巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律研究

巨厚含水松散层复杂地质采矿条件下开采地表移动变形规律存在一定的特殊性。为了研究巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律,明确巨厚含水松散层对地表移动变形影响,以菏泽矿区为研究区域,在分析某矿1308工作面地表移动变形实测数据的基础上,采用FLAC^3D数值模拟软件,流固耦合计算模拟了巨厚含水松散层下开采地表移动变形,分别制定了动态固结沉降方案、无含水层方案、含水层位置方案,量化计算了巨厚含水松散层渗流固结沉降量占比,总结了巨厚含水松散层渗流固结沉降动态规律,对比分析了有无含水层情况下煤层开采地表移动变形差异,研究了松散层内含水层位置对地表移动变形的影响。研究结果表明：某矿巨厚含水松散层采矿条件下受采动引起的渗流固结沉降占地表总下沉量的8.5%;随工作面推进,开挖变形和渗流固结沉降增量的变化可划分为同步增长期、动态变化期、同步减缓期3个阶段。巨厚松散层内含水层受采动影响产生的疏水渗流固结现象会导致地表移动变形增大、地表移动影响范围扩大,但最大曲率和最大水平变形的减小说明下沉盆地的整体形状更为平缓。地表变形参数与巨厚松散层内含水层位置之间存在相关性,通过相关性分析,建立了地...     

应用有限元研究临涣矿区地层非采动变形沉降

在实测地层压缩变形等资料的基础上，应用分析地层固结有限元的剑桥模型，对临涣矿区第四系地层内部非采动变形沉的规律和机理进行了模拟计算研究。通过计算明确认识了临涣矿区松散地层变形沉降可分为２个区：Ⅰ区为第四含水层影响区，Ⅱ区为大气降水影响区。第四含水层头疏降引起地层固结范围为Ⅰ区，而且有向上扩展的趋势。     

梅山铁矿塌陷区稳定状态数值模拟分析

为了解梅山铁矿井下开采过程中覆岩的沉降和塌陷规律,预测矿区塌陷范围及分析移动区和塌陷区的稳定状态,及时掌握矿区地表变化情况,采用矿区环境三维数字化和开采数值模拟相结合的方法,对矿区环境和地表塌陷范围进行了稳定性分析。结果表明,南部塌陷区域经过长时间的叠合之后在现阶段的塌陷范围变化不大,而北部地表的塌陷范围会随着下部矿体的回采逐渐增大,处于不稳定发展状态,为矿区地表的安全管理提供科学依据。     

华东矿区深厚黏土层自重沉降模拟分析

华东矿区上覆有厚表土地层,该区域存在立井井筒周围地表长期持续沉降的问题.此沉降是否可能含有深厚黏土层尚未完全稳定的自重固结贡献值得怀疑.结合文献中华东矿区地层地质资料,基于Gibson大变形固结理论对深厚黏土地层自重固结过程进行了计算研究,分析了不同地层厚度与地层埋深对自重固结沉降量和固结时间的影响.结果表明:对于埋深...     

淮北临涣矿区含水层降压沉陷问题的探讨

淮北临涣矿区的冲积层由三个隔水层和四个含水层组成。在矿井自然疏水条件下第四含水层(底含水层)水位大幅度下降,随之发生地表大面积沉降。本文对地表沉降产生原因以及对井壁等工业设施带来的危害进行了分析,看重讨论了井壁剥落破坏与地表沉降的相关性。最后对如何治理地表下沉、保护井简提出了初步设想。其中在第四含水砂层中注水、注泥浆保护井壁的方案已经实施,有一定效果。     

甘肃岷县鹿儿坝金矿水文地质特征

通过对鹿儿坝金矿矿区进行水文地质资料收集分析和野外调查,认为该地区地表第四系残坡积层广泛分布,厚度变化较大,水源涵养条件好,空气潮湿,年降水量大于700 mm,马烨河从矿区的南侧流过。地下水类型分为松散岩石孔隙潜水和基岩裂隙潜水2类,二者之间无水力联系,后者主要接受大气降水渗入补给。由于补给源不足,2类地下水对矿坑开采均未构成大的充水条件。矿区主要充水含水层及构造破碎带含水层的富水性较弱,充水方式为顶、底板越流补给充水,充水量较小,矿坑涌水量相对较小,属水文地质条件简单矿床。     

五龙沟矿区时序InSAR地表形变监测

矿区资源开采引发的环境地质问题日益突出,地表形变监测可对矿业开采沉降进行有效预估,最大限度地降低地表沉降带来的损失。五龙沟矿区作为青海省重要的矿产地之一,对其进行形变监测具有重要意义。传统D-InSAR技术易受时空去相干和大气相位延迟限制,导致形变监测失效,而SBAS-InSAR技术则能突破上述限制条件,获得毫米级的地表形变特征。因此,本文选取覆盖该区域的2017—2019年30期Sentinel-1A降轨数据,采用时序InSAR技术对该矿区进行地表形变监测,最后从整体形变、形变速率、形变量等方面进行时序分析。实验结果表明:矿区的整体形变不大,其平均沉降速率为-1.40mm/a,最大年平均沉降速率为-11.8mm/a,最大形变量为-21.7mm。矿区范围内存在两个主沉降区,其中沉降区A呈漏斗状,沉降区B呈条带状,随着时间的推移均有明显向外扩张趋势。监测结果可为矿区后期防护治理与安全生产提供参考资料。     

深层地下水氢氧稳定同位素组成与水循环示踪

利用任楼井田及所在临涣矿区地表水与生产矿井的长观孔、矿井出水点,从上而下分别取第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层30个水样,测试δD与δ¹⁸O,分析D与¹⁸O组成并对含水层水循环进行示踪.研究表明：临涣矿区深部地下水样点δ值在δD－δ¹⁸O关系图上绝大部分均落在中国大气降水线和矿区地表水线下部,大气降水或地表水为各类含水层的补给主体.任楼井田煤炭采动影响第四系第四含水层明显,地表水补给第四系第四含水层速度快;临涣矿区的临涣、海孜与童亭四含水与大气降水未构成良好的水力联系.煤系砂岩地下水就整个临涣矿区来说,任楼井田埋藏相对较新.石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层在临涣矿区地下水径流速度相对较快,¹⁸O或D漂移不明显.     

单层井壁竖直附加力变化规律的数值分析

深厚表土疏排水沉降地层条件下的井壁处于复杂的动态受力状态,井壁的受力变化主要与底部含水层的渗透系数、含水层固结沉降量、井壁与国土的耦合作用有关.为探讨井壁竖直附加力大小的变化规律,运用数值模拟方法对单层混凝土井壁进行了分析研究,得出:井壁的竖直附加力与底部含水层渗透系数成正比对数关系,与井壁混凝土的弹性模量成正比线性关系;同时发现复合载荷作用下井壁的应力应变关系是动态变化的,井壁的塑性区是多种载荷耦合作用的结果.因此,减小底部含水层的渗透系数、井壁混凝土的弹性模量,有利于减小井壁的竖直附加力,可提高井壁的可靠性.     

薄基岩浅埋深矿区地表开采沉降预测及影响因素分析

目前我国西北部地区浅埋深薄基岩开采区地表沉降现象日益严重。以鄂尔多斯某矿区为例,基于该矿区覆岩性质、地质条件、开采技术条件、地表沉降点观测数据,运用概率积分法对首采区的地表开采沉降规律进行了分析预测,并对该矿区典型的薄基岩浅埋深开采地表沉降的主要影响因素进行了分析。结果表明：①概率积分法的矿区开采沉降预测结果与实测数据基本吻合,表明采用该方法预测矿区地表移动参数是可行的;②由于矿区整体构造简单,且工作面内煤层基本呈水平分布,煤厚、采深、倾角等因素变化较小,综合分析认为顶板松散层基岩厚度比（H_S/H_J）、开采强度（工作面推进速度）是该矿区地表沉降的主要影响因素;③对工作面走向的顶板松散层基岩厚度比（H_S/H_J）曲线、开采强度（工作面推进速度）曲线与地表沉降量曲线进行了对比分析,认为松散层基岩厚度比（H_S/H_J）、开采强度（工作面推进速度）对矿区开采沉降具有相反的作用,且开采强度（工作面推进速度）对矿区开采沉降的影响较大。上述分析结论对于地质构造稳定的鄂尔多斯地区矿区开采沉降分析预测有一定的参考价值。     

动态扰动下硬岩矿柱应力演化与地表沉降规律

为研究多次开挖扰动下的矿柱应力和地表沉降变化情况,结合某典型铁矿床物理原型,基于有限元理论,运用Midas/GTS软件建立了3阶段15矿房数值计算模型,对硬岩矿床多次开挖卸荷扰动下的矿柱应力演化特征和地表沉降规律进行了数值分析。结果表明：在水平和垂直方向的多个相邻矿房开挖过程中,应力扰动等级：自身矿房开挖>同水平相邻矿房开挖>下水平相邻和对角矿房开挖>上水平相邻和对角矿房开挖;水平X方向应力集中效应大于水平Y方向和垂直Z方向。随着矿房的开挖,矿体上盘地表区域发生了沉降,下盘地表区域发生了隆起,第一水平开挖地表位移变化区域沿矿体走向扩展,第二、三水平开挖地表位移变化区域增大区域不明显,沉降敏感区域位移值呈增长趋势。     

徐楼铁矿地面沉降成因及预测

为深入分析徐楼铁矿地表沉降成因,预测矿区地面沉降规律,首先分析了该矿一期采矿工程地面沉降的发育现状,然后从围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等方面对矿区地面沉降成因进行了讨论,最后基于矿区现有的工程地质资料及地面沉降监测资料,采用概率积分法和曲线拟合法预测了矿区地面沉降范围及沉降量,并对预测结果进行了分析。结果表明：①该矿区地面沉降是围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等因素共同作用的结果;②概率积分法预测的采空沉陷区面积约0.22 km2,矿区主井、副井、风井及采矿工业场地大部分位于预测采空塌陷区内,可能引发的采空区塌陷灾害危险性较大;③曲线拟合结果与实测数据较吻合,可较好地反映矿区沉降的实际情况,精度较高。上述结果进一步表明：近年来,矿区地面沉降量和沉降范围呈剧烈加速的趋势,实测沉降影响范围及沉降量远小于预测结果,可见地表仍有一部分建（构）筑物及设施位于预测沉降范围内,此外,随着二期采矿工程的全面展开,矿区地面沉降量及沉降范围在短期内仍会继续增大。     

基于FAHP-GRA法的风积沙覆盖风化带潜水富水性评价

我国西北地区煤炭资源总体埋藏浅,厚度较大,煤层顶板充水受到地表水、风积沙潜水、基岩风化带水等综合影响,目前对于这一相对复杂含水系统的富水性评价研究仍不足。为了对该地区富水性做出综合评价,以东胜煤田转龙湾煤矿为依托,结合该区域的特殊地质情况,选取第四系砂层覆盖厚度、岩心采取率、单位涌水量、渗透系数、风化带厚度、砂岩岩性系数、地表地形和地表岩性作为顶板第四系及基岩风化带含水层的富水性影响因素,通过FAHP的方法以ArcGIS为平台,结合GRA灰色关联度将本矿区富水性等级划分为:弱、中等、较强,并依据等级从客观方面确定了富水性划分的阈值。结果表明:FAHP-GRA法得出的矿区潜水含水层相对富水性较强区与实际探放水资料中水量较大的孔位基本吻合,验证了该模型评价矿区综合富水性的准确性。     

煤系砂岩含水层富水性模糊综合预测与评价——以卧龙湖煤矿七含为例

针对卧龙湖煤矿砂岩裂隙含水层水文地质条件复杂的问题,以6~8煤顶底板砂岩含水层(七含)为研究对象,基于岩性结构指数、断裂构造分维值和褶皱变形系数3个定量指标,采用模糊聚类综合评判方法对该含水层富水性进行了综合评判。研究结果表明,卧龙湖煤矿七含以中等富水性为主,弱富水性区域主要分布于矿区北部和中西部,强与极强富水性区域集中分布在矿井南部;基于冲洗液最大消耗量和岩芯采取率等水文地质信息,验证了模糊聚类综合评判结果的可靠性。     

赵固矿区厚松散层下开采地表移动特征实测研究

为了掌握赵固矿区厚松散层条件下地表移动特征,以相邻的赵固一矿和赵固二矿地表移动观测站实测数据为基础,通过数据拟合方法,得到厚松散层下开采地表概论积分法参数;总结分析了厚松散层下开采地表移动特征,以及造成上述特有规律的地质原因和开采技术原因;以实测和拟合数据得出了赵固矿区走向地表移动各角量参数。研究表明:由于采动后地表含水层失水固结,造成采动附加下沉,导致下沉系数较大,主要影响角正切值偏小,且覆岩中松散层厚度占比越大,其下沉系数越大;煤层顶板基岩较薄,顶板悬臂效应大大减小,另外在采动压力作用下应力拱轴线位置土体固结压缩,造成拐点偏移距减小或者为负值,地表下沉盆地边缘收敛过慢;由于覆岩中松散层厚度占比较大,造成赵固一矿地表移动各角量参数均小于赵固二矿参数。     

地面沉降过程中含水层贮水率的试验研究

随着土层的不断压缩,土的孔隙度不断减小,土的渗透系数、贮水率会随之发生变化。根据贮水率定义得出其表达式,结合固结试验中孔隙比与有效应力的关系,推导出贮水率与孔隙比的表达式。从理论分析得出:当地面发生沉降变形,含水层的孔隙比减小,贮水率变小;当地面发生回弹变形,含水层的孔隙比变大,贮水率变大。建立了室内试验平台,通过增加和减少含水层上覆荷载来模拟含水层的沉降和回弹,并研究了含水层沉降和回弹时贮水率的变化,得到了和理论分析相同的结果。     

阿刀亥煤矿水文地质条件与矿井突水研究

对阿刀亥煤矿内水文地质条件进行调查和测试,分析探讨了矿区内地质构造与矿井水文条件的关联性。根据地层和水文资料将矿区含水层划分成四组:第四系冲洪积砂砾石层潜水层;侏罗系孔裂隙承压含水层组;石炭-二叠系孔裂隙承压含水层组;寒武-奥陶系裂隙、溶洞承压含水层。各含水层组由断层的导通作用发生水力联系,断层还是导致矿井突水的重要地质因素。     

高构造应力下充填采矿引起的地表变形规律

为了揭示高构造应力复杂环境下充填采矿诱发的地表变形规律及内在机理,以金川二矿区为工程背景,借助数值计算、现场监测及理论分析等手段,对二矿区地表沉降变形规律的时空演化过程进行研究。结果表明：构造应力环境下充填采矿引起的地表垂直变形经历了萌芽、分化及发展阶段,地表由起初的整体沉陷变形逐渐演化为一个下沉变形区域和一个上升变形区域,且后续矿体回采,将进一步促进地表位移上升区域的发育,但下沉变形逐步趋于稳定,这与自重应力型矿山地表沉陷特征存在本质的区别。水平构造应力、围岩的力学性质、充填体等的共同作用则是产生地表上升变形的内在动力。     

R/S分析法对矿区地表沉陷预测

为提高矿区开采过程中地表沉降安全性,研究其具有复杂非线性特征的沉降规律.以某矿区重点区域的沉降变化为例,通过分形理论的R/S分析法计算不同监测点的变形时间序列的Hurst指数,根据Hurst指数的值域划分,对矿山重点区域的沉降趋势及其强度进行了预测,并将预测结果和实测值进行了对比.研究表明:该矿区重点区域8个沉降监测点沉降序列的Hurst指数最小为0.894 9,8个监测点的沉降趋势与历史沉降趋势之间呈现出较强的持续性,即矿区重点区域的沉降趋势将减弱,且减弱趋势较为明显,这与同期的沉降变化趋势是相一致的.     

基于SBAS-InSAR技术的矿区地表移动规律研究

及时获取矿区地表沉降信息对保护地表建筑物安全和矿区治理具有重要意义。传统的矿区地表沉降监测方法通常需要花费大量人力物力,且监测点难以长期保存,而作为新技术的SBAS-InSAR方法克服了上述传统方法的不足,可以快速获取大范围、高精度的地表形变信息,能够对矿区地表进行动态监测和时序分析。本文采用SBAS-InSAR技术对覆盖河北某矿的Sentinel_1A影像进行处理,得到了该矿区地表及周围的年平均沉降速率和累计沉降等成果,并通过和实测水准数据对比验证了SBAS-InSAR精度在矿区地表监测中的可靠性。然后基于SBAS-InSAR监测结果获取的矿区地面沉降位置、沉降量和工作面等信息,求取该矿地表移动参数,并依据地表沉降速率和沉降位置分布及发展变化进行地表移动规律探究,为矿区后续的合理开采和治理提供决策依据。