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1 开采引起的岩层与地表移动 1-1 开采引起的岩层移动 煤层开采后， 岩层移动是如何由下往上发展直至地表的？ 岩层移动过程中内部岩体的应力、裂隙、位移是如何分布的？ 一、关键层理论的基本概念 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 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，在地表形成一个比开采范围大的下沉盆地。  Ⅰ—充分采动区；Ⅱ—最大弯曲区； Ⅲ?顶板压缩区；Ⅳ?底板压缩区；Ⅴ?不均匀隆起区；Ⅵ?均匀隆起区 岩层移动和变形分区 Ⅰ—充分采动区 Ⅱ—最大弯曲区：岩层向下弯曲的程度最大 Ⅲ?顶板压缩区 Ⅳ?底板压缩区 支承压力引起沿垂直方向压缩 工作面区域以外地层下沉 Ⅴ?不均匀隆起区 底鼓 应力降低 Ⅵ?均匀隆起区 水平挤压 煤体下方 采空区下方 （高应力压缩） 低应力 ?  ?h—?侧向水平应力 示例 （1）垮落带 垮落带: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。 垮落带岩层的破坏特点及其判别： ①愈是靠近煤层的直接顶岩层，其垮落后愈 是破碎和紊乱。分两类: 不规则垮落带，呈杂乱堆积。 规则垮落带，岩块堆积排列较整齐 ②碎胀性：1.3 ? 1.5,体积增大 导水：水、水砂和泥浆容易通过 （1）垮落带 垮落带内岩块之间的间隙随着时间延续和采动程度加大，在一定程度上可得到压实，压实后的碎胀系数仍然要大于1。 ③高度 :通常为采出高度的3～5倍，取决于采出厚度、上覆岩层的岩性、碎胀系数和煤层倾角，可由下式计算： （2）断裂带 曾称：裂隙带。 断裂带特点： ①各分层岩层弯曲，整体断裂，大致垂直于层面的裂隙； ②各岩层之间离层 ③断裂带中的岩层一般情况下能够导水 ，又称导水断裂带 （3）弯曲带 断裂带之上至地表 又称：弯曲下沉带或整体移动带 不出现三带的可能性 浅部无弯曲下沉带 充填开采无垮落带 三带的空间轮廓形状 （1）0? ? ?35? 垮落带 开采期间，垮落带的高度基本上是相同 开采完毕，中间较低，两端较高的枕形轮廓 断裂带 两端边界超出，呈马鞍形，最高点位于采空区斜上方。 （２）36?? ? ?54? 垮落带 上部岩块下滑或滚动 上部继续离层、断裂、破碎和垮落， 下部垮落带高度较小。 （3）?=55??90? 岩块滚动下滑，迅速充填下部上部：边界煤柱片帮、碎裂、抽冒， 垮落带和断裂带上边缘急剧向上发展，大大超出上边界 垮落带、断裂带呈耳形或上大下小的不对称拱形 垮落带与断裂带的高度 （1）主要影响因素 顶板岩性 煤层倾角 采高及厚煤层分层次数 采空区范围 采空区处理方法 顶板岩性对两带的影响 顶板坚硬，岩层垮落后块度大，碎胀系数也大。基本顶由于坚硬而下沉缓慢，下沉量小，使垮落过程充分发展，垮落带和断裂带高度较大，两带高度之和可达到开采厚度的18 ? 28倍。 顶板松软破碎时，由于顶板稳定性差，采空区回柱放顶或移架后能迅速被垮落岩块填满，垮落过程不能充分发展，两带高度均较低，一般为采厚的9 ? 12倍。 煤层倾角对两带的影响 垮落岩块随倾角加大在采空区发生运动。采空区垮落的岩块有三种状态： 倾角小于35?时，岩块就地堆积。同一采区内，各个部位的垮落带和断裂带上边界离煤层的高度基本上相等 倾角35? ? 54?时，垮落岩块下滑。 倾角大于54?时，岩块下滚，下部垮落的发展很小，上部发展很高 采高及厚煤层分层次数对两带的影响 一次采全高或分层初次开采时，两带高度与采高呈近似直线关系 分层或近距离煤层群重复开采，两带高度随分层次数增加而递减 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限制。 采空区处理方法对两带的影响 全部垮落法：上覆岩层破坏发展最充分，弯曲、离层、断裂、垮落，达到一定高度 充填法：无垮落带，断裂带高度也明显降低 煤柱支撑法：两带高度介于之间 垮落带高度的计算公式（倾角为0??35?及36??54?）单一煤层的垮落带最大高度 覆岩为极坚硬岩层公式 垮落带高度公式（倾角为0??35?及36??54?，厚煤层分层开采） 导水断裂带高度计算公式（倾角为0??