第一節 岩層與地表移動的概念
一、概述
地下煤層采出以後，采空區頂板岩層在自重及其上覆岩層載荷作用下，向下彎曲、移動（下沉），當其內部拉應力超過岩石的強度極限時，頂板便直接斷裂、破碎而冒落。其上部的基本頂岩層以梁或懸臂梁彎曲的形式沿層麵的法線方向移動、彎曲，進而產生離層、斷裂。隨著采煤工作麵向前推進，受新采動影響的岩層隨之開始移動起來。當采空區範圍很大時，岩層移動發展到地表，在地表形成一個範圍較大的窪地。這個窪地就是通常所說的地表移動盆地。
影響岩層與地表移動的因素很多，主要有：岩石的物理力學性質，煤層的傾角、厚度及開采深度，采空區的形狀、大小，采煤方法，地表的地形條件以及地質構造、水文地質條件，等等。它們綜合影響著岩層與地表移動過程。為了工程上的需要，人們把上覆岩層的移動形態劃分為冒落帶I、裂隙帶Ⅱ和彎曲帶Ⅲ，如圖15-1所示。
在岩層與地表移動區域內，各種建築物如房屋、鐵路、井筒以及河流、湖泊等，將隨著地表的移動而發生變形或破壞，從而造成嚴重的事故和經濟上的重大損失。因此，認真研究和掌握岩層與地表移動規律是非常重要的。采礦工作者必須與地質、測量人員密切配合，積極研究岩層與地表移動規律，求出本礦區的移動參數，以便合理地留設保護煤柱。另外，根據岩層與地表移動的規律，研究建築物下、鐵路下、水體下（簡稱“三下”）的采煤方法與措施，以便安全、合理地開采出地下煤炭資源。
二、地表移動盆地與移動角
研究岩層與地表移動的主要任務是觀測移動盆地的變形規律，確定各種移動參數。
1.移動盆地的特征
移動盆地的形狀，主要決定於采空區的形狀和煤層的傾角。當采空區為長方形時，移動盆地大致成橢圓形，其麵積總是大於采空區的麵積。當開采水平煤層時，移動盆地的中心即為采空區的中心；當開采傾斜煤層時，移動盆地向下山方向偏移，地表移動盆地和采空區的位置互不對稱。
2.移動盆地的主斷麵
為了表示移動盆地的特征，通過移動盆地中的最大下沉點，分別作平行於煤層走向和傾向的斷麵，稱為走向主斷麵和傾向主斷麵。主斷麵上既可以反映出移動盆地的最大範圍，又可以反映出地表的最大移動量。這樣，我們就可以沿主斷麵設置地表移動觀測站，研究移動盆地的變形規律。
傾向主斷麵的位置在采空區的中央；走向主斷麵的位置，可由圖15-2中的角來決定，角為傾向主斷麵上最大下沉點與采空區中心連線的傾角，稱為最大下沉角。
角值可以從實際觀測資料中求得，也可按近似公式計算：當＜45°時，=900.5；當＞45°時，=90（0.2~0.4）（式中為煤層傾角）。
3.確定移動盆地邊界
在移動盆地內，各處地表移動和變形值是不相同的。在主斷麵上，可將移動盆地劃分為三個邊界，如圖15-3所示。
①盆地邊界：A點是盆地內主斷麵上地表下沉為10mm的邊界點，稱為盆地邊界。
②危險邊界：B點是盆地內主斷麵上地表移動和變形值對建築物有危險的邊界點，稱為危險邊界。
③裂縫邊界：C點是盆地內主斷麵上地表出現裂縫的最外邊界點，稱為裂縫邊界。
在移動盆地的主斷麵上，采空區邊界點和危險邊界B點的連線與水平線在煤柱一側的交角，稱為岩層移動角，如圖15-3中的、、。表土層移動角與煤層傾角無關，用表示；岩層移動角與煤層傾角有關。沿煤層走向的岩石移動角稱為走向移動角，用表示。沿煤層傾斜方向，采空區上邊界的移動角用表示；采空區下邊界的移動角用表示。急傾斜煤層開采之後，底板岩石將向采空區隆起，造成底板岩石的移動。所以，急傾斜煤層頂板移動角用表示，底板移動角用表示。同樣，邊界角用、、、表示；裂縫角用〞、〞、〞表示。
三、地表移動對建築物的影響
圖15-4表示沿走向主斷麵上的地表下沉曲線。地麵a點移動後位於c點，向量ac為總位移，其中ab為水平移動分量，bc為垂直移動分量。由圖可知，各點的水平移動和垂直移動值都不相同，因此就會使地表產生各種變形。這種變形對於移動盆地內的建築物將產生各種不同的有害影響，甚至破壞作用。
1.地表均勻下沉和均勻水平移動
一般說來，地表均勻下沉和水平移動對建築物危害不大，隻不過使建築物下沉或水平移動一段距離。
2.地表傾斜
地表的傾斜，可以使建築物歪斜，甚至有倒塌的危險，特別是對底麵積小而高的建築物，如對高塔、井架、煙囪等危害較大。