采動(dòng)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(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，能源使用量日益增加，對(duì)礦產(chǎn)資源的開(kāi)采規(guī)模不斷擴(kuò)張，由此引發(fā)的開(kāi)采沉陷問(wèn)題日趨嚴(yán)重。礦產(chǎn)資源的開(kāi)采勢(shì)必引起覆巖移動(dòng)，在此過(guò)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(duì)采動(dòng)覆巖離層演化規(guī)律和地表沉陷規(guī)律做進(jìn)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(jià)值。
　　本文首先從理論上分析了離層產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)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(dòng)態(tài)下沉的關(guān)系模型。之后采用相似材料模擬實(shí)驗(yàn)從離層空間層位、橫向擴(kuò)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(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、位移矢量場(chǎng)的分布規(guī)律，進(jìn)一步驗(yàn)證離層的擴(kuò)展規(guī)律和覆巖移動(dòng)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(dòng)態(tài)下沉與離層的發(fā)展在

3、橫向上有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，非充分采動(dòng)離層引起地表非充分下沉，充分采動(dòng)離層引起地表充分下沉，超充分采動(dòng)離層引起地表超充分下沉。
　　(2)離層發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即:起裂-擴(kuò)展-閉合，離層空間分布規(guī)律受開(kāi)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(dòng)態(tài)下沉分為三個(gè)階段:初始階段，活躍階段和衰退階段，并且地表各點(diǎn)的移動(dòng)包括4個(gè)階段，移