河南某煤礦采空區(qū)室內(nèi)模型試驗及數(shù)值模擬研究.pdf

1、在對采空區(qū)沉陷的一般規(guī)律進行總結(jié)的基礎(chǔ)上，利用層次分析法（即 AHP法）對開采沉陷的影響因子進行了重要性排序；依據(jù)相似原理，以河南省某礦區(qū)地質(zhì)條件為原型，通過室內(nèi)模型試驗，對由煤層開挖引起的上覆巖層及地表的沉降變形規(guī)律進行研究；并使用有限元軟件MIDAS/GTS對原型采空區(qū)進行數(shù)值計算，以此為基礎(chǔ)，分析不同開采工況對采空區(qū)“三帶”及地表變形分布規(guī)律的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過AHP法對影響采空區(qū)沉陷的11個影響因子進行

2、重要性排序。可知：采動程度（權(quán)重0.3028）、采高（權(quán)重0.1907）是最重要的兩個影響因子。⑵在相似原理的基礎(chǔ)上，開展了室內(nèi)模型試驗，包括：試驗裝置設(shè)計、相似常數(shù)選取、相似材料選擇，模型開挖方案的確定、監(jiān)測點布置方案、模擬開挖、數(shù)據(jù)記錄與分析等工作。結(jié)果表明：在煤層開挖過程中，①?⑥層的動態(tài)觀測曲線形態(tài)是一致的，且隨著工作面推進距離的增加，采空區(qū)上覆巖體內(nèi)部各點的沉降值也在逐漸增加；采空區(qū)中心位置處之上的沉降量較大，遠(yuǎn)離采空區(qū)方向沉

3、降量逐漸減??；沉降趨于穩(wěn)定后，在深度方向上離采空區(qū)越近所達(dá)到的最大沉降值越大；最終所得地表沉降曲線較平緩，地表沉降最大值在采空區(qū)中心位置處的正上方，最大沉降值為0.451 mm，相當(dāng)于原型中的90.2mm。⑶利用MIDAS/GTS建立原型采空區(qū)的三維模型，模擬煤層開采過程，并將物理模型試驗的結(jié)果與其進行對比分析，對構(gòu)建的數(shù)值模型及選取的參數(shù)進行了驗證。并以此為基礎(chǔ)，模擬不同開采工況，即采寬、采深、采高等影響因子的變化對沉陷規(guī)律的影響。結(jié)

4、果表明：不同開采工況下地表沉降曲線的形態(tài)始終關(guān)于模型軸線，即采空區(qū)中央呈對稱分布，沉降最大值始終在采空區(qū)中心之上，遠(yuǎn)離采空區(qū)方向沉降值逐漸減??；采空區(qū)之上“三帶”的沉降量從大到小依次為：冒落帶、裂隙帶、彎沉帶；而在采空區(qū)兩側(cè)煤柱附近各帶的沉降量從大到小依次為：彎沉帶、裂隙帶、冒落帶；在采深、采高相同的情況下，隨采寬的增加，地表沉降范圍和程度均在增加。地表水平位移從采空區(qū)中心向兩側(cè)的變化是先增大后減小，且隨著采寬的增加，水平位移最大值的位