石膏矿采空区稳定性研究进展
公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析

公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析◎王勇(作者单位:湖南省高速公路集团有限公司)引言:目前,我国对于资源的需要在不断的增加,开采量也越来也大,长期发展下去,我们所面临的采空区面积也在不断增加,但我国随着交通建设的不断发展和土地资源的日益稀缺,公路压覆和穿越采空区地表的现象就普遍存在,这样极有可能会存在很大的安全隐患,因此我们需要对公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析,找到真正的影响因素,以减少地面塌陷、地压灾害等地质灾害情况发生。
一、案例基本情况概述湖南省衡山石膏矿开采区,西高东低,主巷道为南北向,开采厚度约2.5m 左右,少数矿坑采用废渣回填,主道宽2m 多,铁轨60cm,有砼支护。
路线K1+260-K3+500段,为含厚度2-4m 的泥质石膏(青石膏)层,上下为白垩系紫红色泥质粉砂岩,岩石倾向北东向70°,倾角3-5°,青石膏矿层沿岩层走向分布,倾向北东向,倾角约2-5°,石膏矿层走向与岩体走向基本一致,埋深西高东低。
桥位里程K1+900-K2+710为乡镇企业曙光石膏矿和棠兴石膏矿矿区范围,矿层及采空区埋深西高东低,倾斜开采,采空区洞高一般按2.5m 设计,实际开采洞高范围在2.5-3.5m 之间。
其中在K2+040左侧20m 出地表有塌陷(约10年前塌陷)。
其中K1+900-K2+160为尚不确定的路段,因地表存在塌陷,钻孔揭露矿层,但未揭露采空区,需进一步物探和钻探验证。
二、石膏矿采空区稳定性影响因素由于石膏矿的开采主要是以地下为主,开采的深度往往较浅,所以石膏矿山的采空区往往是地质灾害的易发地区,其地质灾害的形式表现为多方面,相关人士对各种已发的地质灾害形式进行分析研究,发现影响石膏矿采工区稳定性的因素较多,但主要是受矿柱和顶板的影响。
因为矿柱失稳会使采空区发生坍塌,顶板失稳,护顶层掉落坍塌。
对于已经得到的结论,矿柱和顶板的稳定性决定了石膏矿采空区的稳定性,所以研究石膏矿采空区稳定性就不得不对矿柱和顶板的稳定性进行研究,其实影响两者的因素较多,采空区的面积大小、矿柱的面积比率大小、矿柱的宽高比大小、采空区岩体结构、采空区开采的深度、采空区采空的时间、地下水形式等等多种因素都会对矿柱和顶板的承压产生一定的影响。
某石膏矿采空区治理方案及安全技术措施

某石膏矿采空区治理方案及安全技术措施何承尧;武飞;刘允秋;霍洪岩【摘要】某石膏矿采用房柱法开采多年,导致井下遗留较多采空区,随着下部矿体继续开采,未及时处理采空区,为井下生产增加了安全隐患.通过现场勘查和资料收集的方式进行采空区调查,根据统计好的采空区数量和位置,结合矿山现有开拓工程,进行采空区治理方案比选,最终确定密闭隔离-顶板自然崩落法治理采空区,采用巷道挑顶密闭法,并提出了相应安全技术及管理措施,基本消除井下采空区隐患,保证矿山安全高效生产.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】6页(P156-161)【关键词】房柱法;采空区;密闭墙;自然崩落法;安全措施【作者】何承尧;武飞;刘允秋;霍洪岩【作者单位】浙江漓铁集团有限公司;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;金属矿山安全与健康国家重点实验室;华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;金属矿山安全与健康国家重点实验室;华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司;天津矿山工程有限公司【正文语种】中文某石膏矿采用斜井和竖井联合开拓,目前正在使用有3条斜井,1条竖井。
矿山采用房柱法采矿,单翼对角式通风系统。
目前主要回采Ⅱ、Ⅲ矿层矿石,井下按设计划分盘区,盘区长250 m,宽60 m,高应为矿体垂直厚度,在盘区内划分矿房进行回采。
设计矿房宽8 m,留连续矿柱,矿柱宽4 m,矿房顶板护顶层厚度大于1 m。
为减小顶板暴露面积,提高围岩稳定性,矿山开采时适当减小了采场参数,实际矿房宽度为7.5 m,矿柱宽度4.5 m,矿房高度为3.5~4.0 m。
回采采用手持式煤电钻打浅孔炮眼,岩石粉状乳化炸药、导爆管雷管起爆。
矿房内采用装载机出矿。
目前主要开采-90 m以上的矿体,从2008—2016年末,共消耗矿石量561.08万t,2016年度共计消耗矿石量为110.95万t,其中,回采量为35.50万t(矿房回采量31.88万t,巷道回采量3.62万t),回采损失量(矿柱)为75.45万t,回采率为32%,损失率为68%。
石膏矿床开采存在问题及对策

科技论坛由于我国从人均的角度来看,都会比其他国家拥有矿产资源的数量要低很多,这样石膏在开采的过程中也会存在不高的回收率,不满足我国下达的有关方针要求;在最近几年里,出现安全事故的概率不断增加,这样也在某种程度上对矿山的安全生产带来不利影响,也和建立以人为本的理念不符;以往的开采手段无法紧跟时代的要求,这些因素都会对开采工作的进行带来一定的阻碍。
基于此,本文主要从以下几个方面对石膏矿床开采存在的不足之处进行分析,并提出合理化建议,供以借鉴。
1危险危害因素分析危险危害因素是指能对人造成伤亡或对物造成突发性损害的因素.当前我国石膏矿床地下开采过程中伤亡事故的不断发生,事故的次数和事故的严重度呈现出上升趋势,说明在地下开采过程中存在着较多的危险危害因素,为了把事故降低到最低程度,需要对地下开采过程中存在的众多危险危害因素进行具体分析,从而进一步提出安全对策。
1.1矿点设置不合理石膏是一种廉价矿石,多年来在“有水快流”的思想指导下,一方面,准入门槛低,缺少矿山规划设计,常是一个矿区划归几个甚至十几个矿山开采,不仅占用大量保安矿柱,占压与报废大量储量,而且矿山开采互相干扰,有效监管的难度大;另一方面,矿石多为集体企业与民营企业开采,普遍存在资金投入不足、技术装备水平低、安全生产条件差;第三方面,由于没有长久的开采规划,许多石膏矿山建矿之初就布局不合理,资源浪费与破坏现象严重,且相互争抢矿源,引发事故隐患。
1.2从业人员素质较差由于矿山的开采规模普遍较小,从业人员中大部为农民工,未经过正规培训,且流动性大,在矿山的建设、开采中作业中,留下的隐患较多。
1.3采空区未经处理石膏矿山普遍采用房柱采矿法开采,大型矿山遗留未作处理的采空区面积已接近大,集体、民办企业的矿山更甚,且呈迅速增长之势。
这些未作处理的采空区才是石膏矿山特大事故频发的根本原因。
事实上,房柱式采矿法有其适用的条件,并不是所有的石膏矿山都适宜用此法开采。
煤矿采空区场地稳定性评价方法探讨

煤矿采空区场地稳定性评价方法探讨摘要:由于矿藏的开采,形成大范围的地下空洞区域,这个区域就称为采空区。
采空区稳定性问题是一个复杂的系统,受多种因素影响和控制,如地质构造、水文地质与工程地质、开采技术条件等等。
采空区稳定性问题在国内外属于一个比较新的课题,目前尚处于起步阶段。
但是许多学科的发展为其深入研究提供了新的研究契机。
从丰富岩石力学内容,将理论的发展转化为生产力的角度出发,本课题的研究也显得非常迫切,也具有很高工程实用价值。
关键词:煤矿采空区场地稳定性评价采空区的存在,给工程建设埋下了极大的隐患。
在国内,对于采空区,工程建设时,由于在开采时技术管理的不规范和在对采空区稳定性评价的手段上存在一定难度,多数情况下采取绕避措施,造成了投资和土地资源的极大浪费。
随着我国经济的迅猛发展,工业和基础设施建设的数量和范围也在不断的扩大,土地资源显得日益紧缺,大多数采空区还处于闲置状态,为了最大化的重新利用采空区地表,加强对采空区稳定性研究和处治显得日益紧迫。
一、影响煤矿采空区场地稳定性的因素分析1.1 煤矿采空区覆岩的石岩组类型覆岩力学性质是对采空区下沉影响程度较大的因素,我国的煤矿开采实践也表明:岩体越坚硬,地表下沉系数的值就越小。
由于破碎的岩体具有分形的几何特性,因此,可以用小尺寸的破碎岩体(数十毫米级)模拟大尺寸的破碎岩体(数十米级)。
为了模拟近似实际的矿山压力,采用伺服机实验设备,可以达到实验要求。
而只要满足了几何相似和应力应变相似,即可进行相似模拟实验。
软硬岩石高压固结模拟实验结果表明:①覆岩的力学性质和结构特征对沉陷变形的影响很大,软岩比硬岩更易被压缩变形,故在软岩厚度大的采空区,地面沉降量会相对较大;②地下水的浸泡可使软岩产生更大的附加沉降,故煤层顶板中较厚的软岩会导致固结沉陷速度加快,沉降量增大,采空区稳定性变差;③覆岩主要为硬岩的条件下,沉陷稳定的时间较长,若覆岩主要为软岩,则沉陷稳定的时间较短。
煤矿现采空区和未来采空区稳定性评价的几个问题

煤矿现采空区和未来采空区稳定性评价的几个问题作者:张国堂刘桂才来源:《城市建设理论研究》2012年第32期摘要:煤矿采空区的稳定性问题是岩土工程中研究的重要课题,特别是现采空区的研究和分析研究相对较少,尚无成熟的研究成果和经验。
本文根据相关规范、标准,并结合国内研究成果和个人的工作经验,分析现采空区对场地稳定性的影响是“动态的和累积的”,从建筑物的特征、建筑经验及项目实施的可行性等多个方面进行分析和探讨。
关键词:现采空区;未来采空区;动态变形;地基稳定性Abstract: The mine goaf stability problem is an important research topic in geotechnical engineering, especially now mined-out area of research and analysis was relatively small, yet mature research and experience. According to the relevant specifications, standards, and combined with the domestic research and personal experience, analysis of the now mined-out area effect on the site stability is "dynamic and cumulative”, analyzes and discusses from the characteristics of the building, construction experience and project implementation feasibility and other aspects.Key words: foundation stability now goaf; future goaf; dynamic deformation;中图分类号:TD82 文献标识码:A 文章编号:0.简述某地面光伏发电项目位于徐州市某矿区采空区上方,场地内的采空区多为近几年(开采时间2006~2012年)停采且在将来仍有复采和进一步更大水平的开采。
荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望

第33卷增刊2019年12月资源环境与工程ResourcesEnvironment&EngineeringVol 33ꎬSup Dec.ꎬ2019收稿日期:2019-07-29ꎻ改回日期:2019-08-28ꎻ网络出版时间:2019-09-16㊀09:06作者简介:卢雨岚(1992-)ꎬ女ꎬ助理工程师ꎬ地理信息系统专业ꎬ从事地质灾害监测预警研究工作ꎮE-mail:117249854@qq com荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望卢雨岚ꎬ李㊀业ꎬ梁㊀巍(湖北省地质局水文地质工程地质大队ꎬ湖北荆州㊀434020)摘㊀要:根据监测工作累积的丰富资料ꎬ从监测网点建设㊁监测技术应用㊁监测数据分析等角度归纳总结荆门城区近几年监测预警工作的现状ꎬ对地面塌陷监测预警的技术手段和发展趋势进行展望ꎬ并提出采用 地表宏观巡视(新增遥感监测)+地面裂缝自动监测+GNSS自动监测+微震自动监测地下水自动监测+采空区气压自动监测 的综合监测方法ꎬ及建设地面塌陷灾害综合监测网的建议ꎮ关键词:荆门城区石膏矿采空区ꎻ地面塌陷ꎻ监测预警中图分类号:P642.26ꎻTD853.391+.2㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1671-1211(2019)S1-0078-05DOI:10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2019.S1.016㊀㊀荆门市矿产资源开发利用历史悠久㊁强度高㊁规模大ꎮ特别是改革开放以来ꎬ随着国民经济的发展和地质勘探工作的逐步深入ꎬ矿业开发日益壮大ꎬ各种经济类型矿业企业蓬勃兴起ꎬ得到了迅猛发展ꎬ20世纪90年代末期形成了以石膏矿为主的矿业开发体系(图1)ꎮ图1㊀荆门城区石膏矿区分布图Fig 1㊀DistributionmapofJingmenurbanareagypsumoresection1.石膏矿区ꎻ2.中心城区ꎮ荆门市城区石膏矿矿产资源丰富ꎬ开采历史悠久ꎬ形成了大范围的采空区ꎮ中心城区内矿区总面积约42.89km2ꎬ采空区面积约11.95km2ꎬ各矿区累计发生地面塌陷近百次ꎬ塌陷总面积约3.854km2ꎮ塌陷集中分布在东宝区的子陵铺镇和掇刀区的白庙街办 麻城镇一带ꎮ地面变形产生的垂直位移变形量大ꎬ对原始地形地貌破坏严重ꎬ对地表工民性建筑㊁交通㊁农业㊁水电及通讯等基础性设施危害较大ꎮ石膏开采形成的采空区改变了矿区地层应力结构ꎬ破坏了地下含水层ꎬ使地下水位下降㊁地表干旱㊁地表营养物流失ꎬ土地质量下降甚至丧失使用价值ꎮ近年来ꎬ荆门市石膏矿采空区地面塌陷频繁发生ꎬ严重影响了资源开发利用㊁生态环境和城市建设ꎬ甚至危及人民的生命财产安全㊁影响社会的稳定ꎮ截至2018年ꎬ荆门城区范围内的所有石膏矿已全部关闭ꎬ关闭后的石膏矿采空区前1 3年为变形活跃期ꎬ为切实保障石膏矿采空区及影响区居民生命财产安全ꎬ地方政府采取了关闭辖区内因地面变形影响居民安全的石膏矿并全部实施搬迁避让的措施ꎮ同时为确保避让期居民安全及区内主要道路㊁重要基础设施的安全运行ꎬ对荆门市东宝区子陵铺石膏矿段和掇刀区白庙街办宝龙石膏矿等石膏矿区地面变形进行应急监测预警工作ꎮ1㊀研究区监测预警现状1.1㊀监测网点建设现状荆门城区石膏矿主要分布于东宝区的子陵铺镇和掇刀区的白庙街办 麻城镇一带ꎮ荆门市子陵铺石膏矿段总面积3.54km2ꎬ采空区面积1.202km2ꎬ累计发生地面塌陷23起ꎬ塌陷总面积0.1574km2ꎬ未造成人员伤亡ꎮ据数据统计分析可见ꎬ石膏矿生产期间ꎬ塌陷8次ꎬ占塌陷面积的15%ꎻ停产后2 ̄3年为地面塌陷高发期ꎬ塌陷14次ꎬ占塌陷面积的82%ꎻ后期地面塌陷逐步变缓[1]ꎮ荆门市高新区 掇刀区先后有石膏矿山企业25家ꎬ矿区总面积45.89km2ꎮ据资料统计ꎬ1992年 2018年6月发生地面变形113次ꎬ地面塌陷总面积约3.749km2ꎬ占矿山采空区面积的33.77%[2]ꎮ近年来辖区内的石膏矿采空区频繁发生地面变形ꎬ随着石膏矿山的全面关闭ꎬ采空区地面变形进入高发多发期ꎮ地面塌陷不仅严重威胁区内居民生命财产安全ꎬ同时也对荆门市城市规划建设影响巨大ꎬ阻碍了全市经济可持续发展ꎮ2015年以来ꎬ应地方政府要求ꎬ湖北省水文地质大队荆门地质环境监测保护站主要使用 宏观巡视+简易裂缝监测+GPS自动化监测 对荆门市宝龙石膏有限公司宝龙石膏矿㊁荆门市鑫斗石膏矿㊁荆门市麻城镇宇联石膏矿采空区塌陷开展应急监测ꎬ在荆门市子陵铺镇石膏矿㊁宝龙石膏有限公司宝龙石膏矿㊁荆门市荆花石膏矿㊁荆门市明珠石膏矿等多个矿区开展采空区地面变形GPS专业监测ꎮ1.1.1㊀子陵铺石膏矿段地面塌陷监测网2012年子陵铺石膏矿段地面塌陷被纳入全省地质灾害重点隐患点管理ꎬ采用宏观监测与GPS位移监测方法开展监测预警工作ꎮ宏观巡查根据矿山采空区及塌陷区分布特点ꎬ巡查整个矿山采空区ꎬ巡查主路线设定为3条ꎬ沿矿区3条主干道进入监测区ꎬ线路以 S 形路线布置ꎬ将渠道和道路作为重点ꎬ兼顾周边民房进行徒步巡查ꎬ设计巡查主线路长约15kmꎮ重点区域建立简易观测点ꎬ主要将近3年来未经回填处理的塌陷区边缘可视拉裂缝作为主要设点监测对象ꎬ其次对巡查过程中发现的新的地表拉裂缝进行监测ꎬ民房以墙体裂缝为重点监测对象ꎮ宏观监测设计塌陷区简易监测点40个(塌陷区监测点15个㊁地表建筑物裂缝监测点15个㊁新的裂缝监测点10个)ꎬ专业监测由监测基准网及采空区地面变形监测网组成ꎬ采用GNSS实时动态监测方案ꎬ整个监测区布置1个基准点和10个形变监测点ꎬ通过检测获取各测点的水平以及垂直变形量ꎮ1.1.2㊀白庙街办石膏矿区地面塌陷监测网2018年10月湖北省水文地质工程地质勘察院完成«荆门市高新区 掇刀区白庙街办石膏矿区地面变形应急监测预警工程设计»ꎬ采用地表宏观巡视+地面裂缝自动监测+GNSS自动监测+综合监测ꎮ2019年2月ꎬ白庙街办的荆花石膏矿㊁宝龙石膏矿㊁荣兴石膏矿和明珠石膏矿4个石膏矿区采空区地面塌陷监测网建设完成ꎮ地表宏观巡视主要是对全矿区范围内建(构)筑物裂缝㊁井泉塘㊁道路进行巡视等ꎬ同时对监测仪器进行检查ꎬ查看设备运行条件ꎮ地表简易监测点15个ꎬ其中宝龙矿区8个㊁荣兴矿区3个㊁明珠矿区4个ꎬ位于三个矿区范围堰塘㊁村民房屋地坪ꎬ主要用于观察房屋裂缝变形情况ꎮ巡查路线一条ꎬ设计巡查主线路长约30kmꎮ地表裂缝自动监测点2个ꎬ位于宝龙矿区荣星村旧村委会附近房屋ꎬ主要用于地面变形主裂缝监测ꎬ监测裂缝变形情况ꎮ专业监测采用GNSS实时动态监测方案ꎬ监测地表变形的三向控制及整体面状监控ꎬ在前期布置4个形变点㊁1个基准点的基础上增加布置10个形变监测点ꎬ主要布设于高压铁塔及居民集中区ꎬ其中荆花石膏矿3个㊁宝龙矿区6个㊁荣兴矿区4个㊁明珠石膏矿区1个ꎮ1.1.3㊀移动式应急监测网2015年以来ꎬ辖区内共计开展了6次应急监测工作ꎬ分别建立了宝龙石膏有限公司宝龙石膏矿冯庙村应急监测网㊁鑫斗石膏矿地面变形应急监测网㊁荆花石膏矿采空区应急监测网㊁宝龙石膏矿高压电塔应急监测网㊁东宝区石膏矿地面变形应急监测网和龙背产石膏矿地面变形应急监测网ꎮ以上6个应急监测网均采用宏观巡查+移动式GNSS实时动态监测方案ꎬ监测点均为1个基准点和3个形变监测点ꎬ监测对象主要为地面变形主裂缝和周边重要设施ꎮ1.2㊀监测预警成功案例2018年11月23日15:30左右ꎬ高新区 掇刀区白庙街办荣星村3组发生地面塌陷ꎬ造成公路下陷㊁地面开裂等ꎮ2019年1月3日凌晨04:00左右ꎬ高新区 掇刀区白庙街办荣星村3组发生地面塌陷ꎬ造成农田下陷㊁公路开裂㊁堰塘渗漏等ꎮ2018年10月9日荣星村3组发生地面塌陷导致道路拉裂㊁房屋倒塌ꎬ受当地政府和原市国土资源局掇刀分局委托ꎬ立刻开展宝龙石膏矿荣星村应急监测网的设计和建设ꎮ对荆门市高新区 掇刀区白庙街办辖区四家石膏矿采空区进行了补充调查ꎬ基本掌握了荆门市高新区 掇刀区白庙街道辖区石膏矿采空区分布特征㊁地面变形特征ꎮ在明确监测对象为地面变形主裂缝和周边重要设施后ꎬ结合荣兴石膏矿采空区分布特征确定了监测点的布设位置ꎮ宝龙石膏矿荣星村应急监测网于2018年11月1397增刊卢雨岚等:荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望图2㊀宝龙石膏矿荣星村应急监测网专业监测点分布图Fig 2㊀DistributionmapofprofessionalmonitoringpointofBaolonggypsumoresectioninRngxinvillage日完成建设ꎬ次日正式开展监测工作(图2)ꎮJC03监测点位于2018年11月23日塌陷坑处ꎬ分别于2018年11月23日和2019年1月3日监测数据出现异常情况ꎬ监测数据变化如图3ꎬJC03监测点与塌陷坑位置如图4ꎮ图3㊀宝龙石膏矿荣星村应急监测网JC03监测点监测数据曲线图Fig 3㊀CurveofprofessionalmonitoringdataofJC03图4㊀荣星村3组塌陷坑位置图Fig 4㊀LocationmapofprofessionalmonitoringpointJC03andsubsidencearea以上两次地面形变均被宝龙石膏矿荣星村应急监测网的JC03监测点捕捉到了监测数据变化ꎬ当工作人员发现监测数据变化后及时上报相关部门ꎬ并同步前往现场进行复核ꎬ发布了预警信息ꎮ因地面塌陷地质灾害预警及时ꎬ采取措施得当ꎬ避免了人员伤亡等重大安全事故的发生ꎮ1.3㊀监测预警现状局限性通过对2015年至今荆门城区开展的监测项目的效果分析ꎬ宝龙石膏有限公司宝龙石膏矿㊁鑫斗石膏矿(整体塌陷区)均有较明显的监测效果ꎬ能有效反映出塌陷区地面变形特征ꎮ但对比其他类型的地质灾害监测预警ꎬ石膏矿采空区地面塌陷监测预警成功率还是较低的ꎮ无论是监测网点的布设㊁监测设备和方法ꎬ还是监测数据的综合分析ꎬ均存在过多局限性ꎮ1.3.1㊀监测网点布设大面积采空区的监测预警工程ꎬ地表监测点的数量和位置选定受限较多ꎮ(1)主要受限于监测项目立项较少ꎬ资金来源单一ꎮ该队目前开展的应急监测工作均属于公益性事业ꎬ资金来源为湖北省地质局ꎬ存在配套资金供给跟不上增长的监测需求的问题ꎻ其他非公益性监测项目均为地方政府出资和少量省级财政专项补助ꎮ基于项目资金有限ꎬ监测点位选定也存在保护对象布设限制ꎮ现状下ꎬ以优先居民和重要设施安全为首要原则ꎬ根据采空区的分布特征㊁变形特征和赋存条件ꎬ因地制宜地进行监测网点布设ꎮ因此ꎬ现有监测网络既无法覆盖荆门城区的全部石膏矿ꎬ也无法覆盖各矿区的采空区ꎬ于是难以归纳得到采空区地下整体变化趋势和规律ꎮ(2)采空区部分区域需要对采空区地质条件进行准确的研判ꎬ但荆门城区石膏矿开采时间久㊁矿权更迭导致石膏矿资料不全ꎬ难以收集ꎬ且收集资料与实际存在差异ꎮ同一石膏矿区不同部位的地质条件不同ꎬ导致监测参数随时间变化趋势特点并不相同ꎮ比如在切冒型 地面变形区ꎬ变形仅限于深坑区域ꎬ若该区域无监测仪器时则难以进行有效监测ꎬ监测效果不明显ꎮ因此ꎬ充分掌握采空区地下空间结构ꎬ才能准确地建立监测参数和模型ꎬ使监测网点布设少而精ꎬ力争以尽量少的监测点来达到监测预警预报的需求ꎮ1.3.2㊀监测设备与方法荆门城区石膏矿采空区当前均采用的是 地表宏观巡视+地面裂缝自动监测+GNSS自动监测 的监测模式ꎬ监测手段为地表位移形变监测ꎮ石膏矿采空区变形发生于地下ꎬ在地下采空区发生变形后经过一08资源环境与工程㊀2019年㊀段时间才能影响到地表ꎮ从时效性上来说ꎬ地表监测方法所生成的数据成果是存在滞后的ꎮ1.3.3㊀监测数据分析荆门城区石膏矿采空区现使用的监测预警系统均为设备供应商提供ꎬ数据处理及转化均为供应商完成ꎬ监测数据分析主要是人为从平台获取结算后的数据进行人工分析ꎮ首先ꎬ由于平台提供数据并非原始数据ꎬ数据分析相对现实存在剥离ꎮ其次ꎬ人工分析偏重单点分析ꎬ主观因素较多ꎬ依赖经验ꎬ难以形成体系ꎮ2㊀展望与建议随着现代科学技术的发展和学科间的相互渗透ꎬ地质灾害监测预警高精度㊁自动化㊁实时化成为发展趋势ꎮ需要在不断巩固现有监测预警成效的基础下ꎬ探索利用前沿技术手段去提高石膏矿采空区地面塌陷监测预警成功率ꎮ2.1㊀监测网点布设原则标准化建议归纳总结现有地表位移形变监测工作经验ꎬ将监测点布设经验形成标准化原则ꎮ根据待建监测网级别㊁石膏矿采空区地质条件㊁监测对象㊁建网及维护经费量级等多个方面ꎬ编写形成«石膏矿采空区地面塌陷监测预警网点布设工作指南»ꎬ并在后续的监测预警工作中迭代更新标准原则和特殊情况ꎬ以保障监测经验成果的推广应用ꎮ2.2㊀监测网建设经济优化(1)建议根据监测项目类型合理争取项目资金ꎮ公益性监测工作建议根据荆门城区石膏矿采空区地面塌陷发展趋势及应急监测工作量综合评估ꎬ合理争取配套资金ꎮ非公益性监测项目需稳定并拓展资金来源ꎬ建议建立地质灾害监测专项资金ꎬ并根据石膏矿区责任主体的存在与否制订不同的资金筹措方式ꎮ对于责任主体存在的石膏矿区ꎬ责任主体需承担一定比例的监测网点建设及运行维护费用ꎻ对于责任主体已灭失的石膏矿区ꎬ需由地方政府和专项资金共同承担ꎮ(2)提高资金使用效率ꎬ最大化利用项目资金ꎮ在优先选择发展最为成熟㊁应用程度较高的监测技术的前提下ꎬ合理探索追求增强监测效果的高㊁精㊁尖监测技术ꎮ充分利用当地资源ꎬ采用群专结合的监测方式ꎻ对于危害程度较大的大型地质灾害体ꎬ择优选择专业化程度较高的监测技术方法ꎬ由专业人员进行操作㊁维护ꎻ对于危害程度低㊁规模小的灾害体ꎬ可选择操作简单㊁结果直观的宏观监测技术ꎬ由群测群防人员进行操作ꎮ(3)提高采空区地面塌陷监测预警成功率ꎬ进一步优化监测网经济性ꎮ目前荆门市高新区 掇刀区石膏矿采空区地面变形已进入高发阶段ꎬ且采空区范围内分布着众多企事业单位及重要基础设施ꎬ一旦产生规模变形ꎬ经济损失和社会影响巨大ꎬ因此在有限资金条件下为探索合理高效利用监测预警资金ꎬ选取具有代表性区域ꎬ利用新技术手段进行示范性监测预警研究十分必要ꎮ建议申请专项资金ꎬ选取小范围㊁具有典型代表的石膏矿采空区进行高㊁精㊁尖监测技术和方法探索ꎬ以期得到更有效㊁更经济的监测方式并推广运用ꎮ2.3㊀监测技术优化针对前期开展的监测预警效果的局限性和滞后性ꎬ基于现有的 地表宏观巡视+地面裂缝自动监测+GNSS自动监测+综合监测 的监测方式ꎬ在巩固优化现有地表监测方法的基础上ꎬ建议拓展石膏矿采空区整体地表形变趋势研究方法探索ꎬ同时将监测方法探索从地表转至地下ꎮ针对石膏矿采空区整体地表形变趋势的研究和探索ꎬ可利用星载雷达干涉测量系统(InSAR)ꎮInSAR技术已经发展成为一种较为常规的地表微小形变监测手段ꎬ目前已在国外的地表形变监测研究和应用中取得了较为显著的效果[3]ꎮ虽然该监测技术受制于卫星重访周期的限制ꎬ连续测量能力不足ꎬ难以满足石膏矿采空区地面塌陷快速变形活动的实效性ꎬ但因覆盖范围广㊁测量精度高等优点ꎬ可将该技术应用在探索研究石膏矿采空区地面塌陷的整体变化趋势上ꎬ为后续石膏矿采空区地表形变监测建网选点提供依据ꎮ针对石膏矿采空区监测结果滞后的问题ꎬ将探索研究地下监测新技术ꎮ笔者调查收集了应力场监测㊁地声监测㊁电磁场监测㊁灾害体温度监测㊁地下水动态监测㊁微震监测等多种地下监测技术ꎮ根据长期监测工作经验总结出采空区地面变形发生前兆及前期地面变形特征(采空区内气压变化㊁地下水位的变化㊁采空区顶板岩体发生的非弹性变形产生的地震波等)ꎬ选取了微震㊁地下水和气压三种较为成熟的地下监测技术进行综合试验ꎮ微震自动监测主要是监测采空区顶板岩体发生的非弹性变形所产生的地震波ꎻ地下水自动监测利用水位计测量监测井水位变化及变化速率ꎻ气压自动监测则是利用气压计测量监测采空区内气压变化及变化速率ꎮ综合以上新技术的探索研究ꎬ提出了 地表宏观巡视(新增遥感监测)+地面裂缝自动监测+GNSS自动监测+微震自动监测地下水自动监测+采空区气压自动监测 综合监测的方法ꎬ拟在荆门城区选取监测预警18增刊卢雨岚等:荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望示范区进行综合监测方法探索试验ꎬ通过试验尽快总结出行之有效的监测预警方案ꎬ在全省乃至全国推广应用ꎮ3㊀结语荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警技术在近几年虽取得了一定的成效ꎬ但地质灾害监测是集多种学科为一体的综合技术体系ꎬ只有充分掌握采空区的物质组成及力学特征㊁空间结构㊁动力成因类型㊁变形破坏特征㊁发育阶段等因素ꎬ依据不同监测技术方法的应用特点ꎬ做好监测技术的优化工作ꎬ才能保证监测效果ꎮ未来需要更充分地把握地质灾害的形成发展规律ꎬ才能更进一步地提高石膏矿采空区地面塌陷监测预警成功率ꎬ总结归纳推广应用ꎮ参考文献:[1]㊀卢开华ꎬ苏宏ꎬ刘先武.子陵铺石膏矿段地面塌陷分析与监测预警研究[J].资源环境与工程ꎬ2016ꎬ30(1):80-84.[2]㊀梁巍ꎬ刘晋舒ꎬ杨苏ꎬ等.荆门市高新区 掇刀区石膏矿区地面变形监测预警示范工程可行性研究报告[R].武汉:湖北省水文地质工程地质勘察院ꎬ2018.[3]㊀韩子夜ꎬ薛星桥.地质灾害监测技术现状与发展趋势[J].中国地质灾害与防治学报ꎬ2005ꎬ16(3):138-141.(责任编辑:于继红)StatusandProspectofMonitoringandEarlyWarningofGroundSubsidenceinGoafofGypsumMineinJingmenCityLuYulanꎬLiYeꎬLiangWei(HubeiInstituteofHydrogeologyandEngineeringGeologyꎬJingzhouꎬHubei㊀434020)Abstract:Accordingtotheaccumulateddatainthemonitoringworkꎬthispapersummarizesthecurrentsituationofmoni ̄toringandearlywarningworkinJingmenCityinrecentyearsfromtheperspectivesofmonitoringnetworkconstructionꎬmonitoringtechnologyapplicationꎬmonitoringdataanalysisꎬetc.Thetechnicalmeansanddevelopmenttrendofgroundsubsidencemonitoringandearlywarningareprospectedꎬandthesuggestionsfortheconstructiondirectionofthecompre ̄hensivemonitoringnetworkofgroundsubsidencedisasterareputforward.Keywords:ofgypsummineinJingmenCityꎻgroundcollapseꎻmonitoringandearlywarning(上接第55页)AnalysisontheDeformationCausesofSanmendongLandslideinZiguiCountyꎬThreeGorgesReservoirAreaYanWeiꎬQinShengꎬDingYujing(HubeiInstituteofHydrogeologyandEngineeringGeologyꎬYichangꎬHubei㊀443002)Abstract:ThispaperexpoundsthedeforestationcharacteristicsofSanmendonglandslideinZiguiCountysincetheexper ̄imentalimpoundmentintheThreeGorgesReservoirArea.TheprofessionalmonitoringdataofSanmendonglandslidearesummarized.BasedonthemorphologicalcharacteristicsꎬmaterialstructureandmonitoringdataofSanmendonglandslideꎬtheinfluenceofrainfallandreservoirwaterlevelvariationonSanmendonglandslideisanalyzed.Theresultsshowthatrainfallandreservoirwaterlevelvariationarethemainfactorsleadingtolandslidedeformation.Theoveralldeformationoflandslideistractiontype.Theincreaseofaccumulateddisplacementoflandslidedeformationismainlyintheperiodofheavyrainfallandreservoirwaterleveldecline.Keywords:landslideDeformationꎻteservoirwaterlevel28资源环境与工程㊀2019年㊀。
房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性研究的开题报告

房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性研究的开题报告一、选题背景和研究意义随着经济的快速发展和人们生活水平的提高,建筑、装修、化肥、水泥等行业对石膏矿资源的需求越来越大。
而房柱法开采石膏矿已经成为一种常用的采矿方法。
在石膏矿开采过程中,采空区域可能会发生失稳问题,给矿山安全生产带来较大的影响。
本研究拟以房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性为研究内容,探究采空区的失稳机理和稳定性评价方法,为矿井安全生产提供理论指导和技术支持。
二、研究内容和方法本研究的主要内容包括采矿条件的调查,采空区的空间结构分析、稳定性分析和失稳机理分析。
具体研究步骤如下:(1)采矿条件调查。
对石膏矿采矿条件进行调查,包括矿井规划、矿床地质、岩石力学性质、温度湿度等环境条件。
(2)采空区的空间结构分析。
通过现场调查和矿山地质资料,对石膏矿采空区的空间结构进行分析,包括采空区的形状和大小、岩层结构、节理和裂隙等特征。
(3)稳定性分析。
利用数值模拟方法对石膏矿采空区的稳定性进行分析,建立稳定性分析模型,包括地应力场分析、岩体力学参数测定和稳定性评价等。
(4)失稳机理分析。
通过现场调查和采样测试,综合分析采空区的失稳机理,包括采动破坏、孔隙水压力变化等因素对采空区稳定性的影响。
三、预期研究结果和意义本研究将系统分析房柱法开采石膏矿采空区的失稳机理和稳定性评价方法,预期达到以下几个方面的研究结果和意义:(1)深入了解房柱法开采石膏矿采空区的空间结构和力学性质,为矿山安全生产提供理论基础和技术支持。
(2)建立稳定性分析模型,为采空区的稳定性评价提供可靠的方法和技术。
(3)综合分析失稳机理,深入探究采矿活动对采空区稳定性的影响,为矿山安全生产提供科学的防范措施和规避策略。
江苏某缓倾斜石膏矿抽冒式塌陷机理分析

DOI: 10.3969/J.ISSN.2097-3764.2024.01.004Vol. 19 No.01 March, 2024第 19 卷 第1期 2024 年 3 月/江苏某缓倾斜石膏矿抽冒式塌陷机理分析景佳俊(江苏省地质矿产局第五地质大队,江苏 徐州 221004)摘 要:石膏矿一般采用房柱式开采,因石膏遇水变软的特性,造成了多起地面塌陷地质灾害。
截至2023年4月,江苏省邳州石膏矿共发生了35次、28处地面塌陷,塌陷多以直径小于50 m 的点状塌陷为主,抽冒式塌陷较为少见。
本次以邳州某缓倾斜石膏矿发生的抽冒式塌陷为例,采用MatDEM 方法,开展数值模拟和机理分析研究。
结果表明:石膏矿抽冒式塌陷引起地下水涌入矿坑导致石膏强度变弱,诱发顶板二次冒顶后堵塞通道塌陷最终停止,充水后采空区整体稳定性变差,容易诱发二次塌陷,针对现状,提出了搬迁避让、监测预警和工程治理的手段进行防治。
关键词:石膏矿;抽冒;地面塌陷;防治Collapse mechanism of a gently inclined gypsum mine in JiangsuJING Jiajun(No.5 Geological Team, Jiangsu Geology and Mineral Exploration Bureau, Xuzhou 221004, Jiangsu, China )Abstract: Gypsum mines are generally exploited using room and column mining methods. Gypsum tends to become soft when encountering water, which often causes multiple geological disasters of ground subsidence. In Pizhou, Jiangsu Province, as of April 2023, a total of 35 ground collapses in 28 locations occurred, most of which were point shaped collapses with a diameter of less than 50m, and pumping type collapses are relatively rare. Taking the gently inclined gypsum mine in Pizhou as an ex-ample, the MatDEM method was introduced to conduct numerical simulation and mechanism analysis research. The results show that the pumping collapse of the gypsum mine caused groundwater to enter the mine pit, weakening the strength of the gypsum, causing secondary roof fall, blocking and ultimately stopping the channel collapse. After water filling, the overall stabil-ity of the goaf became worse, which is prone to induce secondary collapse. In response to the current situation, relocation and avoidance measures are proposed as well as monitoring, early warning, and engineering governance measures for prevention and control.Keywords: gypsum ore; aspiration; ground collapse; prevention and cure 矿山开采发生地面塌陷是一种常见的地质灾害(范立民等,2017;潘天录等,2020;蔡泳等,2022;史忠鑫等,2022),我国石膏矿多采用房柱式开采,设计不允许发生塌陷,但由于众多因素影响,先后在多地发生多起地面塌陷(谭伟等,2022;王树立等,2021;朱文彩等,2021;汤志刚等,2020;周丹等,2018;刘爱斌等,2017)。
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摘 要 :针对 石膏矿 采 空 区稳定 性研 究 的紧迫性 , 系统 介绍 了国 内外采 空 区稳定 性 经典 理论 , 以及
如何 利用 F L A C 3 D 、 ANS YS等软件进 行静 态数值 模拟.论文 着重从 岩石 流变 、爆 破扰 动 、长 期
关键 词 :采 空 区稳定 性 ;数值 分析 ;流 变扰 动 ; 长 期 强度 ;多因素耦合 中图分类号 : TD 1 6 3 文 献标志码 :A
Re s e a r c h pr o g r e s s o f t he s t a bi l i t y o n g y ps u m mi ne g o a f
XI AO Ch a o,Z HENG Hu a i — c h a n g ,W ANG Do n g ,L I Mi n g,Z HANG Xi a o - j u n,LI U Z h i — h e
( S c h o o l o f Re c o u r s e s a n d En v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g ,S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ,Z i b o 2 5 5 0 9 1 ,Ch i n a )
第2 7卷 第 5期
2 0 1 3年 9月
山 东 理 工 大 学 学 报( 自 然 科 学 版)
J o u r n a l o f S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ( Na t u r a l S c i e n c e Ed i t i o n )
y s i s,e s t a bl i s h a qu a n t i t a t i v e m ul t i — f a c t o r c o u pl i n g mo d e l , dy n a mi c f a i l u r e c r i t e r i on a n d d yn a mi c
Ab s t r a c t : Ac c o r di ng t o t h e u r ge nc y o f s t a bi l i t y o n gy ps u m mi n e g o a l , t h i s pa p e r s y s t e ml y i nt r o — d uc e s t he c l a s s i c a l t he or y r e s e a r c h of d ome s t i c a n d f o r e i g n,a n d s t a t i c mu me r i c a l s i mul a t i o n a na l y — s i s by us i n g FLAC3 D a nd ANSYS s o f t wa r e . Th e dy na mi c e v o l ut i on of s t a b i l i t y o n g y ps u m mi ne g o a f r e s p e c t i v e l y f r o m r oc k r he o l og i c a l ,b l a s t i n g d i s t ur b a nc e a n d l o n g — t e r m s t r e n gt h i s d i s c u s s e d . Re s e a r c h s u gg e s t s,t h a t ho w t o ma ke d yn a mi c e v ol u t i o n o f r o c k i nf l u e n c e d by d i s t ur ba nc e,r h e o — l o g i c a l i n t h e r o of ・ — p i loc k s ys t e m whi c h s u pp o r t g oa l s t a b i l i t y i n t o t he g oa l s t a b i l i t y a n a l — —
f a i l ur e me c ha n i s m f o r o f t e n s t r e s s s t a t e, wi l l b e t he ke y f oc us of t h e f u t ur e r e s e a r c h. Ke y wor d s : go a f s t a bi l i t y; n ume r i c a l s i mul a t i o n; r he ol o g i c a l di s t u r ba n c e;l on g — t e r m s t r e n gt h;
Vo 1 . 2 7 NO . 5
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文章编 号 : 1 6 7 2 — 6 1 9 7 ( 2 0 1 3 ) 0 5 — 0 0 3 6 — 0 4
石 膏 矿采 空 区稳 定 性 研 究进 展
肖 超 ,郑 怀 昌 ,王 栋 ,李 明 ,张晓君 ,刘 志河
强度 等 多 因素 动态演 变方 面对采 空 区稳定 性进 行 探 讨.研 究讨 论认 为 , 如 何将 支 撑 采 空 区稳定 的 顶板 一矿 柱一底 板体 系 中岩石 受扰动 、 流变作 用 的动态演 变纳入 采 空 区稳定 性分析 中, 建 立量 化 多 因素耦合模 型 和基于 常应 力状态 的破坏 准则及 动 态破坏机 制 , 将 成为未 来研 究 的重点方 向.