第二节 开采引起的地表移动 地表移动--因地下采矿使地表产生移动、 变形和破坏的现象和过程 一、地表移动和破坏的形式 非连续型 裂缝或塌陷坑 煤层埋藏较浅，采厚较大或受构造影响 连续型 地表移动盆地或下沉盆地 煤层埋藏较深，采厚较小+274+24331鹤岗富力矿浅部开采引起的地表漏斗状塌陷坑非连续型地表移动地表漏斗形塌陷坑非连续型地表移动地表台阶状裂缝非连续型地表移动图1-6 地表塌陷漏斗急倾斜煤层开 采后煤层露头 处附近漏斗状 塌陷坑 非连续型下沉地表的裂缝、台阶或塌陷坑，对位于其 上的建筑物、铁路和水体危害极大，应 避免其出现连续型地表移动地表移动盆地 采空区上方地表形成的沉陷区域，又称 地表下沉盆地 在时间上和空间 上是连续的，渐 变的，有明显的 规律，变形的基 本指标可用数学 方法表示 二、地表移动盆地的形成及其特征1、地表移动盆地的形成开采空间宽度称为起动距 H1(0.25-0.5)HW12W23W345W4 W5地表移动盆地动态盆地—推进过程中形成的地表移动 盆地 静态盆地—最终地表移动盆地 地表移动盆地1、充分采动 把地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大 而增加的开采状态称为充分采动 特点：地表下沉值达到该地质条件下应有的 最大值，此后开采范围再继续扩大时，地表 的影响范围相应扩大，但地表最大下沉值不 再增加 临界开采 达到充分采动时的地表移动盆地 超充分采动 地表下沉盆地出现平底或有多个点的下 沉值达到最大下沉值的采动状态超充分采动非充分采动 非充分采动—地表最大下沉值随开采区 域尺寸增大而增加的开采状态 非充分采动3、地表移动盆地特征 主断面—指通过盆地内最大下沉点沿煤 层倾向或走向的垂直剖面 主断面内表现为通过最大下沉点的地表 下沉曲线。
1、近水平煤层地表移动盆地 近水平煤层地表移动盆地下沉曲线主断面上的地表下 沉曲线分为三段或 两段 采空区上方的内缘 区下沉曲线呈凹形 煤柱上方的外边缘 区下沉曲线呈凸形 下沉曲线的凹凸或内 外边缘区分界点称为 拐点 非充分采动的近水平煤层地表移动盆地 缓倾斜和中倾斜煤层地表移动盆地 移动盆地 在倾向方 向上与采 空区不对 称 盆地、最 大下沉值 和拐点均 下移 急倾斜煤层地表移动盆地 非对称性更加明显， 整个盆地及最大下沉 值向采空区下边界方 向偏移， 地表最大水平移动值 大于最大下沉值， 煤层底板岩层也移动地表移动盆地的充分采动角在移动盆地主断面上 ，将地表下沉曲线上 的最大下沉点或盆地 平底边缘点投影在地 表水平线上，该投影 点和采空区边界的连 线与煤层底板在采空 区一侧的夹角叫充分 采动角 地表移动盆地的充分采动角下山方向的充分采动 角1， 上山方向的充分采动 角2 走向方向的充分采动 角以3表示边界角、移动角和裂隙角边界角边界角—在充 分或接近充分 采动条件下， 移动盆地主断 面上的边界点 和采空区边界 点的连线与水 平线在煤壁一 侧的夹角 下沉盆地外边界移动盆地最外的 边界 理论上：以地表 移动和变形都为 零 实际处理：一般 取下沉为10mm 的点为边界点。
下沉盆地边界角基岩 走向边界角0 下山边界角0上山边界角0下沉盆地移动角在充分或接近充 分采动条件下， 在移动盆地的主 断面上，地表最 外的临界变形点 和采空区边界点 连线与水平线在 煤壁一侧的夹角 下沉盆地移动角临界变形值 受保护的建筑 物和构筑物不 需修理能保持 正常使用所允 许的地表最大 变形值下沉盆地移动角倾斜i=3mm/m 水平变形= 2mm/m 曲率K=0.2mm/m2 大致相当于地表下 沉值为80mm之点处 基岩 走向移动角； 下山移动角； 上山移动角松散层移动角松散层 第四纪、第三纪未成岩的冲积层、洪 积层和残积层的统称 松散层移动角 裂隙角地表最大的一 条裂缝和采空 区边界点与水 平线在煤壁一 侧的夹角 走向裂缝角 上山裂缝角 下山裂缝角急倾斜煤层边界角、移动角、裂隙角 急倾斜煤层的顶板、底板边界角移动 角和裂隙角最大下沉角 在移动盆地倾 向主断面上， 采空区中点和 地表最大沉点 在地表水平线 上投影点的连 线与水平线在 下山方向的夹 角=90-K K=0.50.8 四、地表移动和变形的主要指标及变化规律研究方法 地面点的运动 时间 垂直移动 空间 水平移动空间问题 平面问题 在主剖面上用数学方法研究运动横向 纵向一点的移动矢量是空间位置（x、y、z）和时间（t）的函数 • 采厚比 (连续型地表下沉条件 ) • 常规开采条件长壁垮落 • 理想地质条件无大的地质构造（大断层） • 单—煤层开采典型化和理想化条件一定倾角的煤层沿走向（水平煤层） 主断面内移动和变形规律（充分采动） 123456789xδ0ψ3ψ3δ02′ 3′ 4′5′6′7′8′9′1′主断面内移动和变形规律1、下沉 主断面内地表 移动向量的铅 直分量,用W表 示。
坐标 O点:最大下沉值处的地表点 W坐标轴向下为正，单位为mm x坐标轴向右为正，单位为m下沉变化规律W=W（x） 最大下沉值在盆地中央，Wo=W5； x增加，W由零增加到最大，而后又趋于零W（-x）=W（x） ； 边界点由0决定； 下沉曲线凹凸分界 的拐点处，下沉值 约为最大值的一半 2、倾斜倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，用i表 示 单位为mm/m，i坐标轴向下为正倾斜倾斜是地表下沉的一阶导数，i(x)i = tg 正负号的决定： ① i=tg 下沉曲线的切线与x轴正 向所夹锐角为+时,倾斜为 正; 下沉曲线的切线与x轴正 向所夹锐角为-时倾斜为 负 ② 左侧 w w 0 0右侧w0xwoα -α 倾斜的正负号 倾斜的正负号 有两组方向不同的倾 斜 边界点和最大下沉点 之间的倾斜必然有正 极值和负极值存在 倾斜的正负号的物理意义 垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向与 x轴正向相同时，倾斜为正； 杆状物倾倒的趋向与x轴负向相同时倾斜为 负水平移动 水平移动-地表移动向量的水平分量,用U表示 ，单位为mm，123456789xδ0ψ3ψ3δ02′ 3′ 4′5′6′7′8′9′1′U=U（x）,有两组方向不同的水平移动 规定:正值的水平移动与x轴的正方向一致 负值的水平移动与x轴的负方向一致 水平移动1点 U1=0 5点 U5=0 9点 U9=0 U坐标向下 为正Uox+-123456789xδ0ψ3ψ3δ02′ 3′4′5′6′7′8′9′1′边界点和采空区中点的水平移动为零； 边界点和采空区中点之间有极值。
δ0ψ3δ0ψ3x w195372468oHrUox+-iox+-水平移动U（x）和倾斜i（x）的变化趋势同步水平移动U（x）和倾斜i（x）Uox+-iox+-B一个有单位的比例系 数曲率 地表单位长度内倾斜的变化，用K表示 ，单位为mm/m2或10-3/m 曲率坐标轴向上为正 .Ko x曲率BAΔxBAΔx数学上曲率严格定义 地表移动和变形得出的曲率是数学上曲率严格 定义的近似iox+-Kox++--正负号倾斜曲线的切线与x轴正向所夹锐角为+时,曲率为正; 倾斜曲线的切线与x轴正向所夹锐角为-时曲率为负 大小K1=0 K3=0 K5=0 K7=0 中间必有极值K3=0 K5=0 K7=0 K9=0曲 率曲率正负号的物理意义 正曲率的物理意义 是地表下沉曲线在 地面方向凸起或在 煤层方向下凹 负曲率的物理意义 是地表下沉曲线在 地面方向下凹或在 煤层方向凸起 水平变形水平变形—单位长度上水平移动的变化 用 表示，坐标向上为正，单位：mm/m o x水平变形Uox+- ox++--正负号用tg，水平移动曲线的切线与x轴正向所夹锐角为+时,曲率为 正; 水平移动曲线的切线与x轴正向所夹锐角为-时曲率为负。
大小 1=0 3=0 5=0 7=0 中间必有极值 3=0 5=0 7=0 9=0水平 变形水平变形正负号的物理意义 水平变形正值 的物理意义为 地表受拉伸变 形 负值的物理意 义为地表受压 缩变形 两个相等的正极值和两个相 等的负极值正极值为最大拉伸值，位 于边界点和拐点之间；负极值为最大压缩值，位 于两个拐点之间； 盆地边界点、拐点和中点处 水平变形为零； 盆地边缘区为拉伸区，中部 为压缩区 盆地边界点和拐点处水平变 形为零水平变形的变化规律地表移 动盆地 内五项 指标变 化规律五项指标之间的关系 非充分和 超充分采动条件下水平煤层(或有一定倾角的 煤层沿走向) 主断面内地表移动与变形规律缓倾斜、 中倾斜煤 层沿倾向 主断面内 移动和变 形规律 •下沉曲线 失去对称性 ，上山部分 的下沉曲线 要陡，范围 要小 最大下沉点 向下山方向 偏离 沿倾向主断面内移动和变形规律• 指向上山方向的水平 移动增加，指向下山方 向的水平移动减小； • 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； 水平移动曲线与倾斜曲 线不相似，水平变形曲 线和曲率曲线不相似。