【正文】 礦山開采沉陷學礦山開采沉陷學第一章：1：在地下開采前，巖體在地應力場作用下處于相對平衡狀態(tài)。局部礦體被采出后，在巖體內(nèi)部形成一個采空區(qū)，導致周圍巖體應力狀態(tài)發(fā)生變化，引起應力重分布，從而使巖體產(chǎn)生移動變形和破壞，直至達到新的平衡。隨著采礦工作的進行，這一過程不斷重復。它是一個十分復雜的物理、力學變化過程，也是巖層產(chǎn)生移動和破壞過程，這一過程和現(xiàn)象稱為巖層移動。2：充分采動區(qū)COD位于采空區(qū)中部上方，其移動特征是：煤層頂板在上覆巖體重力作用下，先向采空區(qū)方向彎曲，然后破碎成大小不一的巖塊向下冒落而充填采空區(qū)。此后，巖層成層狀向下彎曲，同時伴隨有離層、裂隙、斷裂等現(xiàn)象。成層狀彎曲的巖層下沉，使冒落破碎的巖塊逐漸被壓實。移動結束后，此區(qū)內(nèi)下沉的巖層仍平行于它的原始層位，層內(nèi)各點的移動向量與煤層法線方向一致，在同一層內(nèi)的移動向量彼此相等。3：巖層移動形式（一）彎曲，這巖層移動的主要形式。當?shù)叵麻_采后，從直接頂板開始沿層面法線方向彎曲，直到地表。 （二）巖層的垮落（或稱冒落）。當煤層采出后，采空區(qū)附近上方巖層彎曲而產(chǎn)生拉伸變形。當拉伸變形超過巖層的允許抗拉強度時，巖層破碎成大小不一的巖塊，冒落充填于采空區(qū)。此時，巖層不再保持其原有的層狀結構。這是巖層移動過程中最劇烈的形式，通常只發(fā)生在采空區(qū)直接頂板巖層中。（三）煤的擠出（又稱片幫）。采空區(qū)邊界煤層在支承壓力作用下，一部分被壓碎擠向采空區(qū)，這種現(xiàn)象稱為片幫。由于增壓區(qū)的存在，煤層頂?shù)装鍘r層在支承壓力作用下產(chǎn)生豎向壓縮，從而使采空區(qū)邊界以外的上覆巖巖層和地表產(chǎn)生移動。 （四）巖石沿層面的滑移。在開采傾斜煤層時，巖石在自重力的作用下，除產(chǎn)生沿層面法線方向的彎曲外，還會產(chǎn)生沿層面方向的移動。巖層傾角越大，巖層沿層面滑移越明顯。沿層面滑移的結果，使采空區(qū)上山方向的部分巖層受拉伸，甚至剪斷，而下山方向的部分巖層受壓縮。（五）垮落巖石的下滑（或滾動）。煤層采出后，采空區(qū)為冒落巖塊所充填。當煤層傾角較大，而且開采自上而下順序進行，下山部分煤層繼續(xù)開采而形成新的采空區(qū)時，采空區(qū)上部垮落的巖石可能下滑而充填新采空區(qū)，從而使采空區(qū)上部的空間增大，下部空間減小，使位于采空區(qū)上山部分的巖層移動加劇，而下山部分的巖層移動減弱。（六）底板巖層的隆起。當?shù)装鍘r層較軟時，在煤層采出后，底板在垂直方向減壓，水平方向受壓，導致底板向采空區(qū)方向隆起。3：巖層移動的三帶（一）冒落帶(Caving zone)冒落帶是指用全部垮落法管理頂板時，回采工作面放頂后引起煤層直接頂巖層產(chǎn)生破壞的范圍。冒落帶內(nèi)巖層破壞的特點為：冒落巖塊大小不一；無規(guī)則地堆積在采空區(qū)內(nèi)；冒落巖塊間空隙較大，連通性好，易導水、導砂。具：碎脹性、可壓縮性。 分：不規(guī)則冒落帶、規(guī)則冒落帶（二）裂縫帶（斷裂帶）(Fractured zone)裂縫帶是指在采空區(qū)覆巖中產(chǎn)生裂縫、離層及斷裂，但仍保持層狀結構的那部分巖層。位于冒落帶之上。其特征為：巖層不僅產(chǎn)生垂直于層理面的裂縫或斷裂，還產(chǎn)生順層理面的離層裂縫，易導水。分：嚴重斷裂帶、一般斷裂帶、微小斷裂帶。 冒落帶和裂縫帶合稱為冒落裂縫帶，或導水裂縫帶(Water conducted zone)。（三）彎曲帶(Sagging zone)（整體移動帶）彎曲帶位于裂縫帶之上直至地表。其移動特點為：巖層的移動過程是連續(xù)而有規(guī)律的，并保持其整體性和層狀結構，不存在或極少存在離層裂縫；彎曲帶頂面（地表）有時產(chǎn)生一些拉伸裂縫，一般到一定深度尖滅。4：地表移動所謂地表移動，是指是指在采空區(qū)面積擴大到一定的范圍后，巖層移動發(fā)展到地表，使地表產(chǎn)生移動和變形，這一過程和現(xiàn)象稱為地表移動。5：地表移動和破壞形式（一）地表移動盆地(Ground subsidence trough)：在開采影響波及到地表以后，受采動影響的地表從原（有標高向下沉降，從而在采空區(qū)上方地表形成一個比采空區(qū)面積大得多的沉陷區(qū)域，這種地表沉陷區(qū)域稱為地表移動盆地，或下沉盆地 。（二）地表裂縫(Surface fracture)及臺階（step）：在一定條件下，地表移動盆地外邊緣拉伸變形區(qū)可能產(chǎn)生裂縫。裂縫的深度、寬度與有無第四系松散層及其厚度、性質和變形值大小有關。（三）塌陷坑(Subsidence cave)及塌陷槽開采緩傾斜煤層和傾斜煤層時，地表破壞主要是地表出現(xiàn)裂縫，但在某些特殊地質開采條件下，地表可能出現(xiàn)漏斗狀塌陷坑或塌陷槽。6：充分采動和非充分采動充分采動(full subsidence)：是指地下煤層采出后，地表下沉值達到了該地質采礦條件下應有的最大值，此時稱為地表達到充分采動，隨著工作面的繼續(xù)擴大，影響范圍相應擴大，但地表最大下沉值不再增加，地表移動盆地將出現(xiàn)平底。地表只有一點達到最大下沉值――剛達到充分采動――臨界開采(Critical extraction)。地表移動盆地呈碗形。有多個地表點達到最大下沉值――超充分采動――超臨界開采(Supercritial extraction)，地表移動呈盤形。采空區(qū)尺寸（長度和寬度）小于該地質采礦條件下的臨界開采尺寸時，地表任意點的下沉值均未達到該地質采礦下應有的最大下沉值，稱這種采動為非充分采動，此時地表移動盆地為碗形。7：充分采動角充分采動的范圍用充分采動角（以ψ表示 ）確定。充分采動角的確定方法是：在充分采動的條件下，在地表移動盆地的主斷面上，移動盆地平底邊緣（在地表水平線上的投影點）和同側采空區(qū)邊界連線與煤層在采空區(qū)一側的夾角稱為充分采動角。下山方面的充分采動角以ψ1表示，上山方面的充分采動角以ψ2表示，走向方向的充分采動角以ψ3表示。8：地表移動盆地的特征在移動盆地內(nèi)，各個部位的移動和變形性質及大小不盡相同。在采空區(qū)上方地表平坦、達到超充分采動、采動影響范圍內(nèi)沒有大地質構造條件下，最終形成的靜態(tài)地表移動盆地可劃分為三個區(qū)域（圖7b）移動盆地的中間區(qū)域（又稱中性區(qū)域）；移動盆地的內(nèi)邊緣區(qū)（又稱壓縮區(qū)域）；移動盆地的外邊緣區(qū)（又稱拉伸區(qū)域）。在剛達到充分采動和非充分采動時，盆地內(nèi)不出現(xiàn)中間區(qū)域。拐點：內(nèi)外邊緣區(qū)分界點、下沉曲線凹凸變化點。水平煤層開采時地表達到充分采動的地表移動盆地，它有下列的特征：（1）地表移動盆地位于采空區(qū)的正上方。盆地的中心（最大下沉點所在的位置）和采空區(qū)中心是一致的。盆地的平底部分位于采空區(qū)中部正上方。（2）地表移動盆地的形狀與采空區(qū)對稱。 矩形－－橢圓形（3）移動盆地內(nèi)外邊緣區(qū)的分界點，大致位于采空區(qū)邊界的正上方。（4）在水平煤層開采的條件下，非充分采動和剛達到充分采動的地表移動盆地的特征和超充分采動的移動盆地特征相似，不同的是移動盆地內(nèi)不出現(xiàn)中性區(qū)域，只有一個最大下沉點，且最大下沉點位于采空區(qū)中心的正上方。傾斜煤層開采、地表未達到充分采動時，地表移動盆地有如下特征：（1）傾斜方向上，盆地中心（最大下沉點）偏向采空區(qū)下山方向。（2）移動盆地與采空區(qū)位置不對稱，傾角越大，不對稱越明顯。在走向斷面上，盆地特征與水平煤層類似。（3）移動盆地上山方面較陡，移動范圍小，下山方面較緩，移動范圍大。 急傾斜煤層開采時，地表移動盆地有如下特征：（1）盆地形狀不對稱性更加明顯。（2）盆地明顯偏向采空區(qū)下山方向；上邊界上方開采影響達到煤層底板巖層，下山方面移動范圍達到開采范圍以外很遠。（3） 地表最大下沉值大致位于采區(qū)下邊界上方；地表最大水平移動值大于最大下沉值。急傾斜煤層開采時不出現(xiàn)充分采動的情況。9：主斷面通常就將地表移動盆地內(nèi)通過地表最大下沉點所作的沿煤層走向和傾向的垂直斷面稱為地表移動盆地主斷面，沿走向的主斷面稱為走向主斷面，沿傾向的主斷面稱為傾向主斷面。當走向達到充分采動，傾向未達到充分采動時，可作無數(shù)個傾向主斷面，但只有一個走向主斷面，反之成立。 實測表明，地表移動盆地主斷面有下列特征：（1）在主斷面上地表移動盆地的