摘要
地裂缝作为开采沉陷损害地表环境的主要形式之一，时刻威胁着人民生产生活的安全。不同地质采矿条件下地表移动变形规律存在明显的差异性，特别是山西省境内黄土覆盖地区较多，此条件下受采动影响更易产生地裂缝，因此对于上覆岩层移动变形及地裂缝发育的主要影响因素研究至关重要。本文以山西省境内多处矿区采煤引起的地表非连续变形为研究背景，采用现场调查、理论分析、数值模拟等方法对不同土岩比条件下开采覆岩及地表非连续移动变形规律进行了深入研究。重点讨论了非连续变形下的采场顶板运动结构与力学特征、厚黄土薄基岩条件下覆岩及地表非连续移动变形规律与覆岩及地表非连续移动变形的主要影响因素关系三个问题，主要工作如下： （1）以山西省某矿区工作面（地表非连续变形严重）为背景，建立了采场基本顶初次破断和周期来压时的结构模型，采用理论分析方法对基本顶发生初次破断和周期来压两种状态的结构稳定性进行分析。结果表明浅埋煤层岩块块度一般在1.0以上，该结构容易滑落失稳，最终形成地表台阶下沉。研究为更好地分析煤层开采过程中覆岩运动的力学机理奠定了基础。 （2）综合考虑国内诸多数值模拟方法的优缺点和地裂缝发育的特殊性，采用颗粒流程序(PFC2D)，选取典型的煤层采场为研究对象，建立该地质采矿条件下的数值计算模型，对煤层开采过程覆岩及地表非连续移动变形规律进行研究，揭示其形成机理。研究认为：①随着工作面的不断推进，覆岩破坏依次经历了基本顶初次破断—基本顶初次垮落—基本顶周期来压的过程。②煤层开采过程中，力链形态经历了力链拱形成—力链拱发育—力链拱破坏的动态过程，表明力链拱是采场围岩的主要承载力系，其破断失稳是造成地表非连续变形的主要原因。③PFC可以准确追踪裂缝的动态发育，对裂缝预测具有重要意义。结果合理地解释了地表非连续变形的原因。 （3）据现场实地调查情况，采用颗粒流程序（Particle Flow Code2D）建立不同土岩比条件下的数值计算模型，对覆岩移动变形及裂缝发育规律的主要影响因素进行了研究。结果表明：岩厚比（岩厚度与开采厚度之比）、松散层厚度比（松散层厚度与开采深度之比）和地形起伏程度对采动裂缝的发育情况有着至关重要的影响，且采场应力的变化和覆岩内部力链的分布状态反映了覆岩移动变形与地表采动破坏的情况。通过建立裂缝宽度与深度的关系式，为裂缝的动态预测提供了参考。 综上所述，本文分析了不同土岩比与覆岩移动变形及裂缝发育规律的关系，合理解释了地表非连续变形的原因。对于预防地下采煤引起的地面灾害，土地生态恢复具有一定的参考价值。
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