基于探地雷达的煤矿开采区地表土壤含水率变化研究

利用探地雷达在2013年、2014年对煤矿开采区开采前后土壤含水率进行了探测,并利用地质统计学方法对煤矿开采区土壤含水率的空间变异特征进行了统计分析。研究结果表明,探地雷达能够得到与实验室实测相近的地表土壤含水率。2013、2014年在未开采区L2测线雷达探测土壤含水率分别为0.0837cm~3/cm~3、0.0802cm~3/cm~3,土壤含水率两次探测变化较小,地表土壤水分基本不受降雨等因素的影响。开采区L1测线内开采前土壤含水率为0.083 cm~3/cm~3,开采后地表土壤含水率为0.099 cm~3/cm~3,土壤水分分布主要受沙丘控制,沙丘顶部含水率最小,沙丘底部含水率最大。在开采区正方形小范围内,土壤含水率的分布受植被分布控制,其中沙柳覆盖范围内土壤含水率最大,达到0.12 cm~3/cm~3。该结果有利于辨别影响煤矿开采后地表土壤水分再分布的主要因素,从而为塌陷区复垦提供科学依据。     

倾斜煤层采动影响下的挤压变形区移动变形特征分析

以重庆南桐矿区为工程背景,通过三维数值模拟方法,对倾斜煤层在三种不同开采宽度工况下上覆岩层移动挤压变形区特征进行了研究。结果表明:采宽由80 m增加到160 m时,煤层与岩层交接处应力变化较小,挤压变形区地表下沉速度较为缓慢;采宽由160 m增加到240 m时,煤层与岩层交接处应力变化非常显著,挤压变形区地表产生明显下沉;不同的开采工况下,挤压变形区沉陷位移都会出现一个峰值,且位于开采区下山方向,挤压变形区沉陷值受水平应力影响较小,走向和倾向方向的沉陷值以该峰值曲线呈中心对称。     

黄土矿区开采沉陷与地表损害研究述评

黄土高原及其过渡地带是中国主要产煤基地,区域生态环境脆弱且地理、地质条件复杂,大范围地下采煤已导致严重的地表沉陷与损害,其规律与中东部平原矿区明显不同。多年来,针对黄土矿区开采沉陷与地表损害问题的研究已取得一定进展。基于笔者及众多学者的研究成果,总结分析黄土矿区地表移动、开采裂缝与台阶、黄土层附加变形、斜坡滑移与滑坡、环境退化与损伤的基本特征;揭示黄土矿区开采沉陷中的土岩互馈影响、土体单元体积变形、失水固结变形、湿陷变形、山坡滑移、滑坡、裂缝、环境损伤的机理;介绍黄土矿区开采沉陷与变形的预计模型及其适用性;阐述卫星定位测量、激光雷达扫描、重力异常测量、多源遥感分析等测绘技术在开采沉陷与损害监测中的应用进展,并分析其技术局限性。在此基础上从黄土矿区开采沉陷的细观破坏特征及微观变形机理、黄土山区多工作面开采沉陷预计、老采空区地表稳定性、采煤沉陷与环境损伤的时空效应等方面,展望有待深入研究的科学技术问题,供学术界借鉴。     

湖南五亩冲煤矿采空区地表沉陷预计

作为煤矿固有的也是主要的环境地质问题,采煤沉陷已成为煤矿区危害范围最广、影响程度最大、延续时间最长的一种工程地质灾害。本文针对煤矿采空区地表变形问题,以湖南省宁乡县五亩冲煤矿地质环境影响评估项目为依托,对该煤矿采空区地表变形影响因素进行分析,同时利用矿山开采沉陷预计理论进行沉陷影响程度分区,以期对其他同类型地质环境的矿区预测采煤沉陷起借鉴作用。     

贵州发耳煤矿尖山营滑坡特征及成因机制

高陡边坡地形条件进行煤层开采,极易引发地质灾害问题,给地质环境造成很大的破坏。以贵州发耳煤矿三采区的尖山营边坡为研究对象,查明了采空区分布情况及斜坡裂缝体系发育规律,结合该矿区地形地貌特征,分析该滑坡特征及影响因素,总结开采沉陷诱发山体滑坡的成因机制。结果表明:煤层开采后,上覆岩层发生应力重分布,采空区边界形成拉应力集中区;上覆岩层产生以沉降为主的弯曲变形,而在坡肩和坡脚部位产生较明显水平向外位移;变形过程中先在采空区后边界部位产生裂缝,回采煤柱后,裂缝贯通,形成潜在滑面,该滑坡变形机制为塌落沉陷-拉裂-蠕滑。     

西部矿区开采损害动态监测的新途径

针对西部矿区开采损害特征及常规地表变形监测方法的局限性,在介绍D-InSAR形变监测原理的基础上,尝试采用D-InSAR技术作为西部矿区开采损害动态监测的新途径。以陕西彬长矿区为研究区域,对该区域的雷达影像进行差分干涉数据处理,获得了该区域的差分干涉图、沉降分布图。实验显示,利用D-InSAR技术可以在大范围内(100km×100km)快速获取矿区的总体沉陷分布情况。     

大佛寺煤矿变形及受力特性研究

大佛寺煤矿位于彬长矿区开采边界境内,地形地质条件非常复杂。本文采用UDEC离散元软件对该矿区煤层开采引起的地表变形规律及围岩应力场的分布特征进行了系统研究。研究结果表明:1煤层开采后地表沉降呈V字形分布,随着各工作面的相继开采地表沉降变形不断增大,当达到充分采动时趋于定值(约为10.0m);2地表由两侧向采区方向移动,变形曲线呈倒S形,水平移动变形最大值约为1.73m;3煤层开采会引起围岩应力重分布,且部分区域存在明显应力集中现象(40 MPa),随着各采区的相继开采应力扰动区不断扩大,致使顶板岩层出现临空,引起大部分区域发生垮落(变形大,10.0m以上)。     

煤矿采空区地表沉陷可视化仿真

为实现煤矿采空区地表沉陷可视化,结合MATLAB仿真技术,利用矿区地质煤层条件和岩移观测参数及地表沉陷有关数据,建立采空区地表沉陷以动态时间函数结合概率积分法的预计模型,对煤矿开采造成的地面沉陷区进行仿真计算和分析.结果表明:该方法能反映地表移动的动态特征,实现了煤炭开采对地面动态沉陷影响的较为精确的分析与计算,可以直观而精确地对地表变形各种图形自动绘制,为其它矿区制定采煤采空区的预防和治理方案提供一个交互的三维仿真平台及可靠依据.     

大宁矿区开采沉陷规律研究

通过对大宁煤矿一个正在开采的工作面进行地面沉陷监测,结合该矿的实际资料,对大宁矿区开采沉降规律进行实测研究,得到了开采沉陷基本参数和典型的山区地表移动分布特征,为以后的矿区开采及地表开采沉陷治理提供理论依据.     

煤矿开采地表沉陷区土壤养分流失与分布特征——以五沟煤矿为例

平原矿区的煤矿地下开采改变地貌景观,同时加剧矿区土地的水土流失,降低土壤质量。而开采方式不同对地表土壤养分流失的影响程度同样存在较大差异。本文选择皖北五沟煤矿的充填和非充填开采两种开采方式的地面沉陷区,进行了土壤环境调查,监测了开采过程中土壤有机质、铵态氮、有效磷和速效钾等土壤养分的含量,分析其运移变化特征。结果表明,采矿区地表沉陷虽然时间不长,但土壤中的有机质和主要营养元素的含量流失发生显著变化;充填与非充填两种不同开采方式均引起地表土壤养分流失,降低土壤质量。但是充填开采所造成沉陷区内土壤养分的流失程度明显小于非充填开采区,且因氮、磷的流失量明显快于速效钾而使得土壤整体表现为缺氮少磷;土壤养分的迁移与富集与土壤类型密切相关。无论是有机质,还是其他营养元素由表层的耕作土层往深部迁移并在硬砂姜土层富集。这一现象同时说明了地表径流造成土壤养分水平方向的迁移流失的同时,向深部土壤层的迁移现象。     

顾及地表沉陷的矿区地貌可视化实现方法

在矿区开采沉陷预计结果的可视化过程中,由于矿区原始地貌离散高程数据与开采沉陷预计格网数据这两种空间数据不一致,数据融合很复杂,很难将矿区受开采沉陷影响后的地貌详实的显示出来.为此,基于CASS软件有效地融合了这两种空间数据,并成功的实现了顾及地表沉陷的矿区地貌可视化.该方法形象真实的反映矿区开采地表沉陷后的地貌特征,为分析和评价开采沉陷损害程度以及沉陷区治理提供了依据.     

渭北矿区厚黄土层采动变形数值模拟研究

渭北矿区黄土层覆盖厚度占开采深度的30%～70%,采煤沉陷规律具有特殊性。以渭北矿区大佛寺煤矿首采工作面开采为实例,利用FLAC软件分析了基岩开采沉陷引起的黄土层附加应力与变形的基本特征。数值模拟表明,采动黄土层中的附加竖向应力随着深度增加而增大,在地表附近水平向附加应力相对增量远大于竖直方向,地表变形由水平向附加应力所主导,在采空区上方产生体积压缩,在煤柱上方产生体积膨胀,地表土体单元的体积变形与水平变形及竖向变形具有相同的分布特征。本文揭示了采动黄土层变形的特殊机理,为建立厚黄土层矿区开采沉陷变形预计模型奠定了基础。     

艾友矿106采区4煤层开采方案分析

煤炭的大规模开发对煤矿周围及其周围环境造成了严重破坏,造成的开采沉陷灾害日益突出。在沉陷区内,地表建筑物的损害不断加剧。并对艾友矿106采区开采对地表沉陷影响进行了预测。将地表建筑物在沉陷区内所处的不同位置进行分类,确定了地表移动、变形范围及地表建筑物损坏程度及其分布。并总结归纳了建筑物受损过程的动态破坏规律。另外,本论文总结了建筑物受采动影响的分布规律。     

基于GIS的矿区开采沉陷影响土地利用变化研究

运用地理信息系统(GIS)技术手段对矿区开采沉陷所引起的土地利用变化特征进行了分析.以某一矿区的开采沉陷数据和土地利用现状图为基础数据,在GIS平台下,开发了土地利用变化特征的空间分析原型系统,实现了各种土地利用类型的范围和准确影响面积等土地利用变化信息和特征的自动获取和分析.     

煤矿开采动态地表下沉预计算法

针对煤矿地下开采造成岩层及地表移动随时空变化、开采时间与空间的变化对地表移动变形影响等问题,为准确预测开采过程中的地表移动变形,对开采沉陷的影响函数预计方法进行了理论分析与应用研究.应用数值积分方法,通过数学建模实现了开采沉陷预计系统.明确了开采沉陷动态移动变形模型的具体算法,提出了通过倾向微元化达到顾及主要影响半径随采深变化的方法,使得缓倾斜煤层的使用Knothe模型得以实现.应用VB开发了开采沉陷地表动态移动变形系统,并通过现场实测数据验证了动态预计算法的正确性.     

贵州省煤矿生态环境影响评价分析

选取贵州省封家营煤矿为研究对象进行生态环评,采用hpMSPS模式进行地表沉陷预测,结果表明:封家营煤矿地表沉陷最终最大值为6.6 m,地表变形影响范围为0.39 km2。由于矿区范围内地表坡度较大,煤炭开采所造成的地表沉陷表现形式主要还是以地表裂缝、局部塌陷、崩塌和滑坡等现象为主。在分析煤矿开采所引起生态环境问题的基础上,提出具体的防治措施,从而为贵州省煤矿生态环境保护和矿区可持续发展研究提供参考。     

基于GIS的矿区开采沉陷影响土地利用变化研究

运用地理信息系统（GIS）技术手段对矿区开采沉陷所引起的土地利用变化特征进行了分析。以某一矿区的开采沉陷数据和土地利用现状图为基础数据，在GIS平台下，开发了土地利用变化特征的空间分析原型系统，实现了各种土地利用类型的范围和准确影响面积等土地利用变化信息和特征的自动获取和分析。     

浅谈控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术

煤炭作为一种重要的能源资源得到广泛地应用,但煤炭在开采过程中往往会造成开采区地质沉陷,影响岩层表面的建筑物和使生态遭到破坏,而大量的建筑物的拆迁与生态环境的保护需要增加煤矿开采的投入,如何控制煤矿开采沉陷成为控制成本和保护环境的关键。本文通过对部分充填开采技术进行探讨,了解部分充填开采技术对于煤矿开采中预防发生沉陷的重要作用。     

"构造控灾"理论与"绿色矿区"建设

构造介质、构造形态、构造界面、构造应力相互影响,相互制约,协同作用,为人类地下采矿活动营造了一个特殊的环境——构造环境。在不同的构造环境下,同样强度的地下采矿活动所引起的煤矿区地面沉陷、断陷、开裂的致灾程度有明显差异。与地下开采有关的煤矿区地表环境灾害,虽然源于采动,但其形成与发展,本质上受控于该区域构造环境的内在结构和动态因素。构造环境是决定煤矿区地质环境承载能力的重要因素之一。在开采之前,根据煤矿区构造环境,结合煤矿区土地利用类型对地表移动变形及地下水位变化的敏感度,科学评价煤矿区地质环境的承载能力,为合理规划开采区域或开采强度提供科学依据,是建设"绿色矿区"的基础性工作。     

山区地下开采引起的地面沉陷特征分析

山区地下煤层开采引起的地面沉陷受多种因素的影响和制约。本文在贵州某煤矿二采区地质灾害调查的基础上,分析山区煤矿开采引起的地面沉陷特征及影响因素,得出山区矿山开采引起地面沉陷的一般规律。