黄山市花山谜窟景区2号、35号洞窟地质灾害隐患

黄山市花山谜窟景区2号、35号洞窟顶板裂隙较发育,渗水严重,加之,洞窟内部分支撑柱间距过大,引发了片状剥落、块状坠落、新生裂缝(顶板及支撑柱)三类地质灾害隐患。本文在分析研究的基础上,对洞窟地质灾害隐患的产生条件进行了分析,并在此基础上提出了加强洞窟地质环境保护的对策。     

鸳鸯湖矿区2号煤层顶板岩性及物理力学性质关系研究

宁夏宁东煤炭基地是“国家级煤化工基地”之一,鸳鸯湖矿区是宁东煤炭基地的重要组成部分,位于宁东煤田中北部,拥有5座现代综合机械化生产矿井,近几年为当地和国家煤炭工业经济做出了突出贡献。与此同时,各煤矿巷道也不同程度出现了冒顶、片帮、底鼓等一系列工程地质问题,矿区也出现了大面积的地面沉陷等环境地质问题。本文以鸳鸯湖矿区2号煤层顶板岩性及物理力学性质关系为研究对象,通过分析生产矿井煤层埋藏深度、顶板岩层沉积相,顶板岩性分布及岩性组合特征,岩石矿物显微特征、物理力学性质特征,研究岩石颗粒粗细与真密度之间的关系,物理性质与力学性质之间的相关关系。研究表明：鸳鸯湖矿区2号煤层顶板岩性以灰和浅灰色长石石英、石英粉砂岩及泥质粉砂岩为主,含铝质黑灰、黑色泥岩,遇水容易软化;岩石单项抗压强度总体很低,平均饱和单项抗压强度均小于10MPa,多属于软弱、极软弱岩层的容易冒落顶板;岩石物理、力学性质关系密切,相关性强,浅埋深煤层开采后,导水裂隙带高度能够发育导通至地面。文章从煤层顶板岩性及岩石物理力学性质方面研究了矿区面临的工程地质和环境地质问题,为现代化煤矿生产与资源环境协调发展提供理论依据参考,对黄河流域生...     

复杂地层顶板大直径高位定向钻孔试验

针对煤矿地层条件复杂,常规钻进工作量大、单孔深度不足、难以成孔、瓦斯抽采浓度低等诸多问题,开展了煤矿复杂地层中施工顶板大直径高位定向钻孔试验。以东保卫煤矿施工为依据,根据煤层顶板地质实际情况,在36号煤层顶板施工6个?120 mm大孔径顶板高位定向钻孔,其中孔深>300 m钻孔成孔率达到83.3%,最大孔深510 m。利用顶板大直径高位定向钻孔进行瓦斯抽采,其抽采浓度比原有工作面常规瓦斯钻孔抽采浓度增加66.7%,取得显著瓦斯抽采效果。顶板大直径高位定向钻孔的成功应用,为东保卫煤矿以及相似条件矿区推广应用提供了技术支撑。     

敦煌莫高窟围岩稳定性及环境保护

本文在对莫高窟遗址现场地质调查，洞窟岩体试验分析资料基础上，介绍了莫高窟场地的地质条件，洞窟围岩的岩石学特征及工程性质，分析了洞窟岩体可能的变形破坏方式及已有加固工程建筑物的变形特征。本文还就遗迹环境保护问题行进了简要说明。     

龙游石窟3-2号岩柱变形破坏对3号洞应力变化的影响

作为具有大跨度、超浅埋等特点的千年古地下洞室群,龙游石窟吸引着众多前来研究的岩石力学家和工程地质学家。近些年来,龙游石窟的3号洞顶板多处出现了开裂和离层。安装在3-1号岩柱周围起支撑洞室作用钢柱上的应变片数值也发生了变化。据分析,这些现象出现的一个重要原因是3-2号岩柱强度降低引起洞室围岩受力条件的改变。利用FLAC3D数值软件,借鉴强度折减法,对3-2号岩柱强度降低引起上述变化的情况进行了模拟。数值模拟的结果可以较好地解释上述现象。在此基础上,进一步对3号洞顶板和其他岩柱的应力变化等进行了数值分析。结果表明:①3-2号岩柱的强度已有所下降,并有继续降低的趋势;②随着3-2号岩柱强度的降低,顶板的裂缝将不断增长、增多。其结果可为3-2号岩柱强度降低过程中洞室围岩力学行为的科学分析、预测及石窟的保护等提供依据。     

坚硬顶板煤层一次采全高顶板支护管理研究

大采高综采技术是厚煤层开采工艺的重要发展方向,越来越多地被采用,顶板事故在矿山生产安全事故中占有较大比例,有效控制顶板,合理对顶板进行支护是采矿过程中必须认真考虑的问题。大采高综采工作面采场顶板跨度大、高度高,矿山压力复杂,管理难道大,本文针对某矿9、10号煤层大采高综采工作面顶板坚硬特性,通过理论计算出了不同工作条件下支架工作阻力和顶板支护强度参数,结合对本矿区所做的相似模拟实验结论,对顶板管理中支护强度进行了分析研究,就矿区特定顶板条件选定和提出了具体支护要求。     

沁水盆地南部15号煤层顶板灰岩特征对煤层气开采的影响

煤层顶板的含水性对煤层气的开采有重要影响。沁水盆地南部上石炭统太原组15号煤层直接或间接顶板多为灰岩,其中以K2灰岩为主,连续分布。顶板泥岩较少,呈零散分布。灰岩的富水性对煤层气的排水降压有影响。因此,主要从灰岩的厚度展布、裂隙发育、与煤层的接触关系以及区域水文地质条件讨论其含水性对煤层气产能的影响。研究结果表明:(1)灰岩的含水性一般较弱,但当遇到断层或岩溶陷落柱较发育的部位,可能与其他含水层沟通,富水性较强。(2)15号煤层顶板灰岩的厚度与煤层气井的产水量并无直接关系,其裂隙较发育,但大多被方解石充填,导水和储水性能较差。(3)灰岩与15号煤层的接触关系有两种:一种是直接接触型,灰岩直接覆于15号煤层之上;另一种是间接接触型,灰岩与15号煤之间夹有泥岩、砂岩或14号煤层。直接接触型煤层气井的产水量、产气量比间接接触型高。间接接触型15号煤层直接顶板的岩性、厚度对产气、产水都没有太大影响。     

新疆雨田煤矿3-3号特厚煤层综采放顶煤条件下坚硬顶板处理技术

新疆托克逊县雨田煤矿含煤地层为侏罗系下统八道湾组,3-3号煤层厚度大、结构简单,为该矿的主采煤层。由于受坚硬顶板条件的制约,一直沿用"刀柱式采煤法",不仅回采率低,同时存在重大的安全隐患。根据煤层顶板物理力学性质测定结果,结合矿井3-3号煤层的赋存条件,确定工作面的顶板管理采用"超前工作面深孔预爆破控制坚硬顶板"的方式。该技术有效的提高了回采的安全性,顶板基本随采随冒,工作面无明显冲击来压现象,支架载荷变化平缓,资源回收率大幅提高。     

道孚县少乌砂金矿矿山地质环境特征及恢复治理措施

本文以道孚县少乌砂金矿矿山地质环境为研究对象,对矿山地质环境保护与恢复治理方案进行了探讨。通过对矿区地质条件和矿山活动对地质环境的破坏特征调查,重点分析和评价矿山活动对地形地貌、人文景观、土地资源、地下水环境等造成的影响、破坏,和加剧、诱发地质灾害发生的问题。针对道孚县少乌砂金矿矿山地质环境的破坏特征以及气候条件提出了保护和恢复治理措施。总结出了矿山地质环境的保护和恢复不仅是单纯的地质问题,同时涉及到大气、水、生物圈等,给人类的生产和生活造成了极大的影响,因此开展矿山活动造成的地质环境保护和恢复工作是十分必要和迫切的,对保护生态环境、改善人类的生存环境、促进社会经济发展有着十分重要的意义。     

北京市矿山地质环境分析与评价

本文通过对北京市矿山地质环境现状的分析研究,运用质量指数模型方法,对全市矿山地质环境进行综合评价,划分出矿山地质环境严重区。较严重区及一般区。并对矿山环境地质问题发展趋势进行了分析,为合理开发矿产资源、保护矿山地质环境、治理矿山环境、恢复与重建矿山生态系统以及实施矿山地质环境监督管理,提供基础资料和决策支持。     

桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究

随着抗滑桩在工程中的大量运用,岩溶区抗滑桩嵌固端稳定性问题日益突出。当抗滑桩桩前存在溶洞时,溶洞在水平荷载下可能会发生变形,导致抗滑桩嵌固端失去稳定性。本文基于相似模型理论,建立了抗滑桩嵌岩段桩前存在两种不同形状溶洞（长轴方向水平和长轴方向竖直）试验模型。利用水平加载试验,针对椭圆形桩前溶洞对抗滑桩嵌固端的稳定性影响进行了研究,获得以下相关结论:溶洞长轴方向为竖直的试验模型嵌岩体变形分为弹性变形、裂纹稳定扩展及加速扩展三个阶段,加载到破坏荷载时溶洞顶板产生隆起破坏,最终形成的顶板处破坏断面与水平方向成45°左右;桩前溶洞长轴方向为水平的试验模型在达到溶洞长轴方向为竖直的模型破坏荷载增大一级荷载时,嵌固端保持整体稳定;相比于横长轴溶洞,纵长轴溶洞的存在更显著的降低了抗滑桩嵌固端的承载力,且溶洞顶板厚度越小,对抗滑桩嵌固端承载力影响越大,破坏形式为溶洞顶板受压破坏;基于极限平衡法,提出了桩前存在溶洞时嵌固端承载力验算方法,并对验算方法进行了验证。      

基于岩溶洞穴旅游活动中洞穴环境因子的研究

随着人们生活水平的不断提高,岩溶洞穴旅游活动日益频繁,使得对洞穴环境的综合研究以及洞穴旅游管理变得尤为重要。通过调研国内外岩溶洞穴旅游管理的现状,结合岩溶洞穴环境的研究成果,综合分析岩溶洞穴环境因子,如温度、相对湿度、洞穴CO2浓度等,对岩溶景观的影响,探讨溶洞环境的自净能力以及景观保护与修复措施等问题;针对目前岩溶洞穴旅游开发的有限空间与无序客流的矛盾,提出了合理调控洞穴旅游客流量,增强洞穴旅游景观资源保护意识,从地学、旅游、环境以及健康等角度评估和开发洞穴,使旅游活动对环境因子的影响限制在可控范围,实现洞穴旅游的可持续发展。      

岩溶区高速公路路堤及溶洞顶板稳定性数值分析

采用大型通用有限元软件ABAQUS对某室内模型试验进行了数值模拟,验证了三维有限元法进行洞室结构稳定性分析的可靠性。结合永武（永安-武平）高速公路A11合同段岩溶地质资料,将溶洞近似为与实际相近的椭球状,建立岩溶区路堤的三维有限元模型,分析溶洞顶板厚度、填方高度、溶洞位置以及溶洞充填状况对路堤及溶洞顶板稳定性的影响。为与现行顶板安全厚度确定方法进行比较,进行二维平面应变有限元分析。研究表明,对于较完整的顶板岩层,按顶板受拉破坏稳定安全系数为4确定的安全厚度过于保守,按梁板理论弯曲受拉破坏确定的安全厚度也偏于保守,是由于实际顶板岩层并不完全符合梁板理论的简化假设,而以有限元分析所得最大弯矩按梁板弯曲受拉破坏确定的安全厚度最为经济;实际工程中三维效应明显的溶洞,现行理论简化和二维数值分析法都较为粗糙,宜采用三维数值分析法。通过对上述问题的分析,为该高速公路岩溶区填方路段的设计和溶洞的处治与否提出指导性意见,已创造较好的经济效益和社会效益,可供类似工程应用时参考。     

岩溶土洞演化及其数值模拟分析

土洞是覆盖型岩溶区一种隐伏的不良地质现象。土洞在水的作用下发育演化最终形成塌陷,可通过地下水位的变化来研究土洞发育和塌陷的形成。同时土洞的演化会造成覆盖土体不均匀位移和应力重分布,可通过覆盖土体位移和应力变化来进行研究土洞演化过程。采用FLAC3D三维有限差分程序,分析覆盖层垂向位移场表明:最大垂向位移出现在土洞顶部,使拱顶出现拉张破坏,并可根据洞顶土层位移的数值模拟结果,划分“等沉面”确定土洞扰动的土层深度。分析覆盖层剪切应力场表明:在土洞拱趾部位出现剪应力集中,会造成拱趾的剪切破坏,并可根据洞顶“剪应力低值区”,判断覆盖层中土拱效应的存在。分析覆盖层塑性区表明:较为坚硬的黏土层中,土洞以拱顶塌落和拉张破坏为主,最终可以形成坑壁较为陡直的桶状或坛状塌坑。土层较为松散时,以拱趾的剪切破坏为主,最终可以形成锥碟形塌陷坑。利用“剪应力低值区”,“等沉面”和“塑性区”可综合判断土洞的稳定性以及覆盖层所能形成的极限土洞大小。岩溶土洞演化规律及数值模拟研究对岩溶塌陷（土洞）早期监测和评价有着重要的理论及工程意义。      

山东半岛九天洞洞穴环境变化特征与影响因素

选取旅游洞穴九天洞为研究对象,对洞穴环境变化特征及影响因素进行分析,探讨旅游活动和外界环境变化对洞穴环境变化的影响,以期能够为旅游洞穴的保护与合理开发提供科学依据。结果表明:（1）九天洞受外界气温变化的影响呈夏季高冬季低的特征,且洞穴温度略高于当地平均温度,这与洞穴通风、旅游活动、监测时间等因素有关;（2）洞内相对湿度与洞内空气温度呈较好的负相关关系,洞内相对湿度的变化主要受控于温度,呈夏季低冬季高的变化特征;（3）九天洞CO2浓度的季节变化特征为夏秋季高冬季低,与气候变化导致的植被和微生物活动以及滴水速率的变化有关;（4）距洞口越远的监测点空气温度、相对湿度的变化幅度越小,CO2浓度越高,说明距洞口越远受洞外气候变化以及洞穴通风的影响越小;（5）九天洞各监测点pH值和电导率主要与外界气候变化有关,对气候变化响应敏感,在降水偏少的干旱年,监测点pH值偏高,电导率偏低。      

Researches on detection of 3-D underground cave based on TEM technique

Because of unreasonable coal mining in China, there are many unknown underground caves, and the inhabited environment of humans is threatened by many geologic hazards, such as cracking of the buildings, ground subsidence, etc. To make the coal companies aware of the harmfulness of these hazards, it is urgent to determine the reasons for the hazards. In this paper, transient electromagnetic method (TEM) is used to detect the ground resistance caves, instead of the time-consuming and expensive direct drilling survey. Numerical results of the 3-D synthetic model and real field survey data are given. The results showed that the TEM method can be used to detect a complicated air-filled underground 3-D cave and coincide with the results of direct drilling survey.     

Chemical and physical control processes on the development of caves in the Injana Formation, Central Iraq

The caves that are present within the Injana Formation (Upper Miocene–Pliocene) which sometimes extend to be hosted within the Dibdibba Formation (Pliocene–Pleistocene) in the Tar Al-Najaf and Tar Al-Sayyed within the Najaf–Karbala district have been studied. The study aims to assess the genesis of caves and diagnose the factors affecting the building and the destruction of these caves through geologic time. For this reasons, intensive fieldwork as well as the mineralogical composition and microscopic interpretation were achieved to facilitate the investigation of cave-forming factors. Calcite, quartz, feldspar, dolomite, as well as clay minerals are the constituents of Injana Formation in the study area. The amount of insoluble residue is usually higher in weathered carbonates and in some other cases in fresh carbonate, which is not very common but it may occur. Caves appear to be hosted within the claystone beds and concentrated within Injana Formation, whereas the Dibdibba Formation seems to form the roof of the caves. The mechanism of building caves starts by microdissolution forming microfractures. Then with time, they have developed to be vertical joints. These joints were gradually enlarged as a result of claystone exfoliation along joint planes. Chemical weathering, physical weathering, and sedimentary structure (mud balls) play a key role in the processes of cave evolution. Some caves appear to be irregular, but others tend to be regular with rectangular shape, enough for hosting human beings. These caves may have been used as homes for the ancient human for his protection and improvement of his life. At the same time as the caves were formed, there were other natural factors working continuously that destroy the cave. These factors are dissolution, soil creep, and mass sliding. This work highly recommends for further contributions in terms of the archaeological investigation on these caves to discover the ancient civilization in this area, if any.     

岩溶土洞稳定临界深度的初步研究

在岩溶土洞发育地区进行工程建设时需要确定土洞是否会发展成地面塌陷和对工程结构物稳定性有影响,分析表明土洞临界深度可作为评价土洞稳定和加固深度的依据。本文采用有限元分析方法,以土洞塑性区贯通至地面或路基表面作为土洞发展成地面塌陷和临界深度的标准。研究表明,土洞的临界深度与土洞形状、土洞尺寸、位置和路基填土厚度有关;土洞断面形状为圆形时临界深度最小,土洞尺寸越大,路基填土越厚,相应土洞临界深度越大。      

桂林凉风洞洞穴系统垂向碳迁移特征及其影响因素

2017年11月至2018年11月,以桂林毛村凉风洞为研究对象,进行大气环境和洞穴环境野外监测,同时在洞穴上覆土壤30 cm和60 cm处开展试片溶蚀实验,并在洞穴内部进行试片溶蚀和滴水脱气监测,以测定垂向碳迁移主要过程中的CO2浓度和δ13C-CO2值。结果表明:（1）“大气—土壤—洞穴”垂向碳迁移系统能够与洞穴通风一起影响洞穴系统内部的CO2分布模式。洞口通风方向的转变取决于洞内温度与外界温度的差异,少雨的11月中旬到次年3月初通风方向为从洞外到洞内,此时垂向碳迁移能力弱,洞内CO2的分布由洞口通风主导;3月初至9月中旬,洞内外温差逐渐过渡并反转,洞口通风方向为从内向外,且降雨强度大,垂向碳迁移活跃并主导洞内CO2分布;（2）岩溶关键带土壤呼吸的强度决定了垂向碳迁移系统可迁移的碳量,洞内CO2分布的季节性变异本质上是外界环境在垂向碳迁移系统和洞穴模式上的响应;（3）洞穴上覆碳酸盐岩土下溶蚀实验表明土下溶蚀可削弱土壤碳源作用。土壤30 cm和60 cm处碳酸盐岩溶蚀速率分别为:0.48 mol?m-2?a-1和0.96 mol?m-2?a-1,而洞穴第一洞厅监测点的碳酸盐岩脱气速率为49.35 mol?m-2?a-1、第二洞厅内为9.07 mol?m-2?a-1,由垂向碳迁移系统运移到洞穴内部的溶解了土壤CO2的滴水脱气作用显著。      

武汉地区浅层岩溶发育特征与岩溶塌陷灾害防治

运用综合分析和数学统计的方法,较为深入地研究了武汉地区浅层岩溶的发育特征。武汉地区存在6个走向 NWW-SEE、各自相对独立的碳酸盐岩条带。根据上覆盖层工程地质性能的差异,划分出5种岩溶地质结构类型。武汉地区浅层岩溶主要类型有溶隙、落水洞及小型溶洞等,钻孔遇洞率46.0%-50.1%,线岩溶率5.93%-6.00%。浅层岩溶带中,1/3的溶洞洞高小于0.6 m,50%小于1.0 m,90%小于3.0 m。1/3的溶洞顶板在基岩面以下2.5 m 以内,50%在4.5 m 以内,90%在12.5 m 以内。溶洞充填物主要是黏土,含有灰岩碎块石。全充填溶洞占70.8%,未充填溶洞约占1/5,半充填溶洞不到8%。全充填溶洞顶板在基岩面以下平均埋深5.13 m,半充填5.71 m,无充填7.69 m,且具有全充填和半充填溶洞埋深较小、无充填溶洞埋深较大的特点,反映出溶洞充填方式是自上而下充填,充填物主要来源于上部覆盖层。武汉地区浅层岩溶为上部“垂直渗流岩溶带”地下水垂直渗流作用下的产物。根据岩溶发育程度的差异,基岩面以下浅部碳酸盐岩在垂直方向上可分为上部强岩溶和下部弱岩溶两个带;岩溶塌陷灾害平面上可划分出高、中、低3个危险性区,各区防治原则不同。高危险区是岩溶塌陷灾害防治的重点,防治的基本原则是阻止上覆粉细砂的流失;中等危险区的防治原则是保护中部老黏土层或红层的完整性;低危险区应注意远城区土洞存在的可能性。各危险区治理应以岩溶地质结构为基础,在防治原则指导下制定相应的防治措施。此外,工程建设中应合理选择和利用弱岩溶带。