摘要: 为了满足经济社会发展的需求，我国中东部地区在人口、建筑相对密集区域采用条带法对煤炭资源进行了开采，遗留了大量的条带开采采空区。随着城市扩张和转型发展，煤矿城市急需大量建设用地，而库存建设用地严重不足。为缓解城市建设用地趋紧这一局面... 展开 为了满足经济社会发展的需求，我国中东部地区在人口、建筑相对密集区域采用条带法对煤炭资源进行了开采，遗留了大量的条带开采采空区。随着城市扩张和转型发展，煤矿城市急需大量建设用地，而库存建设用地严重不足。为缓解城市建设用地趋紧这一局面，对条带开采采空区进行科学评价、合理治理使其上方土地恢复建设用地功能成为行之有效的途径。条带开采采空区覆岩运动特征演化的研究是保证其上方地表新建建(构)筑物建设安全的基础。与长壁开采采空区相比，条采采空区的遗留煤柱支撑上覆岩层而控制地表移动、变形，其覆岩在保持相对稳定的同时，在多种因素影响下其运动状态可能发生改变，其中煤柱支承性状演化对覆岩运动特征的影响尤为重要。进行条采采空区覆岩运动演化特征研究对于采空区进一步的防灾治理具有重要的理论价值，同时能对老空区上方新建建(构)筑物建设提供科学理论指导。 本文以条带开采采空区覆岩运动演化特征为研究对象，基于条带煤柱承载演化特征，综合运用理论分析、力学试验、相似材料模拟、数值模拟等技术手段，对条带开采采空区覆岩的结构破坏特征、应力响应机制及移动变形规律进行了分析研究。 (1)针对条带煤柱承载过程中的破坏特征及变形机制，运用课题组自主研制的大尺寸长方体煤岩样长期承载试验监测装置进行了大尺寸煤试样压缩试验，模拟研究条带煤柱渐进破坏过程，分析条带煤柱渐进破坏机制，获得条带煤柱渐进破坏规律与变形演化特征。条带煤柱的破坏由边缘向内部渐进发生，其失稳破坏过程分为裂隙压密阶段、稳定增长阶段、阶跃变形阶段及破坏阶段。 (2)运用新型温控相似模拟材料代替常规相似模拟材料，开展了温控条件模拟及室内力学预试验，分析获得主要控制参数及模拟试件的变形规律。通过相似材料模拟试验对条采采空区覆岩在煤柱承载演化过程中的运动演化特征进行初步探究。靠近条带煤柱侧的覆岩受煤柱边缘支撑能力下降影响发生二次运移；采空区覆岩垮落带高度增加使底板受压后应力有所恢复，但仍未达到初始应力状态；条带煤柱靠近核区部位产生较高的应力集中，核区稳定应力区域呈现减小趋势。 (3)结合相似材料模拟试验结果，建立条带开采工程数值模拟模型，进行基于条带煤柱性状演化规律的采空区覆岩运动演化特征数值模拟研究，同时进一步探讨采空区覆岩运动演化过程中的应力响应机制及移动变形规律。随边缘的承载能力下降，采空区覆岩顶板的应力逐步减小。且随着煤柱有效支撑面积减小，弹性区与屈服区边界产生高应力集中。在煤柱破坏渐进过程中两侧覆岩出现较大下沉移动，采空区垮落高度增加，采空区覆岩会随条带煤柱的屈服区扩张而持续变化。 收起