地下采动下含深大裂隙岩溶山体变形响应特征

为了研究岩溶山区地下采矿活动对上覆岩层及山体的变形影响,依托贵州纳雍普洒“8.28”特大崩滑案例,在现场地质调查的基础上,分析了纳雍普洒“8.28”崩塌体特征和山体变形发展过程,采用UDEC离散元数值方法研究了地下采动作用诱发强烈岩溶山体崩滑失稳过程及变形特征。结果表明：山体上部灰岩溶蚀强烈,形成众多裂隙和岩溶管道,在地下采动作用下经历了较长的变形发展过程;地下采动影响下,山体上覆岩层向采空区方向变形,并随着顶板岩层冒落,岩层变形显著增大;上覆岩层深大裂隙对山体变形有重要影响,上部岩层沿着裂隙向下形成沉降带,同时裂隙也得以扩展;崩塌区前缘岩体由于开挖卸荷,向坡外发生挤出变形,前缘阻滑力降低;随着采空区不断扩大,山体稳定性不断降低,最终山体整体溃屈,发生破坏。普洒崩滑模式为“山体后缘拉裂沉陷—裂隙扩展贯通—整体溃屈”。本研究为开展西南地区地下采动对岩溶坡体稳定性影响评价提供借鉴。     

岩石倾斜裂隙与水平裂隙扩展贯通试验及数值模拟研究

采用最新配置的水泥砂浆材料,通过在试件中布置倾斜裂隙和水平裂隙,开展了单轴和双轴条件下的压缩试验,详细分析了不同加载条件下试件裂隙的扩展和贯通规律。试验结果表明:无裂隙内水压时,在单轴压缩条件下倾斜裂隙在扩展贯通水平裂隙后裂纹的扩展路径和方向发生明显改变,试样最终发生劈裂破坏。侧压的增大抑制了倾斜裂隙端部翼裂纹和次生裂纹的萌生,高侧压下翼裂纹没有贯穿水平裂隙,试样破坏模式变成了剪切破坏。水力耦合作用下,单轴压缩时倾斜裂隙翼裂纹尖端的最大主应力分布范围随着内水压的增大逐渐变小,翼裂纹的起裂应力、起裂角和峰值强度逐渐降低,试样发生劈裂破坏。通过数值模拟得到的裂纹扩展贯通规律与试验结果具有良好的一致性,开展了不同内水压时倾斜裂隙扩展贯通无水压的水平裂隙的数值分析,随着内水压的增加倾斜裂隙首先萌生共面裂纹随后产生翼裂纹,翼裂纹扩展贯通水平裂隙时扩展路径同样会发生改变。水力耦合作用下侧压也会抑制翼裂纹的萌生,随着内水压的增大减弱了侧压对倾斜裂隙翼裂纹的抑制作用。     

动态应力追踪方法识别采动裂隙带发育研究

煤层开采过程中,开采工作面围岩一定范围内的岩体会产生卸荷裂缝或新裂隙,其中有一部分裂缝和裂隙存在张开的经历。由于张开的裂隙和缝隙内没有力的传递介质,在这些裂缝、裂隙附近区域的应力会从因重力引起的应力大值降低到一个很小的值,但不一定会达到应力为0值。裂缝、裂隙附近区域的应力由于之后的应力重分布可以发生调整而振荡,裂缝、裂隙相应地可以闭合,甚至可以承受很大的剪应力。基于一部分采动张开裂隙附近区域的应力大值曾经历过大幅度卸载到一个很小值这一动态过程,提出了一种识别采动裂隙带发育的动态应力追踪方法。以宁夏石嘴山矿区三号煤层为工程背景,利用离散元UDEC软件包计算确定煤层开采过程中覆岩内部不同开采阶段的应力分布。借助于后处理软件TechPlot,利用提出的动态应力追踪方法,识别该矿采动裂隙带的范围和高度;研究结果表明,所提出的动态应力追逐方法具有可行性和很好的适用性。     

采动覆岩裂隙分布及其空隙率特征

利用弹性薄板理论和关键层理论,对采空区上覆岩层的下沉进行定量描述,研究采动影响下覆岩裂隙的分布特征,得到了基于相对下沉量的覆岩规则移动带空隙率的近似公式。研究表明,覆岩裂隙场内,裂隙数量分布以两边为多,中部较少,在关键层下部的岩层往往产生较大的离层空间;随着岩层深度减小,空隙率逐渐变小,覆岩底部,空隙率曲线沿走向呈现马鞍状,在关键层或者硬岩起作用的区域形态发生改变,曲线形态逐渐变成拱状。其结论可应用于岩体渗流研究及瓦斯综合治理。     

徐州地区裂隙岩溶水资源问题研究

本文详细研究了徐州地区裂隙岩溶含水层的水力特征,探讨了环境地质问题的成因。针对徐州地区裂隙岩溶水资源问题进行了数值模拟,并建立了规划管理模型,为合理开采徐州地区裂隙岩溶含水层提供了科学依据。模拟结果表明,徐州地区的裂隙岩溶含水系统整体上还具有一定的开采潜力,但由于开采强度极度不均,市区已处于超采状态,需要调整开采布局,以提高区域水资源承载力。      

多层采动条件下采空区覆岩残余裂隙发育规律的实验研究

采空区残余裂隙的发育情况是采空区充填注浆设计需要考虑的重要因素。本文采用相似材料模拟实验的方法,探讨多层采动条件下采空区覆岩残余裂隙的分布规律和发育程度。研究结果表明:开采结束后采空区残余裂隙在剖面上具有明显的分区性,从采空区两侧到中间可划分为残余裂隙发育区、裂隙压密区和地表张拉裂隙区; 残余裂隙发育区的残余裂隙率一般介于19.54％～45.27％之间,裂隙压密区的残余裂隙率介于9.28％～19.33％之间; 离层裂隙发育高度是受采宽和累计采厚综合影响的结果。研究成果对于老采空区建筑地基的稳定性评价、采空区处治工程范围与深度的确定、注浆孔的合理布置、单孔注浆量的合理计算等都具有重要的理论研究价值和实际指导意义。     

北京房山岩溶区节理裂隙分布特征研究

北京房山区岩溶发育广泛,通过对发育其中的节理裂隙进行统计分析,发现房山地区的节理裂隙多为高角度垂直节理;节理密度较大,填充物较少,同一地点通常发育两到三组节理。高密度、高角度、渗透性好的多组节理裂隙为岩溶作用和风化剥蚀作用,提供了极为有利的条件;而沿节理裂隙入渗的雨水直接下渗溶蚀,使原本的裂隙网络被扩大。     

重庆鱼田堡煤矿采动条件下顶板岩溶地下水运移规律探讨

重庆市位于我国西南地区,五大国有煤矿多位于岩溶发育的丘陵山区,地质条件复杂,为深入探讨重庆丘陵山区采煤条件下地下水的运移规律,在鱼田堡煤矿煤层顶板长兴段灰岩地表投放示踪剂,井下不同巷道水平以及不同采区布置多个接收点实施连通试验。实验结果表明:接收点水样在雨后呈现出Cl-含量升高、Cl-含量降低和Cl-含量不变3种变化趋势,综合连通试验结果及水化学分析得出顶板长兴段灰岩地下水在侵蚀基准面以下向开采工作面排泄,而开采结束覆岩相对稳定的采区基本无长兴段灰岩地下水排泄。研究不同采区的接收点示踪剂变化特征对深入了解地下水的运移规律,以及类似条件矿区布置防治水工作具有参考价值。      

缓倾山体采空侧动成灾的复合机理

顺向缓倾构造山体采空侧动（侧向滑移变动）,不同于一般天然山坡的滑坡,也与采空区一般上覆岩层的变形位移有异;它是二者复合机理的总效应,是一种新的工程地质或环境灾害地质的现象与过程。本文分析考察了毗邻电厂的顺向缓倾构造山体,剖析了地下采空情况。认为,山体采空侧动,软弱夹层为决定性条件;变动范围、速率、规模与性质,与地下采空有关。通过现场实际研究、变形观测资料分析、模型试验与数值模拟的对比研究,首次提出了采动区＂坍落拱粱＂成生效应、＂坍落拱梁＂顺层挤压效应、＂坍落拱梁＂失稳效应、采动区＂坍落拱梁＂坍陷趋稳效应等一系列的顺向缓倾山体采空侧动的复合机理的表现;揭露了顺向缓倾山体这种具有地表与地下的＂复合临空面＂的＂复合应力场＂中出现＂复合变动＂的＂复合机理＂。     

天津市古潜山奥陶系岩溶裂隙发育规律研究

奥陶系在天津平原区是具有开发前景的基岩热储, 但是在开发过程中发现, 该层岩溶裂隙发育极不均匀, 富水性相差较大, 给施工带来一定的难度, 严重阻碍着地热资源的开发进程.为此, 对全市近百眼揭露奥陶系地热井的资料进行对比分析, 对不同构造单元奥陶系一、二类裂缝发育和原始出水量情况进行统计, 总结其岩溶裂隙发育规律.研究结果表明:岩溶裂隙多分布于灰岩较纯的马家沟组, 泥质灰岩较发育的亮甲山组和冶里组次之;在埋深小于2 300 m的地区, 奥陶系裂隙发育随地层厚度的增大而增大;上覆地层为新近系和中生界的岩溶裂隙发育厚度大于上覆地层为石炭系的;双窑和潘庄凸起岩溶裂隙较发育, 富水性较好;张性断裂附近岩溶裂隙最发育.据此可知, 岩溶裂隙多分布在张性断裂附近、灰岩较纯的马家沟组, 以及埋深较浅、上覆地层为新近系和中生界的凸起区, 这些地区富水性较好, 可为地热开发提供可靠依据.     

喀斯特裸坡土壤侵蚀模拟研究

文章通过人工模拟降雨试验,研究不同地下孔（裂）隙度、基岩裸露率和雨强对地表、地下产流、产沙的影响,其结果表明:（1）土壤侵蚀与地下孔（裂）隙度具有较高相关性,地表产流、产沙随地下孔（裂）隙度的增大而减小,而地下则相反;（2）坡面径流刚产生时,雨滴击溅和薄层水流冲刷,土壤细小颗粒堵塞其毛管空隙,渗漏率减小,而地表径流量增大,土壤团聚体被破坏、分散和迁移,降水与土壤渗漏率增大,地表径流量减小,雨滴击溅增强,如此循环,降水与土壤渗漏率呈波动性变化;总体而言,地表、地下悬移质均随降雨历时呈下降趋势,而地表推移质则相反,地表、地下产流量变幅较小,趋于平行;（3）地表产流、产沙量随基岩裸露率增大呈波动性变化,总体呈下降趋势;而地下产流、产沙量随基岩裸露率增大呈波动性变化,总体呈增大趋势;（4）在较小雨强30 mm/h时,地表只产生悬移质流失,没有产生推移质流失;地表、地下产流、产沙都是随雨强增大而增大;雨强由30 mm/h增大到150 mm/h,地表累积产流量为538.5 L,累积产沙量为2 393.81 g,地下累积产流量为207.8 L,累积产沙量为687.73 g,累积产沙量的递增速率比累积产流量的递增速率要大,地表产流、产沙的递增速率大于地下产流、产沙的递增速率;（5）各因子与土壤侵蚀间相关程度为:降雨历时>雨强>地下孔（裂）隙度>基岩裸露率。该实验有助于为喀斯特地区的水土流失研究、评价及制订石漠化治理措施提供理论依据。      

复合采动影响下边坡岩体变形机制的数值分析

在各类矿产资源的开采过程中,有许多矿区属地下与露天复合开采情况。依据采区的空间对应关系,两种采动影响域中的一部分相互重叠,致使其采动效应相互作用和相互叠加,从而组成一个复合动态系统,因此,边坡岩体变形机理更加复杂,与单一露天开采相比有较大的差异。然而,过去在处理此类问题时近似地按单一露天采动影响下的分析方法,结果与实际情况有一定差异。     

坡度因子对喀斯特石漠化的影响

为了探索广西喀斯特石漠化的成因,选取地形因子中的坡度,对研究区遥感影像进行处理和石漠化信息分级,借助GIS技术进行定性、定量分析,结合GPS技术进行实地抽样调查,评价试验精度。结果表明:随坡度的增大,石漠化灾害程度有上升的趋势,但是当坡度25°时,人类活动影响的变小,石漠化的整体发生率有所降低。石漠化主要受到自然因素的影响,但人类对生态的破坏活动会加剧石漠化的进程。     

采动作用下上硬下软型缓倾岩质高边坡变形机理试验研究

我国西南岩溶山区地质环境复杂,地下开采活动频繁,大型崩滑灾害频发。为了了解上硬下软缓倾岩质边坡下覆矿层开采时坡体的沉降与地裂缝发育规律,以贵州普洒崩塌为例,通过相似模型试验,研究采动作用下,坡体的地表沉降、内部位移、层间压力变化规律、以及采动诱发的地裂缝发育情况。研究表明：在地下开采情况下,坡体地表沉降和内部位移随开采宽度增加呈线性增大;当开采宽度约为采高的16倍时,地表沉降突增,并伴随裂缝出现;测点越靠近地裂缝,沉降变化率越大,地裂缝发生位置与地表沉降变化率最大的测点大致出现在同一区域;掘进工作面推进时,采空区上方顶板岩层出现卸荷区域,压应力减小,而采动工作面煤层上方岩体出现层间挤压区域,压应力增加;采空区上方大于20倍采高范围以外,岩体层间压力受地下开采活动的扰动影响微弱。本研究为西南岩溶山区在地下采动作用下,对山体崩滑的早期识别与破坏机制分析具有一定的参考意义。     

基于案例挖掘的边坡稳定性智能评价系统研究

虽然边坡灾害治理实践已经积累了大量的成功的或失败的边坡治理工程案例,但这些工程案例产生的大量数据信息未被充分利用与开发,造成了极大的资源浪费。为此,基于边坡工程案例,应用数据挖掘与知识发现和递归的自-组织模糊神经推理网络的方法,初步提出了一种基于案例挖掘的边坡稳定性智能评价系统,并通过案例挖掘的应用实例表明了该系统的有效性和可行性。     

煤炭开采后峰峰矿区奥陶系岩溶水硫酸盐演化过程研究

文章运用水化学和同位素水文学等手段,寻求奥陶系岩溶水硫酸盐演化过程的“指纹”,通过不同含水层间水化学、稳定同位素差异的比对,分析其与上覆含水层间的水力联系和硫动力分馏过程,阐述采矿活动影响下峰峰矿区奥陶系岩溶水硫酸盐的演化过程。研究结果表明:煤矿开采后,峰峰矿区奥陶系岩溶水硫酸盐含量普遍增高,演化特征呈现多样性,存在多种硫动力分馏过程。分馏动力主要来自矿坑水和孔隙水通过导水裂隙的渗漏（越流）补给,以及脱白云石化过程中自身蒸发岩矿物（石膏）的溶解。      

井工开采对露天矿边坡稳定性影响的试验研究

露天边坡的稳定性是关乎矿山安全生产的重要因素之一。以安家岭露天煤矿29211工作面开采为例,采用相似材料模型试验研究方法,研究井工开采对露天矿边坡变形破裂过程的影响。试验结果表明：29211采面的推进使得上覆岩层发生垮落和下沉变形,形成“拱式”结构,对边坡产生较大的水平推力作用,导致边坡向临空面方向发生较大的水平位移,同时也造成了边坡不同程度的拉裂和沉降变形;当29211工作面推进至合理停采线2时,边坡岩体内出现局部裂缝,推进至设计停采线时,边坡岩体内裂缝已逐渐形成并贯通至坡底,因此,29211工作面推进至合理停采线2时为适宜停采位置;29211工作面开采完毕后工作面中部正上方沉降量最大,边坡岩体最大下沉量约为8 m,边坡体内裂缝逐渐贯通,有被挤出的趋势。研究结果对露天矿现场开采安全提供理论指导。     

松藻矿区岩溶瓦斯“四位一体”防治技术及应用研究

岩溶瓦斯问题已成为影响和制约煤矿安全生产的重要致灾因素。为保障岩溶影响区岩石巷道掘进过程中的施工安全,有效防治岩溶瓦斯灾害,以重庆松藻矿区为研究对象,分析了岩溶瓦斯来源及岩溶瓦斯赋存规律,提出了基于岩溶瓦斯小块段区域预测、梯级渐进式局部探测、近距离局部防治和安全防护措施的“四位一体”防治技术。现场应用表明,严格实施“四位一体”防治技术能够有效防止岩溶瓦斯事故。