覆岩与地表移动变形演化规律的预测理论及实验研究

地下煤层开采后覆岩及地表移动是一个十分复杂的物理力学过程,而覆岩和地表移动规律及其预测理论的研究,是经济合理的解决地下开采、保护地表建筑物、水体和保证矿井安全生产的有效途径。论文在概率积分预计理论的基础上,建立了能够对任意形状工作面开采进行地表移动与变形预计的影响函数模型,通过对大量实测数据的处理和分析,得出了开采影响传播角随煤层倾角变化的函数关系式。根据随机介质理论,导出了近水平煤层开采覆岩内部移动与变形预测的静态函数模型,通过引入Knothe时间函数,构建了近水平煤层开采地表及覆岩内部一体化的动态预测模型,得出了覆岩内部下沉系数随岩层水平变化的公式。基于VB编程语言,开发了界面友好、便于操作、实时成图的动态预测系统。以霍宝干河矿地质资料为背景,进行了相似材料模拟实验,采用传统经纬仪和数字近景摄影测量两种方式对设置的测点进行了观测,并对观测结果和精度进行了分析,验证了覆岩内部动态预测模型的正确性,论证了利用数字近景摄影测量进行相似材料模拟实验观测的可行性。采用FLAC3D数值模拟手段,对覆岩内部的应力场、破坏场、位移场进行了研究；对地表的移动与变形规律、破坏场、监测点速率、沉降量与推进度的关系进行了较详细的分析,反演了工作面采动程度变化后地表破坏场的发育过程；验证了覆岩内部下沉系数随开采深度变化的公式；采用比奥固结理论,结合有效应力原理,深入研究了流-固耦合作用下含水松散层失水固结对开采沉陷的影响,从机理上诠释了含水松散层矿区,尤其是我国东部矿区,下沉盆地边缘收敛非常缓慢的原因。