塌陷采空区的正演模拟及波场分_
煤矿采空区地面塌陷与地裂缝的环境治理研究
煤矿采空区地面塌陷与地裂缝的环境治理研究作者：吴庆吴想享来源：《中国科技博览》2018年第13期[摘要]煤矿资源是我国现代化建设重要的能源物质，我国地域辽阔，煤矿资源丰富，对煤矿的开采活动也是十分普遍的。
在实际的开采过程中，会因为采空区加固措施不足，或者煤矿开采完毕后没有选择合理的措施处理，在开采过程中以及开采完毕后发生很多煤矿坍塌和地表开裂事故。
本文就对采空区做一个简单的介绍，同时结合实际情况对煤矿采空区地面塌陷与地裂缝的环境治理进行一个分析。
[关键词]煤矿采空区；地面塌陷；地裂缝；环境治理中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0028-01引言近几年关于煤矿开采坍塌事故的各类新闻报道也是比较多的，在实际生产中有很多小型企业甚至是个体户，因采取不规范的开采工作，对采空区没有合理的进行处理导致坍塌事故频发，造成严重的伤亡事故。
对于采空区事前事后的处理必须科学及时，避免地质灾害以及伤亡事故的发生。
一、煤矿采空区概述1 形成原因在煤矿的开采中，需要通过逐渐挖通煤矿资源与矿井之间的隧道，将煤矿资源运输出去，同时在开采中会把遇到的各类矿石运输到地面，通过不断地开采与运输最终地下产生了很多采空区。
2 煤矿采空区的危害在煤矿开采作业完成后会产生采空区，如果后续阶段需要继续开采，通常要对采空区进行一些加固措施才能继续安全地作业。
但是不采取加固措施或者不回填，很可能产生地面裂缝与塌陷的风险，导致地面产生积水，煤矿开采事故或者无法耕种农田，除此以外采空区对于周边区域也会产生很大影响，因为地下空洞产生的地面不稳定性，周围是很难进行工程项目如水库、路桥等项目的开发。
二、煤矿采空区地面塌陷与地裂缝形成特点在实际生产中，因为煤矿采空区造成的地面塌陷与地裂缝现象是十分普遍的，塌陷与裂缝的分布与发展受到开采情况的影响，其采空范围、上覆岩土的地质特点、采煤巷道等都控制着塌陷与裂缝的发展。
采空区问题的数值模拟方法
分析·探讨
( 2012 － 12)
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的渗流发生变化。特别在采动影响下这 2 种力叠加 作用的结果可能使岩体引起劈裂扩展、剪切变形和 位移，增加岩体中结构面的空隙度和连通性，从而增 强了岩体的渗透性能。
在对采空区进行模拟时首先要了解采空区的结 构特征，一般 情 况 下 采 空 区 覆 岩 呈“三 带 ”分 布，自 上而下为弯曲带、裂隙带、垮落带，弯曲带较为完整， 裂隙带存在一定的横向、纵向裂缝以及少量离层，结 构不稳定，垮落带由冒落顶板岩石、残余支护物、遗 煤构成，空隙较大，最不稳定。在初期建立模型时应 根据经验结合工程实测、室内试验确定各层的地质
采空区的活化因素可分为内在影响因素和外在 影响因素，内在影响因素主要有采煤方法、顶板管理 方法、采空区尺寸、覆岩岩性、采深、采厚、开采时间 等; 影响采空区活化的外在因素主要有地面建筑物 荷载、地下水和风化作用、邻区开采、地震作用等，在 有的矿区，遗煤自燃问题也是影响采空区稳定性的 重要因素之一。 1． 2 模拟中所涉及到的问题
Numerical Simulation Method Analysis for Goaf Problem
LI Xue － liang ( Tangshan Research Institute，China Coal Technology and Engineering Group Corp，Tangshan 063012，China) Abstract: The problem of further use for goaf involves in more factors，It is a very difficult subject． Proved by theoretical analysis and practice research，it is obtained that numerical simulation has advantages such as accurate and visual for the solve of goaf problem． The article concludes and analyzes the commonly used numerical simulation method and makes further analysis on their respective principles and applicability． Combined with FLAC3D software，mining foundation water － rock coupled problem is anlyzed as an example． Key words: goaf; simulation method; applicability; example of water stress coupling
采空区地面塌陷区及裂隙治理措施
采空区地面塌陷区及裂隙治理措施
一、治理的目的：对于地面塌陷区治理是保护矿井安全生产的主要手
段，同时也是为保护地面建筑物等减少损失的重要手段。
二、治理的区域：2401首采工作面及下一开采2402工作面上方采空
区。
三、煤矿开采引起地表塌陷，主要形式是：地表下沉、倾斜、弯曲、水
平移动、水平变形。
地表下沉过程随着工作面的推进而循序渐进。
当下沉盆地边缘触及建筑物时，会使其受地表倾斜、弯曲和水平拉压缩的影响。
四、采取的措施：
1、成立地面采空区治理领导小组：组长：张高峰副组长：郑文宽
成员：陈金怀、苏伟阔、高继东、隋国民、杜宗池、毛凤本、任晓鹏。
领导小组成员负责协调、组织、解决、观测地表塌陷区治理一切工作。
2、作好地表的测量，标定井田范围内各种建筑物、道路、场地、电力
设施等。
摸清采空区地表存在的建筑物、构筑物及塌陷区对道路的影响。
3、安排专人进行巡回检查、对于沉陷的地方，视情况及时平整修复。
对于采空区存在的建筑物，要及时搬迁。
4、采空区上方的运输临时道路，采取堵截、改道、路面整修、等措施
进行。
5、在线路下方开采时，组织人员进行观测和专职人员监视电线杆倾斜
和电线的松弛程度，及时进行堆土处理。
6、对于2401采空区上方煤场储煤场应重新选址，应设立在地表稳定或受采动影响较小的区域，同时应考虑道路改道后的运输问题；。
煤矿开采的采空区对地面沉陷
详细描述
监测预警系统是预防和减轻地面沉陷灾害的 重要手段之一。通过建立和完善这一系统， 可以实时监测采空区的形态变化和地面沉陷 情况，及时发现和预警潜在的危险，为采取 有效的应急处置措施提供支持，最大程度地 减少灾害损失。同时，监测预警系统的建立 和完善也有助于提高煤矿开采的安全性和可
靠性。
THANKS
采用各种监测手段，如地压监测、矿压监 测等，对采空区进行实时监测，及时发现 和预警可能出现的地面沉陷。
应急处理措施
制定应急预案
针对可能出现的地面沉陷，制 定应急预案，明确应急组织、
应急流程和救援措施。
建立应急救援队伍
建立专业的应急救援队伍，配 备必要的救援设备和器材，确 保在发生紧急情况时能够迅速 响应。
详细描述
采空区的形成和发展是一个复杂的地质工程过程，涉及到多种因素，如煤层厚度、采煤方法、顶板管理方式、地 质构造等。深入研究这些因素之间的相互作用和影响，有助于揭示采空区发展的内在规律，为地面沉陷的预测和 防治提供理论支持。
采空区对地面沉陷的数值模拟研究
总结词
利用数值模拟方法，模拟采空区的形成和发展过程，预测地面沉陷的规律和趋 势，为制定防治措施提供依据。
地下水状况
地下水压力和流动对土 层稳定性产生影响，进
而影响沉陷程度。
采空区对地面沉陷的预测方法
01
02
03
04
数值模拟
利用数值计算方法模拟地层应 力分布和沉陷过程。
经验公式法
根据开采参数和地质条件，利 用经验公式预测沉陷程度。
现场监测
通过在采空区周围设置监测点 ，实时监测地层变形和沉陷情
况。
综合分析法
监测与控制实例
山西某煤矿
采空区的勘察设计与治理技术课件
采空区的勘察方法
采空区的探测，目前，国内外主要是以采矿 情况调查、工程钻探、地球物理勘探为主，辅以变形 观测、水文试验等。
采空区勘察技术方法选择
总结以往工作经验，在多种多样的勘察技术中，工程 地质调查、采矿调查是采空区勘察工作的基础，已往 的采空区勘察忽视这方面工作或对此重视不够，往往 使物探和钻探工作陷入盲目状态。
动值和水平变形值。
④对正在开采和将来开采的采空区，应预算其最大变形，（最
大下沉值、最大倾斜值、最大曲率、最大水平移动值和最大水平 变形值）对缓倾岩层或地表变形平缓连续时，可按2.2.7 条有关方 法计算最大变形值。
⑤原始测量记录。
6、地表移动和变形的预测
地表变形分为： 两种移动和三种变形。
两种移动为垂直移动（下沉）和水平移动。
5、 地表变形的观测 线路通过大面积采空区，当缺乏资料且勘探难以查明 采空区的基本特征时，应进行定位观测，直接查明地 表变化特征，变化规律和发展趋势。
（1）观测线宜平行或垂直矿层走向成直线布置，其长 度应超过移动盆地的预计变形范围，走向观测线（即 观测线平行矿层走向），应有一条测线通过预计最大 下沉值的位置；倾向观测线（即观测线垂直矿层走向） 不宜少于2 条。
按采空区残余沉降量大小将采空区划分为三个区： ➢ （1）稳定区 ➢ （2）基本稳定区 ➢ （3）不稳定区
根据工程性质的不同，分区参数亦不同，取值时应按 具体工程性质的要求而定。
稳定性评价（以铁路工程为例） （1）.下列地段不宜做为建筑场地
①在开采过程中可能出现非连续变形地段（地表产生台阶、裂缝、 塌陷坑等）。 H /m＜25～30 （H /m为采深采厚比，以下同）或H /m＞25～30， 但地表覆盖层很薄且采用高落式等非正规开采方法或上覆岩层受 地质构造破坏时，地表将出现大的裂缝或塌陷坑，易出现非连续 的地表移动和变形。
河南省石家岭金矿地质环境问题及防治措施
矿产资源M ineral resources河南省石家岭金矿地质环境问题及防治措施姚娇娇摘要：随着社会经济的进步与发展，带动了矿产企业的技术发展。
在金矿开采过程中，如果没有科学的开采方式及防治措施，就会对矿山周围环境造成破坏，同时还容易引发泥石流和滑坡等自然灾害，给矿区及下游人民带来安全威胁，本文结合石家岭金矿地质灾害防治以及环境保护相关内容进行分析，通过科学有效的方法，对促进矿区地质环境的恢复治理提出意见，以便实现矿产企业可持续发展。
关键词：金矿；地质灾害石家岭金矿属于嵩县前河矿业有限责任公司，是一家采选一体的国有黄金矿山企业。
公司始建于1988年，1998年改为有限责任公司。
2007年6月由中国黄金集团公司控股经营。
石家岭金矿自2016年首次办理采矿证，由于早期矿山企业缺乏地质环境治理方面的法规，及防治措施致使矿山多年开采形成的环境问题日渐突出，如滑坡、泥石流、尾矿库、塌陷、水污染等问题。
本文提出应对措施及解决办法，为矿山的可持续发展提供依据。
1 矿山基本情况1.1 地形地貌及气象水文情况本区属暖温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨，四季分明。
平均气温14.1℃，气温最高可达43.6℃，全年降水多集中在7月～9月，10年一遇24h最大降雨量137mm。
年平均蒸发量1578.3mm，最大蒸发量2022.6mm，最小蒸发量1325.5mm。
区内有三条河流：伊河、汝河、白河，分属黄河、淮河、长江流域。
地表水资源丰富。
嵩县地势西高东低，南高北低，处在黄河、淮河、长江三大水系的分水岭地带。
最高峰为鹰嘴山，海拔1859.6m，平均海拔1400m。
属侵蚀剥蚀低山地貌。
1.2 地质特征本区出露地层中元古界熊耳群鸡蛋坪组：划分为三个岩性段，矿区仅出露中段及上段。
熊耳群鸡蛋坪组中段，岩性为含角闪石安山岩、杏仁状安山岩，局部为英安岩。
为一套中性火山岩系。
鸡蛋坪组上段，岩性紫红色流纹岩夹薄层安山岩、火山角砾岩。
地面塌陷稳定性评价
定
的采空区地表水平投影范围属破坏性影响区，为不稳定的采空区
性
范围。反之，当采空区顶板埋深(H)大于最大导水裂隙带高度(Hli)
评
时，对应的采空区地表水平投影范围为基本稳定的采空区范围。
价
同时结合地表移动盆地理论，以采空区顶板埋深(H)等于最大
导水裂隙带高度(Hli)时对应的顶板埋深点（或线）为起算点，根
育情况、坑坡崩塌滑坡情况、回填情况）、塌陷坑的形态、排列 方式、分布与采空区的对应关系、发生时间等
四、稳定性评价 包括：
塌陷体稳定性评价 采空区稳定性评价 评价方法： 定性评价方法 定性、半定量评价方法
1、塌陷体稳定性评价
地面塌陷体的稳定性评价以定性的方法评价，参照中国地质环境监
测院《县（市）地质灾害调查与区划基本要求实施细则》中关于塌陷
基本 稳定
塌陷已部分充填改造， 植被较发育
疏松或稍 密,呈软塑 至可塑状
其下有地下水流通 接近或达到休止状态
道,有地下水活动 的塌陷,当环境条件改
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变时可能复活
稳定
已被完全充填改造的塌 陷,植被发育良好
较密实,主 要呈可塑状
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进入休亡状态的塌陷, 一般不会复活
2、采空区稳定评价
采
（1）评价方法
采
1、底板移动角、边界角大于煤层倾角时平面及倾向剖面示意图
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路基下煤矿采空区地表塌陷特征及其形成机理
公路2007年10 月第10期HIG HW A Y O ct. 2007 N o . 10 文章编号: 0451- 0712( 2007) 10- 0101- 05 中图分类号: U 416. 1: T U 475. 4 文献标识码: A路基下煤矿采空区地表塌陷特征及其形成机理王兵1, 2, 杨为民3,王辉4,李占强4( 1. 北京理工大学管理学院北京市100081; 2. 河北冀威公路工程咨询有限公司石家庄市050011;3. 安徽理工大学资环系淮南市232001;4. 河北大地土木工程有限公司石家庄市050011)摘要:基于现场调研和室内测试,详细研究了青兰高速公路邯郸～涉县段沿线北八特采空区地表塌陷特征,分析了地表塌陷形成的影响因素,探讨了该区地表塌陷形成的宏观和微观机理。
这项研究可为拟建高速公路采空区治理方案的选择,以及路基路面、桥梁设计提供科学依据。
关键词:采空区;地表塌陷;形成机理目前,采空区问题研究主要集中于4个方面,即 1 北八特采空区地表塌陷特征地下采空区的探测技术、稳定性评价技术、治理技术北八特采空区分布有四矿八特井和大量的村办及质量监控技术[ 1～3],而对于引起地表塌陷的机理小窑。
这些小窑遍布全区,据调查,北八特采空区内研究不足,仅李永树等[ 4]根据开采沉陷地区地表点共有27个小窑,其回采率为30%～35% ,采矿深度的实测移动轨迹,探讨了由于岩梁下沉和弯曲引起为40. 0～200. 0 m,开采煤层及采矿深度受地质构地表水平移动的机理,以及岩层间的剪应力对水平造控制,煤层埋深沿西、东向逐渐变浅。
该区小窑多移动所起的作用。
唐小明[ 5]、贺可强[ 6]、王景明[ 7]等在1985年～1991年投产,到1998年～2000年基本根据黄土地区潜蚀地貌的调查,研究了黄土地区潜停产,仅局部(如井8宏兴煤矿和井21)仍有采矿活蚀地貌的形成与岩性、构造节理、气候、地下水等因动,地表塌陷仍在发展中。
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