煤矿采空塌陷导致土地破坏研究——以山西西山矿区为例

1前言采空塌陷是煤矿开采过程中,由采空区顶板岩层在超出其极限单向抗压强度时而发生断裂,其上部覆岩产生冒落、坍塌,延伸到地面形成塌陷坑和塌陷洼地,随着煤矿回采率的提高,采空面积的扩大,地面塌陷的规模和危害程度日趋严重。本文就采空塌陷在山地对土地造成的破坏程度选取部分案例进行分析。2西山矿区采空塌陷对山地的破坏状况采空塌陷对山地的破坏状况以山西省西山矿务局西山矿区为例。西山矿区总面积为982km2,其中生产矿井田总面积437·9km2,各矿目前普遍开采的主要煤层有山西组2#、3#煤层和太原组的8#、9#主煤层,开采方式主要为平硐配…     

贵州省德江县大湾岩溶塌陷成因及防治措施

岩溶塌陷是喀斯特地区常见的一种地质灾害,对生活在易发区的居民来说是一个较大的安全隐患。从贵州省德江县大湾岩溶塌陷区的地质环境条件出发,分析了该区岩溶塌陷的形成原因,认为该区产生岩溶塌陷的基本条件为岩溶发育、有一定厚度松散堆积层、地下水水位大幅度下降;诱发原因为人类采矿工程活动。其主要形成机制有隐伏岩溶连通效应、机械潜蚀效应和降水入渗效应。在分析岩溶塌陷成因的基础上,提出了对地下采空进行回填、在地下水补给方向外的其它方向进行灌浆,形成灌浆帷幕等防治措施。     

基于层次分析法与频率比模型的采空塌陷危险性评价

采空塌陷危险性评价是编制地质灾害防治规划、开展地质灾害防治与监测预警工作的重要依据。本文采用层次分析法与频率比模型相结合构建了采空塌陷危险性评价模型（AHP-PF组合模型）。以沈阳市蒲河-清水矿区为例,考虑了地质条件、地表特征、开采条件等3方面影响因素,选取了第四纪覆盖类型、第四纪松散层厚度、地质构造复杂程度、可采煤层顶板强度指标、煤层倾角、地表沉陷速率、采深采厚比、采空区叠置层数等8个评价指标,利用AHP-PF组合模型计算各指标权重及频率比,最后进行采空塌陷危险性分区。评价结果表明,采空塌陷危险性高区主要集中在采深采厚比小、沉陷速率大及目前仍在开采的区域,该区域是地质灾害防治、搬迁避让的重点区域。     

湖南某矿区岩溶塌陷成因分析与防治对策

湖南某矿区露天开采石灰岩矿形成了2个采石坑。2006—2017年期间,采石坑周边发生了67处岩溶塌陷,给当地村民生产生活造成了严重影响。在阐述该矿区地质环境条件、岩溶塌陷基本特征的基础上,对该区岩溶塌陷的成因机制进行了分析。认为本区溶岩洞隙发育强烈,采石坑长期抽排地下水,尤其采坑溶洞突水是诱发岩溶塌陷的主要因素,其他因素主要是暴雨或长期干旱。同时,提出了尽快关闭本区2处采石坑,并对塌陷坑采用清除填堵法等防治对策,对该地区的岩溶塌陷防治具有一定的指导意义。     

江苏省邳州石膏矿区采空地面塌陷发育特征与防治对策研究

采空地面塌陷是江苏省邳州石膏矿区最主要的地质灾害类型,具有突发性、偶然性、隐蔽性等特点,矿区上方人口密集,耕地、河流分布广泛,对矿区内居民生命财产安全危害较大。在该区以往地质工作研究的基础上,通过对已发生的地面塌陷进行野外地质调查,综合分析了塌陷坑所处的基础地质条件、工程地质条件、水文地质条件、采空区形成历史、塌陷坑的形态、塌陷发展过程和人类工程活动等要素。结果表明: 邳州石膏矿老采空区主要分布于矿区中部及西部,其规格严重偏离房柱法开采规范要求,整体稳定性差,常形成面状地面变形和波状地面塌陷等; 近期采空区主要分布于中部及东部,常形成点状地面塌陷; 巷道开拓区,主要位于中东部新建矿井区,常形成点状地面塌陷及塌陷隐患点。根据国内对石膏矿区采空地面塌陷的治理经验,结合本区实际情况,提出了一系列防治措施,以便有效规避灾害风险。该研究对矿区下一步开展采空地面塌陷治理工作提供了技术支撑。     

山东省岩溶塌陷分布规律及成因机制

选取山东省岩溶塌陷作为中国北方岩溶塌陷的代表,在对其分布规律进行分析的基础上,总结岩溶塌陷成因机制。研究表明:山东省岩溶塌陷受岩溶发育程度、第四系覆盖层结构厚度、断裂构造及地表水系等多种自然因素制约,分布呈现出规律性;在人为因素方面,岩溶塌陷多发生在地下水位陡升陡降及在基岩顶板波动时期。从力学角度出发,岩溶塌陷成因机制以真空吸蚀作用及潜蚀作用为主,多种作用为辅;从影响因素角度出发,在具备岩溶塌陷基础地质背景的前提下,其成因机制主要包含大气降水诱发成因、过量开采诱发成因、灌溉回渗诱发成因及地表重大工程修建诱发成因四种。      

南京市地面塌陷发育特征及影响因素

南京市地面塌陷发生率逐年上升,已成为主要的地质灾害。南京市地面塌陷主要有岩溶塌陷、采空塌陷和工程塌陷3大类型,上世纪主要以岩溶塌陷和采空塌陷为主,近年来,随着城市基础设施建设的扩建,工程塌陷的发生率和破坏性逐渐增加。     

矿坑排水与岩溶地面塌陷的关系

浙江省某岩溶矿区南部洼地先后发生6处地面塌陷,引发了当地居民的恐慌。矿区排水是唯一地下水开采活动,为分析塌陷区与矿区之间的水力联系,遂在研究区全面布置地下水监测系统。通过对比分析观测水位、矿坑排水量及当地降雨量数据,探讨地面塌陷与矿区排水之间的关系及其潜在成因。研究表明,研究区岩溶地下水动态变化整体保持一致,受降雨、矿坑排水等综合因素影响。北部矿区和南部洼地存在岩溶连通管道,两者在雨季水力联系微弱、旱季水力联系密切。经长期径流潜蚀作用,〖JP2〗导致区内地面塌陷区灰岩顶板岩溶发育处上覆土层出现土洞,当矿区排水量急剧增大时,南部洼地岩溶水位大幅度下降,使得土洞中出现负压、上覆土层所受浮托力降低、孔隙水与岩溶水补排关系改变,在多种效应共同作用下,土洞最终形成地面塌陷。      

窑街煤矿采空塌陷形成机理及其发育规律研究

通过对窑街煤矿采空地面塌陷的实地调查,结合历史资料的研究成果,分析了采空地面塌陷的形成机理及其发育规律,对窑街煤矿采空塌陷区的稳定性做出了评价,在窑街矿区的地面塌陷治理中具有指导意义。     

武汉市工程施工引发岩溶塌陷机理分析

文章对武汉市岩溶塌陷进行了全面梳理,主要对由工程施工引发的岩溶塌陷进行了归纳总结,按施工类型将其分为4大类,对其在不同地质条件下引发岩溶塌陷的成因机理、致塌模型进行举例分析,得出结论:钻探施工诱发的岩溶塌陷以岩层顶板破坏—垂直渗压致塌模式及崩解—土洞顶部破坏—加载致塌模式为主;桩基础施工以岩层顶板破坏—渗流液化致塌模式为主;抽排地下水诱发的岩溶塌陷为潜蚀-吸蚀致塌模式,荷载振动诱发的岩溶塌陷为潜蚀—振动—加载致塌模式。武汉市岩溶塌陷以钻探、桩基施工诱发为主,因其容易破坏岩土体结构、水动力条件,具有猛烈而快速的特点;抽取地下水影响范围较广,隐蔽、不易察觉;振动荷载只能作用于土洞形成后。      

疏干排水矿区闭坑后岩溶塌陷形成机理探索——以湘中地区恩口煤矿为例

恩口煤矿已关停20年,地下水位已恢复,但地面塌陷灾害时有发生,为了探讨恩口煤矿闭坑后的岩溶塌陷成因机理,总结水位恢复中与恢复后的致塌模型,文章梳理了恩口煤矿区岩溶塌陷的时空分布、土体结构等基本特征,着重于分析煤矿闭矿后岩溶塌陷的发生与地下水位恢复过程的相关性,提出水位恢复中与恢复后2个阶段发生岩溶塌陷的成因机理与致塌模式。第1阶段,主要致塌模式为浮托—软化型,理论模型来源于基坑突涌的产生条件公式,发育地段主要集中在以往塌陷密集分布区,与采矿降水过程中加速土洞的形成相关,塌陷发生的数量明显低于疏干排水过程;第2阶段,致塌模式为潜蚀—失稳型,是指由地下水位在岩土界面自然波动引发的岩溶塌陷,仅零星发生。文章为娄底市进行地质灾害易发性、危险性评价与防治规划,提出科学、经济、可行的防治措施与建议,同时,为湘中类似地区的岩溶塌陷预测与防治区划提供参考。      

淮南舜耕山岩溶塌陷发育特征及形成机理研究

淮南市舜耕山地区位于华北板块南缘,岩溶地貌发育且岩溶塌陷地质灾害时有发生,给区内人民生命财产安全带来极大隐患。本文通过对区内碳酸盐岩裸露区和覆盖区岩溶野外地质勘查、岩溶塌陷特征统计、构造及水文地质条件分析,总结本区岩溶塌陷发育机理。结果表明:裸露型碳酸盐岩区岩溶塌陷发育主要受本区多期构造运动以及岩性组合的影响,岩溶塌陷发育构造形迹呈NW向居多,并多发育在可溶岩与非可溶岩界面处,以构造破坏-潜蚀为主;覆盖型碳酸盐岩区岩溶塌陷发育多为地面构筑物增加导致静荷载增加以及矿区强排水诱发的塌陷,以有效应力破坏-真空吸蚀为主。      

山西高阳煤矿奥陶系峰峰组含水层赋存特征

高阳煤矿主采太原组9-10-11#煤层,矿区内断层、陷落柱发育,奥陶系灰岩溶裂隙水是威胁矿井安全开采的主要水源。据井下突水资料及地面水文地质勘探成果,总结出奥陶系峰峰组岩溶裂隙含水层的赋存特征:①从垂向上看,一段以泥灰岩、石膏、硬石膏为主,为相对隔水层,二段由青灰色及黑色厚层状泥晶、粉晶灰岩组成,钻探可见岩溶裂隙,富水性中等;②从水平方向上看,西部埋藏较浅区富水性明显强于中、东部深埋区,且在向斜轴部出现滞流区;③水位西高东低,相差近300m;④顶部存在隔水层段,隔水层厚度一般3.09~34.01m;⑤水位和水化学特征对比发现,峰峰组与马家沟组含水层没有水力联系;⑥地下水总体自西向东,自北向南径流,侧向径流排出井田外。该研究为煤矿底板水的防治提供了依据。     

安徽省沿江地区典型岩溶塌陷区盖层－岩溶组合特征

安徽省沿江地区（铜陵、池州、安庆）岩溶塌陷地质灾害较发育,无论是开展岩溶塌陷地质灾害防治,还是监测预警,都必须研究岩溶塌陷发育的地质环境条件,掌握岩溶塌陷区盖层工程地质特征、下伏碳酸盐岩岩溶发育特征以及盖层－岩溶组合关系。文章以安徽省沿江地区岩溶塌陷为研究对象,在全面收集和总结区内大量岩溶塌陷调查、勘查及监测资料,野外调查典型岩溶塌陷区的基础上,分析了典型岩溶塌陷区盖层工程地质特征、下伏碳酸盐岩岩溶发育特征,并进行概化处理,建立了岩溶塌陷的盖层－岩溶组合地质模型。研究表明:区内典型岩溶塌陷区的组合主要有7种类型,最易产生岩溶塌陷的组合为“第四系盖层为粉质黏土－砂砾卵石双层结构,下伏基岩岩溶发育中等以上”;岩溶塌陷致塌机理主要为潜蚀致塌,其次为真空吸蚀致塌、振动致塌。      

The karst collapses induced by environmental changes of the groundwater and their distribution rules in North China

China, whose distribution area of karst region reaches about 3.63 million km², is one of the countries that have the widest karst collapse development. In modern-karst collapses, the karst collapse induced by water environment is an important type in karst collapses of North China. This paper completed a systematic study on the relations between groundwater environmental transformation and karst collapses and their distribution rules in northern China and found out that the karst collapses in northern China are closely related to the change of groundwater environment, which increased along with the declining groundwater levels and increasing hydraulic gradient. Meanwhile, it was also found that in all cases of collapse caused by underground-environmental change of northern China, pumping collapses in urban areas appeared to be the commonest and strongest among modern-karst collapses with 20 regions and 796 mining pits in total, which account for 30.7 and 58% of artificial collapses, respectively, followed by collapses that were induced by mining draining and inrushing water with 33 regions and 282 mining pits, accounting for 20.4%. In addition to the conditions listed above, there were also a few water caving collapse and leakage collapse.     

疏降地下水引起地面塌陷浅析--以淮南煤矿区为例

以淮南西部矿区为例，介绍了该地区自20世纪60年代开采煤矿以来，由于疏降地下水，引起的地面塌陷。为了研究灰岩水动力场规律，先后在该区进行多时段、多水平放水试验。研究表明，覆盖粘土层、岩溶及人工疏降地下水，是该地区岩溶塌陷形成的基本条件。通过对粘土盖层性质、疏降地下水岩溶塌陷演化过程及塌陷机理与对应阶段过程综合分析，结合区域地质条件，掌握了塌陷点的分布规律。对目前西部地区塌陷“复活”、整治及未来城市规划，提出了建设性建议。     

珠三角丘陵山区岩溶塌陷发育特征及地质模式—以广州北部为例

岩溶塌陷是珠三角岩溶区主要的地质灾害之一。本文以广州丘陵山区为研究区,利用2016~2018年1:50 000环境地质调查成果,分析岩溶塌陷发育现状和特征,研究岩溶塌陷形成地质模式,并提出防治措施建议。结果表明：广州丘陵山区累计已发生岩溶塌陷地质灾害35处,空间分布上具有集中性和反复性特征,时间分布上具有持续性和周期性特点;岩溶塌陷均为碳酸盐岩型的小型土层塌陷,以人为因素诱发为主,自然因素诱发为次,主要危害形式为建筑损坏和农田破坏;岩溶塌陷形成地质模式主要有潜蚀效应致塌,潜蚀、失托增荷和吸蚀效应叠加致塌,潜蚀和振动效应叠加致塌和潜蚀和垂直渗压效应叠加致塌等四种;从上层决策和工程技术角度提出了岩溶塌陷防治措施,为打造广州北部生态农业区和生态公园,建设美丽宜居岭南乡村提供地质科学依据。     

山东省泰莱盆地岩溶塌陷发育特征及形成机理

泰莱盆地位于山东省中部,截止2013年底,盆地内共发生有记录岩溶塌陷97处,161点次,严重威胁人民生命财产安全。文章在总结前人研究基础上,结合最新调查、监测成果,研究了泰莱盆地岩溶塌陷的分布特征、地质结构模式及其形成机理。结果表明:盆地内岩溶塌陷点多集中分布于岩溶地下水降落漏斗及其影响范围内;塌陷点分布受构造控制明显;塌陷区第四系厚度一般小于30 m,下伏基岩主要为奥陶纪灰岩;80%以上的塌陷集中发生于汛期。根据岩溶塌陷点土层结构、地下水动力条件的不同,建立了3种岩溶塌陷的基本地质模式:单层、双层和多层结构土层岩溶塌陷,其中单层结构土层岩溶塌陷的形成历经“真空吸蚀-崩解剥落-塌陷”3个阶段;双层土层结构岩溶塌陷形成演化过程可概括为“渗透变形-崩解垮塌-塌陷”或“真空吸蚀-渗透变形-塌陷”3个阶段;多层结构土层岩溶塌陷历经“真空吸蚀-渗透变形-崩解垮塌-塌陷”4个阶段。      

Palaeo-karst collapse pillars in northern China and their damage to the geological environments

According to statistics, there are a total of 39 sites of palaeo-karst collapse pillars in Northern China, as well as 3,650 palaeo-karst collapse pillars. Through an overall survey and analysis of the distribution regularities and formation mechanisms of palaeo-karst collapse pillars in the northern coal mine regions, this paper found that the rock formation structures, geological structures, karst characters, underground hydrodynamic conditions of karst and neotectonic movement conditions are basic geological bases for the formation of karst collapse pillars and rule the distribution of them. Karst collapse pillars apparently have three south–north regularities in terms of distribution, and they have resulted in severe damages to geological resources and environment in their distribution areas: mine water inrush causing and coal resources damage and influencing the impounding of reservoirs as well as the stability of dam sites. Based on the basic geological features of palaeo-karst collapse pillars in northern China, this paper also introduces the new methods of integrated prospecting of successive approximation to determine hydraulic conductivity of palaeo-karst collapse pillars.     

重庆中梁山岩溶地面塌陷特征及形成机理

通过详细调查重庆中梁山地区的岩溶地面塌陷灾害情况,分析出该区地面塌陷特征及形成机理。结果表明:岩溶地面塌陷主要分布在嘉陵江组中的地势低洼处、断层和溶槽处,多发生在降雨量大和地下水水位陡降时期,是自然因素和人类活动共同作用下的结果,数量较多,以土洞型为主;其致塌的力学机制以真空吸蚀作用和潜蚀作用为主,多种作用为辅;在具备岩溶塌陷发生的地质条件下,隧道建设过程中的强排水、降雨和村级公路修建与运营过程中会诱发岩溶地面塌陷的发生。根据岩溶地面塌陷的致塌力学机制和诱发因素,提出预防降雨形成的地表水过度聚集,隧道建设避免地下水陡降,村级公路和隧道选址避开岩溶发育区域等措施,以防止岩溶地面塌陷发生。