采空区地面沉降
地面沉降的处理标准
地面沉降的处理标准摘要：一、引言二、地面沉降的原因1.大量开采地下水、地下水溶性气体和石油2.开采地下固体矿藏，形成大面积的采空区3.重大的工程建筑物对地基施加的荷载4.在低荷载的持续作用下，土体的蠕变三、地面沉降的处理方法1.预防措施2.房屋维修与加固3.地面沉降的监测与控制四、结论正文：地面沉降是指地表或建筑物基础下的土体在自然或人为因素作用下产生的垂直位移。
地面沉降的处理标准主要取决于沉降原因、沉降程度以及影响范围等因素。
本文将从地面沉降的原因、处理方法等方面进行探讨。
一、地面沉降的原因1.大量开采地下水、地下水溶性气体和石油：这是人类活动中造成大幅度、急剧地面沉降的首要原因。
地下资源的过度开采会导致地下空洞，使得地表承受的压力分布发生变化，从而导致地面沉降。
2.开采地下固体矿藏，形成大面积的采空区：地下矿藏的开采会形成大面积的采空区，这些区域在地表荷载作用下容易发生塌陷，导致地面沉降。
3.重大的工程建筑物对地基施加的荷载：重大的工程建筑物对地基施加的荷载会使地基土体发生变形，从而导致地面沉降。
4.在低荷载的持续作用下，土体的蠕变：土体在低荷载的持续作用下，可能发生蠕变，导致地基的缓慢变形，从而引起地面沉降。
二、地面沉降的处理方法1.预防措施：针对地面沉降的原因，采取相应的预防措施，如合理开发利用地下资源、加强工程建筑物的设计与施工等。
2.房屋维修与加固：对于已有的房屋地面沉降，可采取维修与加固措施，如修复裂缝、加固地基等，以确保房屋的使用安全。
3.地面沉降的监测与控制：对地面沉降进行实时监测，采取必要的控制措施，如地下水回灌、土体压实等，以减缓地面沉降的发展。
综上所述，地面沉降的处理标准需要根据沉降原因、沉降程度以及影响范围等因素来制定。
采空区地层处理对建筑沉降的影响
关键词：采空区；离层注浆；地表变形；数值分析1概述煤炭开采破坏了原有地应力平衡状态，易引起地表沉陷、临近建（构）筑物结构过大变形等一系列环境岩土问题。
开展对采空区影响范围内地质环境综合治理[1]研究日益受到研究者的重视[2]。
自上世纪五十年代，国内外学者就对三下采煤防治技术进行了大量研究，离层注浆加固技术是采空区地质灾害治理设计的常用方法[3]。
在以往文献中主要侧重于对采空区覆岩移动规律的评价[4-9]，很少从地层之间的相关性角度去分析问题。
因此，文中借助数值分析方法，考虑覆岩地质特性、注浆区力学特性及分布范围，对采空区上覆地层稳定性作出评价，对临近建筑沉降的影响机制进行研究。
2采空区上方注浆加固体与地基组合作用理论等效计算模型：由于采空区与建筑基础荷载在地层内的影响交叉，需考虑各层的厚度、弹性模量等分层特性的差异性，据此评价建筑地基稳定性，确定地基处理和地层注浆方案，使得建筑沉降控制技术更符合现场。
为了能较真实地反映注浆层、地基的结构特性，文中对建筑与采空区间地层进行简化分层，如图1所示。
其中H1、H2和H3分别为建筑地基层、注浆加固层和煤系地层厚度值。
3有限元模型与结果分析3.1模型建立本文采用有限元分析软件ABAQUS，建立的采空区地层模型如图2所示。
该模型由两部分组成：基础部分和上部结构部分，其中基础部分参照图1建模，上部结构选用五层的框架结构。
模型坐标x、y、z方向分别对应模型的长宽高，其中地基层和注浆层的总尺寸为100m×100m×50m，采空区高度为10m，采空区边界距模型边界20m。
上部框架结构基础用50m×50m的薄层模拟。
地基和注浆层的边界条件设为：限制模型四周水平方向的位移，限制采空区底部竖直方向的位移和三个方向的转角。
3.2材料属性本文在对地基层、注浆层和采空区煤柱进行模拟时采用摩尔-库伦本构模型；上层框架采用线弹性本构模型。
根据实际工程地质勘查报告，并参考相关文献的试验结果，模型的材料参数如表1所示：3.3结果分析根据上表的试验结果建模并分析。
采空区地表沉降变形规律研究
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2021年第06期·35·文章编号：2095－6835（2021）06－0035－03采空区地表沉降变形规律研究王亚林，郑周（江苏省第二地质工程勘察院，江苏徐州221000）摘要：通过理论分析、采空区实测数据以及灰色模型模拟方法的结合，对张双楼煤矿采空区上方的光伏发电项目沉降变形进行分析研究，发现地表移动形变的延续时间与地表整体的不均匀沉降具有相当密切的联系，利用灰色模型理论对未来沉降量模拟预测，预测结果较好，有助于更好地服务指导矿区的开采、采空区域的二次开发、沉陷灾害控制与环境保护等，并为相似条件下的矿区的发展和保护提供一定的参考。
关键词：灰色模型；移动形变；延续时间；沉降中图分类号：TU196文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2021.06.011一光伏发电项目位于位于徐州矿务集团张双楼煤矿采空区上方，地下煤层开采后，地表发生了较为明显的移动变形，主要表现为整体沉降下的局部不均匀连续沉降，未出现塌陷坑、地裂缝、台阶等非连续变形现象[1]。
分析研究该采空区地表变形的特征，以及局部不均匀连续沉降对光伏发电运营的影响程度，有助于更好地指导矿区的开采、采空区的二次开发利用、沉陷灾害控制与环境保护等[2]。
1地表沉降观测点的布置矿区平面如图1所示。
由资料可知，张双楼矿区煤层赋存于二叠系山西组和石炭系太原组，其中可采煤层为4层，分别为7煤、9煤、17煤和21煤，倾角范围15°～33°，基本属于缓倾斜煤层。
在采空和未来采空影响区域内共埋设沉降观测点375个，一期238个全部位于7煤工作面上方，二期137个部分位于7煤、9煤工作面上方。
实际观测点布置如图所示，进行了18个月的沉降观测，共计8期，并在矿区后续开采过程中会对沉降点持续测量。
图1矿区平面示意图监测点均匀分布在采空区影响的光伏发电项目区域内，对于项目区域内的地表的变化情况能较为直观地表现出来。
水溶开采诱发盐矿地面沉降机理分析及防治措施
水溶开采诱发盐矿地面沉降机理分析及防治措施作者：李力宏来源：《科技资讯》2024年第02期关键词：盐矿水溶法开采地面沉降地质灾害事前预防事中控制事后补救1水溶法开采诱发盐矿地面沉降的特点分析近几十年来国内盐矿发生的一些较大的地面沉降地质灾害实例[4]，发现水溶法开采诱发盐矿地面沉降一般具灾害持续周期长、影响规模大、破坏性大、突发性较强、易反复发生、发生前后通常伴随地面冒卤等几个显者特点。
1.1灾害持续周期长，影响规模大一旦地面沉降发生，必将对上覆岩土体造成破坏，相应岩土体的承载力会出现下降，而随着地表长时间持续移动，地面沉降影响范围势必将持续扩大。
例如：1992年湖北应城盐矿发生沉降后，直到1999年地面变形都在发生[4]。
由于盐矿开采深度一般较深，故地表沉降影响规模一般亦较大，地表影响范围在几千平方米比较常见。
1.2破坏性大，突发性较强盐矿地面沉降一般均具有突发性，且因发生时位移剧烈，故带来的破坏性亦比较强烈。
地面沉降往往造成地面工业设施和居民房屋等建筑物的变形或损坏，房屋不能居住，周边水井干涸，地质环境遭受极大破坏。
同时，地面沉降时喷出的卤水对地下水与土壤环境会造成长期污染，使地面沉降区周边长时间的土地盐碱化，造成农作物减产，地质环境恢复十分困难，造成的经济损失巨大。
据部分监测统计结果，地面沉降区垂直位移多在1～2mm/d，极个别的可超过100mm/d以上[4]。
一般在地面沉降出现之前较长的一段时期内，发生灾害的一些预兆未能被发现甚至完全被忽视，导致及时预警或预报灾害的发生十分困难，故灾害突发性强。
1.3沉降易反复发生地面沉降往往对上覆岩土层造成毁坏，致使其结构破坏，容许承载力随之会大大减小，同时会破坏采卤钻井或井管，而钻井受到破坏后井中的卤水会浸入上覆岩土体中，又会加速软化上覆岩土体，这样在外力及其它各种因素的综合作用下极易发生再次地面沉降。
例如：云南凤岗盐矿在十八年内发生过三起较大规模的地面沉降，安徽定远盐矿在四个月内连续发生过两次较大的地面沉降，1992年和1999年湖北应城盐矿14～15井组区发生过两起大的地面沉降[4]。
采空区路基沉降计算公式
采空区路基沉降计算公式引言。
在矿区开采过程中，采空区的形成是不可避免的。
采空区对周围环境和工程设施会产生一定的影响，其中包括路基沉降。
路基沉降是指由于采空区下方地层的变形而导致路面或路基沉降的现象。
为了有效地预测和控制采空区对路基的影响，需要建立相应的计算公式。
本文将探讨采空区路基沉降的计算公式及其应用。
采空区路基沉降计算公式的建立。
采空区对路基的影响主要是通过地下水位变化和地层变形两个方面来实现的。
地下水位变化会导致路基的软化和下沉，而地层变形则会引起路基的沉降和破坏。
因此，建立采空区路基沉降的计算公式需要考虑这两个方面的影响。
首先，我们来看地下水位变化对路基的影响。
地下水位的变化会导致土壤的湿度发生变化，进而影响土壤的强度和稳定性。
根据地下水位变化对路基的影响可以建立如下的计算公式：Δh = K ×ΔG。
其中，Δh表示路基的沉降量，K为地下水位变化系数，ΔG为地下水位的变化量。
地下水位变化系数K可以通过实地观测和试验确定，其数值与地质条件和路基结构有关。
其次，地层变形对路基的影响也是十分重要的。
地层变形会引起路基的沉降和破坏，因此需要建立相应的计算公式来预测路基的沉降量。
根据地层变形对路基的影响可以建立如下的计算公式：Δh = ∑(Δhi)。
其中，Δhi表示地层变形引起的路基沉降量，∑表示对所有地层变形引起的路基沉降量进行累加。
地层变形引起的路基沉降量可以通过地质勘探和数值模拟得到。
综合考虑地下水位变化和地层变形对路基的影响，可以建立如下的采空区路基沉降计算公式：Δh = K ×ΔG + ∑(Δhi)。
该计算公式综合考虑了地下水位变化和地层变形对路基的影响，能够较为准确地预测采空区对路基的影响。
采空区路基沉降计算公式的应用。
采空区路基沉降计算公式的建立为预测和控制采空区对路基的影响提供了有效的工具。
通过对地下水位变化和地层变形的考虑，可以较为准确地预测采空区对路基的影响，并采取相应的措施进行预防和修复。
煤矿采空区地表沉降预测研究
ˆ kk
ˆ D k ， Dk ˆ D
1 ˆ1
ˆ1 1 1
ˆ k 1 ˆ k 2 1
ˆ ，D k
1 ˆ1
ˆ1 1 1
ˆ1 ˆ2 ˆk
ˆ k 1 ˆ k 2
ˆ k 1 ˆ k 2
S3：根据统计特性进行判断，并选择合适模型。 （1）时间序列的自相关函数 k 在 m 步截尾，即 k m 时， k 0 ， 并且偏自相关函数 kk 被负指数函数控制收敛到零，则可判断时间序 列为 MA(q) ；
X t X t 1 ut
（1）
其中 ut 是白噪声（零均值、恒定方差、非自相关）的随机误差项。由式（1）可得
X t T 1 X t T 1 T ut T T 1ut T 1
ut 1 ut
（2）
根据 值的不同，可分三种情况考虑，若 1 ，则当 T 时， T 0 ，即对序列的 冲击将随时间的推移其影响逐渐减弱， 此时序列稳定； 若 1， 则当 T 时， T ， 即对序列的冲击将随时间的推移其影响逐渐增大，此时序列不稳定；若 1 ，则当
q at q i at i
i 1
q
（8）
其中 at 为白噪声序列， E (at )2 2 ， j (1 j q) 为实数权重，当预测步数 l q 时， X t l
ˆ a a ˆ 0 ；当 l q 时， X 的最小均方差预测 X 的预测值 X t l 1 t 2 t 1 t l t l
†
AR( p) 模型自相关函数拖尾，偏自相关函数截尾； MA(q) 模型自相关函数截尾，偏自相关函数拖尾； ARMA( p, q) 模型自相关函数拖尾，偏自相关函数拖尾。
矿山开采地面沉降与变形监测培训
数据预处理
对原始监测数据进行校准、滤波等处理，提高数据质量。
形变模型建立
根据监测数据，建立地表形变模型，进行形变分析和预测。
安全性评估
结合地质信息和监测数据，评估矿山开采对周边环境及设施的影响 ，为安全生产提供依据。
04
监测方案设计与实施
监测点布设原则
01
02
03
04
代表性
监测点应能反映矿山开采区域 内的典型地质条件和变形特征
。
简易仪器监测
使用简易的测量仪器，如金属标 尺、气泡水位计等，进行地表沉
降的监测。
现代监测技术
GPS监测
通过全球定位系统，实时监测地表位移和变形。
InSAR技术
利用卫星遥感干涉测量技术，大面积、快速获取 地表形变信息。
光纤应变监测
通过光纤传感器，实时监测土体内部应变变化， 推断地面沉降与变形。
监测数据的处理与分析
GPS技术应用
随着GPS技术的发展，其在矿山开采 地面沉降与变形监测中得到广泛应用 ，具有高精度、全天候、自动化等优 点。
02
地面沉降与变形的危害
对周边环境的影响
破坏生态环境
地面沉降和变形可能导致 山体滑坡、泥石流等自然 灾害，破坏生态环境。
影响土地利用
地面沉降和变形会导致土 地质量下降，影响土地的 农业生产和城市建设。
应急预案制定与实施
应急预案概述
应急预案是为了应对矿山开采地面沉降与变形可能引发的突发事件而制定的应急方案。
应急预案内容
应急预案应包括应急组织、应急流程、应急资源和救援力量等方面的内容，确保在突发事 件发生时能够迅速、有效地应对。
应急预案实施
应急预案的实施需要建立相应的应急指挥和协调机制，确保各部门和人员能够快速响应和 协作，共同应对突发事件。同时，应急预案的实施还需要进行定期的演练和评估，以提高 应急响应能力。
矿山开采过程中地面沉降监测与防控
矿山开采过程中地面沉降监测与防控在当今的工业发展中，矿山开采是获取各类矿产资源的重要手段。
然而，这一过程往往伴随着一系列环境和地质问题，其中地面沉降便是一个不容忽视的严峻挑战。
地面沉降不仅会对周边的生态环境造成破坏，还可能威胁到人民的生命财产安全以及社会的可持续发展。
因此，对矿山开采过程中的地面沉降进行有效的监测与防控具有极其重要的意义。
矿山开采导致地面沉降的原因是多方面的。
首先，大规模的地下开采活动会破坏原有的地质结构和岩石力学平衡。
当大量的矿石被采掘出来后，地下形成了巨大的空洞，上方的岩层失去了支撑，从而在重力作用下逐渐下沉。
其次，地下水的过度抽取也是一个重要因素。
在矿山开采中，为了降低地下水位、方便开采作业，常常会大量抽取地下水。
这会导致含水层的水压下降，土层压缩，进而引发地面沉降。
此外，开采过程中的爆破、挖掘等活动产生的震动和应力变化，也会加速岩层的变形和地面的沉降。
为了及时掌握地面沉降的情况，有效的监测手段必不可少。
目前，常用的监测方法包括水准测量、GPS 测量、InSAR 技术等。
水准测量是一种传统但可靠的方法，通过定期测量地面上不同点的高程变化来监测沉降情况。
然而，这种方法工作量大，效率较低。
GPS 测量则具有高精度、全天候、自动化等优点，可以实时获取监测点的三维坐标变化，但其成本相对较高。
InSAR 技术是一种新兴的遥感监测手段，通过对不同时期的雷达影像进行处理和分析，能够大面积、高精度地监测地面沉降，但其在复杂地形和植被覆盖地区的应用受到一定限制。
在实际的监测工作中，通常会根据具体情况选择一种或多种监测方法相结合，以达到最佳的监测效果。
例如，在沉降范围较大、地形较为平坦的区域，可以采用 InSAR 技术进行初步监测，发现异常区域后再利用水准测量或 GPS 测量进行详细监测。
同时，为了保证监测数据的准确性和可靠性，还需要建立完善的监测网络和质量控制体系。
监测点的布置应具有代表性和均匀性，能够覆盖整个开采区域和可能受到影响的周边区域。
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当矿层倾角较陡时，地表移动盆地是非对称的，矿层倾角越大，
非对称性越明显。上山（逆矿层倾斜方向）边界上方地表移动盆地 较陡，开采影响范围小；下山（矿层倾斜方向）边界上方地表移动 盆地较平缓，开采影响范围较大。
b379
b44 2-335
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天塔 b816
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南大桥 2-311
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1-4 2-74
2-362 1-3 2-361
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B
l BC
-78.74
Ⅲ
Ⅱ Ⅰ
图5-5 煤层顶板上覆岩层变形分带 Ⅰ—冒落带；Ⅱ—裂隙带；Ⅲ—弯曲带
三、采空区地表移动变形特征 连续的地表移动：在采深采厚比较大（一般大于25-30），无地 质构造破坏和采用正规采矿方法开采的条件下，地表不会出现大的 裂缝或塌陷坑，地表移动和变形在空间和时间上是连续的，开始地 表形成凹地，随着采空区不断扩大，凹地不断扩展而形成较规则的 移动盆地。 非连续的地表移动：当采深采厚比较小（一般小于25-30），或 采深采厚比虽大于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，地表不出现较规则的 移动盆地，而常出现不规则状大的塌陷坑和裂缝等，地表的移动和 变形在空间和时间上都不连续。
外缘区：位于采空区外侧煤层上方，地表下沉不均匀，地面向
盆地中心倾斜，呈凸形，产生拉伸变形，当拉伸变形值超过一定数
值后，地表产生张裂缝。
外缘区 内缘区 中间区 内缘区 外缘区
采空区
地表最终移动盆地具有以下特征： （1）地表最终移动盆地的面积，一般大于采空区的面积。采空 区为长方形时，移动盆地大致为椭圆形。 （2）移动盆地和采空区的相对位置，与矿层的倾角大小有关。 当矿层倾角近水平或缓倾斜时，地表移动盆地位于采空区的正
四、地表变形的度量
垂直下沉 水平位移
AB
uB uA lAB
kABC0.T5(BlCABTAlBBC)
u 倾斜 A
w 水平变形 A
A
森林公园
杨柳青农场
牙 河
子
酒精厂
发电厂
杨柳青镇
中北镇
中北斜
拘役所
煤气厂
前桑圆
辛口镇
南赵庄
小沙沃
炒米店
城建学院 华庄
小甸子
张家窝镇
独
高家村
西琉城
流
阎庄子 减
傅村 大 南 河小 南 河
采空区分类 采空区根据开采现状分为老采空区、现采空区和未
来采空区三类。 老采空区是指已经停止开采或岩层移动和地表变形已经
稳定的采空区。 现采空区是指地下正在采掘、岩层移动和地表变形仍然
继续发展的采空区。 未来采空区是指地下赋存有开采价值矿层，计划开采而
目前尚未开采的区域。
二、采空区上覆岩层变形与破坏 煤层采空后，上覆岩层失去了支撑，发生变形、弯曲、断裂，进 而呈不规则的冒落下来，充填采空区。随着采空区面积的不断扩大， 岩层的移动变形从煤层顶板向地表发展，最后在上覆岩层中形成三 个破坏程度不同的区域。 1、冒落带：位于采空区矿层直接顶板岩层，在自重和上覆岩层 的重力作用下，发生断裂破碎并塌落，堆积于采空区内，发生塌落 的部分称冒落带。 2、裂隙带：位于冒落带上部的岩层在重力作用下，产生移动变 形，所受应力超过本身强度，岩层产生裂隙或小断裂，但尚未塌落， 形成裂隙带。 3、弯曲带：裂隙带上部岩层在重力作用下，变形较小，所受应 力尚未超过其本身强度，岩层仅发生连续平缓的弯曲变形，其整体 性未遭受破坏，称为弯曲带。
地表移动盆地及特征
当地下开采影响到达地表以后，在采空区上方地表形成的凹地
称地表移动盆地。当开采达到充分采动、地表变形已达稳定后的盆
地称最终移动盆地。
中间区：位于采空区正上方，地表下沉均匀，地面平坦，一般
不出现裂缝，地表下沉值最大。
内缘区：位于采空区外侧上方，地表下沉不均匀，地面向盆地
中心倾斜，呈凹形，产生压缩变形，一般不出现明显裂缝。
南河镇
西胡村
河
大寺镇 卫南洼
A'
b925a
1-18
b304
b81
b14
b211a
b358
2-81
b17b5320a
1-13
b77
b167 b166
pbm4
b394 b73北 站
b915
b506
b231
b261
1-19
2-328
t4 b907
b508
b257
b27b1天27 津 站
b140
b473 b472
地表移动发展阶段 地表移动可划分出三阶段，即起始阶段、活跃阶段和衰退阶 段。 起始阶段：地表下沉值达到10mm至下沉速度小于50mm/月 的阶段； 活跃阶段：地表下沉速度大于50mm/月（急倾斜煤层大于 30mm/月）； 衰退阶段：活跃阶段结束至连续六个月下沉值不超过30mm 时为止。
一般采深小于100m，持续时间8-10个月；采深100200m，持续时间12-24个月，采深200-300m，持续时间2436个月。
移动盆地的中心及最大下沉点向下山方向偏离，倾角越陡，偏离 越多。
采 空 区
a
采空区
a
采空区
A
A
（a）
（b）
（c）
地表移动盆地特征 （a）水平岩层；（b）倾斜岩层；（c）急倾斜岩层
开采近水平或缓倾斜矿层时，走向和倾向主剖面均通过采空区 中心，开采倾斜矿层时，倾向主剖面通过采空区中心，走向主剖面 向下山方向偏离，矿层倾角越陡偏离越多
wH0Ht
u lt
l0
采空区
0 了解采空区的危害； 0 了解采空区地表移动规律及特征； 0 了解采空区地表移动和变形的预测； 0 掌握采空区的勘察评价原则和处理措施。
一、采空区 当地下矿层被采空后，便在地下形成了采空区，
采空区上覆及周围岩体失去原有的平衡状态，从而发生 移动、变形以至破坏。这种移动、变形和破坏在空间上 由采空区逐渐向周围扩展，当采空区范围扩大到一定程 度时，岩层移动就波及到地表，使地表产生变形和破坏 （地表移动），地表从而出现地裂缝、塌陷坑和地表移 动盆地等。
森林公园 -87.电26 厂
-农60.3场0
-64.36 --7722.8.822
-9杨3.49柳-10青1西.09--1冯9090..37-庄0907.96 汪 庄-85子.12
东碾庄