在波及范围内,井巷、地面建筑、铁路、水利设施、耕地等都将受损,甚至破坏;如波及水体,将使矿井受到水害。因此,通常要留设保安矿柱,压滞了大量矿产资源。目前中国在建筑物下、铁路下和水体下的压煤多达百亿吨。这种危害很早就引起注意,15~16世纪时,比利时曾公布法令,禁止从事破坏列日城供水的开采。19世纪以来德、英等国都订有赔偿开采损害的法律。为了解决有关赔偿的争端,开始了矿山地表移动的观测研究工作。
岩层与地表移动是一个复杂的时空发展过程。发展过程中的规律称动态规律,移动终止后的规律称静态规律,后者研究较多。用垮落法管理顶板开采缓倾斜矿层时,按顶板岩层移动、变形和破坏特征划分为:冒落带、断裂带和弯曲下沉带(见长壁工作面地压)。
岩层移动稳定后,在采空区上方地表沉陷;形成下沉盆地,其范围大于开采面积。若开采面积为矩形,则地表下沉盆地近似椭圆形。在下沉盆地内各点的移动量不相等,移动方向指向盆地中央。在通过下沉盆地中心沿矿层走向和倾向的垂直断面(主断面)内,若以水平线表示采前地表状态,则采后的地表状态。箭头(4~4┡,5~5┡)表示地表点位移向量。其竖向分量w称下沉,水平分量u称水平移动。相邻点下沉量不等,形成地表的倾斜和曲率变形;相邻点水平移动量不等,形成地表水平变形,如拉伸或压缩。曲线分别表示主断面内的倾斜i、曲率k、水平变形 ε和w及u的分布规律。
下沉盆地的移动分布特点与采空区宽度有关。当采空区宽度为开采深度的1.2~1.4倍时,称临界开采,地表达到充分采动,下沉盆地中央出现应有的最大下沉值。当采空区宽度小于开采深度1.2~1.4倍时,称次临界开采,地表为非充分采动,下沉盆地中央的最大值小于应有的最大值。当采空区宽度远大于开采深度的1.2~1.4倍时,称超临界开采,地表为超充分采动,下沉盆地中央出现平坦的无变形区。一般以下降10mm的点作为地表下沉盆地的边缘点。在主断面内地表下沉盆地边缘点至相应采空区边界点的连线与水平线的夹角称边缘角。用δ0表示走向、 用β0和α0分别表示下山和上山方向的边缘角。边缘角大小与岩性有关。由软岩到硬岩,边缘角逐渐变大。在变形值达到对建筑物有损害处,划定为危险边界。在主断面内,危险边界至相应采空区边界连线与水平线夹角称移动角。分别用δ、α、β表示走向、上山和下山方向的移动角。移动角也随岩性而变化。边缘角与移动角用以表示地表下沉和危险变形边界。
在开采深度小、厚度大的矿体或煤层时,有时地表移动呈塌坑、台阶状断裂等不连续移动特征。地表移动的剧烈程度一般以地表下沉速度,即昼夜下沉量表示。一个地表点随回采工作面推进,由开始移动、逐渐活跃、然后衰落。对缓倾斜和急倾斜煤层,分别以每月下沉50mm和30mm作为划分活跃阶段的标准。当 6个月内下沉量小于30mm时,规定为移动过程已经停止。地表移动持续时间与开采深度有关。采深为100~200m时,地表移动持续时间约为1~2年。深度大,地表下沉速度减小,持续时间更长。