煤炭能源在我国的能源体系中一直占据着十分重要的位置,中西部地区已经成为我国煤矿能源的主要产区,而鄂尔多斯盆地又是中西部地区中的主要产煤地。随着地下的煤炭资源的不断开采,地下逐渐形成了采空区,而采空区所引发的地表沉陷等一系列问题也影响着人民的生产与生活质量。对煤层采出后上覆岩层中的岩体运移规律、应力变化及引发的地表沉降的研究有助于我们更加合理的开采煤矿资源,减少煤层开采后所引发的地表沉陷等一系列的问题,对实现我国煤矿的安全与绿色开采及保障人民的生产生活安全有着十分重要的意义。本文选取鄂尔多斯东胜煤田西部的塔然高勒矿区作为研究区,通过采取野外调查、物理力学试验、理论分析、相似模拟及数值模拟等手段,运用工程地质、水文地质等方法,综合研究了塔然高勒矿区3-1,4-1煤层的开采引发的上覆岩层中的应力变化、岩体运移规律及地表沉陷特征,并分析了3-1煤层开采对其上覆岩层中的铜矿开采所带来的影响,计算了由煤层开采引发的地表沉降值与上部损害岩体的发育高度,并将传统理论计算、相似模拟计算与数值模拟计算的结果进行综合对比,验证了结果的准确性。取得主要成果如下:(1)根据塔然高勒矿区不同矿井的勘查资料,采用“三带”理论对煤层开采后的上覆岩层的裂隙带与冒落带高度进行计算,得出当同时对3-1及4-1煤层同时开采时,冒落带与裂隙带高度之和可达138.67m,而煤层顶板到铜矿层底板之间的平均距离为130m,因此当对3-1,及4-1煤层同时开采时会引发上覆的铜矿层底板的力学性质与隔水性,对铜矿的开发带来影响。(2)随着开采面积的增大,铜矿层产生较大的剪应力,塑性区(达到力学强度)的范围也逐年增加,铜矿层在第二年之后产生塑性区(破坏),可能出现断裂、破碎。(3)对3-1煤层进行开挖,第五年时铜矿层底板最大位移为87.6cm,地表最大位移为83.3cm;对4-1煤层开挖时,第五年时铜矿层底板最大位移为62.4cm,地表最大位移为54.5cm;对3-1煤层和4-1煤层同时开挖时,铜矿层底板最大位移为132.6cm,第五年时地表最大位移为130.1cm,可见多层开挖引起的位移并非单层开挖时的简单叠加。(4)塔然高勒矿区3-1和4-1煤层的开挖势必会影响到其上面的铜矿层,只是开采的区域大小不同影响的范围和厚度就不同。考虑到煤矿开采必须要先行降水,将会破坏铜矿的赋存环境,而开采形成的塑性区一旦发展至铜矿底板,同样破坏了铜矿的隔水底板,改变其水文地质环境和赋存环境,因此建议开采煤矿之前应做好工作方案和应急预案,建立安全评估,以免造成铜矿层的破坏。更多还原