ’’。（如图所示）（4）松散层移动角松散层移动角以φ表示，它不受煤层倾角的影响，主要与松散层特性有关。第一节开采引起的岩层和地表移动第一节开采引起的岩层和地表移动
一、盆地内地表点的移动分析一个点的移动向量可以分解为垂直分量和水平分量。垂直分量称为下沉，水平分量称为水平移动。沿断面的水平移动为纵向水平移动，垂直于断面的水平移动称横向水平移动。采空区地表HWUUy沿γ方向xyxz第二节盆地内移动和变形分析二、主断面内地表移动与变形分析描述地表移动盆地内移动和变形的指标是：下沉（Subsidence）、倾斜（Slope）、曲率（Curvature）、水平移动（Displacement）、水平变形（Horizontalstrain）及扭曲和剪切变形(TwistingandShearstrain)。第二节盆地内移动和变形分析1．地表主断面内某点的下沉（Subsidence）
Hn0、Hnm分别为第n个点初次观测和第m次观测时的高程。正值代表该点下沉；负值代表该点上升。通常用w表示。2．水平移动（Displacement）
Ln0、Lnm分别表示初次观测和第m次观测时地表n点至观测线控制点间的水平距离。通常用u表示。符号规定：在倾斜主断面内，指向上山方向的水平移动为正，指向下山方向的水平移动为负，在走向主断面上向右移动为正，相反为负。单位：mm单位：mm第二节盆地内移动和变形分析3．倾斜变形（Slope）地表倾斜变形是指相邻点在竖直方向的相对移动量与两相邻点间水平距离的比值。
单位：mm/m
由于相邻地表点的下沉量不相等，使地表产生倾斜，反映盆地沿某一方向的坡度，通常用i表示。
i2-3——2号点到3号点之间的水平距离。符号规定：倾向上山方向为正，倾向下山方向为负，而右倾斜为正，向左倾斜为负。第二节盆地内移动和变形分析4．地表曲率变形（Curvature）地表曲率变形是指两相邻线段的倾斜差与两线段小点间的水平距离的比值。即单位长度内倾斜的变化。它反映在观测线断面上的弯曲程度。通常用k表示。符号规定：上凸的曲率为正，下凹的曲率为负。单位：mm/m2第二节盆地内移动和变形分析5．水平变形（Horizontalstrain）地表水平变形是指相邻两点的水平移动差值与两点间水平距离的比值。它反映相邻两测点间单位长度的水平移动差值。由于相邻点的水平移动量不相等而引起的，用ε来表示。符号规定：拉伸变形为正，压缩变形为负。分布在移动盆地两拐点之间。单位：mm/m第二节盆地内移动和变形分析三、地表移动和变形对建筑物(或构筑物)的影响1．临界变形值建筑物不需要维修，仍能保持正常使用所允许的地表最大变形值。称为临界变形值。2．地表下沉和水平移动对建筑物的影响地表的下沉和水平移动对建筑结构不产生附加应力，对建筑物影响很小，故不作为衡量建筑物破坏的指标。但地表的下沉值会改变地表原有的坡度，使排水困难，在潜水位很高的情况下，使地表积水。第二节盆地内移动和变形分析
3．地表倾斜对建筑物的影响引起了压力的重新分布，使载荷成为非均匀，使建筑物内应力发生变化，导致建筑物破坏。另外，对高大的建筑物影响较严重。
4．地表曲率变形对建筑物的影响曲率表明了地表的弯曲程度。正曲率(地表上凸)使建筑物基础两端处于悬空状态，倒“八”字形的裂缝产生；负曲率(地表下凹)使建筑物基础中心处于悬空状态，正“八”字形的裂缝产生曲率变形引起的建筑物上附加应力的大小，与地表曲率值有关，同时也与建筑物长度和底面积有关。第二节盆地内移动和变形分析第二节盆地内移动和变形分析5．地表水平变形对建筑物(构筑物)的影响地表水平变形是引起建筑物破坏的重要因素。因为建筑物的抗拉能力小，在建筑物受到拉伸变形作用，容易出现裂缝。在薄弱部位(如门窗上方)更为明显。压缩变形则能使建筑物墙壁挤碎、地板鼓起，出现剪切或挤压裂缝，使门窗变形、开关不灵等。第二节盆地内移动和变形分析一、移动盆地稳定后主断面内移动和变形分布规律地表移动和变形规律（Groundmovementanddeformationlaws)是指地下开采引起的地表移动和变形的大小、空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。主要内容：(1)水平、缓倾斜煤层以及急倾斜煤层开采沉陷的分布规律；(2)沉陷稳定后(又称静态)及工作面推进过程中(又称动态)的分布规律；(3)简单地质条件和复杂地质条件下的分布规律等。
第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律
由于地表移动和变形规律受地质采矿条件的影响，不同地质采矿条件下，地表移动和变形规律存在一定的差异，下面叙述的规律是典型化和理想化的，必须满足以下几个条件：
1．深厚比H／M(开采深度与开采厚度之比值)大于30。
2．地质采矿条件正常，无大的地质构造(如大断层和地下溶洞等)，并采用正规循环的采煤作业；
3．属于单一煤层开采，并不受邻区开采影响。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律
地表移动盆地稳定后的移动和变形分布规律与许多地质采矿因素有关。如：煤层倾角（α）、开采厚度（m）、开采深度（H）、采区尺寸（D）、采煤方法、顶板管理方法、松散层厚度（h）等。如果开采均系采用走向长壁式采煤、全部垮落法管理顶板，并且开采厚度均相同，那么影响分布规律的地质采矿因素主要就是煤层倾角、采区尺寸和开采深度。而采区尺寸和开采深度之比，可决定地表的采动程度。下面根据不同的采动程度和煤层倾角的变化情况，讨论地表移动和变形的分布规律。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律
（一）水平煤层（或沿煤层走向主断面)非充分采动时主断面内地表移动和变形分布规律判别：水平煤层开采时的采动程度可用走向充分采动角φ3来判别。当用φ3
角作的两直线交于岩层内部而未及地表时，此时地表为非充分采动。1、下沉曲线下沉曲线表示地表移动盆地内下沉的分布规律。设沿主断面方向为x轴，下沉曲线为W(x)=F(x)
在讨论分布规律时，先要确定下沉曲线上的三个特征点：第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（1）最大下沉点O：下沉值最大。在水平煤层开采时，在采区中央正上方。（2）盆地边界点A、B：据走向边界角δ0作边界点A、B，此处下沉值为零。（3）拐点E：拐点是指下沉曲线凹凸的分界点。由于工作面边界附近的顶板并不切煤壁冒落或呈阶状弯曲，存在悬顶距，拐点E不在工作面开采边界的正上方而是略偏向采空区一侧。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律
下沉曲线分布规律：在地表最大下沉点O处下沉值最大，自盆地中心至盆地边缘下沉值逐渐减小，在盆地边界点A、B处下沉值为零。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律2、倾斜曲线倾斜曲线表示地表移动盆地内倾斜的变化规律，倾斜为下沉的一阶导数：
倾斜曲线分布规律为：盆地边界点至拐点间倾斜渐增，拐点至最大下沉点间倾斜渐减，在最大下沉点处倾斜为零。在拐点处倾斜最大，有两个方向相反的最大倾斜。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律3、曲率曲线
曲率曲线是表示地表移动盆地内曲率的变化规律，曲率曲线可表示为倾斜的一阶导数或下沉的二阶导数：第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律
曲率曲线分布规律为：（1）曲率曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负极值，正极值称最大正曲率，位于边界点和拐点之间，负极值称最大负曲率，位于最大下沉点处。（2）盆地边界点和拐点处曲率为零。（3）盆地边缘区为正曲率区，盆地中部为负曲率区。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律4、水平移动曲线水平移动曲线表示地表移动盆地内水平移动分布规律，用U(x)表示。移动盆地内各点的水平移动方向都指向盆地中心。大量的实测资料表明，水平移动曲线与倾斜曲线相似。因此，可得下式：B——水平移动系数，B=0.13～0.18H。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律
水平移动曲线分布规律为：盆地边界点至拐点间水平移动渐增，拐点至最大下沉点间水平移动渐减，最大下沉点处水平移动为零；在拐点处水平移动最大，有两个方向相反的最大水平移动。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律5、水平变形曲线水平变形曲线表示地表移动盆地内水平变形分布规律，水平变形曲线与曲率曲线相似。是水平移动的一阶导数：B——水平移动系数，B=0.13～0.18H。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律水平变形分布规律为：（1）水平变形曲线有三个极值，两个相等的正极值和一个负极值，正极值称为最大拉伸值，位于边界点与拐点之间，负极值称为最大压缩值，位于最大下沉点处。（2）盆地边界点和拐点处水平变形为零。（3）盆地边缘区为拉伸区，盆地中部为压缩区。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（1）下沉曲线（2）倾斜曲线（3）曲率曲线（4）水平移动曲线（5）水平变形曲线第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（二）水平煤层(或沿煤层走向主断面)充分采动时主断面内移动和变形分布规律判别：当用φ3
角作的两直线刚好交于地表时，此时地表为充分采动。地表刚达到充分采动时和非充分采动的不同之处：
1．最大下沉值已达到该地质采矿条件下之最大值。
2．倾斜、水平移动曲线没有明显变化。
3．曲率或水平变形曲线在采区中心拐点、边界点为零；在边界点和拐点之间达到最大拉伸；在拐点和采区中心之间达到最大压缩变形。
4.拐点处E的下沉值约为最大下沉值的一半。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律非充分采动时地表移动和变形曲线充分采动时地表移动和变形曲线第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（三）水平煤层(或走向主断面)超充分采动时主断面内移动和变形分布规律判别：当用φ3
角作的两直线在地表交于o1和o2两点，o1和o2间出现平底时，地表达到超充分采动。地表达到超充分采动时和非充分采动时相比，不同之处在于：
1．下沉曲线中部平底上各点下沉值相等，并达到该采矿地质条件下的最大值。
2．在平底部分内，倾斜、曲率、水平变形均为零或接近于零；各种变形主要分布在采空区边界上方附近。
3．最大倾斜和最大水平移动位于拐点处；最大正曲率、最大拉伸变形位于拐点和盆地边界点之间；最大负曲率、最大压缩变形位于拐点和最大下沉点o之间。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律ⅠⅡⅢⅣ第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律非充分采动时地表移动和变形曲线超充分采动时地表移动和变形曲线第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律非充分采动时地表移动和变形曲线超充分采动时地表移动和变形曲线充分采动时地表移动和变形曲线第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（四）倾斜（15°＜α＜55°）煤层非充分采动时移动和变形分布规律
判别：利用下山充分采动角φ1和上山充分采动角φ2确定充分采动程度。用γ0、β0确定上下山盆地边界点，用最大下沉角θ确定最大下沉点。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律1．下沉曲线、倾斜曲线和曲率曲线：
下沉曲线失去对称性，如上山部分的下沉曲线比下山部分的下沉曲线要陡，范围要小；最大下沉点向下山方向偏离，其位置用最大下沉角θ确定。
下沉曲线的两个拐点与采空区不对称，而偏向下山方向。随着下沉曲线的变化，倾斜曲线和曲率曲线也相应发生变化。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律2．水平移动曲线：在倾斜煤层开采时，随着煤层倾角的增大，指向上山方向的水平移动值逐渐增大，而指向下山方向的水平移动值逐渐减小。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律3．水平变形曲线：最大拉伸变形在下山方向，最大压缩变形在上山方向，水平变形为零的点与最大水平移动点重合。4．水平移动曲线和倾斜曲线不相似，水平变形曲线和曲率曲线不相似。倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律水平煤层非充分采动时地表移动变形分布规律倾斜煤层非充分采动时地表移动变形分布规律第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（五）急倾斜（α＞55°）煤层非充分采动时移动和变形分布规律1．下沉盆地非对称性十分明显，下山方向的影响范围远远大于上山方向的影响范围。2．随着煤层倾角的增大，最大下沉点位置逐渐移向煤层上山方向。3．在松散层较薄的情况下，可能只出现指向上山方向的水平移动。急倾斜煤层非充分采动时地表移动变形规律第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律煤层倾角小于90o煤层倾角接近90o4.随着煤层倾角的增大，倾斜剖面形状由对称的碗形逐渐变为非对称的瓢形。当煤层倾角接近90o时，下沉盆地剖面又转变为比较对称的碗形或兜形。急倾斜煤层开采后的下沉盆地形态第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律5．当开采厚度大、开采深度小、煤层顶底板坚硬不早冒落而煤质又较软时，开采后采空区上方之煤层易沿煤层底板滑落。这种滑落可能一直发展到地表，使地表煤层露头处出现塌陷坑。急倾斜煤层开采后地表出现塌陷坑第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律
在解决建筑物和铁路下采煤问题时，由于建筑物和铁路往往不在地表下沉盆地主断面位置上，按主断面计算方法计算不能满足要求，因此研究下沉盆地全面积开采的沉陷规律有其实际的意义。二、移动稳定后全盆地内移动和变形分布规律第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律xy0第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律地表下沉盆地下沉等值线（一）下沉等值线下沉等值线呈近似圆形分布，在圆形中心处下沉值最大，在同一方向上离中心愈远下沉值减小。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（二）倾斜等值线除了与点的位置有关外，还与给定方向有关。沿走向和倾斜方向的倾斜和水平移动等值线全面积分布均为两组椭圆，实线的一组表示正值，虚线的一组表示负值。椭圆长轴方向与所指定的方向垂直。
第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（三）水平移动等值线与给定方向有关。沿走向和倾斜方向的倾斜和水平移动等值线全面积分布均为两组椭圆，实线的一组表示正值，虚线的一组表示负值。椭圆长轴方向与所指定的方向垂直。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（四）曲率等值线与给定方向有关。沿走向和倾斜方向的倾斜和水平移动等值线全面积分布均为四组椭圆，实线的一组表示正值，虚线的一组表示负值。椭圆长轴方向与所指定的方向垂直。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律（五）水平变形等值线与给定方向有关。沿走向和倾斜方向的倾斜和水平移动等值线全面积分布均为四组椭圆，实线的一组表示正值，虚线的一组表示负值。椭圆长轴方向与所指定的方向垂直。第三节移动稳定后盆地内移动和变形分布规律一、研究采动过程中地表移动变形规律的必要性地下煤层采出后引起的地表沉陷是一个时间和空间过程。随着工作面的推进，不同时间的回采工作面与地表点的相对位置不同，开采对地表点的影响也不同。地表点的移动经历一个由开始移动到剧烈移动，最后到停止移动的全过程。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
例如，在超充分采动条件下，地表下沉盆地出现平底，在此平底范围内地表下沉相同，地表变形等于零或接近于零，但不能认为在此区域内的建筑物不受到破坏，因为在工作面推进过程中该区域内的每一个点均要经受动态变形的影响，虽然这种动态变形是临时性的，但它同样可以使建筑物遭到破坏。
第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
在建筑物下采煤时，需要随时确定建筑物受采动影响的开始时间和在不同时期的地表移动变形量，以便对建筑物采取适当措施。如加强观测、加固、临时迁出或改变用途等。在铁路下来煤时，需根据动态变形规律确定铁路维修范围，预计铁路上部建筑起垫量等。在协调开采(Harmonicextraction)时，根据动态变形规律可以更合理地安排回采工作面之间的相互关系等。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
二、地表点的移动轨迹1．当工作面由远处向A点推进、移动波及到A点时，地表下沉速度由小逐渐变大，A点的移动方向与工作面推进方向相反，此为移动的第Ⅰ阶段；采动过程中地表点移动轨迹（一）移动轨迹与工作面位置的关系第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
2.当工作面通过A点正下方(2处)继续向前推进时，地表下沉速度迅速增大，并逐渐达到最大下沉速度，A点的移动方向近于铅垂方向，此为移动的第Ⅱ阶段；采动过程中地表点移动轨迹3.当工作面继续向前推进，逐渐远离地表点A后，点A的移动方向逐渐与工作面推进方向相同，此为移动的第Ⅲ阶段；第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
4.当工作面远离地表点达到一定距离后，回采工作面对A点的影响逐斯消失，点A的移动停止，此为移动的第Ⅳ阶段。5.稳定后，点A的位置并不一定在其起始位置的正下方，一般赂微偏向回采工作面停止位置一则。此为移动的第Ⅴ阶段。采动过程中地表点移动轨迹时为直线。（二）与工作面推进的速度的关系速度越大，弧线弯曲程度越小，当第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
三、工作面推进过程中超前影响（一）起动距（Startingdistance)
在走向主断面上，工作面由开切眼推进一定距离到达A点后，岩层移动开始波及到地表。通常把地表开始移动时工作面的推进距离称为起动距。
地表开始下沉是以观测地表点的下沉值达到10mm为标准。起动距的大小主要和开采深度及岩石的物理力学性质有关。一般在初次采动时，起动距约为1/4H0～1/2H0。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
工作面推进过程中的超前影响（二）超前影响、超前影响角、超前影响距
1.超前影响(Advanceeffect)当工作面推进至B点时，得下沉曲线W1，工作面前方1点开始受采动影响而下沉；当工作面推进的距离约为1.2～1.4Ho，即推至C点时，得下沉曲线W2，地表2点开始受影响而下沉。在工作面推进过程中，工作面前方的地表受采动影响而下沉，这种现象称为超前影响。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
式中
l—超前影响距；
H0—平均开采深度。工作面推进过程中的超前影响
开始移动的点到工作面的水平距离L称为超前影响距。2.超前影响角（Advanceeffectangle)
将工作面前方地表开始移动(即下沉10mm)的点与当时工作面的连线，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为超前影响角，用ω表示。3.超前影响距(Advanceeffectdistance)第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
（1）采动程度非充分采动时，ω角值随着开采面积的增大而减小；充分采动后，ω值基本趋于定值；地表移动稳定后，ω角等于边界角σ0。（2）工作面推进速度ω值随着工作面推进速度增大而增大。工作面推进过程中的超前影响4.影响超前影响角大小的因素
（3）采动次数重复采动时的超前影响角比初次采动时小。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
四、工作面推进过程中的下沉速度（一）下沉速度的计算式中Wm——第m次测得的n号点的下沉量，mm；
Wm+1——第m+1次测得的n号点的下沉量，mm；
t——两次观测的间隔天数。单位，mm/d；（二）下沉速度的变化规律在采动过程中，各点的下沉速度并不相等。将各点下沉速度绘制成曲线，称为下沉速度曲线。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
1．在非充分采动时，随着采空区面积的增大，地表各点的下沉速度逐渐增大，最大下沉速度也增加。2．在充分采动条件下，下沉速度的最大值到达该地质采矿条件下最大值。下沉速度的最大值与工作面相对位置保持不变，这称为最大下沉速度滞后现象。
工作面推进过程中的下沉速度曲线，横坐标表示为x，纵坐标表示为v(x)。1，2为非充分采动时下沉速度曲线；3，4为充分采动时下沉速度曲线。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
（三）最大下沉速度滞后距离和最大下沉速度滞后角当地表达到充分采动后，在地表下沉速度曲线上，最大下沉速度总是滞后于回采工作面一个固定距离，这个固定距离称为最大下沉速度滞后距（Lagdistanceofmaximumsubsidencevelocity），用L表示。把地表最大下沉速度点与相应的回采工作面连线，此线和煤层（水平线）在采空区一侧之夹角，称为最大下沉速度滞后角（Lagangleofmaximumsubsidencevelocity)，用
来描述。其公式如下：第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
（天），H为采深，m。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
初次采动：重复采动：式中D1——工作面斜长，m；m——采厚，m；
α——煤层倾角，(o)；Ho——平均采深，m；
c——工作面推进速度，m／d。（一）影响最大下沉速度的因素我国一些矿区的实测资料表明，最大下沉速度与覆岩性质、推进速度、深厚比、采动程度有关。覆岩性质愈软、推进速度愈大，深厚比愈小，则下沉速度愈大。重复采动时的最大下沉速度比初次采动时大。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
1．开始阶段：从移动开始至下沉速度刚达到1.67mm／d时刻止的阶段为移动开始阶段。2．活跃阶段：下沉速度大于1.67mm／d的阶段，也称危险变形阶段。3．衰退阶段：下沉速度刚小于1.67mm／d时起至地表移动稳定的阶段为移动衰退阶段。地表最大下沉点的下沉速度及下沉曲线（二）地表移动的三个阶段l第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
地表最大下沉点的下沉速度及下沉曲线当工作面推过该点一段距离后，该点的下沉速度才能达到最大。从而可求出滞后距L，据下式可求得最大下沉速度滞后角。（三）最大下沉速度滞后角和滞后距求取l第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
六、工作面推进过程中地表移动和变形的变化规律
当工作面停采后，水平移动仍在继续，最大水平移动值仍继续增加，直至地表移动稳定为止。(二）倾斜变化规律工作面推进过程中倾斜变化规律与水平移动变化规律基本相同。（一）水平移动的变化规律随着工作面的推进，采空区面积不断增大，水平移动的最大值逐渐增大。当达到充分采动时，开切眼一侧的水平移动渐趋稳定，水平移动值等于零的点不再向前移动。当达到超充分采动时，水平移动等于零的区域扩大。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
（四）水平变形的变化规律回采工作面推进过程中的地表水平变形变化规律与曲率变形变化规律基本相同。（三）曲率的变化规律当工作面未到达充分采动时，在开切眼上方地表的最大凸曲率，由小到大逐渐增加，而最大凹曲率先由小到大逐渐增加，然后又由大变小。第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
在地表移动过程中只是移动和变形值由小到太逐渐发展，没有正负曲率变形互相交替变换及拉伸和压缩变形互相变换的现象。（五）垂直于推进方向断面上地表移动与变形的变化规律第四节采动过程中主断面内移动和变形分布规律
多年的实践经验表明，开采沉陷的分布规律取决于地质和采矿因素的综合影响。这些地质和采矿因素中，一类是人们无法对其产生影响的，称为自然地质因素；另一类为采矿技术因素。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系
开采沉陷的分布规律取决于地质和采矿因素的综合影响。本节主要说明下列七种地质采矿因素对开采沉陷的影响。
1．覆岩力学性质、岩层层位的影响；
2．松散层对地表移动特征的影响；
3．煤层倾角的影响；
4．开采厚度与开采深度的影响；
5．采区尺寸大小的影响；
6．重复采动的影响；
7．采煤方法及顶板管理方法的影响。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系一、覆岩力学性质、岩层层位的影响岩石可分为坚硬（f>8）、中硬（f=3～8）和软弱（f<3）三种类型。岩石力学性质对层状矿体开采引起的岩层和地表沉陷影响很大。在大面积开采影响下，覆岩的移动和破坏有以下五种形式：1．覆岩力学性质对覆岩移动和破坏的影响（1）覆岩均为坚硬、中硬、软弱岩层或其互层，不存在极坚硬岩层，开采后容易冒落时，形成“三带”型变形，地表为连续性变形。（2）覆岩中大部分为极坚硬岩层，覆岩产生切冒型变形，地表则产生突然塌陷的非连续变形。大面积暴露之后，矿柱的支撑强度不够，产生突然的破坏，地表移动剧烈。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系
（3）覆岩中均为极众弱岩层或第四纪土层，覆岩产生抽冒型变形，地表出现漏斗型塌陷坑。（4）覆岩中仅在一定位置上存在厚层状极坚硬岩层，覆岩产生拱冒型变形，地表产生缓慢的连续型变形。（5）覆岩中均为厚层状极坚硬岩层，不发生任何冒落而发生弯曲变形，地表只发生缓慢的连续型变型。2．层位对地表移动和变形的影响岩层对层位是指岩层之间的组合关系。层位对岩层和地表沉陷也有很大影响。如果有很厚的软岩层覆盖于硬岩层之上，则硬岩层所产生的断裂及破坏将被软岩层所掩盖和缓冲，软岩层就像缓冲垫一样，使基岩的不均匀移动得到缓和。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系3．覆岩力学性质对开采沉陷分布规律的影响（1）下沉曲线形状顶板岩层愈坚硬，悬顶距愈大，拐点偏移距愈偏向采空区一侧。（2）地表下沉值的影响上覆岩层愈坚硬，地表下沉愈小。如果上覆岩层为第四纪土层为主，并且厚度大，则下沉系数接近于1。4．覆岩性质对岩层和地表裂缝形成与特征的影响若上覆岩层为塑性大的粘土，拉伸变形超过6～10mm/m，如果上覆岩层为塑性小的粘土，拉伸变形超过2～3mm/m
。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系5．覆岩性质和层位对冒落带、导水裂隙带高度的影响覆岩的破坏高度与覆岩的岩性及力学结构特征有密切的关系。（1）对于坚硬—坚硬型顶板(从直接顶到老顶全为坚硬岩层)，导水裂缝带高度最大，一般可达采厚的18～28倍。（2）对于软弱—软弱型顶板，稳定性差，导水裂缝带最大高度一般为采厚的9～12倍。（3）对于软弱—坚硬型顶板以及坚硬—软弱型顶板，由于具体情况不同，导水裂缝带高度发展也是不同的。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系层序柱状厚度（m）岩层岩性125.0沙土层风化层风积沙，砾石，风化层27.41-2煤层火烧区31.1泥岩、炭质泥岩、煤线414.8老顶软基岩14.9m较松散块状粉砂岩50.1煤线64.2老顶关键层12.9m中粒砂岩74.5砂质泥岩82.4粉砂岩90.3砂质泥岩101.5细砂岩114.4直接顶砂质泥岩、泥岩、煤线124.0煤层2-2煤层131.8底板砂质泥岩普采工作面煤系地层典型柱状二、松散层对地表移动特征的影响1.当基岩为水平或近似水平时，松散层移动形式和基岩移动形式基本一致，水平移动呈对称分布。2.当岩层倾斜时，水平移动指向上山方向量增大。基岩沿法向弯曲。水平移动均指向上山方向。由于摩擦力的作用，基岩移动带动松散层产生指向上由方向的水平移动。当松散层很厚时，基岩移动产生的水平移动在松散层内传递时衰减而达不到地表。这时地表就只有由于松散层垂直弯曲而引起的水平移动。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系松散层对水平移动的影响（1）——基岩移动引起的松散层水平移动曲线（2）——松散层垂直弯曲引起的松散层水平移动曲线（3）——地表最终水平移动曲线第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系三、煤层倾角的影响1.对地表沉陷分布规律的影响在水平和近水平煤层条件下，地表沉陷的分布对采空区是对称的，随着倾角的增大，这种对称性逐渐消失。2.对覆岩和地表的移动形式、破坏发展过程以及破坏分布状态的影响。
（1）在水平及缓倾斜煤层(0～35°)开采条件下：岩层移动形式主要为沿岩层的法向弯曲和崩落。冒落带、导水裂缝带最终呈马鞍形，地表下沉盆地为对称的碗形和盘形。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（2）在煤层倾角在35°～54°之间时：岩层移动的形式除有法向弯曲外，还伴随有沿层面的剪切移动和岩石下滑，覆岩破坏部分呈抛物线形态，地表下沉盆地为四周非对称的碗形或盘形。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（3）当煤层倾角在54°～75°之间时：冒落到采空区内的煤和岩块，除了单块滚动外，还会成堆地沿煤层倾斜方向滑动。冒落带、导水裂缝带呈椭圆形，地表下沉盆地则呈兜形或瓢形。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（4）当煤层倾角在75°～90°之间时：底板岩层会产生滑移，底板一侧的地表也会出现许多的裂缝或形成台阶状盆地。在煤层倾角接近90°时，下沉盆地剖面形状又转为比较对称的碗形或兜形。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系3.对地表移动参数的影响（1）对下山移动角β和下山边界角β0的影响随着煤层倾角的增大，地表移动盆地在采区下山方向扩展更远，采区下边界的移动角和边界角均减小。即K1、k2随着矿区岩石强度的增大而增大。当煤层倾角α＞60～70°时，β、β0不再随α的增大而减小。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（2）对最大下沉角θ的影响
θ＝90°-kα
式中K为系数。它与岩性有关，不同矿区K值有所不同。
当α＞60～70°时，θ角不再随煤层倾角的增大而减小，而是随着煤层倾角的增大而增大但不大于90°第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（3）对水平移动值的影响随着煤层倾角的增大，向上山方向的水平移动值将增大。这在松散层对地表移动特征的影响中巳叙述过，不再详细介绍。这里仅简要地就最大水平移动值相对于最大下沉值的变化来说明煤层倾角的影响。在水平和缓倾斜煤层开采时，一般地表最大水平移动值为U。＝(0.3～0.4)W。急倾斜煤层开采，地表最大水平移动值可能大于地表最大下沉值。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系四、开采厚度与开采深度的影响1.开采厚度的影响开采厚度对上覆岩层及地表的沉陷过程的性质有重要的影响。采厚越大，冒落带、导水裂缝带高度越大，地表移动变形值也越大，移动过程表现得越剧烈，因此，移动和变形值与采厚成正比。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系2.开采深度的影响随着采深的增加，地表各项变形值减小。可见，在其它条件相同的情况下，地表各项变形值是与采深成反比。一般用深厚比H/m来衡量。开采深度还对地表最大下沉速度和移动持续时间有影响。开采深度较小时：地表下沉速度大，移动持续时间较短；开采深度较大时：地表下沉速度小，移动比较缓慢、均匀，而移动持续时间则较长。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系五、采区尺寸大小的影晌
采区尺寸的大小可影响地表的充分采动程度。充分采动程度常用宽深比D／H来表示。我国实测资料表明（在一般情况下）：
式中D1、D3—采空区沿倾向和走向的实际长度；Ho—平均采深。D1/H0、D3/H0<1.2～1.4时：地表为非充分采动；D1/H0、D3/H0=1.2～1.4时：地表为充分采动；D1/H0、D3/H0＞1.2～1.4时：地表达到超充分采动。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系
充分采动程度还可用采动系数n1、n3来表示。采动系数（Factoroffullextraction)，就是采空区倾斜方向或走向方向的实际长度与地表达到充分采动时相应方向上最小长度之比。其计算公式为：
式中n1——倾斜方向采动系数；
n3——走向方向采动系数；
K1，K3——小于1的系数，由实测资料确定。K1、K3主要与覆岩性质有关，一般是坚硬岩层时为0.7，中硬岩层时为0.8，软弱岩层时为0.9。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系
根据nI和n2，可以判别地表是否达到充分采动：（1）n1＜I，n3＜1：双向均为非充分采动；（2）n1＜1，n3＞1：倾向未达充分采动，走向已达超充分采动；（3）n1＞I，n2＜1：倾向已达超充分采动，走向为非充分采动；（4）nI＝1，n3＝I：双向均达充分采动；（5）nl＞I，n3＞I：双向均达超充分采动。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系
重复采动（Repeatedextraction)是指岩层和地表已经受过一次开采的影响而产生移动、变形和破坏之后，再一次经受开采（开采下部煤层，或下分层，或同一煤层的下一个工作面）的影响，使得岩层和地表又一次受到采动，这种采动称为重复采动。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系
重复采动时地表移动的特点：地表移动和变形分布及其参数值都和初次采动有显著变化，即移动过程剧烈，地表下沉值增大，地表移动速度加大等。这种变化称为重复采动时岩层与地表移动过程的加剧。重复采动对岩层和地表移动的影响有如下方面：第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（一）连续的移动变形值增大在同样的地质采矿条件下，如果是初次开采，引起的岩层和地表移动值相对来说比较小；如果是第二次或第三次或更多次的开采，引起的移动相变形值相对来说就比较大。移动变形值增大的原因是岩层受到初次采动后在冒落带和裂缝带内有许多空隙，这些空隙在重复采动作用下，有一部分转化为地表下沉。所以，有人把初次采动后岩体内的这些空隙称为“潜在下沉”。在重复采动作用下，这种“潜在下沉”被重新“活化”而下沉，从而加剧了岩层和地表移动与变形。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（二）非连续的破坏增加在重复采动时，经受初次开采破坏的岩体可能进一步破碎，使岩层和地表的破环程度加剧，破坏范围加大，采深不大时地表还会出现裂缝，使地表不连续，甚至出现大断裂或台阶。而且，地表的这种非连续破坏常常是突然出现的，对地面建筑物、铁路等危害极大。由此，在重复采动时要特别注意加强对地表非连续破坏的观测和整治工作。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（三）使地表移动参数发生变化
复采时与初采时相比边界角减小5～10°，移动角减小10～15°，地表下沉速度增加，移动持续时间缩短。复采时工作面推进过程中的参数也有变化，比如：起动距减小，超前影响角ω减小，最大下沉速度滞后角φ增大。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系
重复采动时下沉系数增大，对于其增大的机理，有的文献提出以下看法：煤层初次开采时形成的采出空间分三部分，第一部分是冒落带内岩石的碎胀；第二部分是上覆岩层在弯曲下沉过程中产生离层裂缝；第三部分是地表下沉。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系
重复采动时，上覆岩层已经历过冒落、裂缝、弯曲、离层和下沉等移动和变形，岩层的原始状态遭到破坏，岩层强度减弱，可以认为整个岩层变“软”了。所以，当重复采动时，冒落带还没有得到充分发展，上覆岩层即迅速弯曲下沉，这样就使冒落带减小，地表下沉值增大。
由于岩层比原始状态变“软”了，重复采动时岩层移动过程中产生的离层裂缝比初次开采时要小，同时第一次开采时岩层内产生的离层裂缝又发生闭合，这种离层裂缝的闭合就引起地表下沉值的增大。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系七、采煤方法及顶板管理方法的影响
开采实践证明，采煤方法和顶板管理方法是影响围岩应力变化、岩层移动、覆岩破坏的主要因素。目前在煤矿应用较为普遍的方法有长壁垮落法（Longwallcavingmethod)、长壁充填法(Longwallbackfillingmethod)和煤柱支撑法(Pillarsupportmethod)等。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系一、垮落法（Cavingmethod)
垮落法（又称冒落法）是目前采用最普遍、使覆岩破坏最严重的一种顶扳管理方法。采用垮落法管理顶板进行长壁工作面开采时，顶板岩石一般都要发生冒落和开裂性破坏，并在岩层内部成形“三带”。当深厚比较大时，能促使上覆岩层迅速而平稳地移动，表下沉量达到最大，因而下沉系数也较大。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系二、充填法(Backfillingmethod)
用充填法采煤，对覆岩的破坏较小，一般只引起开裂性破坏而无冒落性破坏，能够减小地表移动量，并使地表移动和变形更为均匀。充填法的效果主要与所采用的充填方法、充填材料、充填体的压缩率及顶板下沉速度有关。采用不同的充填方法和充填材料，充填体的压缩率是不同的。水砂充填法充填体的压缩率最小；风力充填法充填体的压缩率较大；手工充填法的充填体压缩率最大。因而用不同的充填法进行开采对覆岩的破坏性影响也是不同的。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系三、煤柱支承法（Pillarsupportmethod)
煤柱支承法管理顶板，一般是在顶底板岩层比较坚硬的情况下采用。煤柱支承法常见的有条带法、房柱法和刀柱法等。从影响覆岩破坏的观点来看，煤柱支承法管理顶板有两种情况：第一种是保留的煤柱面积较大，煤柱能够支承住覆岩的全部重量，使其不发生破坏，如条带法、房柱法等。第二种情况是保留的煤接面积较小，煤柱支承不住顶板，如刀柱法等。当采空区扩大到一定范围后，刀柱被压垮，覆岩发生冒落性和开裂性破坏。
第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（一）煤柱支承采煤方法分类煤柱支承采煤方法根据煤柱的留设、回采特点可分为多种类型。（1）按照留设煤柱所起的作用可以分为：
A.部分回采方式——煤柱起永久支承作用，用以支撑上覆岩层，煤柱的尺寸根据具体情况确定。
B.全部回采方式——回收大煤柱时，局部留小煤柱，小煤柱起临时支撑作用，以利安全采煤。回采后，小煤柱随即压垮，顶板及上覆岩层相继垮落。第五节岩层和地表移动与地质采矿条件的关系（2）按照是否回收房间煤柱，可分为：
A.房式——不回收房间煤柱；
B.房柱式——回收房间煤柱。（3）按照煤柱形状，可分为：
A.切块式——方形或矩形煤柱；
B.肋条式——肋条形煤柱；
C.
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