矿区岩溶地表塌陷神经网络预测研究

针对近年来某矿岩溶地表塌陷频繁发生的现象,分析确定了影响地表塌陷的主要因素,构建了矿区岩溶地表塌陷预测BP神经网络模型,以训练后的BP网络模型对矿山帷幕注浆三期工程完成后可能形成的地表塌陷区的空间分布进行预测。并针对矿山现实塌陷情况,结合各区预测塌陷危险分级结果,提出了相应的岩溶地表塌陷灾害防治措施。实践表明,所建模型的预测结果与矿区地表塌陷实际情况相符,可为矿山后续帷幕注浆工程的设计与施工提供有益借鉴,为岩溶矿区地表塌陷灾害提供预警支持。     

岩溶塌陷发育的时空阶段性分析

岩溶塌陷是土洞形成与发展的结果,临界土洞的形成是土洞发育的最终阶段.以临界土洞为界,岩溶塌陷的整个发育形成过程从时间和空间上划分为内部塌陷和地表塌陷两个密不可分的阶段.内部塌陷阶段是土洞发育与扩展即覆盖层岩土体逐渐破坏的缓变过程,土体的破坏为拉张破坏与剪切破坏相复合的混合破坏方式;地表塌陷阶段是土洞扩张导致地表土体破坏塌落的突变过程,土体破坏为剪切破坏或拉张破坏,不同的破坏方式将在地表形成不同形状的塌坑.     

莱芜市岩溶塌陷原因分析与评价

莱芜市孟公清－西泉河一带石灰岩溶洞裂隙发育，局部与上覆砂砾石层直接接触，形成“天窗”，在矿区超采地下水及矿山疏干排水影响下，地下水下渗携带砂砾石进入灰岩溶洞裂隙中，突发岩溶塌陷。1973－1997年共塌陷139处，塌陷面积6435m^2，致使1324户民房开裂，328户报废。根据1997年在莱芜市的矿山地质勘察工作成果，采用综合指数法对评价区进行了预测评价，将评价区划分为岩溶塌陷区、预测岩溶塌陷区和不具备塌陷条件区，并根据岩溶塌陷产生的原因和规律，提出针对性的防治建议，为今后对岩溶塌陷的防治提供了依据。     

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。     

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。     

地铁隧道开挖引起地表塌陷分析

深圳富水软弱地层地铁隧道开挖中出现的工作面失稳及由此引起的地表塌陷是地铁安全施工中极其重要的方面，对施工安全、进度都有较大影响，同时也对整个工程造成巨大的经济损失。通过对深圳地铁Ⅰ期工程土建施工中全线部分暗挖标段出现的工作面失稳、地表塌陷工程实践和现场监测结果分析，特别着重对连续2次出现地表塌陷的3A标暗挖隧道研究，从隧道上覆地层物理力学性质参数、地层变形监测分析及施工工艺原因3方面阐述了地表塌陷的原因。明确提出剪切破坏线和失水空洞区的概念，确定出引发地表塌陷的主导因素为施工工艺原因。建议针对该类地层条件，应做好超前地质预报．适当调整预加固参数．加强隧道结构和地表的动态变形监测，施工技术人员做到准确了解施工现场动态，及时调整施工工艺参数，以保证隧道的安全施工。分析结果对深圳地铁Ⅱ期工程施工及类似地层条件地下工程施工提供科学预测、预防地表塌陷的方法和技术措施，达到地铁隧道施工中经济效益与安全施工的统一。     

贵昆铁路小哨至浑水塘段岩溶塌陷的原因分析和对策

本文根据岩溶地面塌陷的现状，应用电探方法测试，结合水文地质特点，分析了该地段岩溶地面塌陷的原因，提出了相应的防治对策。     

辽宁省凤城市某岩溶地面塌陷工程勘查及其致灾机理分析

以辽宁省凤城市某矿业公司岩溶地面塌陷勘查工程为例,从矿区岩溶塌陷的地质背景入手,总结岩溶地面塌陷的致灾机理。通过地质调查、资料整理及钻探验证结果进行分析,结果表明,勘查区地质环境条件复杂;塌陷区具有分布空间形态复杂、不均一化的特点;该区岩溶塌陷形成条件是各种不良要素的共同作用;塌陷坑T1和塌陷坑T2形成原因主要为覆盖型岩溶区;塌陷坑T3和塌陷坑T4浅部10~25 m地层破碎,推测塌陷坑T3及塌陷坑T4为贯通塌陷坑。     

基于PCA-PSO-SVM的凡口铅锌矿地区岩溶地表塌陷危险性预测

岩溶地表塌陷是由多个影响因素共同作用导致地面形成塌陷坑（洞）的一种动力地质现象,具有隐蔽性和突发性的特点,常规简单数学模型难以对地表塌陷危险性准确预测。文章先通过主成分分析法（PCA）对选取的地下水位、地下水位波动幅度、给水度等11个影响因素提取5个主成分,对导致地表塌陷危险性的主成分进行全新的解释,同时引入粒子群算法（PSO）优化的支持向量机（SVM）方法,建立PCA-PSO-SVM岩溶地表塌陷危险性预测模型,并结合凡口铅锌矿地区工程实例,将预测结果与单一的SVM模型预测结果进行对比,表明PCA-PSO-SVM危险性预测模型精度更高,可以更好地为岩溶地表塌陷防治工作提供依据。     

5 12汶川地震震后龙门山山前地表塌陷成因探讨

5 12汶川地震20余天后, 在四川省安县的安昌镇东南的李家院子村附近陆续出现了几十个地表塌陷坑并持续扩大。本文以李家院子地表塌陷坑群为研究对象, 根据其所在的地层、岩性、地下水、溶蚀作用和上覆土体的工程地质特性定性的探讨了该塌陷坑群的成因。初步认定钙质胶结砂砾基岩的存在是地表塌陷的先决条件; 强烈的地震动导致基岩岩体碎裂、解体、塌陷、并压密, 同时出现超孔隙水压力, 这使上层土体失去支持并开始启动塌陷; 余震的地震振动荷载作用导致地下土洞的形成和发展, 地下水的变化起到加速作用; 上覆土体的工程地质特性决定了塌陷坑在地表的浑圆形状。同时本文也注意到机械溶蚀和隐伏断层活动两种诱导因素的可能, 并简要阐述了相关背景依据。     

地下采矿引起的地表下沉的动态过程模型

分析了由地下采矿引起地表下沉的动态过程的Knothe时间函数模型的不足,在原Knothe时间函数中增加了一个以常数k为参数的幂指数,增加参数后的时间函数模型经理论分析符合地表点下沉的动态过程、速度变化过程和加速度变化过程;改进后的时间函数模型中参数c决定地表点下沉过程时间的长短,参数k决定地表点在时间轴上的下沉路径及达到最大速度所需的时间;用改进后的时间函数模型对某矿沉陷盆地倾向主断面上下沉量最大点的下沉过程的观测资料进行了拟合,即用经验方法确定参数c后,再用最小二乘法确定参数k。研究结果表明,该模型可较准确地拟合实测曲线。用改进后的时间函数模型结合沉陷盆地主断面的剖面函数模型,建立了主断面地表下沉曲线变化的动态过程模型,该模型可求出沉陷主断面或沉陷盆地某一点在某一时刻的下沉量、下沉速度和加速度。     

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。     

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。     

基于光纤传感的石膏矿地面塌陷监测预警系统

近年来,江苏省邳州市北部石膏矿区发生了20多起采空塌陷灾害。由于传统的采空区地表土体变形监测方法均难以满足采空区地面塌陷监测超前预报的要求,为解决石膏矿区采空塌陷监测预警机制缺乏的问题,邳北石膏矿区开展了基于光纤传感技术的监测预警工作。根据前期调查分析和数值模拟等成果推导石膏矿地面塌陷机理,并采用光纤传感器对采空区上覆松散层底部含水层地下水位动态监测、深部岩土体位移监测及微震监测。在监测过程中,当水位变动幅度、岩土体位移突然超出正常波动值时或接收到较强震动信号时触发报警,在地面塌陷发生前期进行有效的预警,为防灾减灾工作提供充足的准备时间。通过监测预警工作的实施,验证了这些监测预警手段的有效性,可以为矿区地面塌陷地质灾害的监测、预报以及防治提供数据基础与科学依据,也可为石膏矿和其它类似条件的地面塌陷地质灾害防治和监测预警工作提供参考。     

特大采空区上覆岩层地压与地表塌陷灾害监测研究

大红山铁矿采用无底柱分段崩落法开采形成了3个规模巨大的采空区,采空区上覆岩层移动与地表开裂塌陷将导致露天采场发生滚石地压灾害、井下采场产生空气冲击波次生地质灾害、地表与井下发生泥石流地质灾害等。针对上述问题,采取了多通道微震监测、非接触式岩移实时监测、基于手持式GPS仪的地表开裂范围监测和基于全站仪的地表沉降与水平移动监测的多种综合地压监测手段,对上覆岩层崩落高度、上覆岩层下沉变形量、地表开裂范围和地表沉降与水平移动等进行了监测,通过两年的监测获取了大量的监测数据,经分析表明,采空区上覆岩层崩落高度约在+1 090⁺1 060 m,上覆岩层+1 090 m平巷内观测点累计沉降量为1 350 mm,地表开裂范围位于以岩移角为75°划定的地表岩移范围内,地表测点最大累计沉降与水平移动量为1 779与948 mm,上覆岩层与地表的变形移动活动处于稳定渐进可控的状态,目前不会发生上述地压地质灾害。     

自行走隧道掘进机行进对地表沉降的理论分析

通过对自行走式隧道掘进机在地下爬坡过程中引起的地表变形进行了研究,结果表明：掘进机行进轨迹的纵向沉降曲线与随机介质理论预计的沉降曲线接近;在自行走掘进机埋深较浅时,横断面沉降曲线与Peck理论正态分布曲线误差较大,周向增阻结构嵌入土体能够造成地表土体的隆起。     

开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落的模型试验研究

以某铜矿矿山一典型地质剖面为原型,运用物理概化模型试验,采用网格数字摄影测量方法量测模型剖面全场位移,分析了开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落随不同开挖步的变化规律。在模型试验中,开挖-75 m～-45 m之间的矿体,围岩扰动范围及地表下沉位移逐渐增大,第7步开挖完成后,采空区上方岩体开始出现离层,第9步开挖完成后,地表1～4测点之间形成一明显沉陷盆地,最大下沉位移达825 mm。模型试验研究的结果与现场及离散元数值计算结果基本吻合。     

基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测

小型无人机遥感技术具有成本低、操作灵活便利等优点,在地质调查中的作用愈来愈重要。采煤地表沉陷量变形监测是掌控采煤地表岩移变形规律和治理塌陷的关键性工作。重点探索四旋翼无人机遥感技术监测在羊场湾煤矿Y120212工作面采煤沉陷量的监测研究,通过野外踏勘与控制点布设、无人机航线规划与执行、4D产品制作的工作程序和监测方法,探索无人机遥感技术监测在矿山地质塌陷监测的应用。研究结果表明,通过对无人机遥感技术生成的DSM处理,经过多期地面高程的对比,得到Y120212工作面最大沉陷量达6.5m。结合分析、对比,无人机遥感技术可以实现采煤塌陷区地表沉陷变形监测,进而形成和发展了煤矿地面塌陷新的监测技术。     

常州市地面沉降的危害及控制

常州地面沉降已对水利工程，生态环境、交通、市政建设等造成了极大危害，其沉降原因主要是过量开采地下水所致，因此加强地下水资源管理是控制常州市地面沉降的主要手段。     

中国沿海地区地面沉降问题思考

中国沿海地区地面沉降主要发生在大河三角洲及沿海平原区。文章主要以我国两大沿海城市——上海及天津为例，分析和阐述了沿海地区发生地面沉降的机理以及影响地面沉降发生发展的诸多因素。指出，孔隙水承压含水层中抽取地下水将引起承压水位降低进而引起土颗粒承担的有效压力的增大，从而使土层压缩。影响沿海地区地面沉降的因素有新构造运动、全球海平面上升、软土地基自然沉降、过量抽取地下流体以及建筑施工造成的局部沉降等。文章认为，在诸多影响因素中，人类过量开采地下流体是导致地面沉降发生的主要原因，人类应在资源利用和环境保护方面力争双赢。