黄陵2号煤层采空塌陷变形对村庄稳定性影响研究

黄陵东方煤矿的采空塌陷引起附近村庄房屋裂缝及地表变形破坏,严重影响当地群众的生产生活安全。通过现场调查、井下测量、勘探等方法,确定了村庄周边采煤采空的分布,分析了采空塌陷诱发的地表变形破坏特征以及村庄房屋的变形破坏程度。在此基础上,借助开采条件判别法与概率积分法,确定并预测了采煤采空地表移动变形范围及发展趋势,为地表变形破坏治理及村庄房屋翻修或异地搬迁提供科学依据。     

抚顺煤田东部地表变形特征及成因机制分析

根据现场调查、勘查成果,在煤田地质环境条件分析的基础上,通过地质构造特征和水文地质特征的分析,总结了老市政府-榆林桥南-天湖桥南地区的地表变形特征。受采煤活动引发的断层活化效应作用,榆林桥南地区地表变形最为强烈,伴随地面沉陷发育有4条地裂缝,其次为老市政府地区发育有一条地裂缝,而天湖桥南地区未见采煤活动引发的变性破坏。在此基础上划分出硬岩区倾倒拉张破坏型、软岩区地表移动沉陷破坏型、浅层地表塌陷破坏型3种成因破坏模式,最后从岩体的长期蠕变效应、地质构造差异效应、采充效应、充填体低刚度效应、采煤的采空效应、重复采动效应、矿震效应等方面总结了变形影响因素。总体而言采煤活动是直接的主要诱发因素是外因,地质结构是控制因素是内因,二者相互作用缺一不可。     

虎头石煤矿土地整理地表沉陷稳定性评价

已闭坑多年的凌源市虎头石煤矿矿区范围内要实施土地整理项目,为确保土地整理工程安全,对其进行地表沉陷稳定性评价。本文通过虎头石煤矿采空区的采深采厚比及采空区埋深与覆岩破坏高度大小判断地表变形是否连续,采用概率积分法进行地表移动变形计算,通过地表移动延续时间和地表移动变形分析和评价矿区采煤沉陷稳定性,为类似煤矿地表沉陷稳定性评价提供参考。     

太原市西山地质灾害成因与防治

1引言太原西山煤田是山西省六大煤田之一。也是全国的焦煤生产基地之一。该区属大陆性季风气候,冬季干燥寒冷,夏季炎热多雨。地下水主要接受大气降水补给。构造上,该区位于吕梁-太行断块的中西部,太原断陷盆地西侧。控制性构造为关帝山穹隆,山高坡陡,沟壑纵横,沟谷深切多呈V字形。缓坡及低山地区有黄土,陡坡处岩石裸露。山体多由石炭系、二叠系砂岩、页岩和第四系黄土组成。2地质灾害现状煤田范围内的地质灾害主要是由于地下采煤引起的采空区上方岩层移动波及地表,而使地表产生移动、变形和破坏[1]。当采煤引起地表大范围的塌陷或地表附加…     

芦沟煤矿32采区水体下采煤的可行性

芦沟煤矿32采区大部分位于五星水库水体下,为了提高煤炭资源的回收率,通过导水裂缝带高度计算及地表移动变形的预计,对芦沟煤矿32采区水体下采煤的可行性进行了研究。结果显示,32采区煤炭开采不会对水库的水体造成直接的影响,32采区在水体下采煤是可行的。建议在采掘过程中加强断层及水文地质勘探,留设合理的防隔水煤柱;根据地质采矿条件,采用合理的开采速度。      

贵州水城煤矿上覆岩层破坏机理及地质环境灾害预测

山区煤矿地质构造复杂,采煤导致矿区地表变形形式与平原地区有很大差异。以贵州水城煤矿为例,依照其工程地质条件及开采方式,选取贯穿矿界的3条地质勘探剖面,利用FLAC3D有限差分软件对开采过程进行数值模拟,预测采煤引起上覆岩破坏机理和地表破坏形态。研究结果表明:前期阶段上覆岩层破坏和地表下沉最为明显,随着采区向深层延伸,地形起伏增大,倾斜的覆岩组合特征和岩性发生改变,地表不会形成类似平原地区的沉陷盆地和沉陷漏斗,而是产生大量裂缝;上覆岩层破坏表现为出现贯通的拉张裂隙带,尤其在沟谷等应力集中区域更为明显,将会改变矿区原有水文地质条件,不排除局部地表水出现疏干的状况。最后结合上覆岩层变形量及破坏机理,对采区可能引发的地质环境灾害进行了预测。研究成果对山区煤矿土地复垦和矿山地质环境评价提供了参考。     

群矿采煤条件下水资源与水环境的变化与预测

以往针对单个煤矿采煤对水资源或水环境研究较多。利用煤田区5个井田和6个生产矿井资料,从水循环、水量、水质角度综合分析群矿采煤对区域水资源与水环境的变化并在此基础上进行预测。结果表明,不同标高同时开采,开采面积逐渐扩大、开采深度逐渐加深和开采强度不断增大,不同埋深的含水层逐渐被疏干,形成以矿井为中心的地下水降落漏斗群,最终形成200 km~2的巨大地下水漏斗,十个煤矿排地下水共3.67×10~7m~3/n。天然水循环在群矿采煤活动中被破坏或打乱,补给、径流和排泄均发生变异。群矿采煤活动中地表径流和老窑水通过采煤形成的裂缝与塌陷带渗漏入矿井中,致使地表径流量减少,地下水系统和地表水系统也随之改变,地表水资源和地下水资源受到不同程度的影响和破坏。尤其是矿井抽排水、老窑积水与渗漏、煤矸石淋漓、酸性水及固体废弃物随着地下水和地表水迁移和扩散,使地下水环境和地表水环境受到不同程度的破坏与污染,且随着采深加深而逐年恶化,加大治理修复难度。     

巨厚松散层下开采地表损害机理研究

在巨厚松散层综放开采条件下,地表移动变形呈现自身的特点和变形规律。基于赵家寨煤矿地质采矿条件,描述了巨厚松散层下地表出现的周期性裂缝、台阶、塌陷坑等非连续变形的破坏特征。分析了地表出现非连续变形的破坏机理。借助数值模拟分析的手段,探讨了不同松散层开采条件覆岩应力集中区域、应力释放区域、应力集中系数的变化规律。结果表明,在巨厚松散层开采条件下,应力变化与松散层性质是造成地表出现非连续变形的主要因素,从而为厚松散层下"三下"采煤提供了参考。     

山西若干矿区采煤引起的地表变形问题

本文通过对采煤后地表移动和破坏的破坏条件、形式、特性，影响因素等方面的研究，对山西省部分矿区的地表变形进行了论证。     

厚松散含水层下固体充填采煤岩层移动控制与实践

为了避免近厚松散含水层下煤层开采地下水溃入工作面,对五沟煤矿CT101工作面采用固体充填采煤技术,通过FLAC~(3D)数值模拟软件分析了固体充填采煤地表下沉、岩层移动、支承压力分布和覆岩破坏高度特征,在此基础上,揭示了固体充填采煤岩层变形破坏过程。研究结果表明,固体充填能大幅度减小岩层和地表的移动变形,降低工作面周围支承压力和导水裂缝带高度;固体充填采煤上覆岩层移动变形分为未充填采煤、固体充填体填入和充填采煤推进3个阶段,充填前顶板弯曲变形产生微小断裂,充填后固体充填体支撑了悬露的顶板,限制了顶板进一步断裂。最后通过现场工程实践,得出CT101工作面充填综采工作面的岩层移动控制效果良好,导水裂缝带高度仅为9. 58 m,实现了厚松散含水层下煤层的安全开采。     

基于InSAR技术的缓倾煤层开采诱发顺层岩体地表变形模式研究

贵州贞丰县某煤矿开采煤层以向斜缓倾的三叠系上统火把冲组（T3h）为主,与贵州省大部分煤矿开采的背斜反倾煤层不同,其采矿活动诱发的地面沉降和滑坡风险亦表现出不同的变形破坏模式(背斜反倾煤层易诱发倾倒崩塌、顺层缓倾煤层易诱发地面塌陷与滑坡)。论文利用升、降轨观测的共15期3 m空间分辨率L波段PALSAR -2 SAR为数据源,开展了多期地表变形D -InSAR测量,确定出变形发生的位置、范围与滞后时间。经实地调查验证,InSAR解算结果较好地吻合了矿区开采范围和地表破坏情况,证实了InSAR在煤矿区识别时序性地表形变的准确性。进而分解计算了地表三维变形,并通过与地下开采范围和过程的相关性分析,深化了对该地区缓倾煤层地下开采诱发的顺层滑坡变形模式的认识:（1）InSAR可以识别计算出采矿区地表变形的范围与沉降量,矿区变形在干涉影像中表现为以采空区地表为中心向四周扩散的圆环状变形条纹;（2）地表变形区域覆盖地下采空区上方及附近地表区域,根据地表变形情况与地下采空区范围计算出该地区上山边界角约70°、下山边界角约58°;（3）地下采空与地表沉降变形存在约30 d的时间滞后;（4）顺层地下采空引发的地表水平移动方向受地层产状、地表坡向共同作用,水平向为沿层面的顺层滑移与向沉降中心汇聚的合成运动结果;（5）沿层面的顺层滑移与地表坡度因素叠加造成采空区地表上山侧岩石受拉产生拉裂缝,下山侧则易产生塌陷坑及裂缝。     

东胜矿区哈拉沟井田地质灾害危险性评估

在详细调查研究区内地质灾害现状的情况下,对采煤引起的覆岩破坏、地表变形等进行了预测,并采用模糊综合评判二次评价模型对地质灾害危险性进行了综合预测。结果表明,研究区地质灾害现状不发育,但井下采矿工程对地面建筑物的危险性大,易引发崩塌、地裂缝、地面塌陷等灾害;预测地质灾害危险大区分布于井田北部、东部和南部,危险性中等区则位于井田中部。预测结果对于矿井的安全生产具有一定的指导意义。     

冷水江市布溪开发区工程地质特征及地面稳定性评价探讨

冷水江市布溪开发区地下埋藏有可采煤层,浅部开采结果造成了地表移动,并产生了明显的下沉盆地,地表移动与变形极为强烈,地表产生了大量的非连续性变形,地面建筑物有的受到了严重破坏。因此,开发区今后在采煤条件下是否可以进行建筑,是否可作为新区开发?通过地表移动与变形分析预测,确认该区今后开采时地表仍将产生一定程度的变形与破坏,但其程度远较以往开采浅部时轻弱,同时在对策上论证了采取可靠的加固措施及有效的开采技术措施,可大大地减轻地表变形与破坏,该区是可以作为新区开发的。     

崩塌诱发其下部滑坡变形过程的分析研究

崩塌冲击或崩积物重力加载作用都可能诱发坡脚滑坡的变形或失稳。在查明坡体结构的基础上,采用3DEC离散元数值模拟方法,对高陡斜坡在地下开采作用下崩塌所产生的机理、失稳模式、破坏规模、运动轨迹进行了全过程模拟,特别是斜坡失稳后和坡脚滑坡的相互作用效应进行了深入分析。结果表明:通过地下开采诱发的崩塌过程模拟及其研究,发现斜坡在地下开采的扰动下会产生大规模的崩塌,其滚石会对滑坡体产生强烈的冲击作用,且所形成的崩积物会对滑坡体产生重力加载作用。再通过监测数据以及现场收集的资料分析得出滑坡的蠕滑变形主要是由于崩积物重力加载作用引起的,且有继续变形的趋势,在暴雨季节时,滑坡的变形速率可能会增大,有潜在大规模滑动的危险,需做好相应的防护工作。     

澄合矿区煤心破碎原因浅析

澄合矿区位于渭北煤田中部,地质勘查时,发现从钻孔中较难采取到柱状或块状的煤心煤样,煤样疏松,多成为碎块状,甚至粉末状。基于地质构造、地层岩性和煤层特征的研究,认为该区煤心煤样破碎的主要原因一方面是由于在成煤过程中煤中的镜质组物质在煤化过程中受到温度、压力的影响,内生裂隙发育所致,另一方面是成煤后期地质构造的改造和破坏作用形成的,钻进时采用的钻压、转速、泵压和取煤器是次要因素。煤心煤样的破碎可从可磨性试验和邻近的煤矿井下采煤中得到佐证。建议以后在该区的勘查时采用单动双管取煤器。     

缓倾层状结构高陡采动斜坡变形特征研究

采空区深度、平面位置等控制缓倾层状结构采动斜坡的变形特征,直接影响采动斜坡整体稳定性。近年来,国内外学者针对地下采煤引起上覆岩体变形开展了大量研究,但目前采空区特征对斜坡关键位置的影响作用揭示还不够深入。贵州省发耳煤矿尖山营变形体是典型的缓倾层状结构采动斜坡,具有上陡下缓、上硬下软的特征。文章以发耳尖山营变形体为例,采用地质过程机制定性分析和数值模拟方法研究了多层开采与不同深度单层开采对斜坡变形的影响,揭示采空区宽度、深度及深厚比等参数对斜坡变形特征的影响。结果表明:多层开采导致斜坡坡脚破坏和整体塌陷,引起斜坡产生显著向坡外的水平位移,导致竖向位移远大于煤层开采总厚度;采空区跨越坡脚致使开采深厚比急剧减小,采动裂隙更易扩展至地表,是坡脚附近岩体产生破坏的重要因素;采空区宽度增大、多层采动会显著加剧斜坡变形,采空区深度增加可减小斜坡变形量值,但显著增加变形范围。在地形起伏强烈地区采煤,通过优化工作面布置,防止开采深厚比急剧减小、控制采空区宽度、避免重复采动以及开采更深部煤层对斜坡稳定性有利。     

高水材料充填技术在减小地表沉降中的应用

高水材料用于采空区充填有着工艺简单、凝结速度快、性能稳定等优点。采用建立地表沉降观测站方式,研究了用高水材料充填采空区后地表沉降变形规律。结果显示,充填后地表的下沉量明显减小。2009年5—12月,充填后地表最大下沉值为165.6 mm,月平均下沉20.7 mm。该方法用于减小开采引起的地表沉降,比传统的充填方法效果明显。      

陡倾矿体充填法开采引起地表移动的实例分析

监测表明,长期采用充填法开采的大型金属矿山也会发生显著的地表变形破坏现象。为了掌握金川镍矿地下开采引起的地表移动、变形和破坏规律,借助GPS技术作为地表移动的监测手段,建立了覆盖矿区地表的GPS监测网。持续的监测数据表明,金川矿区地表最大沉降量已达2400mm左右,以现场调查与地表长期监测数据为依据,给出了地表移动的范围与特征,分析了与岩体移动、变形和破坏现象发生相关的条件和规律,并提出了一些具有预测性的观点,为工程地质-岩石力学条件大致相同矿山的工程技术人员和研究人员提供了一个有借鉴意义的实例。     

基于InSAR三维分解技术的贵州省贞丰某煤矿地下采空区反演

贵州是我国主要煤炭产地之一, 成本与地方条件的限制使贵州贞丰县山区出现大量的非法小煤窑, 其大多开采一年、半年便废弃煤矿, 调查其地下开采范围对矿区生态修复、土地资源再利用、煤矿越界开采监测等有一定意义。本文利用升、降轨观测共16期3 m空间分辨率的L波段PALSAR-2影像为数据源, 在贵州省贞丰县采用InSAR技术对煤矿采空区开展了短期动态地表沉降监测, 结合研究区地质条件、地下开采条件、开采时间、范围等信息, 计算了该地区煤矿开采沉陷影响角的规律与变形时间滞后关系; 而后利用上述参数及地表变形信息, 在其附近一处废弃煤矿, 对其地下采空范围及开采时间进行反演:(1)研究区煤炭开采走向影响角为83°、上山影响角75°、下山影响角80°, 地表变形时间与地下开采时间差约1个月; (2)计算反演出研究区废弃煤矿地下开采范围为380 m×150 m; (3)在反演煤矿采区, 对比FLAC3D数值模拟计算结果和野外现场调查, 验证了InSAR计算结果基本准确, 验证了此方法对煤矿采区反演的合理性与可靠性。     

山区平缓采动斜坡裂缝成因机制研究

西南山区采动斜坡多具有高陡临空地形、“上硬下软”坡体结构、岩层平缓、陡倾节理面发育、开采活动强烈等特点,往往发育与采空区边界对应的宽大裂缝,未见明显的移动盆地,形成机制复杂。本文以贵州都匀市接娘坪变形体为例,通过数值模拟分析了采动斜坡裂缝成因机制。研究结果表明,受坡体内煤层采空及高陡临空地形影响,斜坡覆岩沿陡倾节理开裂并一直向上延伸到地表,随着重复采动的进行,裂缝开裂程度增大,有向临空面倾倒破坏的趋势,斜坡未形成明显的沉陷盆地。斜坡裂缝形成演化过程包括开采扰动-坡顶拉裂-裂缝加剧等3个阶段,斜坡在多煤层重复采动条件下裂缝变形经历4个阶段,即初始变形阶段、缓慢变形阶段、急剧变形阶段、稳定变形阶段。