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。     

晋城市王坡煤矿铁路专运线柏树底隧道下伏采空区治理

采空区是煤层开采所致。在煤矿开采的同时，也要做好对采空区的处置，消除其对上部建筑物稳定和安全的不良影响。晋城市王坡煤矿柏树底隧道下伏采空区，涉及6个煤矿，开采规模大小不等，开采时间长短有别。其顶板基本为自然跨落方式，上覆岩层软硬相间，致使采空区至今尚未完全塌陷冒落，处于不稳定状态。其上部裂隙带比较发育，向上逐渐减弱直至地表，直接关系到覆岩工程地质的稳定性。本文介绍了王坡煤矿柏树底隧道下伏采空区的基本情况，环境地质条件，工程地质评价，分析了采空区对铁路隧道工程的危害，论述了采用全充填压力注浆治理采空区的工艺步骤和质量检验方法。     

瞬变电磁与电阻率测深在沙午铁路采空区勘查中的应用

沙午铁路某段受铁矿采空区影响,出现地面塌陷下沉.以瞬变电磁为主要技术方法对该段铁路沿线及周围进行勘查,采用电阻率测深加强铁路沿线勘探,查明了采空区的分布位置、范围以及空间特征等,提高了准确性,取得了良好效果.勘探成果可为地面安全和采空区治理提供可靠的技术支持,为铁路安全运营提供保障.     

基于T-S模糊神经网络的采空塌陷危险性判别

采空区地面塌陷的危险性判别受地质因素、采矿因素等多重因素的影响,各因素往往影响程度不同且部分因素之间又相互联系。为了能够较准确地对采空塌陷危险性进行评估,引入了T-S模糊神经网络模型。以北京西山地区采空塌陷为例,根据塌陷特点,分别选取了地质构造复杂程度、覆盖层类型、第四系覆盖层厚度、覆岩强度、煤层倾角、采深采厚比、采空区埋深、采空区空间叠置层数8项影响因素作为评价指标,并建立了分级标准。将单因素评价指标均匀线性插值作为训练样本,建立了T-S模糊神经网络判别模型。利用训练好的神经网络模型对选取的8处采空区进行评估,结果分别为:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ,结果与实际情况吻合。研究表明,利用T-S模糊神经网络研究采空塌陷危险性是可行的。     

复杂条件下矿山采空塌陷勘查方法实例分析

安徽某矿由于岩溶发育和早期开采无序,地下采空区和溶洞较多的分布,采空区周边突发地面产生多处地裂缝。地质环境条件复杂,岩溶及新老采空区并存,为查明此次采空塌陷的原因、影响范围及发展趋势,并提出合理治理方案,采用调查、钻探、物探、测量等多种勘查方法,通过资料分析比对验证,查明了新老采空区的分布特征,以及采空塌陷的原因、影响范围及发展趋势,对该采空区治理因地制宜的提出了治理方案。为以后相似情况下的采空区突发采空塌陷调查和治理提供了借鉴参考。     

矿山地下采空区对地表塌陷影响范围研究

为研究四川天全县乐英石膏矿开采对地面塌陷的影响,着重分析了区内岩石的工程地质特征,采用公式法计算了冒落带、导水裂隙高度、采空区距地表安全深度,进而对地表影响范围进行了预测,提出了采空区地面塌陷的成因。结果表明:采空区地面塌陷形成主要原因为采空区房、柱设置不规则,采空区跨度大,矿山开采过程中缺乏相应的顶板管理措施;在开采深度未达到采空区距地表安全深度,是区内地表塌陷的主要因素。确定了采空区地表影响范围。     

老采空区勘查技术方法研究

老采空区往往无矿产勘查资料和历史矿产开采资料,圈定采空区范围,分析采空塌陷灾害发育程度,只能通过多方面的地质勘查技术手段确定。本文通过实例浅部采空区勘查工作总结研究,采用地质调查、地球物理探测、钻探等多种勘查技术方法,综合研究分析如何准确圈定采空区平面范围,并通过岩石力学实验与计算的方法确定采空塌陷影响范围,为老窑采空区边界和深度的准确判定,提供实际经验和理论上的支持。     

山西经坊煤矿采空塌陷形成机理及防治对策研究

以山西省经坊煤矿采空区塌陷为例,在前人研究的基础上,根据野外地质调查结果,结合钻孔揭露、构造发育、岩石的力学性质、煤层深厚比等对矿区的地面塌陷的形成机制进行了研究。结果表明,该矿三处地面塌陷处的回采工作面直接顶为分层厚度较厚的薄层状砂质泥岩或泥岩夹薄层细粒砂岩,老顶为K8砂岩,抗压强度大,采空区形成后,地面变形强烈,从而形成地面塌陷;构造的发育会促进地层变形加快,增大变形范围,扩大地表塌陷区域,井田内3处采空塌陷附近均有断层及(或)陷落柱发育。并结合矿区实际,提出地面塌陷的预防和治理措施,对煤矿的可持续发展有一定的现实意义。     

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。     

济南苏家庄铁矿矿区地面塌陷成因分析

在对济南苏家庄铁矿矿区地质环境条件、矿山开采现状调查基础上,基于地面塌陷 特征及成因分析,从矿山地球物理特征、井巷工程、地下水水位、矿体及围岩工程地质性质 等因素出发,论证了矿区塌陷的成因。调查研究表明,在200 m的瞬变电磁法探测深度范围 内视电阻率等值线水平变化相对平缓,采空区未见明显的采空区分布异常;采空区总体积仅约9 218 m3,远小于矿坑塌陷坑总体积58 665.8 m3;竖井与塌陷坑、塌陷坑与采空区水位高差巨大且稳定,达到了58.93～64.11 m;矿井巷道闪长岩、灰岩及大理岩围岩整体性好,力学强度高,因此由采空塌陷造成的地面塌陷可能性很小。在此基础上,结合矿区地形地貌、地层结构、松散盖层、动力条件及矿坑排水等因素综合分析,认为该矿区的地面塌陷是由矿山开采过程中长期排水所引起。      

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。     

基于瞬变电磁法的陇东煤矿采空区水文地质勘探技术研究

煤矿开采会破坏地层地质结构,造成采空区地表断裂、下沉塌陷等危害。为避免这一问题,需准确探测煤矿采空区水文地质,为此提出基于瞬变电磁法的煤矿采空区水文地质勘探技术。该方法以甘肃省陇东煤矿采空区水文地质为主,分别分析了甘肃省煤矿采空区的地形地貌、地层岩性、水文地质特征,根据分析结果估算瞬变电磁法在水文地质勘探时的最大勘探深度,确定瞬变电磁法的工作参数。依据勘探结果确定煤矿采空区水文地质的异常范围,以此实现煤矿采空区水文地质勘探研究。在实际应用中有效探测出了地层塌陷位置发生高阻半闭合异常现象,且除高压线外煤矿采空区其余位置的干扰电压较小。     

广西德保县通怀锰矿地质灾害危险性评价及防治对策研究

德保县通怀锰矿矿山建设开采可能引发的地质灾害有崩塌、滑坡地质灾害,危险性小-中等;地下平硐采矿引发采空区地面塌陷,并引发地面崩塌、滑坡、地裂缝产生的可能性大,危险性中-大等;地下平硐采矿,遭受井巷冒顶及井壁片邦,危险性中等;03线以西生活区遭受采空区地面塌陷地质灾害,危险性大.在基本查明矿山可能引发、加剧和遭受的地质灾...     

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。     

支持向量机对采空区稳定时间的预计

支持向量机是基于结构风险最小化原理的机器学习技术,在广泛收集金属矿山采空区失稳塌陷时间资料的基础上,建立了基于支持向量机的采空区稳定时间的预计模型。通过对采空区稳定时间测试样本的预测研究表明,用支持向量机来预计采空区的稳定时间是可行的。     

缓倾内斜坡多层采煤下覆岩变形特征数值模拟研究

贵州省水城县发耳煤矿尖山营变形体、米萝煤矿后山变形体以及兴仁县国保煤矿映山红山变形体是典型的采动斜坡,变形具有显著的矿山地质灾害特征。本文通过对前述三处采动斜坡坡体结构特征总结分析,提出具有代表性的概化工程地质模型,并基于离散元数值模拟方法,对开采三层煤条件下不同采空区排布方式覆岩变形破坏特征进行了研究。研究表明:采空区完全重叠条件下最上层采空区覆岩塌陷最严重,受岩体碎胀性影响岩体塌陷的最大深度小于采空区竖向总厚度;采空区顶板岩体破坏会逐渐向上部岩体传递,这种破坏现象传递至地表后破坏程度相较于采空区顶板减弱,地表塌陷的最大值远小于采空区竖向总厚度,其与采空区重叠面积相关性小;采空区排列的总长度越大,斜坡变形范围越大,但位移量值相较于采空区重叠的情况小;斜坡下部煤层被开采后,采空区上部坡体具有向坡外运动的趋势,坡脚出现显著的应力集中,坡脚岩体对斜坡具有"锁固"效应,扰动坡脚对斜坡稳定会产生不利影响。     

铁轨下采空区上覆地基稳定性分析

采空区上覆岩体在不能承受二次分布的应力时产生跨落塌陷,危及到地表,造成地表建筑物和设施的损坏。采空区上覆建筑物地基稳定性分析是预防灾害的前提和基础。应用采空区上覆建筑物临界安全加载深度法对某矿区上覆铁路地基稳定性进行分析,得出对研究区内H1巷道上覆地基稳定,不需要加固治理,采空区C1和C2上覆地基不稳定,需要加固治理,该结论为预防大规模灾害的发生和治理资源的分配提供了依据。     

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。     

综合物探在金属矿采空区中的应用—以焦家金矿望儿山采空区为例

矿山开采范围和深度的不断加大形成了越来越多的金属矿采空区。采空区塌陷等地质灾害给矿山安全开采和居民生活带来了极大的不便,因此对金属矿采空区的准确定位显得尤为重要。本文以山东焦家金矿望儿山采空区为例,开展了以高密度电阻率法、地震映像和探地雷达探测为主的综合探测试验,通过综合探测发现异常16处,结合地质资料和钻孔验证,证实了其中12处异常为采空区(准确率达到75%),并结合电-震综合异常特征建立了采空区3D空间形态。试验结果表明,以电-震为主的综合地球物理勘探技术可以有效的定位采空区位置及空间分布,为焦家金矿及其它金属矿区采空区探测提供了借鉴。     

“空天地”一体化技术在采空区形变监测中的应用CSCD

河北滦平县张百湾镇周台子村由于多年矿山开采遗留下大量的采空区,部分采空区未做任何处理存在塌陷隐患,严重制约当地的经济发展和社会稳定。对该地区采空区形变调查和实地监测十分有必要。文中综合应用合成孔径雷达干涉测量技术、无人机摄影测量技术、三维激光扫描技术对采空区的空间分布进行划分确定和形变监测。首先应用小基线集技术对采空区进行地表形变解算。然后应用无人机数据构建研究区的三维模型,并通过多期无人机航飞数据,计算2次航飞间地表变化,佐证InSAR技术的结果。最后应用三维激光扫描技术,对部分重点区域进行三维激光扫描,建立采空区精细化模型。研究结果表明,三种技术的联合监测结果表现出高度的一致性,其中InSAR技术探测出研究区最大形变速率-25 mm/a,结合2期无人机正射模型DEM与三维激光扫描数据差分结果确定出采空区17处的高风险区域,部分区域对居民区和道路有影响。基于“空天地”一体化技术具有较高的可靠性,可应用于矿区采空区形变调查和地面沉降监测。