程潮铁矿西区地表塌陷成因分析

本文以程潮铁矿西区为例,结合矿区的地层岩性和地下采矿情况,系统分析了金属矿山地下开采引起的地下水位变化及地表突发性塌陷的原因。研究表明,地表塌陷主要受地下采矿的影响,在一定的地质水文条件下,地表塌陷时采空区高度与采矿深度呈线型关系;地表变形大小和扩展范围与地层岩性息息相关;连续降雨能诱发地表塌陷。地表塌陷可被分为4个阶段:间歇性向上崩落阶段、裂缝连通及扩展阶段、疏干塌陷阶段、地表塌坑群形成阶段。采空区上部岩体垮落是非充分的,岩体空隙随时间的积累和岩体崩落动态变化,崩落呈间歇性、跳跃性地向上发展。岩体崩落的高度与地层岩性有关,岩体强度越小,完整性越差,每次崩落高度越小,总崩落高度越大。随着矿体的开采,漏斗状水位降形成,地下水位降低不仅与采空区的相对位置有关,还受岩性构造所控制。岩体裂隙的产生及发展贯通为地下水向下流动提供了有利通道,可溶岩不断被侵蚀,粘土及岩屑被地下水容冲刷带走易在地下形成隐伏空区。硬石膏整体变形破坏会造成地下水的突涌,在地下隐伏空区内产生瞬时高负压,诱发地表塌陷。     

程潮铁矿西区地表塌陷成因分析

以程潮铁矿西区为例,结合矿区的地层岩性和地下采矿情况,系统分析了金属矿山地下开采引起的地下水位变化及地表突发性塌陷的原因。研究表明：地表塌陷主要受地下采矿的影响;在一定的地质水文条件下,地表塌陷时采空区高度与采矿深度呈线型关系;地表变形大小和扩展范围与地层岩性息息相关;连续降雨能诱发地表塌陷。地表塌陷可被分为4个阶段：间歇性向上崩落阶段、裂缝连通及扩展阶段、疏干塌陷阶段及地表塌坑群形成阶段。采空区上部岩体垮落是非充分的,岩体空隙随时间的积累和岩体崩落动态变化,崩落呈间歇性、跳跃性地向上发展。岩体崩落的高度与地层岩性有关,岩体强度越小,完整性越差,每次崩落高度越小,总崩落高度越大。随着矿体的开采,漏斗状水位降形成。地下水位降低不仅与采空区的相对位置有关,还受岩性构造所控制。岩体裂隙的产生及发展贯通为地下水向下流动提供了有利通道,可溶岩不断被侵蚀,黏土及岩屑被地下水容冲刷带走易在地下形成隐伏空区。硬石膏整体变形破坏会造成地下水的突涌,在地下隐伏空区内产生瞬时高负压,诱发地表塌陷。     

复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究

地质条件是矿山开采岩层移动的基础,复杂的地质条件常使得地表移动角、沉陷角预测不准,导致灾难性后果。以典型复杂地质矿山程潮铁矿东区为例,以多年地表变形监测结果为依据,对在其特殊地质条件下地表变形和岩层移动的机制进行了分析研究。结果表明,地下采矿是矿区岩体破坏的直接诱因,地下水产生的静水压力和动水压力强化了岩体的变形与破坏;矿区岩体中断层、节理等特殊地质结构是岩体破坏的基础;构造应力场的存在是围岩向采空区产生较大移动变形的主要影响因素;在采矿之初,地表塌陷主要是由地下水疏干引起的;地表大规模塌陷形成以后,地下采空区的扩大是引起地表塌陷的主要原因,但矿区特殊的地质条件对地表塌陷范围的扩展速度有重要影响。     

金属矿山采矿推进与地表变形关系研究

分析金属矿山地下采矿引起的地表变形规律,可为地表变形扩展范围的预测与矿山安全生产提供指导。以程潮铁矿为例,对地下采矿情况的调查以及地表GPS、水准和三维激光扫描数据分析,探讨采空区周界变化与移动线和陷落线对应关系,采矿推进与沉降漏斗扩展之间关系,采矿推进与采空区上方及周边测点的变形规律。其结果表明,从2006−2017年间,随着西区–325、–342.5、–358、–375.5、–393 m水平采空区向不断向东移动,西区移动线和陷落线的扩展主要集中在西区东北部,东部和东南部;沉降漏斗东部有新的漏斗中心发育,沉降漏斗曲线逐渐呈2个漏斗中心的特点。采空区正上方测点变形受地下采矿推进直接控制,当开采测点正下方的矿体时测点变形会明显加速,而采空区周边测点,变形加速则受多种因素影响,并基于监测结果,分析了采空区上覆岩体崩落,通过建立采空区周边岩体力学模型,解释了测点变形规律,所得成果可为其他类似金属矿山提供参考。     

采空区上方斜坡地形塌陷灾害研究——以申家山采空塌陷为例

以梁家山坡(申家山)磷矿采空塌陷为例,分析了地下采矿所引起的斜坡体塌陷的形成原因,即采空区上覆岩体在重力作用下向坡体下方临空面发生变形、破裂和移动,其发育受地质因素与采矿因素共同作用的影响;并用不同经验式估算得出该区内受地下采空区影响的高程范围,证实申家山是由地下采矿引起的采空塌陷。然后将其与盐池河山崩相对比,对二者在外在表现、形成过程及形成原因方面的不同点展开了讨论,二者虽然同样受采空区的影响,但是由于地质条件的不同,导致最终的破坏型式不同。     

基于GPS静态定位法监测数据分析与塌陷特征认识

以采矿工程资料及塌陷区地面变形调查为基础,通过在华亭采煤沉陷区东峡煤矿区部署GPS监测桩,对地表沉陷变形采用静态定位法进行监测,并采用统计图示的手段对监测数据进行统计分析。结果表明:测区范围内垂直移动及沉降量由西向东、由南向北逐步增大;水平移动方向总体指向采空区方向,塌陷边缘地带水平变形小,越接近采空区移动量越大,水平移动变形越大;无论是垂直移动变形还是水平移动变形或是倾斜等监测数据显示,测区内由北向南其地表塌陷程度明显增强,与采煤工作面从北向南推进,采空区逐步向南发展所产生的岩移塌陷规律相一致。测区内地面塌陷垂直移动变形总体呈正态沉陷规律,各地段表现出时空上的差异沉降现象;而水平移动的方向及变形量也有差异性,反映出煤矿采空地面岩移塌陷的复杂性。地面塌陷总体受控于地层岩性、构造条件、采矿方式及采空区大小等,而降雨也可能是地表移动变形的重要影响因素。     

西南煤系地层山区采动型崩滑灾害研究关键问题

文章在分析采矿型崩滑灾害发育特征的基础上，得出西南煤系地层山区地下采动型崩滑灾害常发生在层状碳酸盐岩与碎屑岩地层组成的褶皱翼部和核部的陡崖带上，与地形地貌、地层结构与地下采矿工程活动等因素关系密切，并指出薄矿层开采诱发大型山体崩滑灾害的具体过程:①采空后覆岩顶板塌落—覆岩顶板离层，采空区上覆岩层内部及层间自下而上应力传递；②地下水运移通道形成，并加快更大范围岩体结构破坏及扩展，加速了岩体结构面的松动与破坏；③上覆岩层不均匀沉降导致坡脚压裂，山体大型岩体结构面逐渐拉剪或压剪变形扩展，最终山体发生累积损伤与大规模崩滑灾害。此外，传统经验公式的计算方法对此类采矿型崩滑灾害已不适用，建议开展西南煤系地层山区地质结构与地下采动诱发崩滑灾害的相互作用关系、薄矿层采空区上部山体累积断裂损伤—岩体松动、裂隙扩展-岩溶管道流、裂隙流变化的链式响应机制、地下采动型崩滑灾害评价方法等关键科学问题的研究，以推动采矿型地质灾害防灾减灾工作的发展。      

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。     

陡倾结构金属矿山采空区围岩破坏机制研究

在地下金属矿山开采中会造成采空区围岩变形破坏,影响地下采矿安全。采用现场调查、位移监测、微震监测,并结合理论分析等方法对金山店东区地下采空区的围岩破坏机制进行研究。考虑水平构造应力和崩落岩体的影响,基于极限平衡理论和能量法分别得到上下盘采空区围岩破坏机制,即倾倒滑移破坏和溃曲滑移破坏。上盘和下盘围岩在陡倾结构面的切割作用下,分别形成反倾结构和顺倾结构。在水平构造应力作用下,上盘陡倾结构岩体向采空区侧发生倾倒破坏,岩体变形破坏进而导致F4断层活化。随着采矿的深入,破坏的岩体数量和范围不断增加,形成一个深部滑动面,并穿过F4断层。下盘采空区围岩在水平构造应力作用下诱发了矿体边界处F1断层滑移,同时引起顺倾结构岩柱发生溃曲-滑移破坏,沿着节理面形成滑动面。     

“5·12”汶川地震震后龙门山山前地表塌陷成因探讨

“5·12”汶川地震20余天后,在四川省安县的安昌镇东南的李家院子村附近陆续出现了几十个地表塌陷坑并持续扩大。本文以李家院子地表塌陷坑群为研究对象,根据其所在的地层、岩性、地下水、溶蚀作用和上覆土体的工程地质特性定性的探讨了该塌陷坑群的成因。初步认定钙质胶结砂砾基岩的存在是地表塌陷的先决条件;强烈的地震动导致基岩岩体碎裂、解体、塌陷、并压密,同时出现超孔隙水压力,这使上层土体失去支持并开始启动塌陷;余震的地震振动荷载作用导致地下土洞的形成和发展,地下水的变化起到加速作用;上覆土体的工程地质特性决定了塌陷坑在地表的浑圆形状。同时本文也注意到机械溶蚀和隐伏断层活动两种诱导因素的可能,并简要阐述了相关背景依据。     

5 12汶川地震震后龙门山山前地表塌陷成因探讨

5 12汶川地震20余天后, 在四川省安县的安昌镇东南的李家院子村附近陆续出现了几十个地表塌陷坑并持续扩大。本文以李家院子地表塌陷坑群为研究对象, 根据其所在的地层、岩性、地下水、溶蚀作用和上覆土体的工程地质特性定性的探讨了该塌陷坑群的成因。初步认定钙质胶结砂砾基岩的存在是地表塌陷的先决条件; 强烈的地震动导致基岩岩体碎裂、解体、塌陷、并压密, 同时出现超孔隙水压力, 这使上层土体失去支持并开始启动塌陷; 余震的地震振动荷载作用导致地下土洞的形成和发展, 地下水的变化起到加速作用; 上覆土体的工程地质特性决定了塌陷坑在地表的浑圆形状。同时本文也注意到机械溶蚀和隐伏断层活动两种诱导因素的可能, 并简要阐述了相关背景依据。     

湖北省松宜矿区地面塌陷成因类型及形成条件分析

通过对松宜矿区地面塌陷调查研究,按煤层顶板埋深和塌陷成因的不同将其分为浅埋型采空塌陷和深埋型岩溶塌陷,前者系指煤层顶板为栖霞组、茅口组地层区域,在缓坡地带、构造、岩溶发育部位、煤层厚度大的采空区易形成采空塌陷,无序复采、矿柱遭受破坏是主要诱发因素;后者是在矿坑高强度疏排地下水导致地下水位大幅降低,形成以真空吸蚀为主要成因的岩溶塌陷。针对其成因机制,提出了防治建议,对矿区地质环境综合治理具有实际意义。     

北京门头沟区戒台寺滑坡的变形机理与特点

文章介绍了北京门头沟区戒台寺的地理位置、历史、文物价值和滑坡变形的现状及治理情况。通过对戒台寺山梁的地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质条件和矿层分布的阐述分析,论述了戒台寺滑坡发生的地质基础、坡体条件、变形特点和变形范围。通过对煤矿采空范围和采空区塌陷变形机理的独特论述和判断,指出大规模采煤形成采空区是产生滑坡的主要诱发因素。进而阐明了滑坡变形的机理和特点。     

程潮铁矿地下开采引起岩层移动机制初探

在对矿区地质条件、采矿情况以及监测资料分析的基础上,提出了悬臂梁的力学模型。该悬臂梁是由NWW向节理切割下盘的花岗岩岩体而产生。地下采矿引起的岩层移动分为两个阶段,筒状破坏延伸到地表之前为第1阶段;筒状破坏延伸到地表后,则进入第2阶段。筒状破坏延伸到地表使水平构造应力释放,悬臂梁受力发生变化,而发生弯曲折裂变形和破坏,从而形成了深部岩体破坏的4个区:破裂岩体区、破裂过渡带、变形区和未扰动岩体区。通过对矿区地表测点所测数据进行分析,结合上述岩层移动机制和裂缝产生过程,将变形区域划分为:变形累积区、裂缝产生区、裂缝扩展区和裂缝闭合区。随着采矿的进行,深部岩体4区将逐渐向下延伸,地表4区将逐渐向外扩展。     

断层控制与采空塌落诱发的天山北麓某煤矿滑坡分布特征

地下采空区引发的地面变形已引起广泛关注,但由于断层发育的复杂性和钻探手段的局限性,对小型断层分布特征及其控制作用仍缺乏足够认识。本文以天山北麓某煤矿为例,采用现场地质调查、高密度电法物探相结合的技术手段,在2.1 km~2的矿区范围内判识出小型断层4条、滑坡6个和塌陷坑10多个。结合地下采空区和采矿揭露富水区分布情况,对断层控制作用和采空放顶诱发作用进行关联分析。结果发现,顺倾斜坡中断层控制着采空区陡立边界,同采空放顶联合作用,控制了滑坡和塌陷坑位置及规模。井下采掘中观察到煤层厚度突变、地层断距和突涌水等,进一步验证了上述结果的可靠性。     

金属矿山崩落采矿法引起的岩层移动规律分析

以典型陡倾结构面条件下的金属矿山--程潮铁矿西区为例,通过对矿区的地表变形监测资料及宏观破坏特征分析,认为矿区的岩层移动分为2个阶段,第1阶段为采空区顶板岩体破坏扩展至地表引起塌陷阶段;第2阶段为采空区周边围岩向采空区的倾倒破坏阶段,并得出了倾倒滑移区的地表岩体变形规律：岩体主要发生水平移动,水平移动值大于沉降值;变形先以缓慢变形为主,然后进入一个快速变形阶段,存在明显的转折点;开采沉陷和地形引起的应力同向叠加作用,使得地表岩体沿下坡方向的变形值增大,特别是水平移动值。同时揭示了矿区岩层移动角的分布特征;南部岩层移动角大于北部,究其原因是北部受最为发育的NNW、NNE结构面影响,倾倒破坏较为严重。所得成果为其他类似的金属矿山工程提供可借鉴的规律。     

地下采矿引起的程潮铁矿东区地表变形规律研究

金属矿山由于其矿体形态多变、地质条件复杂、多非充分采动、开采方法多样、构造应力显著及结构效应明显等特点,难以把握由地下采矿引起的地表变形和岩体的破坏形式。以程潮铁矿东区为例,依据近年（2010年3月至2015年9月）的地表变形实测数据,绘制出相应的监测成果图。结合三维激光扫描等新技术再现地表变形三维盆地,探究了地下开采影响下的地表变形规律和机制。对矿区上下盘地表变形规律等进行了比较分析,结果表明：程潮铁矿东区在采矿初期发生筒状冒落;变形传递到地表后,在采空区正上方形成大小不等的漏斗状塌坑群。上盘地表变形扩展与采矿推进度有较好的对应关系;水平应力是岩体变形的主动力,应力不断释放影响着地表变形特征。结构面倾向改变了上、下盘岩体的破坏形式,减缓和加速了上下盘岩体的破坏。同时,在坡体形态的影响下,地表变形在下坡方向总变形量增大和垂直变形增量更大。     

河北唐山某老采煤沉陷区建设场地地基稳定性评价

研究区内历史上存在强烈的以采煤为主的采矿活动,形成了大规模的采空塌陷,为了集约用地和防灾减灾,运用理论分析、定量计算及现场观测相结合的技术路线,根据“三带”理论对采空区波及地表的影响程度和地表移动的范围定性定量评价,应用应力分析法对场区进行稳定性分析。结果表明：该区大部分采空区基本稳定,目前可能处于残余变形阶段,地表处于相对稳定状态,残余变形在建筑物可承受范围之内;浅部采空区存在未完全塌实区,在地表建筑物荷载、地震及地下水等因素的影响下,仍存在二次活化的可能;中南部深部老采空区均超过5a,其“活化”是比较平稳和长期的过程,一般对地表的影响是较小的和缓慢的沉降,其不均衡沉降量是有限的;中南部存在原开滦矾土矿,采矿方式为洞采,赋存深度较浅,在地表建筑物荷载的作用下极易发生塌陷而发生“活化”,危险性大。针对不同的区域和“活化”类型,提出相应的防治措施,对于建设场地地基稳定性评价工作具有一定的参考价值。     

安徽淮南舜耕山岩溶发育特征及其塌陷模式

? 舜耕山位于华北板块和下扬子板块的交汇处,是逆冲推覆构造下的产物,其岩溶现象较发育,本文以碳酸盐岩露头区和隐伏区为研究对象,通过对其岩溶调查,获得空间上的地层、岩性组合特征,及构造地质特征与岩溶发育特征,并归纳出本区岩溶塌陷的四种模式。结果发现:区内岩溶发育受多期构造地质运动与岩溶地下水流共同作用影响,露头区岩溶塌陷(溶洞)发育的位置多发生在二组或三组以上不同类型岩溶裂隙交汇处,或发生在可溶岩与非可溶岩接触面上,形成机制以重力崩塌和潜蚀为主。被第四系松散层覆盖的隐伏区,岩溶较发育,采矿疏放奥陶系灰岩地下水,以真空吸蚀作用,形成地面岩溶塌陷。?     

厚覆盖层矿山地下开采地表塌陷机制分析

随着矿山开采深度的不断增加,厚覆盖层成为部分深部地下矿山的主要特点。以物探调查、变形监测以及理论分析为手段,对某典型厚覆盖层金属矿山地下开采初期地表塌陷的成因与机制进行了分析。结果表明,厚覆盖层中存在的大面积采空区为地表塌陷变形提供了空间,采空区顶板厚度较小为地面塌陷的发展提供了条件,采空区的存在是地表塌陷的主要原因。地表出现塌陷以后,塌陷范围以塌坑为中心继续向外扩展,受覆盖层内采空区走向,断层和岩层分界面等地质缺陷影响,塌坑向西、向南与向北三个方向上的扩展较向东快得多。降雨会增大塌坑向外扩展的速度,因为地表水的下渗加快了塌坑周围岩土体向塌坑方向的移动和下沉。