積家井礦區(qū)地表沉陷變形形成規(guī)律、致災(zāi)機(jī)制及其防治措施研究.pdf

1、積家井礦區(qū)地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)陜甘寧盆緣分區(qū)馬家灘小區(qū)。大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯地臺(tái)西緣拗陷帶中部偏東，稱鄂爾多斯盆地西緣斷褶帶。從物探數(shù)據(jù)反映的區(qū)域構(gòu)造形跡看，區(qū)域基本構(gòu)造格架主要由一系列的北北西向～近南北向的寬緩褶皺和斷層組成。距勘探區(qū)較近的煤礦有位于勘探區(qū)西北約21Km的石溝驛煤礦及位于勘探區(qū)東部約2Km的馮記溝煤礦。礦井涌水量較大，每天達(dá)2200m3/d；煤層項(xiàng)底板多為細(xì)粒砂巖，有炭質(zhì)泥巖、泥巖偽頂，發(fā)生過頂板垮落現(xiàn)象。因此，對(duì)

2、地區(qū)開采沉陷規(guī)律的研究迫在眉睫。本文以積家井礦區(qū)銀星一井煤礦最具典型性的副斜井工作面為例，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查觀測(cè)和數(shù)值模擬等方法，研究了煤層開采誘發(fā)地表沉陷變形的形成規(guī)律及致災(zāi)機(jī)理。所作的主要工作有：
　　 (1)對(duì)副斜井工作面地表沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到的規(guī)律為：當(dāng)掘進(jìn)進(jìn)尺越大時(shí)，地下掘進(jìn)施工影響傳遞到地表所需要的時(shí)間較短；地表開始移動(dòng)后迅速進(jìn)入活躍期，活躍期周期長(zhǎng)，下沉量大，活躍期過后地表移動(dòng)基本停止。
　　 (2)運(yùn)用

3、FLAC3D軟件對(duì)井筒地下掘進(jìn)引起的上覆巖層應(yīng)力和位移的變化過程進(jìn)行了模擬，分析認(rèn)為：在厚積沙薄基巖覆蓋區(qū)地下采煤時(shí)，地表沉陷是由上覆基巖和積沙層雙層介質(zhì)變形、移動(dòng)迭加作用所致，基巖是積沙層地表沉陷的控制層；積沙層內(nèi)的水平位移和垂直位移的大小和分布與地形密切相關(guān)，地下井筒掘進(jìn)使最大主應(yīng)力σ1變化較大，引起地表的上升和下沉，產(chǎn)生水平位移；積沙層與基巖接觸面和采區(qū)邊界通常是各種應(yīng)力集中區(qū)，積沙層與基巖的層間摩擦力引發(fā)淺部基巖隨積沙層發(fā)生滑移

4、，導(dǎo)致最小主應(yīng)力σ3產(chǎn)生變化，產(chǎn)生部分垂直位移。
　　 (3)在厚積沙薄基巖條件下，基巖和地下水是煤層地下開采引起的地表積沙沉陷的控制層。當(dāng)?shù)叵戮蜻M(jìn)區(qū)面積擴(kuò)大到一定程度，造成一定范圍內(nèi)井筒頂板巖層大面積垮落，隨著掘進(jìn)區(qū)面積的進(jìn)一步擴(kuò)大，引起主關(guān)鍵層關(guān)鍵塊的依次塌落，塌陷基巖的邊緣裂縫便向上擴(kuò)展，很快與上覆積沙層以垂直節(jié)理為主的不規(guī)律節(jié)理貫通，使塌陷區(qū)基巖之上的積沙層從土體中分離出來，成為相對(duì)獨(dú)立的作用在基巖之上的靜荷載，伴隨基巖