【正文】 須特別關(guān)注。從而引發(fā)的地表移動可能引起建筑物損害以及鐵路和其他的地面構(gòu)筑物的損壞。因此它是采煤沉陷中重點調(diào)查的問題。地表移動行為在某煤礦(煤層傾向)中的測量、實驗和數(shù)值分析都將在本文之中學(xué)習(xí)到。采煤掘進之后在新的受力情況下地層可以按破壞程度被區(qū)分為三個地域,也就是,凹陷地域，破碎地域和彎曲的沉陷地域。巖石在凹陷地域方面包含冒落帶，斷裂帶和整體移動帶。在破碎地域中首次出現(xiàn)大的彎曲毀壞地層及垂直和平行破碎的地層。地層連續(xù)運動出現(xiàn)在彎曲的沉陷地域，而自其后，破壞分為柔性的和塑性的（不超過毀滅性張力程度）。采煤引起的地層運動被各種不同的地理和采礦因素所影響。因此地層的運動和破壞模型在不同的采煤深度，采煤方法和煤層所處地層情形都是不同的。當(dāng)厚度和深度比較大時，會發(fā)現(xiàn)地層的運動和破壞是連續(xù)和有明顯規(guī)律性的，否則，它們會是不連續(xù)和不規(guī)則的。水平煤層表現(xiàn)的沉陷盆地和不同的變化或破壞曲線都表現(xiàn)出規(guī)律性。至于在煤層傾向?qū)?(也就是,N煤) ，最大的下沉點將會向下山移動但是不會在移動盆地中央出現(xiàn)。沉陷曲線和水平線運動是非對稱的。通常，只需要較少工作量的長墻壁采煤法被廣泛地采用,地層的沉陷和巖石逐層堆積都沿著煤層的長壁方向發(fā)展,最后將保持穩(wěn)定，與此同時地層的運動規(guī)則也是明顯的。沿著橫斷面的地層運動沒有明顯的規(guī)則, 它仰賴特定煤層的地質(zhì)學(xué)情況。以煤層的橫斷面為基礎(chǔ)的研究結(jié)果描述見后。建模比就是包括幾何學(xué)、密度、強度和時間的對比的常數(shù)。模擬實驗中地層厚度、采礦深度和空間在模型和原型之間必需要遵照精確的比例。在沉陷的模擬中，結(jié)構(gòu)的類似比是一個必要的參數(shù)。 通常,比較大的結(jié)構(gòu)類似比能帶來更精確的結(jié)果。結(jié)構(gòu)的類似比應(yīng)該是可以做到和理論一樣大，但在實際操作上是很困難的。它不僅需要很多的費用 ，而且需要很嚴謹細致的研究環(huán)境。然而，實驗準確性要被使用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)類似比影響從而影響適當(dāng)?shù)某叽绾头椒ǖ牟捎?。在如?1 所顯示的，某煤礦考慮實際的情況,樣板的實驗會深入地下500m的模仿區(qū)域。如果結(jié)構(gòu)的類似比比較小,模型就會太大而無法操作, 因此選擇的結(jié)構(gòu)類似比是 1 ∶ 400 。 (Cl)表1 煤層中巖石的機械參數(shù) 地層 Young’s率（Mpa）Poisson’s比結(jié)合力（Mpa）內(nèi)摩擦角(176。)單橋張力（Mpa）密度 (tm3)TJ1106495TF199639TF2104693PL8PM1動態(tài)類似的規(guī)則也是需要完全遵照模型和原型之間的精確比例。在實驗方面，特性參數(shù)包括密度、邊界壓迫力和強度。建模材料包含沙子、石膏和石灰。 采用的密度比依下列各項Cr= H/ = H/ =,式中 Cr是密度比。 H,在原型和中的1號層的密度及在模型中的1號層的密度。.實驗期間，模型和原型之間的時間比例界限確定我們采用地心引力在運動學(xué)上的類似規(guī)則, = = = 20.目前，普遍采用的建模材料包括石膏混合。一般的，當(dāng)石膏和石膏石灰當(dāng)做凝結(jié)材料用的時候 , 沙子、云母粉和滑石粉被同樣地用做輔助材料?？紤]到材料的選擇，運送，開支和有效性,一般用沙子當(dāng)做輔助材料，石膏石灰當(dāng)做凝結(jié)材料。此外，滑石粉層被放置在層之間來模仿實際效果。強度： = /( *) = /；樣板的體積：長度 寬度 高度= ；建模范圍：深度500m (從地表到煤層)、寬度 120m ( 向前煤層)、長度600m ( 橫過煤層)。由于煤層較薄,模型多樣性結(jié)構(gòu)層的厚度被擴大了5倍。對地表移動和破壞的測量中，14個測微計被放置到模型的頂端。它們中的 7 個(~)用于測量垂直移動，而其他 (8 號~14 號) 要測量水平線移動，如圖1。圖1　模型掘進后的層移動圖2　數(shù)字模型中的地表移動和抑制情況模型的頂端是一個不承載任何負荷的自由表面。在模擬掘進的時候，運行4個掘進頭，而且4個層面上的挖掘是同時進行的。一次掘進2厘米，每兩次掘進之間間隔2小時。 2組如此操作進行2天,就可以測量掘進造成的明顯破壞。在位于上面的煤層完成挖掘之后，繼續(xù)挖掘比較低的煤層。依照模擬材料模型的記錄的變化曲線如圖3所示。(a)傾向破壞曲線；(b)沉陷曲線；(c)水平破壞曲線； (d)移動曲線圖3　模型模擬曲線巖石既有緩沖帶也有塑性帶，緩沖帶受2種力的作用：一是水平壓力，另一個是水平張力。實際上，相同的結(jié)果的情況下都是考慮壓力如何緩解而不考慮張力。 本文只對有效壓力作數(shù)值分析。此外，在模擬材料模型中做相同的橫斷面來描繪壓力分析,用 2D 有限元的方法 (FEM) 能進行充分計算。2Dσ是對巖石和土壤設(shè)計的數(shù)值分析系統(tǒng), 通過它有助于分析對象的力學(xué)狀態(tài)特點。為計算單元，四角形單元比三角形單元具有更大量信息。在煤附近的煤層和巖石層中的單元密度都可以計算。離煤層很遠的巖石層的單元身少。有很薄的層按密度劃分單位。在 FEM 建模中，Mohr 庫侖技巧模型沿著橫斷面建立壓力分析，圖2數(shù)值模型顯示沉陷盆地煤層的破壞情況和地層巖石的情況。圖4和圖5表現(xiàn)出掘進初期的沉陷效果和地表運動的細微變化。破壞程度用2Dσ模型描繪如圖7所示。在所有的掘進步驟完成之后,外力對地層運動的影響如圖8所示。煤壁上下壓力都集中在此。各種不同的壓力不在這里列出，因為有限空間能用FEM計算,例如：最大的和最小的壓力等圖4　掘進第一步后模型X軸向的壓力圖5　掘進第一步后模型Y軸向的壓力圖6 所有掘進步驟完成后模型的破壞程度圖7　第一次掘進后模型所受的剪力圖8　第一次掘進步驟完成后模型的破壞程度圖9　所有掘進步驟完成后模型所受的剪力5　結(jié)論通過建模的實驗結(jié)果和數(shù)值的分析表現(xiàn)出的沉陷曲線和水平移動曲線是不連續(xù)和不平滑的, 但在地表引起了一些非對稱的變化。獲得的沉陷參數(shù)，水平面移動參數(shù)，頂端沉陷范圍和其他的參數(shù)在過去一直用于預(yù)計地層的運動。（,最大的垂直移動是158mm,破碎的地域高差是168m，位于掘進區(qū)域的地表移動變形寬度是600m。）這些參數(shù)值與當(dāng)?shù)夭傻V條件一致,有助于開采作業(yè)。實踐證明,研究結(jié)果也表明在預(yù)測地面移動控制和沉陷災(zāi)害預(yù)計研究中該理論是成功的。