瞬变电磁法在采空塌陷灾害中的应用——以神东煤矿采空区调查为例

由人工采矿及天然作用形成的地下空洞是引起地面塌陷、地裂缝等多种环境地质灾害的根源之一。在煤矿开采区,地下空洞主要是煤矿采空区,采空区受水文地质条件和开采时间的影响,呈现积水和不积水状态。利用瞬变电磁法对神东矿区采空区进行了调查勘探,用最原始的归一化二次电位解释采空不积水区及采空积水区,并根据地下空洞发育的时间长短及积水程度的不同,会呈现高阻异常或低阻异常,在视电阻率断面图上呈现出十分显著的特征。给瞬变电磁法勘探应用于采空区及采空积水区的探测提供了实例,对预测和防治采空区引起的塌陷环境地质灾害具有重要意义。      

程潮铁矿西区地表塌陷成因分析

本文以程潮铁矿西区为例,结合矿区的地层岩性和地下采矿情况,系统分析了金属矿山地下开采引起的地下水位变化及地表突发性塌陷的原因。研究表明,地表塌陷主要受地下采矿的影响,在一定的地质水文条件下,地表塌陷时采空区高度与采矿深度呈线型关系;地表变形大小和扩展范围与地层岩性息息相关;连续降雨能诱发地表塌陷。地表塌陷可被分为4个阶段:间歇性向上崩落阶段、裂缝连通及扩展阶段、疏干塌陷阶段、地表塌坑群形成阶段。采空区上部岩体垮落是非充分的,岩体空隙随时间的积累和岩体崩落动态变化,崩落呈间歇性、跳跃性地向上发展。岩体崩落的高度与地层岩性有关,岩体强度越小,完整性越差,每次崩落高度越小,总崩落高度越大。随着矿体的开采,漏斗状水位降形成,地下水位降低不仅与采空区的相对位置有关,还受岩性构造所控制。岩体裂隙的产生及发展贯通为地下水向下流动提供了有利通道,可溶岩不断被侵蚀,粘土及岩屑被地下水容冲刷带走易在地下形成隐伏空区。硬石膏整体变形破坏会造成地下水的突涌,在地下隐伏空区内产生瞬时高负压,诱发地表塌陷。     

程潮铁矿西区地表塌陷成因分析

以程潮铁矿西区为例,结合矿区的地层岩性和地下采矿情况,系统分析了金属矿山地下开采引起的地下水位变化及地表突发性塌陷的原因。研究表明：地表塌陷主要受地下采矿的影响;在一定的地质水文条件下,地表塌陷时采空区高度与采矿深度呈线型关系;地表变形大小和扩展范围与地层岩性息息相关;连续降雨能诱发地表塌陷。地表塌陷可被分为4个阶段：间歇性向上崩落阶段、裂缝连通及扩展阶段、疏干塌陷阶段及地表塌坑群形成阶段。采空区上部岩体垮落是非充分的,岩体空隙随时间的积累和岩体崩落动态变化,崩落呈间歇性、跳跃性地向上发展。岩体崩落的高度与地层岩性有关,岩体强度越小,完整性越差,每次崩落高度越小,总崩落高度越大。随着矿体的开采,漏斗状水位降形成。地下水位降低不仅与采空区的相对位置有关,还受岩性构造所控制。岩体裂隙的产生及发展贯通为地下水向下流动提供了有利通道,可溶岩不断被侵蚀,黏土及岩屑被地下水容冲刷带走易在地下形成隐伏空区。硬石膏整体变形破坏会造成地下水的突涌,在地下隐伏空区内产生瞬时高负压,诱发地表塌陷。     

程潮铁矿西区地表塌陷成因分析

本文以程潮铁矿西区为例,结合矿区的地层岩性和地下采矿情况,系统分析了金属矿山地下开采引起的地下水位变化及地表突发性塌陷的原因。研究表明,地表塌陷主要受地下采矿的影响,在一定的地质水文条件下,地表塌陷时采空区高度与采矿深度呈线型关系;地表变形大小和扩展范围与地层岩性息息相关;连续降雨能诱发地表塌陷。地表塌陷可被分为4个阶段:间歇性向上崩落阶段、裂缝连通及扩展阶段、疏干塌陷阶段、地表塌坑群形成阶段。采空区上部岩体垮落是非充分的,岩体空隙随时间的积累和岩体崩落动态变化,崩落呈间歇性、跳跃性地向上发展。岩体崩落的高度与地层岩性有关,岩体强度越小,完整性越差,每次崩落高度越小,总崩落高度越大。随着矿体的开采,漏斗状水位降形成,地下水位降低不仅与采空区的相对位置有关,还受岩性构造所控制。岩体裂隙的产生及发展贯通为地下水向下流动提供了有利通道,可溶岩不断被侵蚀,粘土及岩屑被地下水容冲刷带走易在地下形成隐伏空区。硬石膏整体变形破坏会造成地下水的突涌,在地下隐伏空区内产生瞬时高负压,诱发地表塌陷。     

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。     

北京西山地面塌陷的形成因素浅析

地下采矿是地面塌陷失决条件，自然重力及其他外界触发因素是其发展动因，地面塌陷受覆岩时代及岩性，采空区尺寸大小，煤层倾角，煤层厚度及开采深度，重复采动，水文条件变化，地形地势和松散盖层的影响。     

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。     

湖北省当阳石膏矿1~#采空区塌陷机理及发展趋势预测

通过对当阳石膏矿基本情况调查,在收集资料的基础上,详细查明了当阳石膏矿的地质条件及采空塌陷所产生的环境地质问题,准确圈定了塌陷灾害的平面分布范围,探讨了当阳石膏矿1~#采空区塌陷特征、形成机理。根据现有的采空塌陷成因分析,预测了其发展趋势。     

复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究

地质条件是矿山开采岩层移动的基础,复杂的地质条件常使得地表移动角、沉陷角预测不准,导致灾难性后果。以典型复杂地质矿山程潮铁矿东区为例,以多年地表变形监测结果为依据,对在其特殊地质条件下地表变形和岩层移动的机制进行了分析研究。结果表明,地下采矿是矿区岩体破坏的直接诱因,地下水产生的静水压力和动水压力强化了岩体的变形与破坏;矿区岩体中断层、节理等特殊地质结构是岩体破坏的基础;构造应力场的存在是围岩向采空区产生较大移动变形的主要影响因素;在采矿之初,地表塌陷主要是由地下水疏干引起的;地表大规模塌陷形成以后,地下采空区的扩大是引起地表塌陷的主要原因,但矿区特殊的地质条件对地表塌陷范围的扩展速度有重要影响。     

湖北省松宜矿区地面塌陷成因类型及形成条件分析

通过对松宜矿区地面塌陷调查研究,按煤层顶板埋深和塌陷成因的不同将其分为浅埋型采空塌陷和深埋型岩溶塌陷,前者系指煤层顶板为栖霞组、茅口组地层区域,在缓坡地带、构造、岩溶发育部位、煤层厚度大的采空区易形成采空塌陷,无序复采、矿柱遭受破坏是主要诱发因素;后者是在矿坑高强度疏排地下水导致地下水位大幅降低,形成以真空吸蚀为主要成因的岩溶塌陷。针对其成因机制,提出了防治建议,对矿区地质环境综合治理具有实际意义。     

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。     

基于主成分层次聚类模型的采空塌陷场地稳定性评价

对采空塌陷场地进行稳定性评价是保证后续工程建设安全的重要前提。针对某磷矿急倾斜矿层采空塌陷场地稳定性评价影响因素多、地质采矿条件复杂的问题,提出了基于主成分层次聚类模型的稳定性判别方法。在确定采空塌陷场地稳定性评价范围的基础上,筛选了表征采空塌陷场地稳定性的8个主要指标作为学习样本进行训练,经主成分降维后,建立采空塌陷场地稳定性评价的AGNES（AGglomerative NESting）层次聚类模型并应用于该磷矿采空塌陷场地稳定性评价中。实验结果表明,采空塌陷场地稳定性影响因素的前4项主成分的累计贡献率为81.8%,较好地表征原始样本指标所包含的信息,采空塌陷场地稳定性总体能够与此区域城市规划不同用地性质的土地承载力相适应,并与其他手段评价结果相比较证明了主成分层次聚类模型应用于采空塌陷场地稳定性评价中的可行性和有效性。     

基于神经网络的采空塌陷预测

依据某煤炭开采区的勘察资料, 综合考虑影响采空塌陷的主要因素, 建立了预测采空塌陷的 BP神经网络模型。该模型结构为 7-10-2型。优化学习参数后, 用该模型对采空区塌陷进行了预测分析, 结果与实际情况完全吻合, 表明 BP神经网络模型应用于采空塌陷预测领域是行之有效的。      

江苏省邳州石膏矿区采空地面塌陷发育特征与防治对策研究

采空地面塌陷是江苏省邳州石膏矿区最主要的地质灾害类型,具有突发性、偶然性、隐蔽性等特点,矿区上方人口密集,耕地、河流分布广泛,对矿区内居民生命财产安全危害较大。在该区以往地质工作研究的基础上,通过对已发生的地面塌陷进行野外地质调查,综合分析了塌陷坑所处的基础地质条件、工程地质条件、水文地质条件、采空区形成历史、塌陷坑的形态、塌陷发展过程和人类工程活动等要素。结果表明: 邳州石膏矿老采空区主要分布于矿区中部及西部,其规格严重偏离房柱法开采规范要求,整体稳定性差,常形成面状地面变形和波状地面塌陷等; 近期采空区主要分布于中部及东部,常形成点状地面塌陷; 巷道开拓区,主要位于中东部新建矿井区,常形成点状地面塌陷及塌陷隐患点。根据国内对石膏矿区采空地面塌陷的治理经验,结合本区实际情况,提出了一系列防治措施,以便有效规避灾害风险。该研究对矿区下一步开展采空地面塌陷治理工作提供了技术支撑。     

唐山南湖生态园地面塌陷影响因素及保护对策分析

南湖是唐山煤矿老采空区地面塌陷坑治理建成的AAAA级景区生态园,通过分析论证影响南湖生态园老采空区复活的各项因素及其塌陷形成机制,对该区采空塌陷及地裂缝发生的可能性、地质灾害的危险性和危害性作了进一步分析,并提出了地质灾害防治与生态保护的措施及建议。     

北京西山煤炭采空区“井筒型”塌陷灾害及成因

20世纪80年代以来，在北京西山开展的灾害地质调查中，“井筒型”塌陷坑的成因引起的争论较多。本文根据该类塌陷的地质特征，从当地的地质、水文、气候等条件的分析入手，提出煤炭采空是其形成的主要原因，地表水的下渗和矿震是其重要的诱发因素。     

断层控制与采空塌落诱发的天山北麓某煤矿滑坡分布特征

地下采空区引发的地面变形已引起广泛关注,但由于断层发育的复杂性和钻探手段的局限性,对小型断层分布特征及其控制作用仍缺乏足够认识。本文以天山北麓某煤矿为例,采用现场地质调查、高密度电法物探相结合的技术手段,在2.1 km~2的矿区范围内判识出小型断层4条、滑坡6个和塌陷坑10多个。结合地下采空区和采矿揭露富水区分布情况,对断层控制作用和采空放顶诱发作用进行关联分析。结果发现,顺倾斜坡中断层控制着采空区陡立边界,同采空放顶联合作用,控制了滑坡和塌陷坑位置及规模。井下采掘中观察到煤层厚度突变、地层断距和突涌水等,进一步验证了上述结果的可靠性。     

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。     

基于层次分析法与频率比模型的采空塌陷危险性评价

采空塌陷危险性评价是编制地质灾害防治规划、开展地质灾害防治与监测预警工作的重要依据。本文采用层次分析法与频率比模型相结合构建了采空塌陷危险性评价模型（AHP-PF组合模型）。以沈阳市蒲河-清水矿区为例,考虑了地质条件、地表特征、开采条件等3方面影响因素,选取了第四纪覆盖类型、第四纪松散层厚度、地质构造复杂程度、可采煤层顶板强度指标、煤层倾角、地表沉陷速率、采深采厚比、采空区叠置层数等8个评价指标,利用AHP-PF组合模型计算各指标权重及频率比,最后进行采空塌陷危险性分区。评价结果表明,采空塌陷危险性高区主要集中在采深采厚比小、沉陷速率大及目前仍在开采的区域,该区域是地质灾害防治、搬迁避让的重点区域。