祝 琨,白国良

(1.煤炭科学研究总院，北京 100013；2.中煤科工集团北京土地整治与生态修复科技研究院有限公司，北京 100013；3.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

煤炭是我国的基础能源和重要原料，2019年我国煤炭年产量38.5亿t，占世界总产量的47%，占我国一次能源比例约为57.7%，相当长时期内，煤炭作为主体能源地位不会变化[1]。

随着多年的开采，我国东部地区煤炭资源逐步枯竭，开采条件日渐复杂，生产成本不断提高，近些年来，我国煤炭开采业的中心向西部转移。根据煤炭工业发展规划，“十三五”期间化解淘汰过剩落后产能8亿t/a左右，2016年实际已退出煤炭产能或超过3亿t，关闭矿井4 800余处，2017年，内蒙、山西、陕西、贵州、新疆等关闭煤矿近1 000处[2]。

伴随着矿井关闭，矿井涌水停止排泄，地下水水位将逐渐上升，采空区充水后覆岩移动变形规律以及是否会产生二次塌陷是矿区生态修复研究者密切关心的问题，但目前对于采空区充水后覆岩移动变形规律可借鉴的成果较少，相关研究表明采用相似材料模拟采动覆岩移动和变形是可行的[3-4]，本文通过相似材料模拟对采空区充水后覆岩移动规律进行了研究。

1 相似材料物理模型的建立

以淮北煤田某矿地质采矿条件为原型建立相似材料模拟实验模型，模拟采深(H)200 m，采厚(M)5.00 m，采用3 000 mm×2 000 mm的二维相似材料模拟实验台进行。

试验几何相似常数取为αl=200；容重相似常数取为αγ=1.5；应力相似常数ασ=αl×αγ=200×1.5=300；时间相似常数为αt=αl1/2=14。根据研究区钻孔柱状图地层岩性选择实验相似材料的配比[5]，相似材料模型各岩(煤)层厚度及强度指标如表1所示。……