采動覆巖離層演化規(guī)律及地表沉陷模型的研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的快速增長，能源使用量日益增加，對礦產(chǎn)資源的開采規(guī)模不斷擴張，由此引發(fā)的開采沉陷問題日趨嚴(yán)重。礦產(chǎn)資源的開采勢必引起覆巖移動，在此過程中，離層現(xiàn)象普遍存在，并起著及其重要的傳遞作用，在一定程度上控制著地表沉陷的產(chǎn)生。因此對采動覆巖離層演化規(guī)律和地表沉陷規(guī)律做進一步研究，并建立基于離層演化的地表沉陷模型具有重要的理論意義和工程價值。
　　本文首先從理論上分析了離層產(chǎn)生的力學(xué)機理，根據(jù)離層和地表形態(tài)特征建立了覆巖離層發(fā)展與

2、地表動態(tài)下沉的關(guān)系模型。之后采用相似材料模擬實驗從離層空間層位、橫向擴展、協(xié)同理論等多方面描述離層演化規(guī)律，剖析了離層演化與地表沉陷的關(guān)系，并建立了基于離層演化的地表沉陷模型。最后采用數(shù)值模擬方法，研究覆巖位移場、應(yīng)力場、位移矢量場的分布規(guī)律，進一步驗證離層的擴展規(guī)律和覆巖移動特征。主要研究成果如下所示:
　　(1)離層的產(chǎn)生是由于相鄰巖層的不同步下沉引起的，包含兩種力學(xué)模型，一是層間剪裂;二是層間拉裂。地表動態(tài)下沉與離層的發(fā)展在

3、橫向上有著一一對應(yīng)的關(guān)系，非充分采動離層引起地表非充分下沉，充分采動離層引起地表充分下沉，超充分采動離層引起地表超充分下沉。
　　(2)離層發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，即:起裂-擴展-閉合，離層空間分布規(guī)律受開采寬度和斷裂角的影響，形態(tài)呈拱形，且位于卸壓區(qū)。覆巖破壞程度和離層空間從下往上逐漸減小，并且離層的演化表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)。
　　(3)地表動態(tài)下沉分為三個階段:初始階段，活躍階段和衰退階段，并且地表各點的移動包括4個階段，移