第2章　开采沉陷机理及岩盐水溶开采沉陷特点

开采沉陷是矿物地下开采过程中的必然现象。研究开采沉陷机理，是对这一过程进行准确预测、有效控制的前提和基础。经过多年发展，地下巷采（主要是煤矿）已经有一个较为完备的开采沉陷科学理论体系，其许多研究成果和方法在岩盐水溶开采沉陷研究中可以借鉴。本章在开采沉陷一般规律的基础上充分考虑岩盐水溶开采的实际情况，分析岩盐水溶开采沉陷的特点和难点。

2.1　岩体内应力状态

岩体未经采动，在地壳内三向受力，处于自然应力平衡状态。这时岩体的应力状态主要取决于上覆岩层的容重以及本身的地质结构。如图2.1所示，岩石处于原始应力状态，各表面剪应力基本为零，垂直应力σz、水平应力σx、σy可表示为

式中　γ——上覆岩层容重；

　H——上覆岩层厚度；

　K——侧压系数。

考察x轴向岩体的变形，σz引起x轴向的变形量为-（u/E）σz，σy引起x轴向的变形量为-（u/E）σy，σx引起x轴向的变形量为σx/E，因此总变形量为

岩体没受采动，各个方向受力平衡，因此总变形量为零，则

式中　μ——岩体泊松比。

可见侧压系数取决于岩体的泊松比，研究表明［1］，泊松比随着垂直压力增大而增大，因此侧压系数也增大，并趋于1。

图2.1　岩体内应力状态

2.2　地下开采引起的岩层移动形式

地下开采后，在原岩体中形成一个空洞，使岩体周围应力平衡被打破，引起应力重新分配，直到形成一个新的平衡，这一过程是个十分复杂的物理、力学变化过程（有时也有化学作用），也是岩层产生移动和破坏的过程，这一过程称为岩层移动，当岩层移动影响到地表引起地表下沉和变形时就变成了地表沉陷。

当矿体被开采出来后，采空区上方顶板在自重力及上覆岩层的重力作用下产生移动和向下弯曲，顶板岩层内产生拉应力，当拉应力大于顶板岩层的抗拉强度时，顶板将首先发生断裂、破碎，并冒落，而老顶岩层则以悬臂梁弯曲的形式沿层理面法相方向移动、弯曲，进而产生断裂、离层等。

随着开采的推移，受采动的岩层范围越来越大，当开采范围足够大时，这种影响将波及地表形成一个比采空区大得多的下层盆地。

研究表明，在整个岩层移动过程中，开采空间周围岩层的移动形式有6种［1］。

2.2.1　弯曲

弯曲（见图2.2）是岩层移动的主要形式。当地下矿物被采出后，上覆岩层中的各个分层，从直接顶板开始沿层理面的法线方向，依次向采空区方向弯曲，直到地表。整个弯曲范围内，岩层可能出现数量不多的微小裂隙，但基本上保持其连续性和层状结构。

2.2.2　冒落

矿物被采出后，直接顶板岩层弯曲而产生拉伸变形。当拉伸变形超过岩石的抗拉强度时，直接顶板及其上部的部分岩层便与整体分开，破碎成大小不一的岩块，无规律地充填采空区。此时，岩层不再保持其原来的层状结构（见图2.3）。这是岩层移动过程中最剧烈的一种移动形式，它通常只发生在采空区直接顶板岩层中。直接顶板岩层垮落并充填采空区，由于破碎岩体体积增大，导致上部岩层移动逐渐减弱。

图2.2　矿物开采后岩层弯曲

图2.3　矿物开采后岩层冒落

2.2.3　片帮

矿物被采出后，采空区顶板岩层出现悬空，使其上覆岩层压力转移到采空区四周的矿壁上，增加矿壁承受压力，形成增压区，在这种荷载下，矿壁部分被压碎，并挤向采空区（见图2.4）。

2.2.4　滑移

如果上覆岩层的倾角较大，岩石的自重力方向与岩层的层理面不垂直。这时，岩石在自重力和上覆岩层的压力下，除产生沿层面法线方向的弯曲外，还会发生岩沿层理面切向方向的移动。将岩石自重及上覆岩层重力分解成层面法向方向Fn和层理面切向方向Fs，当Fs大于岩层层面间的摩擦力时，将产生岩层滑移（见图2.5）。

图2.4　矿物开采后形成的片帮

图2.5　矿物开采后岩层滑移

2.2.5　滚动

矿物被采出后，采空区被冒落岩块充填。如果岩层倾角较大，并沿下山开采，将在较低水平形成新的采空区。这时，上面采空区充填的岩块可能滚动到下面的采空区，而使采空区上部扩大，下部空间减小，使采空区上山部分岩层活动激烈，下山部分岩层移动趋缓（见图2.6）。

2.2.6　底鼓

如果底板岩层较软，矿物采出后，底板岩层失去岩石压力，将造成底板岩层向采空区隆起（见图2.7）。

图2.6　矿物开采后冒落岩块滚动

图2.7　矿物开采后岩层底鼓

2.3　岩层移动稳定后采动岩层内的三带

矿物被开采出来后，在岩体内将形成采空区，使上覆岩层应力平衡破坏，岩层将产生移动、变形和破坏。苏联、波兰和德国的学者提出采空区上覆岩层的移动和破坏呈现冒落带、裂隙带和弯曲带的“三带”理论［86］，发现和论证了地面下沉的不均匀性对建筑物和构筑物的损害理论，以及对采空区上覆岩层移动和变形的计算，是开采沉陷学的基础理论。

2.3.1　冒落带

冒落带是上覆岩层的破坏垮塌范围，其破坏特点是（见图2.8Ⅰ部分）：

图2.8　采空区上覆岩层三带

①随着开采的进行，直接顶在自重力作用下，发生法向弯曲，当岩层内部的拉应力超过岩石抗拉强度时，便产生断裂、破碎成块状而垮落，垮落岩体大小不一，无规则地堆积在采空区内。根据冒落岩块的破坏和堆积情况，冒落带可分为不规则冒落和规则冒落两部分。在不规则冒落部分，岩层完全失去了原有的层位，在靠近矿层附近，岩石破碎、堆积紊乱。在规则冒落部分，岩层基本保持原有层次，位于不规则冒落之上。

②冒落岩块具有一定的碎胀性，冒落岩块间空隙较大，连同性好，有利于水、沙、泥土通过。冒落岩体的体积大于冒落前的原岩体积。岩石的碎胀性是使冒落能够自行停止的根本原因。

③冒落岩石具有可压缩性，冒落岩块间的空隙随着时间的延长和采动程度的加大，在一定程度上可得到压实，一般是稳定时间越长，压实性越好，但永远大于原岩体积。

④冒落带高度主要取决于采出矿物的厚度及上覆岩层的碎胀系数，对于巷采通常为采出厚度的3～5倍。顶板岩层坚硬时，冒落带高度增加，对于巷采一般为开采高度的5～6倍；顶板为软岩时，冒落高度为采高的2～4倍。经统计计算经验公式（仅适用于巷采）为

式中　h——冒落带高度；

　m——开采高度；

　k——岩石碎胀系数；

　α——岩层倾角。

岩石的碎胀系数取决于岩石的性质，坚硬岩石碎胀系数较大，软岩石碎胀系数较小，但都恒大于1。

2.3.2　裂隙带

在采空区上覆岩层中产生裂隙、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层称为裂隙带（见图2.8Ⅱ部分）。裂隙带位于冒落带和弯曲带之间。裂隙带内岩层产生较大的弯曲、变形及破坏，其破坏特征是：裂隙带内岩层不仅发生垂直于层理面的裂隙或断裂，而且产生顺层理面的离层裂缝。根据垂直层理面裂隙的大小及其连同性的好坏，裂隙带内的岩层断裂又分为严重断裂、一般断裂和微小断裂3部分。严重断裂部分的岩层大多断开，但仍保持其原有层次，裂隙漏水严重。一般断裂部分的岩层很少断开，漏水程度一般。微小断裂部分的岩层裂隙不断开，连同性差。

冒落带和裂隙带合称为两带，又称为冒落裂隙带，在解决水下采矿时，称两带为导水裂隙带。两带间没有明显的界线，均属于破坏影响区，一般上覆岩层离采空区距离越大，破坏程度越小。当采深较小、采厚较大，裂隙带可能发展到地表，甚至冒落带达到地表。这时，地表和采空区连通，地表呈现出坍塌或崩落。

两带高度与岩性有关。经统计分析，对于巷采，一般情况下，软弱岩石形成的两带高度为采厚的9～12倍，中硬岩石为采厚的12～18倍，坚硬岩石为采厚的18～28倍。

2.3.3　弯曲带

弯曲带位于裂隙带之上直至地表（见图2.8Ⅲ部分）。弯曲带内岩层移动特征是：

①弯曲带内岩层在自重力作用下产生层面法向弯曲，在水平方向处于双向受压缩状态，因而其压实程度较好，一般情况下具有隔水性，特别是当岩性较软时，隔水性能更好，成为水下开采的良好保护层，但透水的松散层在弯曲带内不能起到这种作用。

②弯曲带内岩层的移动过程是连续而有规律的，并保持其整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂隙。

③弯曲带的高度主要受开采深度的影响。当采深很大时，弯曲带的高度可能大大超过冒落带和裂隙带的高度之和。此时，开采形成的裂隙不会达到地表，地表的移动和变形相对比较平稳。有时地表也可能因为拉伸而产生一些裂缝，但这些裂缝表现为上大、下小，在一定深度自行闭合而消失，一般不会和裂隙带连通。

2.4　地表移动破坏形式

矿物开采后形成采空区，导致上覆岩层移动，岩层移动发展到地表，导致地表产生移动和变形。开采引起的地表移动和变形受多种地质采矿因素的影响。在采深和采厚比值较大时，地表移动和变形在空间和时间上是连续的、渐变的，具有明显的规律性。当采深和采厚比值较小时（一般小于30）或具有较大的地质构造时，地表移动和变形在空间和时间上将是不连续的，移动和变形的分布没有严格的规律性，地表可能出现较大的裂缝或坍塌坑。地表移动和破坏形式，归纳起来有以下几种形式：

①地表移动盆地 在开采影响波及地表以后，受采动影响的地表从原有标高下沉，从而在采空区上方形成一个比采空区面积大得多的沉陷区域。这种地表沉陷区称之为地表移动盆地。在地表移动盆地形成过程中，将改变原有的地形地貌，引起高低、坡度和水平位置的变化。因此，对于影响范围内的道路、管路、河流、建筑物、地下构筑物、生态等，都将造成不同程度的影响。

②裂缝及台阶 在移动盆地的外边缘区，地表可能产生裂缝。裂缝的深度和宽度，与有无第四纪松散层及其厚度、性质和变形的大小密切相关。若第四纪松散层为塑性大的黏性土，一般当地表拉伸变形超过6～10 mm/m时，地表才产生裂缝。塑性小的沙质黏土、黏土质沙等，地表变形达到2～3 mm/m时，地表即可能产生裂缝。地表裂缝一般平行于采空边界发展。当采深和采厚比值较小时，这种裂缝随着开采的推进而闭合。地表裂缝的形状为楔形，地面开口大，随深度的增加而减小，到一定深度而尖灭。

在采深和采厚比值较小时，地表裂缝的宽度可达数千毫米，裂缝两侧地表可能产生落差。落差的大小取决于地表移动的剧烈程度。

当地表沉陷较大时，地表移动盆地的边缘区可能产生一系列类似地堑式的张口裂缝。相邻两条裂缝发展到一定的宽度和深度后，两条裂缝中间的土层下陷而造成中间低、两侧高的地堑式裂缝。

③坍塌坑 当采深和采厚比值较小时，地表有非连续性破坏，有可能出现漏斗状地表坍塌。

2.5　地表盆地形成机理及特征

2.5.1　地表移动盆地的形成

地表盆地是随着开采过程的进行而逐渐形成的，当开采推进到一定的宽度时，顶板破坏垮塌，波及地表引起地表下沉。然后，随着开采的不断推进，开采宽度的不断增加，地表受影响范围不断增大，在地表就会形成一个比采空区面积大得多的地表沉陷盆地。

图2.9所示展示了煤矿开采地表盆地形成过程。煤矿开采是单向推进，当工作面推进到位置1时，达到启动距（一般1/4H～1/2H，H是采深），将形成一个较小的盆地W1，工作面继续推进到位置2时，在移动盆地W1的范围内，地表继续下沉，同时在工作面前方原来尚未移动地区的地表点，开始向采空区移动，从而使移动盆地W1扩大而形成地表移动盆地W2。随着工作面的继续推进，将相继形成W3、W4。工作面回采结束后，地表移动不会立刻停止，还要持续一段时间，在这一段时间内，移动盆地的边界还将继续向工作面推进方向扩展。最后停留在停采线一侧逐渐形成最终的地表移动盆地W04。

图2.9　煤矿开采地表移动盆地形成过程

因为水溶开采全向推进，所以岩盐水溶开采地表下沉盆地的形成过程与煤矿巷采有很大的不同。

图2.10所示展示了岩盐水溶开采地表盆地形成过程。岩盐水溶开采全向推进，二维图中显示为倒三角形。当水溶开采到位置1时，顶板跨距为L时（L为启动距，可能与巷采不一样），将形成一个较小的盆地W1，水溶继续到位置2时，在移动盆地W1的范围内，地表继续下沉，同时在W1周围原来尚未移动地区的地表点，开始向采溶腔移动，从而使移动盆地W1扩大而形成地表移动盆地W2。随着水溶开采的继续，将相继形成W3、W4。水溶开采结束后，地表移动不会立刻停止，还要持续一段时间，在这一段时间内，移动盆地的边界还将继续向四周继续扩展。最后停留在溶腔边界一侧逐渐形成最终的地表移动盆地W04。

图2.10　岩盐水溶开采地表移动盆地形成过程

2.5.2　充分采动

充分采动是指矿物开采出来后，地表下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大值，此时采动称为充分采动。当地表达到充分采动后，即使继续开采矿物，这部分地表也不会再下沉，地表盆地将出现平底。将地表刚有一个点达到充分采动的情况称为临界开采，地表盆地呈碗形；当有多个点达到充分开采的情况时，称为超充分开采，这时地表移动盆地呈盘形。

2.5.3　非充分采动

采空区尺寸小于该地质开采条件下的临界尺寸时，地表任意点的下沉值均未达到最大下沉值，这种开采称为非充分采动。此时，地表下沉移动盆地呈碗形。

当采空区一个方向达到了开采的临界尺寸，而另一个方向没有达到临界开采尺寸的情况，也属于非充分采动，此时，地表下沉移动盆地为槽形。

2.5.4　地表移动盆地的特征

经验表明，地表下沉移动盆地的范围远大于对应的采空区范围。地表移动盆地的形状取决于采空区形状和岩层倾角；移动盆地和采空区的相对位置取决于岩层的倾角。

在移动盆地内，各个部分的移动和变形性质及大小不尽相同。在采空区上方地表平坦、达到充分采动、采动影响范围内没有大的地质构造的条件下，最终形成的静态地表移动盆地可划分为3个区域：

①移动盆地的中间区域 移动盆地的中间区域位于盆地的中央部位，在此范围内，地表下沉均匀，地表下沉值达到该地质开采条件下的最大下沉值，其他移动和变形值近似为零，一般不会有明显裂缝。

②移动盆地的内边缘区 移动盆地的内边缘区一般位于采空区边界和附近最大下沉点之间。在此区域内，地表下沉值不等，地面移动向盆地的中心方向倾斜，呈凹形，产生压缩变形，一般不会出现裂缝。

③移动盆地的外边缘区 移动盆地的外边缘区位于采空区边界到盆地边界之间。在此区域内，地表下沉不均匀，地表移动向盆地中心方向倾斜，呈凸形，产生拉伸变形。当拉伸变形超过一定数值后，地面将产生拉伸裂缝。

2.5.5　岩盐水溶开采下沉移动盆地

水溶开采的进行与溶腔稳定性密切相关，当溶腔顶板破坏到一定程度，水溶开采将不能继续进行。因此，溶腔顶板破坏垮塌时的顶板跨距将决定开采是否达到充分开采。数值分析和相似材料模拟实验证明，单溶腔开采溶腔破坏垮塌时的顶板跨距不足以使开采达到充分采动。因此，单溶腔开采只能是一种非充分开采，其地表下沉移动盆地呈碗形。

2.6　地表移动盆地移动和变形机理分析

2.6.1　单点移动分析

地下开采引起的岩层移动和地表移动过程中一个极为复杂的现象是空间现象，但大量观察资料表明，地表点的移动轨迹取决于地表点在时间空间上与开采面的相对位置（见图2.11）。一般情况下，处于弯曲带上部的地表各点的移动向量，从它的起、止相对位置来看均是指向移动盆地中央的。从地表移动过程来看，地表点的移动状态可用垂直移动分量和水平移动分量来描述。通常将垂直移动分量称为下沉，水平分量按相对于某一断面的关系分为沿断面方向的水平移动和垂直断面方向的水平移动，分别简称为水平移动和横向移动。

为了便于研究可以将三维空间问题分成沿走向和倾向两个断面的平面问题，然后研究两个断面内的地表点移动和变形（见图2.12）。

描述地表移动盆地内移动和变形的指标是：下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形、扭曲和剪切变形等。

图2.11　移动盆地内点的移动方向(www.daowen.com)

图2.12　地表点移动分量

2.6.2　主断面地表移动和变形分析及对建筑物的影响

在移动地表内，如图2.13所示，取点2、3、4进行分析，将2、3、4点的移动分解成垂直分量和水平分量，垂直分量分别表示为W2、W3、W4；水平分量分别表示为U2、U3、U4。

图2.13　移动盆地主断面点的移动

那么，移动盆地内地表下沉和水平移动公式为

式中　Wn——地表第n点的下沉量；

　Un——地表第n点的水平移动量；

　Hn0、Hnm——地表第n点在首次和第m次的测量高程；

　Ln0、Lnm——地表第n点在首次和第m次的测量到控制点的水平距离。由式（2.4）、式（2.5）可以导出倾斜、曲率、水平、扭曲、剪切变形。

1）倾斜变形

地表倾斜变形是指相邻两点竖直方向的相对移动量与两点间水平距离的比值，反映盆地沿某一方向的坡度，因此可得计算公式为

式中　Wn、Wn-1——相邻两点的下沉值；

　l——相邻两点的水平距离。

地表倾斜后，将导致建筑物倾斜，使建筑物重心偏移，产生附加倾覆力矩，承重结构内部将产生附加应力，基地的承压力也将重新分布。特别是对底面积小，较高的建筑物，影响更大。

2）曲率变形

地表曲率变形是两相邻线段的斜率差与两线段中点的水平距离的比值。它反映观测断面上的弯曲程度，公式计算为

式中　in-1、in——相邻两线段的斜率；

　ln-1、ln——相邻两线段的水平距离。

地表曲率变形将使地表由原来的平面变成曲面形状。这样，建筑物的荷载与土壤反力间的初始平衡状态遭到了破坏。当变形为正曲率时，房屋中央将产生拉应力，易使建筑物顶部中央出现裂缝；当变形为负曲率时，建筑物两端地表应力增大，易形成底部中央裂缝。

3）水平变形

地表水平变形是指相邻两点的水平移动之差与两点间水平距离的比值，反映相邻两测点间单位长度的水平移动差，可用公式计算为

式中　Un-1、Un——相邻两点的水平移动值；

　l——相邻两点的水平距离。

地表水平变形对建筑物影响较大，尤其是拉伸变形的影响。由于建筑物抗拉能力远小于抗压能力，因此较小的地表拉伸变形就能使建筑物产生裂缝，但如果压缩变形较大时，其使建筑物产生的破坏也比较严重，可使建筑物墙壁、地基压碎，底板鼓起产生剪切和挤压裂纹。

4）扭曲变形

地表扭曲变形是指移动盆地内两平行线段的斜率差与两平行线间距离的比值，可用公式计算为

式中　iAB、iCD——两平行线AB和CD的斜率；

　l——两平行线AB和CD间的距离。

由于两个横墙处的地表倾斜值不同，导致了地表沿建筑物的纵轴中心线产生了扭曲变形，将使建筑物出现扭转变形。

5）剪切变形

地表剪切变形是指地表下沉盆地内单元正方形直角的变化。可用公式计算为

式中　——单元正方形在x方向的歪斜；

　——单元正方形在y方向的歪斜。

当建筑物处于下沉盆地主断面上，但其方位与回采区段走向斜交，或建筑物处于非主断面地区时，在地表剪切变形作用下，房屋的纵横基础间将产生相对转动，从而使房屋改变原有的平面形状。

6）地表下沉对建筑物的影响

一般来说，当地表出现均匀下沉时，建筑物中不会产生附加应力，因而建筑物不会受到损坏。但当下沉量较大，而地下水位又很浅时，可能使建筑物周围长期积水，从而降低地基强度，严重时会损坏建筑物。

2.7　岩体初始损伤对开采沉陷影响的力学机制研究

矿物开采过程中，受采动应力场的影响，采动岩体将发生变形，直至破坏。破坏后的块状围岩将形成稳定的堆砌结构体。随着开采的进行，堆砌体将失去平衡，造成更大范围内的岩体运动，直至再次形成稳定的堆砌结构。这一过程在开采过程中周而复始。

研究表明，在开采沉陷中，岩体中的初始节理和裂隙对开采沉陷有严重的影响。而在地质历史进程中，岩体经历了数次地质构造应力的作用，节理、裂隙逐渐发育，损伤程度愈趋严重。地质历史上的每一次构造运动，都相当于给地壳岩体进行加载，而相邻两次构造运动之间的相对平衡，相当于岩体卸载。加载、卸载周而复始，漫长的地质构造史即为岩体间歇性加载卸载史。

2.7.1　岩体初始损伤对开采沉陷的影响

于广明博士应用相似材料模拟实验对岩体初始损伤对开采沉陷的影响进行了较为系统的研究。

通过回归，得到了岩体损伤量与地表移动值之间的关系［13-16］为

式中　D——岩体初始损伤量；

　Wmax——地表最大下沉值；

　q——下沉系数；

——正的最大水平移动值；

——负的最大水平移动值；

b＋——水平移动系数。

研究表明初始损伤对开采沉陷具有严重影响，损伤岩体采动沉陷值较无损伤岩体采动沉陷值大，其中的垂直移动量主要取决于损伤岩体中初始孔隙在竖直平面内的总占位，其占位越大，下沉值就越大；水平移动量主要取决于损伤岩体中初始孔隙在水平面内的总占位，其占位越大，水平移动值越大。

2.7.2　岩体初始损伤影响开采沉陷的力学机制

从力学角度来讲，岩体的初始损伤，将影响岩体的强度，初始损伤越严重，岩体强度就越低。而对于开采沉陷值来说，开采沉陷的大小取决于上覆岩层破坏后的碎胀系数，碎胀系数越大，开采沉陷值就越小。而岩体的碎胀系数是由破碎岩体的大小确定的，破碎岩体越大，岩体的碎胀系数就越大。

从上面的分析，可以得到以下结论：

岩体的强度确定破碎岩体的尺寸大小，岩体强度越小，岩体破碎尺寸就越小；反之岩体强度越大，岩体破碎尺寸就越大。

对这一结论，可以如下解释：

将顶板简化为两边固支的梁的理论来计算岩层极限破坏强度，由材料力学可知悬臂梁中的应力为

式中　Jz——梁的惯性矩；

　y——距离梁中性面的距离；

　b——梁的宽度（这里取为单位厚度）；

　h——梁的高度。

因此，梁中的最大应力为

式中　q——梁的均布荷载；

　L——梁的长度；

　γ——岩层材料容重。

由式（2.13）可得，岩层最小破坏尺寸为

由式（2.14）可知，岩层最小破坏尺寸由岩层强度、厚度以及岩层的容重控制，岩体强度越大，破坏岩体尺寸就越大，反之亦然。

2.7.3　损伤量的测量方法

从岩体节理、裂隙发育过程来看，岩体具有高度的非规则性，要用数学方法来准确描述物性参数因地而异的变化是不可能的。因此，损伤量的采用，可以用宏观变量来描述岩体的内部纷繁复杂的节理、裂隙结构。在损伤量的影响下，损伤岩体的杨氏弹性模量与无损伤岩体的杨氏弹性模量之间的关系为

式中　E——无损伤岩体的杨氏弹性模量；

　D——损伤变量；

　E*——损伤岩体的杨氏弹性模量。

因此，有

按弹性介质无限体中横波传播速度和纵波传播速度公式为

式中　G——岩体剪切模量；

　ρ——岩体的密度；

　λ——为拉梅弹性常数，λ＝2Gμ/（1- 2μ）；

　μ——岩体泊松比。

由式（2.17）可以解算出：

所以，只要测到了弹性波的横波波速和纵波波速，由式（2.18）和式（2.19）就可以直接解算出被测岩体的杨氏弹性模量。

以室内测定的岩体试件的波速及密度，可算出无损伤岩体杨氏弹性模量E；以野外测定的岩体波速及密度，可解算出损伤岩体的杨氏弹性模量E*。然后由式（2.16）即可得到岩体的损伤变量。

2.8　岩盐水溶开采沉陷的特点分析

由于开采方式的不同，导致水溶开采沉陷与巷采沉陷有许多不同之处，主要表现在以下几个方面：

①开采推进方式不同。水溶开采是全向推进，巷采是单向推进；水溶开采是通过水对岩盐的溶解，来进行矿物的开采。因此，其将向四周同时推进。这样，将导致地表下沉盆地的形成过程有很大的差别。

②开采空间不同。岩盐在各个方向的溶解速率一般都有一些差别，也就是说，水溶开采，在各个方向的推进速度是不一样的。因此，岩盐溶腔（水溶开采空间）的形状很不规则，并且难以控制。同时，岩盐溶腔是不可见的，目前仅能通过声波探测等手段，对其形状和体积进行探测。溶腔形状的不规则性和不可见性给地表移动变形的有效预测带来了难度。

③预留矿柱的难易程度相差很大。因为岩盐的溶解过程很难精确控制，因此水溶开采预留矿柱的难度很大。对于巷采来说，则十分方便，同时巷采还可以采用许多技术措施，如充填法、条带开采等来减小开采沉陷的强度。这样使得水溶开采沉陷的控制更为困难。

④水的影响。在岩盐溶腔中有较高的溶腔水压，压力水会对岩盐的溶解有很好的促进作用，同时水的渗透性对岩盐和顶板的力学性质等有较大的影响。

⑤采深和采厚不同。虽然盐矿和煤矿都是层状矿体，但岩盐的成矿地层一般较煤矿深，同时岩盐矿层的厚度也较煤层厚。因此，岩盐开采沉陷将更剧烈，破坏性将更大。

⑥岩盐水溶开采沉陷往往是多个独立的溶腔开采的共同结果。

从上面的分析中可以看出，岩盐水溶开采地表沉陷的影响因素更多，预测难度更大，控制更难。巷采沉陷的预测方式和方法不能直接应用于水溶开采沉陷。