西藏某矿山地表和井下采空区塌陷原因分析

西藏某矿山经过十多年的开采,采空区自上而下陆续垮塌,在地表形成多个塌陷坑,对地表环境造成严重破坏。为了从根本上治理采空区塌陷,最终恢复地表环境。本次通过工程地质调查和采空区规模调查,明确了塌陷坑形成时间、规模和变化趋势。通过分析其成因机制和影响因素,结合理论计算。最终认为矿区塌陷原因主要为表土层较厚,岩体裂隙发育,结构不稳定;矿山在开采过程中提前回收了部分矿柱,导致空场暴露面积加大;原采矿方法采场跨度大于极限跨度,容易导致采场垮塌。     

地下开采矿山采空区地表变形影响的预测及评估

就资源县钨矿具有代表性的2个典型矿体采空区,进行影响范围内的地表移动及变形的计算,并根据计算结果对照相关规范规程做预测评估,对矿山开采过程中形成的采空区防治具有一定的指导意义。     

煤矿采空区地表塌陷危害程度分级标准研究及应用

为评价较大区域塌陷发育特征和危害程度,在调查15个煤矿采空区的基础上,按城区、乡镇、村庄和农田荒地四个不同区域,建立塌陷危害程度分级标准.并以此标准对郑煤米村煤矿进行危害程度分区,绘制大比例尺塌陷危害分区图.同时针对不同的分区及其塌陷危害程度,提出相应的塌陷治理措施.     

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。     

采空区地表沉降影响因素研究

采空区地表沉降影响因素众多,以有限元软件ANSYS为基础,利用数值模拟方法的灵活性,分别对各主要影响因素进行分析.选用适合于岩土类材料的德鲁克-普拉格本构模型,利用ANSYS特有的"杀死单元"命令模拟矿体被采出,再通过"激活单元"命令模拟采空区被填充.分别研究了开采深度、开采厚度、地形条件、采空区填充等因素对地表沉降的影响.结果表明:随开采深度的增加,地表变形随之降低;随开采厚度的增加,地表变形增长较快;随着地形坡度的变化,采空区地表移动盆地逐渐向地势较低方向移动;矿体开采后及时充填,对控制地表变形效果显著.     

松散黄土堆积层下煤矿采空区地表塌陷形成机理

基于现场调查和室内测试,研究了青岛-兰州高速公路邯郸至涉县段沿线采空区地表塌陷特征,探讨了松散黄土堆积层下采空区地表塌陷的形成机理。研究结果表明：采空区地表塌陷表现为塌陷坑、地裂缝和沉陷盆地,分布规律不明显,塌陷明显滞后于煤层回采;地表塌陷形成的主要原因是由于煤层埋深浅,“两带”高度可直达地表,而上覆松散黄土层结构构造独特,具有一定的结构强度,因而不会立即垮落,在松散层内顺黄土垂直节理先形成拉裂缝,而后在地表水流作用下发生潜蚀、淘蚀,裂缝进一步扩大延伸而形成塌陷坑。     

特大采空区上覆岩层地压与地表塌陷灾害监测研究

大红山铁矿采用无底柱分段崩落法开采形成了3个规模巨大的采空区,采空区上覆岩层移动与地表开裂塌陷将导致露天采场发生滚石地压灾害、井下采场产生空气冲击波次生地质灾害、地表与井下发生泥石流地质灾害等。针对上述问题,采取了多通道微震监测、非接触式岩移实时监测、基于手持式GPS仪的地表开裂范围监测和基于全站仪的地表沉降与水平移动监测的多种综合地压监测手段,对上覆岩层崩落高度、上覆岩层下沉变形量、地表开裂范围和地表沉降与水平移动等进行了监测,通过两年的监测获取了大量的监测数据,经分析表明,采空区上覆岩层崩落高度约在+1 090⁺1 060 m,上覆岩层+1 090 m平巷内观测点累计沉降量为1 350 mm,地表开裂范围位于以岩移角为75°划定的地表岩移范围内,地表测点最大累计沉降与水平移动量为1 779与948 mm,上覆岩层与地表的变形移动活动处于稳定渐进可控的状态,目前不会发生上述地压地质灾害。     

断层对采空区地表沉降影响的模拟

断层是影响采空区地表沉降的重要因素。针对这一问题,采用数值模拟的方法,建立矿山地层、断层和采空区的三维地质模型,对比有无断层时,采空区地表沉降的变化规律,并详细分析了断层倾角、断层与采空区相对位置关系、断层摩擦强度等因素对沉降规律的影响。研究表明：断层不仅对采空区沉降起放大作用,同时对地表沉降变形起隔断作用。断层的存在使地表塌陷盆地中心向断层方向偏移。断层倾角在40°~50°时,地表沉降量出现最大值;断层倾角在35°~40°时,采空区顶板下沉量出现最大值。随着断层抗剪强度的减弱,采空区地表沉降量增大;但当断层的内摩擦角大于或等于周围地层的内摩擦角时,断层内摩擦角的增大对地表沉降量的影响不明显。     

大宝山矿山采空区地面塌陷地质灾害预测及其防治措施

大宝山矿经过多年的地下开采及民采,形成大量不规则的、规模及空间位置不明的地下采空区群,对其后续采矿活动的矿工人身安全和矿山开采设施造成了极大危害。本文通过对大宝山采空区相关影响因素的研究,介绍了对该矿山采空区地面塌陷地质灾害的预测的基本思路和分析方法,对其有可能发生地面塌陷灾害的地段进行了预测评估,并探讨了相应的综合治理措施。     

矿山抽排水对岩溶塌陷的影响分析

水动力条件是岩溶塌陷发生的主要诱发因素。为分析矿山抽排水对岩溶塌陷的影响,选取安徽铜陵华金矿和天马山矿两座矿山中间的岩溶塌陷区为研究对象,采用地下水软件模拟和解析法两种方法进行分析,基本查明塌陷区复杂地质条件和矿山抽排水条件下的地下水的径流概况,并对两座矿山同时抽排水对塌陷区的影响程度进行了简要判别。结果显示:勘查区地下水流场的确定是周边矿山排水产生岩溶塌陷影响范围的依据,特别是分水岭的划分;塌陷区位于周边矿山抽排水降落漏斗内,受两矿山排水影响,塌陷区位于分水岭北侧,塌陷诱发因素受华金矿影响较大。但由于地下水一直处于动态平衡过程,随着不同时刻和不同地点抽排水量的不断发生,降落漏斗和两矿山抽排水的分水岭一直处于动态中,利用降落漏斗和分水岭确定影响力的大小或确定塌陷责任的划分、比例以及间接责任仍值得进一步研究。     

急倾斜煤层采空区地表变形对管道的影响研究

以拟建茶山矿区急倾斜采空区影响的潜江 韶关段管道为研究背景,从开采完成和采动过程中急倾斜采空区对管道影响进行研究。分析采空区地表变形移动对输气管道的影响,给出管道安全初步评价方法,并利用概率积分法对急倾斜采空区场地的管道安全进行预测评价,研究对以急倾斜煤层采空区场地敷设管道的安全运营有重要意义。     

岩溶矿区地表塌陷

岩溶地区的地表塌陷主要分布在岩溶特别发育的地段,或岩溶化断裂带切割构成的地下水集中径流带上。岩溶大泉实际上是地下水集中径流带在排泄区的天然露头。为预测这类塌陷,本文对径流带产生的基础与识别标志,塌陷形成的作用力及水动力条件、产生地表塌陷的必要条件,以及塌陷与重塌陷的防治方法进行讨论。     

浅层采空区塌陷危险性评价方法研究

鉴于浅层采空区的复杂性、不确定性,目前缺乏针对浅层采空区塌陷危险性的有效评价方法。在对浅层采空区详尽客观调查探测基础上,提出了基于层次分析法的模糊综合评判定量评价方法评价采空塌陷危险性。首先,在研究区工程地质条件、采空区塌陷机理和塌陷影响因素分析基础上建立采空塌陷评价因子体系及标准;其次,针对离散型和连续型变量因子的不同,分别采用专家评定法和适宜的隶属度函数模型构建隶属度评价矩阵,同时采用层次分析法中的特征向量法确定因子权重;最后,通过权重矩阵和隶属度矩阵的合成运算得到评价结果向量,按贴近度原则确定危险性等级。研究结果表明,模糊综合评判方法在评价浅层采空区塌陷危险性方面是可行并有效的。     

探地雷达在探测地下采空区范围中的应用

由放心弃的地下采空区引起的地面沉陷,已成为一种典型的地质灾害,严重影响工程建设的顺利进行。为了采取相应的治理措施,查明地下采空区的埋深及分布范围显得十分重要通过实例,简述探地雷达在探测地下采空区范围中的应用,探测目的在于确定地下采空区的深度,查明地下采空区的范围,为公路建设选线提供可靠依据。     

矿区岩溶地表塌陷神经网络预测研究

针对近年来某矿岩溶地表塌陷频繁发生的现象,分析确定了影响地表塌陷的主要因素,构建了矿区岩溶地表塌陷预测BP神经网络模型,以训练后的BP网络模型对矿山帷幕注浆三期工程完成后可能形成的地表塌陷区的空间分布进行预测。并针对矿山现实塌陷情况,结合各区预测塌陷危险分级结果,提出了相应的岩溶地表塌陷灾害防治措施。实践表明,所建模型的预测结果与矿区地表塌陷实际情况相符,可为矿山后续帷幕注浆工程的设计与施工提供有益借鉴,为岩溶矿区地表塌陷灾害提供预警支持。     

我国矿山采空区综合治理研究综述

为了探明煤矿采空区覆岩破坏类型与裂隙发育情况,快速准确划分采空区覆岩弯曲带、断裂带、垮落带(简称“三带”),提出智能识别方法,为制定采空区治理方案提供依据。以山东某矿区采空区为例,采用贝叶斯在线变化点检测(Bayesian Online Changepoint Detection,BOCD)算法对钻进过程中的冲洗液漏失量和钻速数据在煤矿采空区“三带”界限处的变化及响应特征进行分析。以勘察规范中有关“三带”高度计算经验公式作为约束条件,对冲洗液漏失量和钻速数据中的候选变化点进行检测、优选,进而确定煤矿采空区“三带”界限深度。智能识别的结果与实际值吻合,其中,弯曲带下限、断裂带下限、垮落带下限的深度误差分别为+0.67、+0.31和+0.52 m,弯曲带、断裂带和垮落带的高度误差分别为+0.14%、−0.63%和+2.49%。基于钻进数据的采空区覆岩“三带”智能识别方法精度满足设计需要,切实可行。该方法将钻进数据与经验公式相结合,在钻进过程中即可完成“三带”界限的划分,充分发挥数据的时效性,避免了技术人员主观判断对识别结果产生影响。相较于依靠多种方式综合确定“三带”界限的传统方法,该智能识别方法显著提高了“三带”划分的时效性和准确性。

     

地表起伏对地下管线GPR探测的影响

地下管线是城市的重要设施,承担着能源输送、信息传递等功能,为城市生活提供了便利和保障。探地雷达(ground penetrating radar, GPR)作为一种高分辨率、高精度、非开挖、非破坏性的探测技术,在管线测量中具有巨大的优势。然而地表地形复杂,多有起伏,对于GPR探测地下管线有很大的影响。因此,本文采用有限单元法对地下管线探测进行了数值模拟,该方法可以与非结构网格结合,更好地拟合地表起伏地形;此外,介绍了如何进行高度校正,将所得剖面数据与地形相吻合,更容易分析异常体特征。最后开展了两个数值实验,分析了起伏地表对于不同埋深、不同间距、不同材质及不同填充物管线探测的影响,为GPR数据解释提供理论基础。实验结果表明,因地表起伏原因,波形和反射波能量将发生畸变,并不能作为判断管线信息的唯一依据。因此,需进行高度校正,利用双曲线的顶点来判断管线的埋深、材质等信息。     

采空区地表移动变形的时间影响参数

多层采空区多次复杂开采造成的累积沉降不能简单地用单一采空区地表移动变形模型作参照。对采空区的研究,时间影响参数是工程稳定性重点研究和考虑的问题。通过变形观测数据,得到一系列的时间影响参数C的数据点。C是随时间动态变化的,是相应的诸多条件综合影响的结果,拟合得到现时段的时间影响参数经验式。这对采空区今后的残余沉降的预测具有重要的实际意义。     

数值模拟在采空区对地表稳定性影响分析中的应用

针对矿产资源开发中矿体回采所形成的采空区对地表稳定性影响进行了分析。以云南东川某铜矿区内的局部采空区为例,采用有限元分析软件(ANSYS)建立地质模型,运用三维快速拉格朗日法软件(FLAC 3D)对其进行计算,地表布置了监测点,工程区典型位置处进行了切片,通过对最大不平衡力时步曲线、地表监测点、各切片Z方向位移及各切片竖直方向的应力状态进行了研究,对采空区的稳定性进行了科学分析与评价,为确保矿山安全生产提供参考。     

老采空区地表剩余变形对城市轨道交通的影响评价

为了评价煤矿老采空区地表剩余变形对城市轨道交通稳定性的影响,针对徐州轨道交通规划1号线,应用概率积分法建立闭合矩形积分模型,选取合理的计算参数,计算了研究区的地表剩余移动和变形。根据计算结果,绘制了地表剩余移动和变形等值线图,另外,分别绘制了纵向和横向的剩余移动变形沿着线路轴线的变化曲线。根据城市轨道交通地基变形控制指标,对老采空区地表进行了稳定性分区,并分析了地表剩余变形对线路稳定性的影响。结果表明：研究区内存在非稳定区;在非稳定区,横向的剩余变形均小于允许值,而纵向的剩余变形大多超过允许值,必须进行有效的工程措施确保线路安全。