在对采空区沉陷的一般规律进行总结的基础上,利用层次分析法(即AHP法)对开采沉陷的影响因子进行了重要性排序;依据相似原理,以河南省某矿区地质条件为原型,通过室内模型试验,对由煤层开挖引起的上覆岩层及地表的沉降变形规律进行研究;并使用有限元软件MIDAS/GTS对原型采空区进行数值计算,以此为基础,分析不同开采工况对采空区“三带”及地表变形分布规律的影响。取得的成果主要有:(1)通过AHP法对影响采空区沉陷的11个影响因子进行重要性排序。可知:采动程度(权重0.3028)、采高(权重0.1907)是最重要的两个影响因子。(2)在相似原理的基础上,开展了室内模型试验,包括:试验装置设计、相似常数选取、相似材料选择,模型开挖方案的确定、监测点布置方案、模拟开挖、数据记录与分析等工作。结果表明:在煤层开挖过程中,(1)?(6)层的动态观测曲线形态是一致的,且随着工作面推进距离的增加,采空区上覆岩体内部各点的沉降值也在逐渐增加;采空区中心位置处之上的沉降量较大,远离采空区方向沉降量逐渐减小;沉降趋于稳定后,在深度方向上离采空区越近所达到的最大沉降值越大;最终所得地表沉降曲线较平缓,地表沉降最大值在采空区中心位置处的正上方,最大沉降值为0.451 mm,相当于原型中的90.2 mm。(3)利用MIDAS/GTS建立原型采空区的三维模型,模拟煤层开采过程,并将物理模型试验的结果与其进行对比分析,对构建的数值模型及选取的参数进行了验证。并以此为基础,模拟不同开采工况,即采宽、采深、采高等影响因子的变化对沉陷规律的影响。结果表明:不同开采工况下地表沉降曲线的形态始终关于模型轴线,即采空区中央呈对称分布,沉降最大值始终在采空区中心之上,远离采空区方向沉降值逐渐减小;采空区之上“三带”的沉降量从大到小依次为:冒落带、裂隙带、弯沉带;而在采空区两侧煤柱附近各带的沉降量从大到小依次为:弯沉带、裂隙带、冒落带;在采深、采高相同的情况下,随采宽的增加,地表沉降范围和程度均在增加。地表水平位移从采空区中心向两侧的变化是先增大后减小,且随着采宽的增加,水平位移最大值的位置由采空区边界逐渐向煤柱侧移动;在采宽、采高相同的情况下,随着采深的增加,即采动程度的降低,地表下沉量和地表水平位移均减小,冒落带、裂隙带的沉降量略有增加,而弯沉带的沉降量则变化不大。地表下沉盆地越来越平缓,受影响的覆岩范围增加;在采宽、采深相同的情况下,当开采高度到达某一临界值时,对地表沉降产生较大的影响。采高的变化对地表水平位移的影响不大。随采高的增加,“三带”的沉降量均在增加,但增加值较小。上覆岩层受采动影响的范围变化不大。