撫順煤田地質災害成因機理與預測分析研究.pdf

1、地質災害是在地球發(fā)展演化歷史過程中，由各種自然地質作用和人類活動所導致的災害性事件，目前已經(jīng)成為人們關心的主要社會問題之一，采礦活動區(qū)是發(fā)生滑坡、泥石流、礦震等地質災害的重要場所。在經(jīng)濟發(fā)展的同時，若想實現(xiàn)自然與社會的平穩(wěn)過渡、和諧發(fā)展，人類就必須花費大量的時間與精力來對這些災害的機理、機制、規(guī)律進行研究，為進一步的預測與防治做好基礎工作。
　　撫順煤田是我國著名的“煤都”，開采已有百余年，為新中國經(jīng)濟的騰飛作出了突出貢獻，先后建

2、有東、西兩大露天礦和勝利、龍鳳、老虎臺三大井工礦。在煤炭開采過程中，引發(fā)了滑坡、地面變形、地面沉陷、地面塌陷、地裂縫和礦震等地質災害。這些地質災害的發(fā)生造成了人員的傷亡、財產(chǎn)的損失、采煤進度的中斷，進而波及到撫順城市的安全建設，影響了人們的日常生活。目前撫順煤田開采已經(jīng)進入殘采期，主要開采深部煤層。顯然，在開采的過程中，若要盡量避免地質災害的發(fā)生，應該加強對地質構造、巖性條件、水文地質、應力平衡這些影響地質災害的重要因素的研究，以便確定

3、未來深部煤炭開采的方向和深度，為地質災害發(fā)展趨勢和預測防治提供科學依據(jù)，這具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　本論文針對撫順煤田地質災害具有深度大、范圍廣、類型多、影響重的特點，在總結分析引發(fā)撫順煤田地質災害地質環(huán)境背景的基礎上，開展了本區(qū)的斷裂活化特征、巖石性質、水動力學等重要因素的研究和利用FLAC軟件結合有關地質條件對地質災害的形成演化機理進行了仿真模擬，探討了撫順煤田地質災害的種類特征以及演化規(guī)律，得到了如下成果:
　　

4、(1)通過對撫順煤田地質災害類型及特點進行分析，撫順煤田地質災害具有多災種密集出現(xiàn)、相伴出現(xiàn)和交替出現(xiàn)的特點，從而地質災害的破壞力也具有集中性、突發(fā)性、周期性。在西露天礦地裂縫的出現(xiàn)可以作為滑坡體的形成和邊坡變形的一種主要標志，在老虎臺煤礦地下開采區(qū)段地裂縫圍繞沉陷區(qū)形成環(huán)型分布。根據(jù)撫順市區(qū)地質災害類型、分布范圍、發(fā)育程度、危險程度及發(fā)展趨勢，將撫順煤田范圍區(qū)劃分為13個地質災害危險區(qū)、3個易發(fā)區(qū)和2個穩(wěn)定區(qū)。
　　(2)通過對

5、撫順煤罔地構造和巖性的分析得出:撫順煤田斷層構造方向以北東向為主，F(xiàn)1和F1A是影響撫順煤田地質災害的主干斷層。斷層活化與深部開采有著直接的成因聯(lián)系，表現(xiàn)出斷層活化具有局部性、區(qū)段性和淺層性。西露天礦北幫的滑坡和地面變形、老虎臺與龍鳳礦地面沉陷及一些地裂縫都與地質構造有著直接和間接的關系，尤其是煤田北側靠近渾河斷裂的次級F1和F1A斷層對各種地質災害的影響較大。另一個影響地質災害的重要地質構造是發(fā)育于煤田北側的殘破倒轉向斜，為渾河斷裂擠

6、壓錯動過程中“拖曳”所致。通過試驗和分析得出，地質災害主要發(fā)生于煤系軟巖類和構造巖類。
　　(3)利用FLAC模擬水對地質災害的影響和人為活動的影響分析得出，水的作用降低了斜坡體抗剪強度和增加了下滑力。巖體內(nèi)裂隙聚集使含水量增加，將導致邊坡巖坡體的重量增加，致使坡體的下滑力增大，邊坡體向不穩(wěn)定的方向發(fā)展。水在坡體內(nèi)運移產(chǎn)生的滲流力同樣也增加下滑力。同時水的作用有助于巖石中的粘土礦物產(chǎn)生水化作用，使顆粒間結合力減弱，粘聚力降低，巖體

7、穩(wěn)定性受到破壞。巖石均勻性越差，水化作用越強，巖石強度下降越大。顯然在撫順西露天礦邊坡存在著巖石不均勻性和裂隙聚集的地質條件下、水化作用和水滲流作用的禍合作用為滑坡體和地裂縫的形成創(chuàng)造了充分條件。采煤活動所形成的深部采空區(qū)對撫順煤田地質災害有著重要的影響作用。在地表會影響到地面變形、地裂縫、地面沉陷和地面塌陷。
　　(4)地質災害成因機理分析得出，采礦引發(fā)的局部性、淺層性斷層活化效應與采空區(qū)效應是撫順煤田各種地質災害的形成基礎。<

8、br>　　利用FLAC軟件對西露天北幫邊坡進行了巖體力學模擬，模擬結果顯示:變形破壞一般不會進入花崗片麻巖區(qū)，開采深度不易超過850m。通過采煤沉陷多年觀測數(shù)據(jù)的應用數(shù)理統(tǒng)計分析，得出了一套適合預測撫順煤田采煤沉陷的經(jīng)驗公式，并用此對采煤沉陷的未來發(fā)展趨勢進行了預測分析。預測表明隨著開采深度增加沉陷區(qū)范圍和沉降深度將會加大，未來沉陷區(qū)主要集中在東面和北面兩個方向，其中東面的沉陷區(qū)的擴大長度大約為2000m左右，北面的擴大長度約為300m