摘要: 为保护地表建筑物及最大限度回收煤炭资源，我国条带开采矿区地下遗留了大量的条带煤柱以及未充填的采空区。条带煤柱长期承受覆岩载荷，同时受采空区积水、邻近采动等因素的影响，发生失稳的可能性大大增加。条带煤柱失稳导致覆岩与地表再次运动，成... 展开 为保护地表建筑物及最大限度回收煤炭资源，我国条带开采矿区地下遗留了大量的条带煤柱以及未充填的采空区。条带煤柱长期承受覆岩载荷，同时受采空区积水、邻近采动等因素的影响，发生失稳的可能性大大增加。条带煤柱失稳导致覆岩与地表再次运动，成为地表灾害的潜在隐患。当前对条带煤柱失稳引发的覆岩与地表运动规律、特征均不明确，因此有必要对此开展研究。 本文基于前人在条带煤柱稳定性、煤柱-顶板力学系统、条带开采地表沉陷理论等方面的研究成果，以条带煤柱失稳为前提，采用物理模拟与数值模拟结合的方法，研究了条带煤柱失稳引发的覆岩与地表运动规律。论文主要进行了以下工作： （1）采用含有石蜡成分的相似模拟材料预制条带煤柱模型，利用电热丝对模型进行分级加热，实现条带煤柱模型失稳。对不同配比的含石蜡材料的进行单轴压缩试验，结果表明：条带煤柱模型强度随石蜡含量增加而升高；配比一定的情况下，模型试件的单轴抗压强度离散性较小，力学性能稳定。 （2）研制了含柔性加载装置的三维综合模拟试验系统，具有结构简单、组装拆卸方便、性能稳定等优点，提高了三维模拟试验的效率和准确性。结合二维和三维物理模拟试验各自优势，分别研究了条带煤柱失稳引起的覆岩移动与地表变形规律、覆岩应力场演化规律。试验表明：条带煤柱失稳会引发比条带开采更为显著的覆岩运动，其对覆岩与地表移动变形的影响大于对应力变化的影响；失稳后的条带煤柱承受的垂直应力大于失稳前； （3）利用FLAC3D数值模拟软件对物理模拟试验结果进行验证和进一步分析，结果证实了物理模拟试验的正确性，同时表明：条带煤柱失稳后，煤柱顶板垂直应力由双峰变为单峰，峰值且相较于失稳前增加；地表沉陷量及水平移动均出现大幅度增加，对地表建构筑物构成极大危害。 收起