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申请/专利权人：辽宁大学

摘要：一种深部重复采动下地表沉陷模拟分析方法及相似材料试验模型，属于采矿及岩土工程技术领域。对于煤炭深部重复开采引起的地表沉陷问题，采用相似材料模型试验和FLAC3D软件数值模拟分析相结合的方法，建立矿区三维相似材料试验模型和三维数值模拟模型，模拟在煤炭重复开采过程中引起的地表沉陷、上覆岩层移动变形的情况；其中相似材料模型试验根据相似理论建立地表沉陷实验模型，确定相似比制作不同配比的标准试件，制定监测方案及开挖方案，统计实验数据；数值模拟分析根据开采时矿区的实际地质条件，利用FLAC3D软件建立三维数值计算模型，确定边界条件及开挖方案，将数值模拟结果与相似材料模拟试验结果进行对比分析，得出深部重复采动下地表沉陷的规律。

主权项：1.一种深部重复采动下地表沉陷模拟分析方法，其特征在于，其步骤为：1）利用FLAC3D三维数值分析软件，根据矿区地质条件及开采方式建立三维数值模拟模型；三维数值模拟模型的建立方法，具体为：1-1）根据FLAC3D研究对象的实际地质情况和岩层性质选取选择摩尔-库伦本构模型；1-2）赋予模型相应参数，包括弹性体积模量、内聚力、剪胀角、内摩擦角、弹性切变模量、抗拉强度力学参数；1-3）在具体实际工程中至少需要提供切向刚度和法向刚度；对模型的位移边界、速度边界、应力边界进行设定；1-4）设定开采方案，对模型进行运行处理；1-5）对得出的模型计算结果，分析地表沉陷、上覆岩层位移变化及上覆岩层应力变化，得出地表沉陷下沉量、上覆岩层位移量、上覆岩层应力变化与开采方式和开采推进量之间的关系；2）采用相似材料试验模型和步骤1）所述的三维数值模拟模型相结合，通过将三维数值模拟模型计算的结果和相似材料试验模型的结果进行对比，分析得出深部重复采动下地表沉陷的规律；相似材料试验模型的建立方法，具体为：2-1）分析研究区域的地质条件和岩层性质，模型和实际地层间需满足几何相似、运动相似和动力相似三方面的相似；2-2）相似模型的骨料使用河砂，胶结材料使用石膏、石灰，片状云母作为相似模型各个模拟岩层间的分层材料使用，最后按照不同的配比制作标准件，测试它们的各项强度，得出相似材料模型各岩层所需的用量；2-3）受实验条件及研究区域实际情况控制，在模型实际铺设过程中，当岩层厚采深＜140时或岩性相近的相邻岩层合并为同一岩层，最后结合实验台尺寸，确定实验所用材料用量；2-4）安装实验台背面挡板，于背面挡板上标记出模型的建造线，安装第一块正面挡板后，准备配置实验材料进行模型堆砌，根据实验前计算完成的相似材料模型各岩层材料配比及材料用量，使用电子秤称量出全部所需材料，加入定量的水进行搅拌直至均匀混合，将配置好的材料倒入实验台，进行铺平、砸实后，均匀倒入片状云母进行分层，按照上述流程将模型堆砌完毕后，将正面挡板全部安装到实验台，让模型静置一段时间以干燥定型，待模型完全干燥后，将正面挡板完全取下，布设位移监测所需的监测圆点，监测点设置完成后在模型正面安装准备好的塑料挡板，架设CCD相机，准备对模型进行模拟开挖；2-5）模型采用散斑法对覆岩及地表移动进行监测，监测设备使用CCD相机进行拍摄，拍摄频率为2S次，将应力传感器分别布置在煤层和顶板岩层中进行应力变化监测；2-6）分析地表沉陷、上覆岩层位移变化及上覆岩层应力变化，得出地表沉陷下沉量、上覆岩层位移量、上覆岩层应力变化与开采方式和开采推进量之间的关系。

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