煤矿地表塌陷规律及预测方法探讨
采煤区地面塌陷问题研究
采煤区地面塌陷问题研究随着采煤工艺的不断发展和采煤方式的不断更新，采煤区地面塌陷问题越来越受到人们的重视。
采煤区地面塌陷问题是由采煤造成的一种地质环境变化，通常表现为地表下沉或塌陷，这对周边环境、矿山开采和社会经济发展都会带来很大的影响。
因此，采煤区地面塌陷问题的研究已经成为当前地质学、环境科学和矿山工程学等领域研究的热点之一。
本文旨在探讨采煤区地面塌陷问题的研究现状、成因机制和防治措施等内容，以期为相关研究提供参考。
一、研究现状目前，国内外对采煤区地面塌陷问题的研究已有很大的进展。
国外主要集中在美国、德国、法国和荷兰等国家，其中美国的针对采煤区地面塌陷问题的研究最为广泛深入。
国内的研究除了重点关注沿海地区类似地质条件的采煤区外，还对西北和西南等地区的采煤区进行了大量研究。
从研究方法来看，主要分为实验模拟和数值模拟两种。
实验模拟通常是在室内或室外将采煤区相关条件模拟出来，控制一定的变量进行基础性实验，主要分析采煤对地下水、地层沉降等地质因素的影响。
数值模拟主要是以计算机为工具，通过建立数学模型或采用有限元、边界元等数值计算方法，研究采煤过程中地层变形与沉降的规律性。
二、成因机制采煤区地面塌陷问题主要是由于开采煤炭导致地层压缩和沉降而引起的。
在采煤过程中，地下水、煤炭和地质结构的变化都会对地面的稳定性产生影响。
具体来说，采煤造成了以下方面的影响：1. 地表沉降采煤过程中，地下的煤炭被开采出来后，地质层会发生空洞或塌陷，这就是地表沉降的原因。
沉降不仅可能导致地面塌陷，还可能造成建筑物、道路、管道等公共设施沉降甚至破裂。
2. 地下水位下降采煤过程中，地下煤层的开采会导致地下水位下降，进而导致地层的沉降和塌陷。
3. 煤炭氧化煤炭在地下氧化也会导致地层发生变化，尤其是在湿煤矿井内，煤体吸氧就会释放出大量的热量，使煤层收缩和热胀冷缩不断交替，形成了煤层的应力循环现象，从而加剧了地层沉降的速度。
三、防治措施为解决采煤区地面塌陷问题，采煤企业可以采取以下几种防治措施：1、边采边填边采边填是一种主动的防治措施，其原理是通过采煤现场储备煤矸石、砂石等材料填补采区内的空洞或当地。
煤矿地质灾害特征及预测方法探讨
煤矿地质灾害特征及预测方法探讨摘要：煤矿资源作为我国普遍应用的一种资源类型，其勘探和开采工作对于资源的有效利用起着关键性的作用，由于煤矿资源属于埋藏于地下的资源类型，因此其开采过程中容易受到来自自然环境和地理环境的影响。
煤矿井下作业的性质也意味着其施工作业容易受到地质性灾害的侵害，一旦爆发煤矿开采事故，无论是对施工作业人员本身还是整个团队的管理人员来说，都意味着巨大的经济损失和人身安全威胁。
所以，通过科学的预测方式及时地对可能发生的灾害情况进行检测是非常重要的。
本文通过分析这类灾害的特征，探讨其合理的预测方式。
关键词：煤矿地质灾害；特征分析；预测方法分析地质灾害是一种会对周围环境和人身安全造成极大伤害的一种灾害类型，对于煤矿开采工作来说，其地质灾害也有其固有的特点，而这些不同角度的特点，需要利用不同的方式进行预测分析，只有在施工作业开展前期或者灾害爆发前期依据其特点为灾害做出准确的预测，才能及时地采取预防措施。
一、灾害特征的分析研究煤矿地质灾害本身，由于其影响因素和灾害发生的区域的差异，以不同类型的地质灾害呈现出不同性质的特征，且不同灾害造成危害的严重程度和主要影响范围也有本质上的差异。
本文根据不同的地质灾害类型和区域，对其具体的特征进行详细分析阐述。
（一）地表沉陷而发生的地质灾害从灾害发生的频率来讲，这类地质灾害是煤矿地质灾害中发生频率较高的一类。
深入探究造成这类灾害的主要原因，可发现主要的诱因在于施工作业人员对于煤矿资源的过度开采，或者由于开采作业在前期未进行详细的规划分析，导致局部地层的过度挖掘，从而引起地层内部煤矿资源储藏层的顶板结构因被严重破坏而失去平衡[1]。
另外，除了在正常的地层结构内实施采煤作业外，当需要在水体层下部实行采煤作业时，施工人员常出现对水体未做到适当处理的问题，使得其流入矿井结构内部，对其内部的岩层结构性质造成破坏。
如这种损坏得不到及时处理，则也是造成沉陷问题发生的重要原因。
煤矿坍塌与地质灾害与防范
煤矿坍塌与地质灾害与防范煤矿坍塌是一种严重的地质灾害，给煤矿生产和人员安全带来了巨大威胁。
本文将对煤矿坍塌及其引发的地质灾害进行分析，并探讨相应的防范措施。
一、煤矿坍塌的成因煤矿坍塌通常是由以下几个因素共同作用导致的：1. 矿井地质构造：地质构造是煤矿坍塌的重要因素之一。
煤矿所在地的地质构造状况直接影响矿区的稳定性。
若地质构造复杂、断层发育等，容易导致矿井坍塌。
2. 煤层厚度：煤层厚度是煤矿坍塌的另一个重要因素。
过厚的煤层容易出现煤与顶板的脱离，导致坍塌。
3. 煤层赋存条件：煤层的赋存条件也是煤矿坍塌的重要因素之一。
例如，煤层倾角过大或倾斜不均匀，都会增加煤与顶板的接触面积从而加剧坍塌的风险。
二、煤矿坍塌引发的地质灾害煤矿坍塌引发的地质灾害主要包括以下几个方面：1. 煤矿地面下沉：坍塌后，矿区地表会出现下陷现象，导致建筑物、道路等设施受损。
严重时甚至会发生陷落坑，引发重大事故。
2. 煤矿水患：坍塌后，地下水会通过矿井通道向地面倒灌，引发洪水，严重危及附近居民的生命安全。
3. 煤矿瓦斯爆炸：坍塌会破坏矿井内部的瓦斯抽采系统，导致瓦斯积聚，一旦积聚的瓦斯遇到火源则会发生爆炸。
4. 煤矿火灾：坍塌后，煤矿中的矿石会与氧气接触，容易引发火灾，对矿区和附近区域造成毁灭性的破坏。
三、煤矿坍塌防范措施为了防范煤矿坍塌及其引发的地质灾害，需要采取一系列的措施：1. 煤矿勘探和选矿：在煤矿开发前，应进行详细的勘探和选矿工作，了解矿区地质构造、煤层厚度等情况，以选择合适的开采方法和位置。
2. 矿山设计与规划：矿山设计和规划要科学合理，合理安排开采方式、采场布置等，避免过度开采和过度压力造成的坍塌。
3. 煤矿支护技术：采用合理的煤矿支护技术，如预应力锚杆支护、矿井巷道综合支护等，增强矿山的稳定性，减少坍塌风险。
4. 定期检测和监测：煤矿应建立健全的地质灾害监测系统，定期对矿山进行检测和监测，及时发现问题并采取相应措施。
矿山岩层与地表沉陷的预测方法
矿山岩层与地表沉陷的预测方法矿山开采是人类活动中对地球表层最大的改变之一，其对地表沉降和地质灾害的影响也是不可忽视的。
因此，预测矿山岩层与地表沉陷是矿山开采中的重要问题之一。
本文将介绍矿山岩层与地表沉陷的预测方法。
一、矿山岩层与地表沉陷的原理矿山开采会对地下岩层产生影响，导致岩层的变形和破坏，从而引起地表沉降。
矿山岩层与地表沉降的原理是：在矿山开采过程中，岩石的应力状态会发生变化，从而导致岩石的变形和破坏。
当岩石的强度不足以支撑上部地层时，岩石就会向下移动，使地表产生沉降。
二、矿山岩层与地表沉降的预测方法（一）经验公式法经验公式法是根据矿山岩层和地表沉降的历史数据，通过统计分析和回归分析，建立预测模型，以预测矿山开采对地表沉降的影响。
该方法简单易行，适用于类似矿山的预测。
但是，由于该方法只考虑了历史数据，没有考虑到岩层和地表沉降的物理机理，因此预测精度较低。
（二）数值模拟法数值模拟法是使用计算机模拟矿山开采对岩层和地表沉降的影响。
该方法可以考虑岩层和地表沉降的物理机理，预测精度较高。
但是，该方法需要大量的数据和计算资源，建模和计算复杂，需要一定的专业知识和技能。
（三）物理模拟法物理模拟法是通过实验室模拟矿山开采对岩层和地表沉降的影响，以预测矿山开采对地表沉降的影响。
该方法可以直接观测到岩层和地表沉降的变化，预测精度较高。
但是，该方法需要大量的实验室设备和人力物力，成本较高，且实验结果可能受到实验条件的限制。
三、矿山岩层与地表沉降的预测案例以某矿山为例，使用数值模拟法预测该矿山开采对地表沉降的影响。
首先，建立矿山岩层和地表沉降的模型，采用有限元法进行模拟计算。
然后，根据矿山开采的方案和时间表，预测矿山开采对地表沉降的影响。
最后，与实际监测数据进行比对，验证预测精度。
预测结果显示，该矿山开采对地表沉降的影响较小，最大沉降量为10毫米。
与实际监测数据进行比对，预测精度较高，误差小于5毫米。
四、结论矿山岩层与地表沉降的预测是矿山开采中的重要问题之一。
煤矿地表沉陷规律
3、开采技术条件
重复开采、采空区处理、开采速度、开采 范围
（二） 地表移动速度和持续时间
岩层移动变形 — 在 空间 时间 剧烈程度—下沉速度反映 地表设测点A A ．
地表移动速度和持续时间
V (mm/日)
40
l (m)
80
30 20 10 0
Ⅰ
l(t) V(t)
1 2 3 4 5 Ⅱ
Ⅳ
60 40
1 H
2
δ0
3
4
ψ3
5 o w
6
ψ3
7
8
δ0
9
x
r
水平 移动 水平 变形
+
o
K
i
x
+
-
o
5=0
-
+ x
1=0
3=0
=0
7
=0
9
水平变形正负号的物理意义
水平变形正值 的物理意义为 地表受拉伸变 形 负值的物理意 义为地表受压 缩变形。
x
W(mm)
δ
o
ψ
3
ψ
3
δ
o
r
ε (m/mm)
+ -
采空区处理方法与
采空区处理方法 全部垮落法 带状充填法(外来材料) 干式全部充填法(外来材料) 风力充填法 水砂充填法 下沉系数 0.40.95 0.550.70 0.40.50 0.300.40 0.060.20
重复采动对地表下沉系数影响
矿区
淮南 峰峰 本溪 阜新 鹤岗 平顶山 枣庄
1-下沉 2-倾斜 3-曲率 4-水平移动 5-水平变形
五、 地表移动与变形参数分析
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
海如拉·热合曼
（新疆煤田灭火工程局，新疆 乌鲁木齐 830063）
摘要：煤矿采空区地表塌陷危险预测具有综合性的特点，相关部门需根据煤层深度、覆盖变化、工程地
质条件等，搜集完备的数据，进行先期预测判断，多角度分析煤层开采对环境的影响程度，并提出相应的解
针对煤矿开采，施工部门必须准确分析采空区地表塌陷 的原因，设计合理的解决方案，同时根据采空区结构与煤 层分布，进行全面控制与精确预测，确保开采工作的有序 进行，促进煤矿产业的平稳发展。实际调查发现，现在大 多数的煤矿开发企业都没有重视施工预案的安排，没有考 虑开采中可能出现的突发情况，如地表塌陷、煤层陷落等 问题。从施工角度分析，造成采空区地表塌陷的因素有很 多，施工人员操作不当、施工步骤环节分布错误、监督检 测缺失、环境考察不到位等等。所以，不管在开采前还是 开采后，都必须派施工队检测地质结构，整合信息数据， 并结合煤矿开采的实际情况做好预报工作，提升整个施工 的安全性。
降速率。同时，监管部门需定时观测搜集地表塌陷的程 度，制作成表格，以便后期分析核对，完善施工计划。其 中，最为关键的是采空塌陷区的矿坑信息调查，技术人员 可以利用无线探测仪来勘测采空区矿坑的分布位置、构造 破碎情况、蚀变带和节理裂隙，导入数据库形成三维动画 图，技术部门便可以参照这些信息数据来预测判断地表塌 陷情况，从而合理制定解决方案。 3.3 正确处理地表塌陷问题，确保煤矿资源有序开采
易出现地面凹陷。根据实地调研和资料分析，山西地带煤矿 开采的深度大，形成“U”型凹陷形态，逐渐发育成冒落带。
2）如果进行多层开采，机械开采工具会造成岩土层松 动，稳定性下降，采空区的空间位置也会越来越小，地面 塌陷的系数也越来越高。根据各类数据来看，矿层一般分 为6层，如果不断开采挖掘，则导致整个采空区内部沉陷， 继而发生安全事故。
采煤区地面塌陷问题研究
采煤区地面塌陷问题研究在煤炭开采过程中，采煤区地面塌陷一直是一个困扰煤炭产业的重要问题。
这种现象不仅会影响生态环境，也会破坏地面的基础设施，给人类的生产和生活带来严重的影响。
因此，采煤区地面塌陷问题的研究一直是一个热点领域。
本文旨在浅谈关于采煤区地面塌陷问题研究的现状和未来发展方向。
一、采煤区地面塌陷的成因采煤区地面塌陷主要是由于采煤过程中，地下煤层被开采掉后，地面支持能力降低，地层受到削减后沉降压缩，导致地面塌陷。
而地面塌陷的严重程度取决于许多因素，如地下煤层的厚度，矿区开采方法，煤层的物理特性，地下水位等。
当地下煤层过于薄或地下水位相对较高时，地面塌陷的风险将大大增加。
在采煤区地面塌陷问题的研究中，人类的工业活动也是一个重要的因素。
目前，随着城市的不断扩张和人口的增加，城市内部各种地下管道和建筑物在煤炭开采过程中所承受的荷载越来越大，导致采煤区地面塌陷问题变得更为严重。
因此，我们需要逐步优化地面基础设施的布局，使其不再单纯地依赖于地下矿层的支撑。
二、采煤区地面塌陷问题的现状采煤区地面塌陷问题不仅使得矿区内的环境受到了很大的破坏，也引起了煤炭产业的忧虑。
为了减少或避免采煤区地面塌陷的发生，许多机构和个人都致力于研究此类问题。
迄今为止，关于采煤区地面塌陷问题的研究成果已经非常丰富，涉及到地质学、力学、工程学、数学等多个学科领域，包括实地观测、数值模拟、试验研究等多种方法。
目前，为了减缓采煤区地面塌陷问题的影响，采取了一系列防治措施。
如以水为助力，实现煤层支持的稳定性；炸裂的方法使地层变得更加坚硬，从而减少地面塌陷的风险；采取现代化的采煤技术，减少采煤造成的第一次开采后地面的松散性；采用长壁支柱工法，在采煤工作面形成一个支撑初始阶段的煤柱等。
三、未来的研究方向采煤区地面塌陷问题的发生已经成为制约煤炭产业发展的一个重要障碍，因此，在未来的研究中，我们需要加大对此类问题的研究力度。
针对采煤区地面塌陷问题，我们可以从以下几个方向进行研究：1. 采煤区地面塌陷的预测与评价。
井工煤矿地表塌陷预测与治理措施的思考
井工煤矿地表塌陷预测与治理措施的思考摘要：煤炭资源对社会经济发展的拉动作用，使得开采数量与日俱增，对土地资源破坏程度也在加深。
为了改善对地表生态环境的破坏，前期的地表塌陷预测和后续的土地复垦等治理措施成为了当下的研究重点，对实现土地资源可持续发展有着重要的意义。
鉴于此，本文对井工煤矿地表塌陷预测与治理措施进行深入探讨，以供参考。
关键词：井工煤矿；地表塌陷；预测；治理引言因各种原因限制，充填开采在我国尚未普及，全部垮落法管理顶板仍是主流，但随着煤炭资源不断向深部开采，高强度的采掘工作引起的地表沉降问题日益严重，对地表的建构筑物、公路、铁路等构成了威胁，为了最大限度地保护矿区地面村庄、交通设施、建筑、水体等不受地表沉降损害，研究煤矿开采引起的地表沉降移动规律显得尤为必要。
1对井工煤矿土地复垦的研究随着经济社会的不断发展，人口数量和建筑用地的增加使得土地矛盾问题日益显化，我国也提出了土地资源可持续发展的相关政策要求。
而煤炭作为主要的社会发展资源形式，经济效益的推动使得井工煤矿开采的数量增加，根据实际的施工数据显示，每开采一万吨煤炭就会对约两千平方米的土地造成程度不一的结构破坏，其中大规模的土石坍塌以及煤炭采空后造成的土地肥力下降和地表下陷都是重要的问题。
为了解决这一问题并稳定区域内农业的经济发展，提出了包括地表坍塌预测等内容在内的土地复垦治理措施，旨在让地表坍塌的土地恢复土壤活性、提高循环利用次数，进而维护土地生态资源的平衡，缓解用地紧张问题[1]。
2煤矿地表塌陷类型开采沉陷引起的工程地质灾害主要为：地表塌陷坑、地裂缝；山体滑坡、崩塌；地质构造活化；岩爆、冲击地压和煤与瓦斯突出等动力灾害。
2.1地表塌陷坑、地裂缝破坏地表塌陷坑破坏是开采沉陷区破坏最为严重的灾害之一。
工作面开采后上覆岩层存在大量临时的非稳定结构，导致地表不断发生塌陷坑灾害。
当开采深度小、开采煤层多、上覆岩层风化严重和地表有厚松散层覆盖时，在地表会出现纵横交错的裂缝破坏，局部会出现台阶错落裂缝破坏，裂缝一般会直接或间接沟通采空区。
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煤矿地表塌陷规律及预测方法探讨
煤矿地表塌陷形态多样、破坏程度可大可小，与开采深度、开采活动、矿体倾角、工作面开采区域、工作面数等因素有关。
我国常用的煤矿地面沉陷预测方法包括经验法、负指数法、概率积分法等。
概率积分法理论、方法基本成熟，国内正积极构建基于GIS技术构建的沉陷数据管理系统，已取得一定进展，但进行推广应用尚有一段时日。
标签：煤矿地表塌陷规律预测
我国是一个煤炭资源利用大国，煤炭开采量居世界第一位，煤炭产生能源约占我国总能源消耗75%～80%，煤炭还是煤炭化工重要原料，为国民经济发展做出了巨大的贡献[1]。
但与此同时，煤炭开采与利用也带来一系列社会、环境问题。
我国煤炭多埋藏于地下，煤矿开采主要依赖于地下开采，约占90%。
地下开采可能致地表土地大面积塌陷、损毁，破坏耕地、林地以及地面建筑，存在安全隐患。
近年来，煤矿地表塌陷事故屡见不鲜，累计塌陷面积已达100km2，塌陷所造成的损失大、影响深远、恢复困难，引发的社会的广泛讨论。
深入研究煤矿地表塌陷，并进行预测，是降低煤矿塌陷危害的可行方法，本次研究就此进行探讨。
1煤矿地表塌陷规律
1.1煤矿地表塌陷主要表现
煤矿引起的地表塌陷具体表现不尽相同，按照形态、破坏程度大体可分为两类：（1）浅部开采，急倾煤层或厚煤层形成的漏斗状陷坑、台阶状断裂，此类塌陷往往发生较突然，破坏性较大，但多仅限于局部，范围小；（2）深部开采，急倾煤层和开采深度大、倾角较小的煤层发生大范围平缓下沉，发生较缓，但也可造成较大的损失，损毁地面构筑物。
按照塌陷体积与深度占开采面比重高低可分为充分开采塌陷与非充分开采塌陷，前者占比在70%以上，只有当采煤区长、宽尺寸达到过超过开采深度1.4倍才可能发生，后者占比在70%以下，可发生于任何类型开采区[2]。
通常来说，除开采区外，地下还留存各种未开采或无开采价值的煤柱，这些煤柱对地面具有一定的支撑作用，使地面塌陷空间并不完全与矿道相同，形成凹凸不平的复杂形状。
1.2煤矿地表塌陷基本规律
1.2.1地下开采范围大小
地下开采范围大小对地表下沉起到了较为明显的控制作用：（1）采动程度与下沉系数呈正相关，采深增加则地表移动达到充分采动所需的开采范围增加，开采区域面积与地表塌陷的范围、最大下沉值呈正相关；（2）地表塌陷率、地表水平移动随着采动程度增大而增大，且逐渐趋于稳定。
1.2.2地表影响范围与开采深度有关
一般来说浅部开采地表受影响范围相对较小，下沉移动边界收敛较大，随着深度的增加，地表不连续移动、变形减少，开采深度可控制地表破坏程度。
1.2.3下沉速度随着开采深度增加而趋缓
浅部开采可能存在突然塌陷，而深部开采地面下沉速度较缓，不存在急剧下沉情况，启动下沉至最大下沉速度所需时间也较长。
开采深度影响下沉活跃度，开采较深的矿面，下沉速度加速时间短、活跃期时间短甚至无活跃期。
1.2.4与煤层倾斜度有关
地表塌陷值随着煤层倾角度增大而减少，地表最大下沉点随着开采深度的增加，可能发生位移，并不与采空区重合，可能偏向上山方向，地表下沉面积发生较大改变。
开采下山方向上的影响范围一般大于上山方向。
煤层倾角增大，下山方向上的水平移动减少，上山方向反之。
煤层倾角还影响移动边界角值。
1.2.5多个煤层重复开采
地表塌陷还与重复开采有关，最大下沉值较单一煤层增长更多，地表移动范围更大。
2煤矿地表塌陷预测
2.1常用方法
我国常用的煤矿地面沉陷预测方法包括：①经验法，以塌陷实际测量数据为准，提出地表水平变形、倾斜变形等不同变形经验公式，进行准确预测，但因需实测数据，预测具有滞后性；②负指数法，即将采空区上岩体为研究对象，通过测量其拉伸、扭曲、水平变形情况，计算矿区变形情况，进而预测塌陷；③概率积分法，以点的移动变形为规律，建立函数，预测矿区开采对土地影响。
本文以第三种方法作为主要探讨内容。
2.2概率积分法预测煤矿地表塌陷
2.2.1概率积分法基本原理
概率積分法预测煤矿地表塌陷理论与方法已基本成熟，其余基于随机介质理论发展而来，任意形状工作面地表变型移动参数计算公式为：
W（x，y）=
其中W0为最大下沉值，b为水平移动系数，r为最大影响半径，H为开采深度，q为下沉系数，m为开采活动，α为矿体倾角，D为工作面开采区域，n 为工作面数。
2.2.2主要参数计算方法
下沉系数q：对于水平或倾斜矿体，下沉系数q表示为地表最大下沉值与矿体法线采厚m在竖直方向投影长度的比值。
主要影响半径r与影响角正切tgβ：r主要为倾斜值与下沉量值比值，影响角正切tgβ反映地表移动变形范围特征，通常为开采深度H与主要影响半径r之间的比值。
拐点偏移距S：最大下沉值1/2处通常被称为拐点，一般位于采空区侧翼区，采空偏界与拐点之间的距离被称为S，其余岩体力学参数、矿体地质赋存条件、采矿技术等因素有关；水平移动参数b，为水平移动最大值与下沉最大值得比值。
2.3开采沉陷管理信息系统
我国煤炭工业发达，国内已有基于GIS技术、随机介质理论构建的沉陷数据处理系统。
蔡少华、王金庄、姜仕义、刘增良等对该系统的研发均做出了巨大贡献，初步搭建完成系统总体框架、功能模块、语言开发[2]。
需注意的是，因煤矿开采条件复杂，运用的开采技术也不尽相同，地面塌陷影响因素较多，现有的信息系统仍不够全面，目前尚无一个可全面高效实现开采塌陷管理软件，研究成果仍未能转化为产品，数据的观测、收集仍需耗费大量的人力，无法适应现代化矿区管理需要。
参考文献
[1]赵海军，马凤山，丁德民，等.急倾斜矿体开采岩体移动规律与变形机理[J].中南大学学报（自然科学版），2009，40（5）：1423-1429.
[2]孟中华.MAPGIS 在金属矿山地表岩层移动监测分析中的应用[J].矿业研究与开发，2011，31（2）：18-21.。