基于D-InSAR技术的地下采动与地表形变关系研究——以贵州省开阳磷矿为例

我国西南地区早期大规模开发地下矿产资源,形成地下采空区,容易引发采空区的地表形变,进一步演化成崩塌、地裂缝、地面塌陷等地质灾害,严重威胁人民的生产和生活。为探究地下采动引起地表形变规律特征,采用D-InSAR技术获取贵州省开阳磷矿矿区形变监测结果,并结合实际进一步分析。结果表明:(1)研究区地表最大沉降量可达262mm,地表沉降点最大沉降形速率为4.19mm/d;(2)地表最大沉降点日平均移动速率在充分采动后仍逐渐增大,地表沉降相对于地下采动存在一定滞后性。(3)研究区地表形变范围与矿区深部采空区具有良好的空间吻合关系,地表最大沉降点移动方向与矿区工作面推进方向基本一致,沉降量从采空区中心向两侧呈大致对称状分布,且向远离采空区中心向两侧形变量逐渐减小,总体上具有“V”形的变化特征。

地下采动诱发斜坡变形机理

采用弹塑性有限元分析，探讨了地下采动引起斜坡应力场和位移场的变化规律，提出了采动条件下斜坡变形机制的地质模式。结果表明：采动条件下的斜坡变形、地形条件和介质条件起主要作用，采动引起软弱夹层上、下岩层的相对滑移。

地下采动影响下滑坡稳定性及推力研究综述

目前针对采动滑坡的治理措施以抗滑桩等抗滑结构为主,而滑坡推力是抗滑桩研究中的热点问题。首先,从地下开采的影响效应、采动滑坡的破坏模式等方面对采动滑坡的研究现状进行了分析归纳,同时从理论研究和数值分析两方面总结了现有的采动滑坡稳定性分析方法。其次,对现有的两种主要滑坡推力计算方法(极限平衡法和数值计算方法)进行了总结梳理及对比分析,并指出了安全系数取值中存在的问题。再者,从理论分析、数值模拟、物理模型试验和现场监测等四个研究角度对滑坡推力分布进行了归纳总结。最后,在上述基础上提出对地下采动影响下滑坡推力的研究应从三个方向进行:采动滑坡推力的计算方法、推力分布形式和不同采动时期的滑坡推力变化情况。

地下采动山体变形活动的模型实验

本文在分析横山山体地质条件及因地下采空而诱发出的山体变形破坏特征的基础上,对采空区地表山体的变形破坏进行了工程地质力学模拟研究。结果表明,横山山体之下3号煤层的采动坍陷是引起山体变形破坏的直接原因;毗邻山体的电厂区地表隆起变形破坏,是因采空区上覆岩层在坍陷时所产生的向电厂方向的蠕动,致使厂区地基土遭受挤压和变形的结果;随着3号煤层采动的结束及其上覆岩层坍陷过程的完成,电厂区将会恢复到稳定状态。 通过分析,山体岩层倾角增大时有无地下采空影响的山体变形破坏的不同特征,得出了同时具有地表侵蚀临空面和地下采空临空面的山体与仅有地表侵蚀临空面之斜玻的山体变形破坏是不同的。从不同模型材料所得实验结果的一致性,验证了此模拟实验在理论上和实际中都有很好的相似性。

地下采动条件下的农灌站机电技术改造——记新集二矿河西电灌站机电技术改造工程

分析地下采动沉降作用对农灌站机电设施的破坏形式和破坏原因 ,根据设施的结构特点和使用特点 ,采取标高补偿、结构补强、应力释放等技术方法 ,对农灌站机电设施进行技术改造 ,以保证其安全运行。

地下开采扰动对露天排土场边坡变形破坏的影响

为了研究地下开采对上覆露天矿排土场边坡变形破坏的影响规律,以酸刺沟煤矿及哈尔乌素露天矿排土场为研究对象,分析了地表沉陷规律及其诱发排土场变形破坏的机制,采用概率积分法对地表沉陷量进行了预测,并借助FLAC^(3D)软件分析排土场边坡变形及地表塌陷,同时分析了酸刺沟煤矿工作面回采结束后,哈尔乌素露天矿排土场的位移变化。结果表明:概率积分法预测最大沉陷量为21 m左右,模拟计算最大沉陷量为22 m左右;两者的地表最大沉陷量均随着开采阶段的进行先增大后逐渐趋于稳定,符合地表沉陷形成移动盆地的规律;数值模拟结果和实际塌陷区位置一致;排土场边坡水平位移量与工作面推进长度呈正相关;工作面走向上,采空区两侧水平位移最大,呈现出向采空区中部滑移的特征,且总体表现为左侧边坡水平位移大于右侧边坡。

地下与露天共同采动下的边坡稳定性

针对地下露天综合采动影响下边坡稳定性，推导出在两种采动共同作用下边坡稳定性的计算理论与方法，从而为该领域中的边坡稳定分析提供了方法与手段，也为综合开采条件下的采矿优化设计提供了方法。

缓倾层状结构高陡采动斜坡变形特征研究

采空区深度、平面位置等控制缓倾层状结构采动斜坡的变形特征,直接影响采动斜坡整体稳定性。近年来,国内外学者针对地下采煤引起上覆岩体变形开展了大量研究,但目前采空区特征对斜坡关键位置的影响作用揭示还不够深入。贵州省发耳煤矿尖山营变形体是典型的缓倾层状结构采动斜坡,具有上陡下缓、上硬下软的特征。文章以发耳尖山营变形体为例,采用地质过程机制定性分析和数值模拟方法研究了多层开采与不同深度单层开采对斜坡变形的影响,揭示采空区宽度、深度及深厚比等参数对斜坡变形特征的影响。结果表明:多层开采导致斜坡坡脚破坏和整体塌陷,引起斜坡产生显著向坡外的水平位移,导致竖向位移远大于煤层开采总厚度;采空区跨越坡脚致使开采深厚比急剧减小,采动裂隙更易扩展至地表,是坡脚附近岩体产生破坏的重要因素;采空区宽度增大、多层采动会显著加剧斜坡变形,采空区深度增加可减小斜坡变形量值,但显著增加变形范围。在地形起伏强烈地区采煤,通过优化工作面布置,防止开采深厚比急剧减小、控制采空区宽度、避免重复采动以及开采更深部煤层对斜坡稳定性有利。

彬长采煤沉陷区水土流失地下关键影响因子甄选

在对彬长矿区自然环境、水土流失和煤炭开采等基本特征分析的基础上,认为采煤沉陷区是彬长矿区水土流失的关键区域。针对采煤沉陷区的区域特性,从"地下控制地表"的新视角,初选出7个显著影响采煤沉陷区水土流失的地下因子。以彬长矿区9个代表性煤矿为样本,运用灰色关联分析原理,甄选出采厚、采深为影响采煤沉陷区水土流失的地下关键因子。研究结果不仅深化和拓展了对采煤沉陷区水土流失基本特征和规律的认识,而且为采煤沉陷区水土流失的"地下与地表联动防控"提供了理论基础。

运用RFPA^(2D)数值模拟开采条件下的渗流通道

以煤矿相继地下采动造成阜新矿区八家子自然村民井断水现象为例,在对地下开采条件下水资源流失机理进行水文地质学定性分析的基础上,运用二维岩石破裂渐进过程分析系统,数值模拟了采场覆岩应力场的变化与重新分布规律,数值模拟结果再现了采动区覆岩裂隙萌生、扩展和贯通的过程;这个过程也是地下水渗流场变化与调整、地下水沿新生裂隙通道向地下开采负空间渗流的过程。二维岩石破裂渐进过程分析系统数值模拟结果与水文地质学定性分析结果吻合,证明该系统是一种能预测并预算采动裂隙生成、扩展及其相关危害(如地下水流失等)的可靠的数值定量分析方法。模拟结果表明,即使采空区和受影响区处于不同的水文地质单元,也会因地下采动影响形成畅通的渗流通道而改变地下水的径流方向和方式,为水的流失和向深部采空区渗流汇集创造便利的水文地质条件,使原来不具备渗水条件的采场成为可以接纳很大渗流量的地下水库。