煤炭资源在全部的能源应用中占比最大,我国煤炭资源储量丰富,煤炭资源在开发利用中形成了大量的采空区,随着我国城市化进程,城市扩张,采空区地表土地资源利用问题迫在眉睫。本文通过室外钻井探查采空区地层特征和采集地层岩心,然后进行物理力学试验测试地层物理力学参数,验证采空区计算断裂带和垮落断裂带发育高度的资料总结公式,结合地质调查建立研究区三维仿真模型,通过理论分析、数值模拟、现场监测、数据分析等方法,研究采空区沉降机理和采空区地表承载能力,完成了以下工作:(1)开展钻探和勘查工作,基本查明勘查区内上覆岩层“三带”发育高度或留设煤(岩)柱完整性,优化本区的“三带”发育高度计算公式。然后进行物理力学试验等测试工作手段,获取采空区顶底板和上覆岩层物理力学参数,为数值计算做准备。(2)在具有代表性的区域开展采空区地表移动变形监测工作,基本查明不同地段采空区地表移动变形规律,基本确定现有煤炭资源采空区的剩余变形量。(3)有效融合水文地质、工程地质、岩土力学、结构分析等多手段及多学科交叉的综合研究方法,进行煤矿采空区稳定性综合研究。把开挖作为影响地面沉降的主要因素,建立大区域三维仿真模型,探究开挖对地面沉降的影响。建立典型采空区的精细岩土力学分析模型,结合采空区煤矿开采的施工过程,有效反演验证及重现煤矿开采全过程力学响应变化规律,研究施工过程对矿区区域地质体变形、稳定性的影响,根据煤矿开采现状,对区内采空区地表移动变形进行分析。(4)在大区域矿区开挖后的基础上,在采空区地表施加建筑荷载,模拟构筑物建设后对采空区的影响,研究采空区在地表承载能力,在一定程度上反映城市发展增加的地面荷载对采空区稳定性的影响,为采空区地表土地资源的开发利用提供借鉴。