频繁矿震作用下地裂缝扩展机理及数值模拟研究

频繁矿震诱发断层活化以及由此引起的地裂缝不仅对矿井生产构成威胁。同时对于城市安全、居民生活也构成严重危害。论文根据工程场地岩土体破裂的观点,以辽宁抚顺地裂缝为例,采用理论解析、数值模拟等手段,开展了矿震引发地裂缝扩展效应探讨。研究认为：地下开采对抚顺地区的地质环境造成了破坏,地表沉陷为地裂缝的发育提供了运移空间及应力条件。浑河断裂带为抚顺地区地裂缝发育提供了地质构造基础。频繁发生的矿震加剧了地表裂缝的扩展及破坏作用。     

基于弹性薄板理论的煤矿采空区地表沉陷预测

采煤沉陷已成为煤矿区危害范围最广、影响程度最大、延续时间最长的一种工程地质灾害,在对赵各庄煤矿矿山地质环境调查的基础上,分析采空沉陷区地质灾害发育及成因特征,基于弹性薄板理论的规划开采区域采空区地表沉陷预计,可初步预计采空区地表沉陷特征并对其引发地质灾害进行预测。     

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。     

山西襄垣县采煤诱发地质灾害分析

襄坦县是一个产煤大县，同时也是一个地质灾害严重的地区，灾害的发生与地质背景及人类工程活动密切相关，其中采煤活动是引起该县地质灾害肆虐的主要原因。灾害类型主要有：沉陷盆地、地裂缝、埸陷、滑坡及泥石流。地形地貌及地质因素对灾害的分布有一定影响，厚松散土体与断层的存在促成不同类型的灾害发生。采空区规模不同，所诱发地裂缝等灾害的地表形态不同。公路开控及采煤活动诱发滑坡。煤矸石的随意堆放有引发泥石流的可能。本文的详细调查的基础上，全面论述了采煤诱发的地质灾害的类型，简要分析了它们的形成机制。     

辽宁抚顺市区凤翔路地裂缝诱因分析

抚顺市是一个在煤炭工业基础上发展起来的大城市。煤田开采破坏了该地区的地质环境，在市区内诱发了一系列地质灾害，地裂缝是灾害之一。文章所讨论的地裂缝位于市区内凤翔路南侧，长约1．5km，已造成10余幢建筑物破坏，其中2栋居民楼被迫部分拆除。地裂缝尚在发展，其破坏作用不断加剧。文章通过变形监测数据及地质勘察资料分析，对地裂缝的诱因进行了探讨。认为浑河断裂带是发育地裂缝的地质构造基础，采煤沉陷为地裂缝的发育提供了运移空间及应力条件。该地区频繁发生的矿震加剧了地裂缝的发展及破坏作用。所得结论可供地裂缝治理参考。     

衡水地区地裂缝空间发育特征与地下水位降深关系

通过浅层地震法及高密度电阻率法物探对河北衡水地区最近发现的3条地裂缝调查,探明了地裂缝地下发育深度、宽度、倾向等,发现地裂缝在地表与地下发育特征有明显不同：地表以一条地裂缝存在,在地下深处则以裂缝带发育,裂缝带两侧裂缝埋深不同,地下裂缝形态表现为上窄下宽。对该地区深层钻探、水文地质和多年地下水开采等资料分析表明,该地区的地裂缝是地质历史时期地质构造活动产物,开采深层地下水等资源则是促使地裂缝发展的主要原因。通过对不同地点地裂缝发育深度与近36年以来地下水水位降深的关系分析,结果显示：不同地区地裂缝发育深度与相应深层地下水水位降深呈线性关系。研究成果对地裂缝机理研究及预防开采深层地下水对地质环境的影响具有指导作用。     

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。     

冷水江市浪石滩边坡稳定性评价与治理

通过对冷水江市浪石滩地裂缝发育特征、分布规律、形成机制的研究,论证了地表岩体变形边坡的稳定性,提出了对灾害地质的综合治理措施,为今后因采煤而出现的类似灾害地质现象,提供了有效的处理意见.     

煤层覆岩与地下水在采动损害中的互馈效应探讨

地下水的存在可以改变岩体的力学性质及覆岩应力状态,从而加剧由地下采煤诱发的地表变形、塌陷、地裂缝及水资源流失等采动损害现象;在采动损害过程中产生的覆岩中隔水层破断,又反过来改变地下水系统,引起井下突水事故和地面环境恶化。两者相互影响、相互制约,形成有利于采动损害发生、发展的互馈效应。在研究采动损害时,地下水是一个不可忽略的重要因素。      

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。     

抚顺市区地裂缝特征及形成机理分析

文章运用遥感、地质、物探、化探、测量、钻探等勘查方法,对抚顺市区地裂缝特征和形成机制进行了系统研究。研究成果表明,抚顺煤田采空区物质亏损引起原始地应力场失衡,原始应力场失衡引发侧向拉伸引力,侧向拉伸引力作用造成断层发生局部活化效应,导致岩石地质体结构发生变化继而引发地裂缝。指出地裂缝是由地质环境条件作为主控因素、采煤工程活动作为诱发因素形成的。研究成果为深刻认识抚顺市区地裂缝成灾机理,预测抚顺市区地裂缝的发展趋势,提供了可资借鉴的理论基础及决策依据。     

采空塌陷区地表裂缝发育规律分析

为研究开采沉陷覆岩移动地表裂缝的发育状况,论文基于沉陷盆地主断面移动变形特征,将地表移动变形影响区划分为拉伸区、压缩区和先拉伸后压缩区,并分析了各区的裂缝发育特征;先拉伸后压缩区合理解释了裂缝的自修复现象;运用下沉曲线计算模型借助于数学计算软件,计算了沉陷盆地主断面下沉曲线的长度,提出了基于下沉曲线长度计算判断采动拉伸区裂缝发育的方法;从理论上推断了一定条件下压缩区地表可产生挤压凸起,结合工程实例,分析了地表裂缝的发育特征。     

采动作用下煤矿区地表裂缝发育机理与特征分析

针对采动作用下煤矿地表裂缝发育问题,本文对地表裂缝的形成机理进行了分析。考虑采动附加应力的影响,结合土层的强度理论及广义的胡克定律建立了采动作用下地裂缝发育极限深度力学模型,并对力学模型进行了探讨,得到了采动影响下地表裂缝发育深度的公式,结果表明:地表裂缝的产生大致分为4个时期,分别为移动变形积累期、裂缝产生期、裂缝扩展期、裂缝闭合期。地表裂缝的发育深度除与土层的本身性质有关以外,还与地表的水平变形有关。地表的水平变形越大,说明地表土层受到采动作用越明显,地表裂缝发育的极限深度也就越大。最后根据某矿的实际工程地质情况,采用地裂缝预计公式进行了计算,并与监测数据进行了对比。结果表明,该公式能够较好的预计采动作用下的地裂缝发育深度,对预防煤矿采区地表灾害、保护人民财产安全具有一定的指导意义。     

山西阳泉矿区刘村采煤塌陷机理及数值模拟

选取山西阳泉矿区单煤层开采引发的强烈地面塌陷作为研究对象,在详细介绍刘村采煤塌陷所处地质环境背景及其发育变形特征的基础上,根据区域岩体工程地质特征,将其划分为12层岩组;运用关键层、复合关键层理论对采煤塌陷机理进行了分析,获取Hoek-Brown岩体力学参数;采用Flac5.0 Extrusion对刘村采煤塌陷坑进行了反演模拟。数值模拟反映各阶段采动裂缝在地表的发育分布情况并计算了最终沉降量,覆盖层裂缝自然修复周期为2个月,基岩裂缝自然修复周期为3个月;采动裂缝最终在平面上呈“θ”形,塌陷中心1和塌陷中心2最终沉降量分别达到4.5 m和4 m,塌陷面积是工作面面积的1.85倍。模拟结果与调查监测数据高度吻合,客观地反映了地表变形和深部覆岩塌陷的发展变化过程,为塌陷机理分析起到了帮助作用。该套岩体力学参数与模拟方法适用于阳泉矿区采煤塌陷精准预测。     

基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测

小型无人机遥感技术具有成本低、操作灵活便利等优点,在地质调查中的作用愈来愈重要。采煤地表沉陷量变形监测是掌控采煤地表岩移变形规律和治理塌陷的关键性工作。重点探索四旋翼无人机遥感技术监测在羊场湾煤矿Y120212工作面采煤沉陷量的监测研究,通过野外踏勘与控制点布设、无人机航线规划与执行、4D产品制作的工作程序和监测方法,探索无人机遥感技术监测在矿山地质塌陷监测的应用。研究结果表明,通过对无人机遥感技术生成的DSM处理,经过多期地面高程的对比,得到Y120212工作面最大沉陷量达6.5m。结合分析、对比,无人机遥感技术可以实现采煤塌陷区地表沉陷变形监测,进而形成和发展了煤矿地面塌陷新的监测技术。     

特厚砂土层条件下的开采沉陷规律研究

在分析榆树湾煤矿地表移动观测资料的基础上,研究了特厚砂土层条件下的厚煤层开采的地表移动变形规律与特征。揭示了特厚砂土层、薄基岩及大采厚等特殊因素对地表沉陷规律的影响,获得了特厚砂土层开采条件下的地表移动变形特征,研究成果将对榆林煤矿后续的安全合理开采、保安煤柱的留设、环境治理与保护等具有重要的实际意义。     

断裂活动影响矿区的采煤沉陷灾害问题

文章结合抚顺矿区实际,分析论述了断裂活动影响矿区的地应力环境特征。阐述了在断裂活动影响矿区,岩体长期大规模开挖造成局部区域构造应力卸载,岩体弹性变形能恢复发生水平变形,导致地表产生附加水平移动与变形。通常的沉陷区边缘区域,地表移动变形值不大,采动损害也相对较轻。但断裂活动影响矿区,沉陷区边缘区常存在着明显的水平移动与变形,并造成相应损害。尤其是在矿震等岩体地质动力现象显现影响下,地表沉陷灾害更为严重。     

山西采煤沉陷区地质灾害特征分析

笔者从山西省的不同区域选取了7个具有代表性的采煤沉陷区区块样本,采用类比法和归纳法,对采煤沉陷区自然和人为因素引起的地质灾害类型、特征以及地质灾害的环境衍生效应进行了研究。结果表明地裂缝及地面塌陷是山西采煤沉陷区的主要地质灾害类型;地质灾害的诱发因素主要是人类工程活动,特别是采煤活动。此类灾害具有集聚性与群发性、诱发的多因性与治理的复杂性、灾害的衍生性与影响的多方面性等特征。地质灾害是造成地形地貌景观、土地资源、水资源、生态环境被破坏的重要原因,必须对其进行综合治理。     

中国地裂缝的发育特征及成因机制研究 ——以汾渭盆地、河北平原、苏锡常平原为例

地裂缝的发育特征及成因机制研究是正确认识地裂缝的关键一环,也是科学防灾减灾的必要前提。本文吸收了汾渭盆地、河北平原、苏锡常平原在近年里涌现出的一系列重要成果,并以这三地为例,分析总结了中国地裂缝的发育特征和成因机制。文章最后还对地裂缝分析研究方法的最新进展进行了梳理和介绍。研究结果表明:①中国地裂缝以汾渭盆地、河北平原以及苏锡常平原的最为典型,三地地裂缝的空间分布受地质构造和古地理因素作用和影响,各具特点;②中国地裂缝的形成发育既受控于地质条件,又与抽水活动动态响应,不同成因的地裂缝在几何形态上具有不同表现;③"断层蠕滑"和"抽水活动"是主导中国地裂缝形成的最基本和最重要的两种动力条件,相应的两种成因机制分别在构造活动较强的地区和地下水超采的地区应用良好。     

辽宁省抚顺矿区宏观地质结构及其工程效应分析

抚顺采煤已有百余年历史,由于各种原因造成了一系列地质灾害:滑坡、矿震、地表沉陷和地裂缝等。矿区的中部和西部的形成带状的地表拉裂和建筑物破坏;软岩区形成大面积的地表沉陷,硬岩区形成脆性和线性拉裂,这些现象与矿区地质结构是分不开的。通过对矿区地质结构和矿区地层构造演化研究,认为抚顺矿区地质灾害是发生在花岗岩与火山岩之间的"凹槽"内,是有限的。根据矿区主断层F1、F1A交汇点位置,将矿区地质结构类型划分为三种类型,并通过FLAC二维数值计算对三种类型的典型剖面进行了数值模拟和验证,合理地解释了矿区地质灾害的产生机理和发展趋势,为抚顺矿区地质灾害综合治理和采煤规划提供了科学依据。采用地质结构控制论来研究城市地质灾害提供了新的思路和方法。