以河东煤田北部某矿8~#煤层为研究对象,利用相似模拟的方法对采空区覆岩破坏规律和采动引起的地表沉降变形规律进行了研究。研究结果表明:随着开挖的不断进行,采空区覆岩呈周期性的离层-断裂-垮落破坏特征;随着推进距离的增大,垮落长度和高度在不断增大;开采结束后,采空区上覆岩层变形不断趋于稳定,离层不断被压实。

为了研究铁路下伏采空区分布特征和覆岩稳定性规律,为采空区全面有效治理提供依据,实现确保运输安全的目的。通过建立相似材料、压力测试装置和位移场光测装置,利用相似原理进行材料配比,采用相似模型架建立物理试验模型,通过测点相对位移模拟观测地表移动及上覆岩层的变形情况,开展不同采厚、采深和预留煤柱下的采空区覆岩稳定性模拟试验。总结出铁路下伏煤层采空区的分布位置和特征,得到采空区围岩的破坏过程、机理和冒落规律,指出包神铁路下伏采空区治理的必要性并提出治理措施。

以某煤矿2307充填开采工作面为原型,采用相似模拟与数值模拟相结合的方法,建立地质力学模型,模拟分析了开采充填过程中围岩、地表的力学演化规律和移动变形过程。研究表明:充填开采可有效控制覆岩破坏和地表变形,顶板出现离层裂隙,但未垮落,最大下沉滞后工作面约58.5m;开采过程中围岩应力释放,顶板出现拉伸,采空区前后端及底板出现应力集中,为开采前的1.47~1.78倍,充填工作面周期来压不明显;开挖后地面下沉值为212.7mm,下沉系数为0.06,地面水平变形和倾斜变形形态与垮落法管理顶板曲线形态相似