【正文】 須特別關(guān)注。從而引發(fā)的地表移動(dòng)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(diǎn)調(diào)查的問題。地表移動(dòng)行為在某煤礦(煤層傾向)中的測量、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析都將在本文之中學(xué)習(xí)到。采煤掘進(jìn)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(gè)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)被各種不同的地理和采礦因素所影響。因此地層的運(yùn)動(dòng)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(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)地層的運(yùn)動(dòng)和破壞是連續(xù)和有明顯規(guī)律性的，否則，它們會(huì)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(diǎn)將會(huì)向下山移動(dòng)但是不會(huì)在移動(dòng)盆地中央出現(xiàn)。沉陷曲線和水平線運(yùn)動(dòng)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(shí)地層的運(yùn)動(dòng)規(guī)則也是明顯的。沿著橫斷面的地層運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度和時(shí)間的對比的常數(shù)。模擬實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)際操作上是很困難的。它不僅需要很多的費(fèi)用 ，而且需要很嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的研究環(huán)境。然而，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)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(shí)際的情況,樣板的實(shí)驗(yàn)會(huì)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(huì)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(jī)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(dòng)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(shí)驗(yàn)方面，特性參數(shù)包括密度、邊界壓迫力和強(qiáng)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)期間，模型和原型之間的時(shí)間比例界限確定我們采用地心引力在運(yùn)動(dòng)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(shí)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(yùn)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(shí)際效果。強(qiáng)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(kuò)大了5倍。對地表移動(dòng)和破壞的測量中，14個(gè)測微計(jì)被放置到模型的頂端。它們中的 7 個(gè)(~)用于測量垂直移動(dòng)，而其他 (8 號~14 號) 要測量水平線移動(dòng)，如圖1。圖1　模型掘進(jìn)后的層移動(dòng)圖2　數(shù)字模型中的地表移動(dòng)和抑制情況模型的頂端是一個(gè)不承載任何負(fù)荷的自由表面。在模擬掘進(jìn)的時(shí)候，運(yùn)行4個(gè)掘進(jìn)頭，而且4個(gè)層面上的挖掘是同時(shí)進(jìn)行的。一次掘進(jìn)2厘米，每兩次掘進(jìn)之間間隔2小時(shí)。 2組如此操作進(jìn)行2天,就可以測量掘進(jìn)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(dòng)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(gè)是水平張力。實(shí)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(jìn)行充分計(jì)算。2Dσ是對巖石和土壤設(shè)計(jì)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(diǎn)。為計(jì)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(jì)算。離煤層很遠(yuǎn)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(jìn)初期的沉陷效果和地表運(yùn)動(dòng)的細(xì)微變化。破壞程度用2Dσ模型描繪如圖7所示。在所有的掘進(jìn)步驟完成之后,外力對地層運(yùn)動(dòng)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?yàn)橛邢蘅臻g能用FEM計(jì)算,例如：最大的和最小的壓力等圖4　掘進(jìn)第一步后模型X軸向的壓力圖5　掘進(jìn)第一步后模型Y軸向的壓力圖6 所有掘進(jìn)步驟完成后模型的破壞程度圖7　第一次掘進(jìn)后模型所受的剪力圖8　第一次掘進(jìn)步驟完成后模型的破壞程度圖9　所有掘進(jìn)步驟完成后模型所受的剪力5　結(jié)論通過建模的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值的分析表現(xiàn)出的沉陷曲線和水平移動(dòng)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(dòng)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(jì)地層的運(yùn)動(dòng)。（,最大的垂直移動(dòng)是158mm,破碎的地域高差是168m，位于掘進(jìn)區(qū)域的地表移動(dòng)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(shí)踐證明,研究結(jié)果也表明在預(yù)測地面移動(dòng)控制和沉陷災(zāi)害預(yù)計(jì)研究中該理論是成功的。