近地表上覆岩层直壁塌陷机理及稳定性分析

介绍了川口钨矿塌陷区岩层的地质条件、岩石的力学性质和工程地质调查与评价的结果;通过井下和地表现场调查和勘察测定,给出了井下采空区的边界范围和地表塌陷范围的对照图,分析了上覆岩层的塌陷特点,确定了采空区上覆岩层呈现典型的筒状直壁塌陷。根据采空区围岩和上覆岩层的节理裂隙发育程度不同,采用太沙基地压理论解释了采空区周边围岩和上覆岩层的力学作用机理和破坏特点,对太沙基理论进行了改进,并给出了力学分析图、推导了地压计算公式;进而采用极限破坏理论对不同开采跨度时上覆岩层的稳定性进行了分析和计算,并给出了在保证不产生筒形塌陷条件下、不同覆盖层厚度时的安全开采跨度和安全系数之间的量化关系。     

岩层及地表移动与冲击地压相关性研究

对岩层及地表移动规律的观测、室内试验和数值计算分析表明,采动覆岩层沉陷运动的不协调性造成裂隙带上部弯曲带岩体中产生大范围的离层空隙。随着工作面的推采,离层空隙周期性悬露垮断构成了上覆岩层及地表移动变形运动的不同特征。根据现场观测,砾岩层运动是矿井冲击地压发生的主要力源,地表下沉速度发生剧烈变化,冲击地压发生的频率较高,地表产生反弹时更为危险,且随着砾岩层的运动,冲击地压发生周期性变化。     

矿区塌陷控制与灾害防治技术研究

采矿区覆岩及地表塌陷是涉及全球性人为环境灾害之一，控制与防护由地下采矿引起的地表塌陷灾害的技术途径主要有地下开采技术措施、地层控制措施和地面防护措施。文章基于岩层移动理论，阐述了地下采矿引起的覆岩移动、变形和坡坏规律，及地表塌陷及环境的影响特征。讨论了沉陷控制与灾害防治的技术途径，提出了解决地面大面积塌陷控制的地下多层位联合注浆方法，探讨了覆岩离层注浆控制与减缓地表沉陷技术的理论、方法、研究现状及发展与应用前景。     

石膏矿区采空地面塌陷易发性分区与监测预警研究

邳州市邳北石膏矿区采空地面塌陷日益严重,为防治地质灾害,市政府于2016年进行了石膏矿区采空地面塌陷专项地质灾害防治规划。通过分析矿区已有资料、分析已发塌陷点和现场调查,阐述了采空区地面塌陷的特点与危害,并采用模糊综合评判方法对地面塌陷的易发性进行了分区。根据分区结果,结合人员密集程度,提出了区域采空区综合治理和地面塌陷地质灾害防治监测预警的措施和方法,为地质灾害防治工作提供依据。     

江苏省邳北石膏矿采空地面塌陷监测预警分析研究

江苏省邳北石膏矿是典型的房柱式开采矿区,形成的采空区存在安全隐患,为解决石膏矿采空区监测预警机制缺乏的问题,邳北石膏矿开展了远程监测预警工作。通过上覆含水层水位动态监测及岩层移动监测,自动化采集数据并传输分析,在监测过程中设定水位变化或岩层移动极值,当水位变量或岩层移动超出极值时触发报警,在地面塌陷发生前进行有效的预警。本次通过示范区建设,结果表明:在地面塌陷的过程中,地下水监测预警机制可提前10 h左右做出预警,为防灾减灾工作提供了较充足的准备时间。为国内石膏矿地质灾害防治和监测预警工作提供参考。     

一种快速建立上覆岩层压力体的方法

上覆岩层压力是地层沉积压实作用的源动力,也是地层孔隙压力计算的重要基础数据。本文通过Eaton公式推导出密度变化与上覆岩层压力和孔隙压力的计算模型,验证了不同厚度下低密度泥岩对上覆岩层压力以及孔隙压力的影响关系,证实密度差异为0.3 g/cm 3、厚度从100~500 m的低密泥岩对孔隙压力的影响最大仅为0.02 psi,从3~250 Hz的频率扫描密度曲线计算得到的上覆岩层压力几乎无差别,证实上覆岩层压力仅代表沉积地层的低频成分,因此根据正常压实地层有效应力和上覆岩层压力的关系确定了基于井控地震层速度场转换上覆岩层压力体的快速方法。以渤海西部某构造为例,新方法求取的上覆岩层压力体被多口钻井一一验证,满足了快速勘探评价的需求。     

山区急倾斜煤层开采上覆岩层弯曲挠度预计

为了研究山区急倾斜煤层开采上覆岩层的弯曲变形规律,建立了上覆岩层弯曲变形的力学模型,运用弹性力学中的薄板弯曲理论,推导了上覆岩层弯曲挠度的预计公式,利用此公式对上覆岩层的弯曲挠度进行了计算。研究结果表明:(1)由于山区急倾斜煤层覆岩的线性荷载的作用,岩板的弯曲挠度曲线不再具有对称性,岩板弯曲挠度的最大值偏向于岩板倾斜的下山方向;(2)岩板弯曲挠度随着采深的增大而增大,岩板弯曲挠度最大值出现的位置逐渐由下山方向向采空区中点移动,但是最大挠度出现的位置不会越过采空区中点而位于倾斜岩板的上山方向;(3)岩板弯曲挠度随着山地倾角的增大而增大,岩板挠度最大值出现的位置距离采空区中点越来越远;(4)岩板弯曲挠度随着煤层倾角的增大而减小,岩板弯曲挠度最大值出现的位置距离采空区中点越来越远。     

地道塌陷灾害勘查技术与评价研究

地道塌陷是较为常见的一种地面塌陷灾害,它是先前开挖的人防工程年久失修之后塌陷至地表所致。为减小灾害损失,有效实施治理工程,需要开展详细的灾害勘查工作。本文以实际工作为例,在分析工作区内各类相关地质资料的基础上,通过现场调查,查明地道塌陷灾害的分布现状,然后利用综合地球物理勘探、钻探,钎探和槽探等方法,综合研究分析,准确查明地道的埋藏情况和分布位置。     

榆神矿区首采煤层及上覆岩层工程地质特征

榆神矿区是陕北大型煤炭基地的重要组成部分,区内煤炭资源丰富。近年来,该矿区煤炭开发与生态环境、地质环境的矛盾日益突出。通过分析榆神矿区首采煤层分布、厚度、埋深及其上覆岩层的厚度和顶面形态,根据岩石成因、工程地质特征及物理力学性质,将该区岩(土)体划分为4个类型和7个岩组: 松散岩类(沙层组、土层组)、软岩类(风化岩组、煤岩组、烧变岩组)、较软岩类(粉砂岩与泥岩互层岩组)和较坚硬岩类(砂岩组),总结了各岩组的分布、厚度和物理力学特征。结果表明: 矿区煤层顶板多为中等—难冒落型顶板,局部地段属易冒落型顶板; 粉砂岩及细粒砂岩底板属稳定型底板,泥岩底板稳定性差。为指导矿区规划、环境评估及煤炭开发提供依据,对切实转变陕西煤炭发展方式、促进生态环境友好型矿山的发展具有积极意义。     

FLAC~(3D)在预测采空区地面沉陷损毁耕地中的应用

采空区地面沉陷损毁地表耕地是地下开采矿山引发的主要地质环境问题之一,通过对佛子冲铅锌矿104号矿体的工程地质条件、采场结构参数及原岩应力场进行调研,并在此基础上运用FLAC~(3D)建立采空区数学模型,对佛子冲铅锌矿104号矿体采空后采空区地压力分布、岩体变形移动等进行模拟与研究,预测采空区地面沉陷损毁地表耕地的程度,并根据矿山的实际情况提出防治措施,为保护矿山采空区沉陷区内的耕地提供依据和参考。     

苏锡常地区地面沉降监测方法体系建设

运用精密水准测量、自动化监测、GPS测量、In SAR监测、光纤监测等多种技术手段开展了苏锡常地区地面沉降监测工作。随着地面沉降时空动态的不断演变,不同监测技术手段的应用效果出现较大差异,需要探讨动态变化的地面沉降条件下不同监测方法的适用性,并以此建立更为高效、可靠的监测方法体系。笔者在总结以往工作基础上,对所使用的方法进行了梳理和总结,分析了不同方法的优缺点及其适用性,提出应根据工作程度实施各种监测技术方法搭配及集成应用的监测方法体系的结论。     

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。     

淤泥质地层地铁隧道施工地表沉降预测及分析

南京地铁珠江路站-鼓楼站区间,穿越软~流塑状淤泥质粉质粘土地层和众多地面建筑物及密集地下管线。软~流塑状淤泥质地层压缩性高、强度低、易产生蠕动,围岩无自稳能力。在施工中采用大管棚+小导管超前预注浆+掌子面注浆隧道预支护方案及台阶法开挖与钢架、网、喷混凝土支护的综合措施。为了科学决策、安全施工,根据实际工况进行计算模拟、预测地表沉降,进行施工量测,实现了安全顺利施工,建筑物完好无损。     

InSAR技术在监测煤矿区地面沉降中的应用

在安徽北部由于开采煤矿造成多处不同程度的地面沉降,利用卫星合成孔径雷达干涉（In—SAK）技术监测这些地面沉降的分布范围及幅度等信息,并分析其发展趋势是非常有必要的。     

高速公路的下伏开采沉陷灾害的研究

地下开采所引起的地表沉陷灾害是我国高速公路建设中所面临的一个新的课题。文章论述了条带煤采空区所引起的地表沉陷对高速公路建设的影响，建立了相关灾害的研究程式和研究方法，并利用研究成果进行了实例应用，取得了良好的效果。     

振幅叠加的井地联合微地震监测技术研究

微地震地面监测主要缺陷在于垂向定位分辨率不足,而井下监测则存在横向定位分辨率较低问题。针对这些问题,通过井中-地面联合监测的方法提高微地震定位可信度,并结合振幅叠加方法对地面噪声进行压制。模拟三维地震数据的反演实验证明该方法的可行性,反演得到的震源位置与模拟震源点位置一致。以山西宁武盆地一次水力压裂监测为例,证明笔者所提出的方法在实际应用中具有可行性。     

洞庭湖区构造沉降特征及监测方案

从洞庭湖区构造沉降地质背景入手,分析研究了洞庭湖区构造沉降表象特征指标。主要包括地层、河流类型、古文物、古建筑、地震活动等。利用前人采用的沉积速率法、大比例尺地形图对比法及局部少量重复水准测量资料对比法等成果,初步总结了洞庭湖构造沉降的时空分布特征。认为洞庭湖盆地周缘的丘陵山区处于相对缓慢抬升之中,其上升速率为0．32～2．29mm/a;盆地区处于缓慢的沉降之中,其速率约为5～10mm/。在此基础上,为了定量研究洞庭湖区的构造沉降速率,在湖区相对较稳定的基岩上建立了基准点1个。在已知构造沉降量相对较大的地区建立了10个监测点。组成洞庭湖区高精度GPS构造沉降监测网。同时,为了检验GPS的测量精度,布设了Ⅰ等水准测量联测点。目前,监测工作已全面起动。     

采空区上方建筑物地基附近的地表沉陷

根据载荷作用线上水平位移的特征和采空区上覆岩层破断后的结构形态,确定了位移边界条件;给出了采空区上方任意点的沉降位移、地表沉陷、地表水平位移以及建筑群引起的地表沉陷;探讨了在采空区和建筑物载荷的共同作用下地表的移动特性。研究结果表明:建筑物引起的地表沉陷与建筑物和采空区的相对位置有关;建筑物附近的地表下沉随着采空区上覆岩土层厚度的增加而减小,呈非线性变化;在沉降范围内,建筑物两侧地表的水平位移均匀分布,方向相向,均指向建筑物。