1. 引言 (Introduction)
- 背景：讨论了在地下煤矿开采中，准确预测地面沉降的重要性，特别是在多煤层开采（multi-seam mining）的情况下。
- 研究目的：比较使用不同的本构模型在有限元方法（FEM）中预测单煤层和多煤层长壁工作面（longwall panels）上方地表沉降的效果。
2. 长壁面宽度 (Longwall panel width)
- 长壁开采技术：介绍了长壁开采技术的分类，包括次临界（sub-critical）、临界（critical）和超临界（supercritical）长壁面。
- 临界宽度：定义了临界宽度，并讨论了它如何依赖于顶板岩层的地质特征。
3. 数值预测的沉降 (Numerical predictions of subsidence)
- 三维模型与二维模型：讨论了三维模型在构建和计算上的困难，并提出了使用二维模型来近似预测沉降剖面的方法。
4. 单煤层开采 (Single seam mining)
- 几何模型：研究了一个超临界长壁面的单煤层开采，考虑了两种模型：空腔模型（Cavity Model）和采空区模型（Goaf Model）。
- 材料行为：使用了三种不同的本构定律来模拟顶板岩层的力学响应，包括各向同性线性弹性体、弹塑性体和水平层状材料。
- 沉降预测：使用ABAQUS软件包对单长壁面的开采进行了预测，并根据三种不同的本构模型分别呈现了结果。
5. 多煤层开采布局 (Multi-seam mining layouts)
- 多煤层开采的可行性布局：讨论了两种特定的多煤层开采布局：堆叠式（stacked）和交错式（staggered）。
- 沉降预测：只提供了交错式多煤层开采的沉降预测结果，并讨论了这些预测与实际测量值的比较。
6. 多煤层沉降案例研究 (Multi-seam subsidence case study)
- 案例研究：将数值模拟的沉降预测与澳大利亚新南威尔士猎人谷Blakefield South矿区的多煤层开采操作的实际地表沉降观测结果进行了比较。
- 讨论：分析了有限元模型在预测多煤层长壁面上方沉降剖面时的局限性，特别是在预测第一个煤层的链柱附近地表沉降变化时。
7. 结论 (Conclusions)
- 研究发现：当顶板和中间岩层被建模为由平滑水平界面分隔的水平层状材料时，预测的沉降剖面与典型的现场测量结果最为吻合。
- 模型应用：有限元模型能够合理预测由于顶板和中间岩层的弯曲而形成的沉降剖面，但未能成功预测第一个煤层链柱附近的地表沉降变化。
- 未来工作：需要进一步的研究来更精确地匹配多煤层长壁面上方测量的最大和最小沉降位置。
文章通过对比不同的本构模型在有限元方法中的应用，提供了对单煤层和多煤层长壁开采引起的地表沉降预测的深入理解，并讨论了模型的局限性和实际应用中需要注意的问题。
