数值模拟研究：荷载对老采空区‘三带’变形规律的影响

"荷载作用下老采空区“三带”变形规律的数值模拟研究" 在采矿工程领域，老采空区的安全管理是至关重要的，因为它们可能在受到额外荷载时引发地面变形，对周围环境和基础设施造成严重影响。本文通过对山西省霍州市辛置煤矿2204工作面进行数值模拟研究，利用东北大学岩石破裂中心开发的RFPA2D软件，深入探究了在荷载作用下老采空区的“三带”（冒落带、裂隙带和弯曲下沉带）变形规律。 “三带”是矿井开采后上覆岩层自然形成的结构，它们的变形直接影响到地表的稳定性。研究发现，当荷载大小和松散层厚度固定时，随着开采深度的增加，“三带”岩层的残余下沉值会逐渐减小。这意味着越深的采空区受到地表荷载的影响越小，但仍然存在变形风险。反之，当荷载作用位置不变时，荷载的增加会加剧“三带”的变形，导致更大的下沉值，反映出荷载强度对岩层破坏的直接影响。 此外，松散层厚度对“三带”变形的影响也不容忽视。当荷载作用位置相同，且开采深度和荷载大小保持不变时，松散层越厚，岩层的残余下沉值越大。这表明松散层作为岩层结构的一部分，其厚度对地表荷载传递和岩层响应具有显著作用。荷载作用位置的不同，对“三带”的影响程度也有差异，其中内边缘区受荷载影响最大，外边缘区次之，中间区受影响最小。这种现象揭示了荷载分布不均对地表和地下结构的复杂影响。 该研究的成果对于理解老采空区在荷载作用下的动态行为有重要意义，有助于预测和控制采矿活动引发的地面沉降问题。对于采空区建筑地基的稳定性评估、地基处理方案的设计、矿区环境治理以及城市规划等实际工程问题提供了科学依据。通过数值模拟，可以更精确地预估荷载作用下老采空区的变形趋势，从而采取有效的预防措施，减少因矿产开采引发的地质灾害，保障人们的生命财产安全。