煤矿采空区地面塌陷预测方法探讨_毛歆燕

煤矿地质中土地沉陷预测的探讨作者简介：翟文森（１９７３－），男，山西平遥人，本科，工程师，研究方向：水文与工程地质㊂翟文森（平朔工业集团有限责任公司，山西朔州０３６０００）摘㊀要：在煤矿的开采过程中，不可避免地会对地表产生裂缝，从而出现土地沉陷现象，使得地表发生倾斜，极有可能导致山体滑坡的发生，降低了煤矿开采的安全性㊂基于此，我们应加强对煤矿地质中土地沉陷的预测研究，从而提高煤矿生产工作的安全性㊂关键词：煤矿地质；土地沉陷；预测中图分类号：ＴＤ３２５文献标识码：Ａ文章编号：２０９６－２３３９（２０１８）０１－００６８－０２㊀㊀在煤矿开采过程中，煤矿地质工作必不可少㊂矿区的地质情况通常较为复杂，在复杂的地质条件下进行煤矿开采，很容易出现安全问题，导致土地沉陷，出现山体滑坡㊁泥石流等自然灾害，严重威胁着煤矿工作人员的生命财产安全㊂因此，在煤矿开采前，应做好煤矿地质的勘测工作，对土地沉陷进行预测，并制定具体的应对策略㊂１㊀煤矿地质中土地沉陷的发生规律煤矿开采工作中势必会造成所在区域的土地沉陷，对煤矿采集地区的地质平衡造成无法修复的损坏㊂煤矿地质中土地沉陷主要是由于地质中的上层压迫发生了力学变化，其平衡状态的破坏便会形成位移㊂从煤矿开采的实际情况来看，其地质的土地沉陷发生规律通常可分为三个阶段㊂１．１㊀变形煤矿开采工作中，当采空区的长度小于开采深度的１／３时，由于受到两侧煤柱的支撑，煤矿开采区煤层上方便会产生微小的变形，比如产生微小裂缝等㊂１．２㊀弯曲煤矿开采工作中，其采空区的长度达到开采深度的１／３ １／２时，煤层开采区域的上岩层便会由于重力的影响，在剪切力与拉伸力的共同作用下产生变形，其上岩层便会发生裂隙等现象，造成土地的沉陷㊂１．３㊀垮落随着煤矿开采工作的逐步深入，采空区域长度逐步拉长，其开采深度也随之加深，位于上岩层所产生的细小裂隙也会逐渐转变为断裂，煤层上方继而破碎出现垮落㊂垮落发生后，破碎岩层便会在采空区快速堆积，瞬间填满采空区，而煤层产生的裂缝也将进一步延伸与扩展㊂待土地沉陷区域的地表出现位移变形后，结合采空区上岩层的移动规律特性及分布特点，将土地沉陷区域分为两个部分：采动区㊁弯曲变形区㊂在煤矿地质中的土地沉陷中，其地表移动状况如图１所示㊂图１㊀土地沉陷中上岩层变形与地表移动２㊀煤矿地质土地沉陷预测煤矿开采工作的开展会引发土地沉陷，地面土层各个位置的受力状况产生改变，其原本平衡也被打破㊂在地面各位置点的不均匀沉降与位移作用下，沉陷盆地的局部位置会出现裂缝㊂地表沉陷的初期并不会直接产生裂缝，而是在工作面的面积扩大到一定数值后，地面某一点的主应变增加至裂缝临界值才会逐渐形成㊂当地面中某一位置点达到裂缝临界状态时，此时所开采的面积便可称之为裂缝临界开采面积，该面积的大小与煤矿开采深度㊁厚度㊁上岩层力学特性及地层结构等因素有关㊂需要注意的是，开采工作面各个位置一旦出现裂缝便是永久性的，只有邻近工作面开采，或是人工进行填充，或是在很长一段时间的自然作用之下才能够予以闭合㊂回采工作面上部分的裂缝区域会在工作面向前推行的过程中向前移动，而一旦已开采面积超过裂缝临界值后，采空区域四周的上部分便会产生裂缝㊂如采空区域面积不断加大，各位置点的裂缝会越发增大，其地表裂缝也会向前位移㊂之前的裂缝区域便会逐步渗入压缩变形区域，裂缝也会慢慢闭合，其外侧便会出现全新裂缝㊂工作面的持续推行，边界上层裂缝区域的面积不再增大，而是呈现有规律的向前位移，待完全停止开采之后，只有采空区域周边上方的裂缝存在㊂８６对于煤矿开采山区来讲，因为山区采动位移的方向与地面的下坡方向保持一致，同时位移数值与地面倾角角度有着一定的正比函数关系，所以山顶与丘陵地貌部分在土地沉陷中还会受到额外的拉伸作用力而导致变形，而山谷与盆地地貌则会受到额外的压缩作用力导致变形㊂可见山区采动裂缝大部分集中于山顶㊁脊梁等地貌凸形部位与边坡部位，其裂缝的分布方向通常会与等高线方向保持平行，而在凹形地貌部位则较少出现土地裂缝㊂结合大量的煤矿地质土地沉陷实情发现，如地表中不含有黄土层或没有松散堆积物覆盖，在开采深厚比Ｈ／Ｍ大于８０，而开采宽深比小于０．５时，通常不会产生裂缝；而如果地表含有较厚的黄土层（厚度超过５０ｍ），在上述的深厚比与宽深比状态下仍然会产生地表裂缝，且裂缝宽度会超过２００ｍｍ，深度超过０．５ｍ㊂由此可见，开采产生的裂缝与开采条件和土层性质及其厚度有着直接联系㊂工作面上方地表裂缝从最初产生到闭合所持续的时间，可用以下公式计算：Ｔ＝２Ｌ／Ｖ（１）式中Ｔ为裂缝持续时间；Ｌ为工作面上方裂缝区域宽度最大值；Ｖ为工作面推进深度㊂地表裂缝临界水平变形值的计算公式：εｊ＝２（１－μ２）Ｃ㊃ｔａｎ（４５ʎ＋０．５Φ）／Ｅ（２）式中εｊ为地表裂缝临界变形值；μ为泊松比；Ｃ为内聚力；Φ为内摩擦角；Ｅ为弹性模量㊂裂缝发育最大深度的计算公式为：ｈ＝（１／γ）Ｅεｊ（１＋μ）（３）式中ｈ为裂缝发育最大深度；γ为容重㊂３㊀裂缝对土地的影响煤矿开采所产生的地表裂缝有的极为细小，有的深度可达２０ｍ以上，上口宽度可达０．２ ０．３ｍ㊂在黄土高原地区其裂缝深度甚至高达数十米，其上口宽度可达１ ２ｍ㊂裂缝在外界力量的作用下，土壤被加速侵蚀，导致土壤㊁母质及水分快速流失，土壤的肥力急剧下降，严重影响农作物产量与品质㊂结合煤矿开采实情，所产生裂缝对土地的影响可分为细沟侵蚀㊁沟蚀以及重力侵蚀三种㊂３．１㊀细沟侵蚀煤矿开采所产生的细小裂缝，其深度与宽度通常都比较小，一般位于耕作层或稍深于耕作层，同时与采空区域的边界呈平行排列㊂这一类细小裂缝容易导致农地跑肥㊁跑水与跑土，还会导致新播种子与农作物的根系暴露在外，导致缺苗㊁减产㊂不过，由于其裂缝深度与宽度较小，通常在下一轮耕作时便能平复㊂如图２所示，从对比实验中能够清晰看出细小裂缝导致的农地跑水㊁跑肥现象㊂裂缝的产生会将地表施加的水分迅速渗入到耕作层以下，造成损失㊂(b) >A4-;(a) >4-;图２㊀跑水㊁跑肥扩展范围对比实验结果３．２㊀沟蚀当煤矿开采产生的裂缝较大或过大时，在暴雨或洪水等影响下，会导致地表侵蚀呈线状分布，称为沟蚀㊂相较于细沟侵蚀，沟蚀的区别就在于其无法通过一般的耕作方法予以平复，同时沟蚀的发展将不断切割地表，最终导致完整的土地破碎㊂３．３㊀重力侵蚀在山地㊁丘陵地带开展的煤矿开采工作，其产生的裂缝通常会在其他应力作用下，以重力为直接原因而引起表土体的位移，这一现象称之为重力侵蚀㊂煤矿开采区由于裂缝所导致的重力侵蚀主要形式有滑坡，究其原因在于暴雨天气下裂缝会导致土体的浸水范围加大，斜坡土体的容量增加，抗滑力降低㊂４㊀结语综上所述，文章通过对煤矿地质中土地沉陷的分析，对其发生沉陷的原因进行了研究，并提出了针对性的预测方法，为我国煤矿开采区的环境保护提供一定的依据㊂对煤矿地质中土地沉陷进行预测，能够有效提高煤矿开采的安全性，对所在矿区的地质结构进行有效的保护，进而在提高煤矿企业经济效益的同时，也有效保护了生态效益，从而促进我国煤矿业的可持续发展㊂参考文献：［１］㊀胡金龙．煤矿地质中土地沉陷预测研究［Ｊ］．黑龙江科技信息，２０１４（１）：１４９．［２］㊀侯良彬．刍议煤矿地质中土地沉陷预测［Ｊ］．中国石油和化工标准与质量，２０１１（２）：２１２．９６。

矿山采空区塌陷预测方法研究作者：朱胜利来源：《价值工程》2010年第25期摘要:采空区塌陷一直以来都是采矿工程领域的重要研究课题,许多学者就如何对采空区塌陷做出正确的预测做了深入的研究,也提出了许多预测方法。

本文首先介绍了采空区塌陷的原因及产生的危害,对采空区塌陷预测具有重要的意义,然后总结了采空区塌陷预测的四种比较好的方法。

Abstract: The collapse of goaf areas had always been an important research topic in field of mining engineering, and many scholars made in-depth research on how to make the right prediction of the goaf areas collapse, and also raised a number of prediction methods. This paper first describes the reasons for goaf areas collapse and the harm, which have great importance for predicting the collapse of goaf areas, and then sums up four better methods of predicting the collapse of goaf areas.关键词:采空区塌陷;预测;危害;神经网络法;距离判别法;突变级数法;费歇判别分析法Key words: collapse of goaf areas;prediction;harm;neural network;distance discriminant method;mutations progression method;Fisher discriminant analysis method中图分类号:TD1文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)25-0124-020引言随着科学技术的进步和生产的逐步发展,大部分矿山采用无矿柱空场采矿法,很少有品位高于5g/t的矿柱留下,而且由于近年来我国黄金的地质储量日趋减少,大约有85%中小矿山使用空场法回采金矿脉,由此形成的采空区每年都有数百万立方米。

采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析2005年11月12日摘要：本文在煤矿开采沉陷理论的基础上，导出了塌陷面积和万吨塌陷亩数的通用计算公式，同时，对影响塌陷面积的主要因素进行了深入分析，从而为煤矿塌陷区面积的预测和计算提供了理论依据。

关键词塌陷区塌陷面积预测与分析1 万吨塌陷面积的计算公式1.1 按长圆形计算如图1所示，设地面平坦，采空区为长壁大冒顶矩形采区，采区倾向长为L0，走向长为S0；L0和S0在平面图上的投影长度分别为a和b。

开采边界为ABCD，其面积为F。

由地表塌陷角β、γ和δ圈定的地表塌陷范围a1a2b1b2c1c2d1d2可近似视为由直线和圆弧组成的长圆形，设其面积为F′，取a,b的单位为米，面积F的单位为亩，则煤层开采面积F为：（1）长圆形的地表塌陷面积F′可满足工程需要的近似计算公式为：（2）或（3）图1 采煤塌陷面积计算示意图式中α为煤层倾角，dβ、dγ、dδ分别为走向、倾向下山和倾向上山主断面开采边界至塌陷边界的水平距离，可按下式计算：dδ＝Hctgδ；dβ＝Hxctgβ；dγ＝Hsctgγ（4）式中δ、β、γ分别为走向、下山、上山地表塌陷角，一般平地按移动角，山区按裂缝角取值。

当开采煤层为水平时，α＝0；Hx＝Hs＝Hz；β＝γ＝δ；dδ＝dβ＝dγ＝Hctgδ=d，则有F0＝a.b（5）F′0＝［a.b+2(a+b)d+πd2］.10－6（km2）（6）F′0＝［F＋2（a+b)d+πd2］.0．0015（亩）（7）设煤炭采出量为Q（万t），采高为M（m），煤的容重为γ（t／m3），回采率为c，则（8）因而采出万吨原煤的地表塌陷亩数（简称万吨塌陷率或万吨塌陷亩数）P应为当开采水平煤层时，万吨塌陷亩数P0可表示为1.2 按椭圆面积计算地表塌陷面积F′亦可近似地按椭圆面积计算，此时F′可表示为：或（km2）（15）则万吨塌陷亩数P′可表示为：当开采煤层为水平时，则有或因而此时的万吨塌陷亩数P′0可表示为：度和层数有某种反比函数关系。

井工煤矿地表塌陷预测与治理措施的思考摘要：煤炭资源对社会经济发展的拉动作用，使得开采数量与日俱增，对土地资源破坏程度也在加深。

为了改善对地表生态环境的破坏，前期的地表塌陷预测和后续的土地复垦等治理措施成为了当下的研究重点，对实现土地资源可持续发展有着重要的意义。

鉴于此，本文对井工煤矿地表塌陷预测与治理措施进行深入探讨，以供参考。

关键词：井工煤矿；地表塌陷；预测；治理引言因各种原因限制，充填开采在我国尚未普及，全部垮落法管理顶板仍是主流，但随着煤炭资源不断向深部开采，高强度的采掘工作引起的地表沉降问题日益严重，对地表的建构筑物、公路、铁路等构成了威胁，为了最大限度地保护矿区地面村庄、交通设施、建筑、水体等不受地表沉降损害，研究煤矿开采引起的地表沉降移动规律显得尤为必要。

1对井工煤矿土地复垦的研究随着经济社会的不断发展，人口数量和建筑用地的增加使得土地矛盾问题日益显化，我国也提出了土地资源可持续发展的相关政策要求。

而煤炭作为主要的社会发展资源形式，经济效益的推动使得井工煤矿开采的数量增加，根据实际的施工数据显示，每开采一万吨煤炭就会对约两千平方米的土地造成程度不一的结构破坏，其中大规模的土石坍塌以及煤炭采空后造成的土地肥力下降和地表下陷都是重要的问题。

为了解决这一问题并稳定区域内农业的经济发展，提出了包括地表坍塌预测等内容在内的土地复垦治理措施，旨在让地表坍塌的土地恢复土壤活性、提高循环利用次数，进而维护土地生态资源的平衡，缓解用地紧张问题[1]。

2煤矿地表塌陷类型开采沉陷引起的工程地质灾害主要为：地表塌陷坑、地裂缝；山体滑坡、崩塌；地质构造活化；岩爆、冲击地压和煤与瓦斯突出等动力灾害。

2.1地表塌陷坑、地裂缝破坏地表塌陷坑破坏是开采沉陷区破坏最为严重的灾害之一。

工作面开采后上覆岩层存在大量临时的非稳定结构，导致地表不断发生塌陷坑灾害。

当开采深度小、开采煤层多、上覆岩层风化严重和地表有厚松散层覆盖时，在地表会出现纵横交错的裂缝破坏，局部会出现台阶错落裂缝破坏，裂缝一般会直接或间接沟通采空区。

采煤区地面塌陷问题研究采煤区地面塌陷问题研究地面塌陷是指地表由于地下空洞形成或地下物质移动等原因而出现下陷或塌陷的现象。

而在采煤区，地下开采煤炭会导致地下空洞的形成，从而引发地面塌陷问题。

这是一个严重影响矿区安全和资源可持续开发的问题。

因此，对采煤区地面塌陷问题进行研究具有重要的理论和实践意义。

1. 采煤区地面塌陷问题的原因1.1 浅部开采导致的地表回灌采煤区的地下开采主要有柱状开采、房柱状开采和长壁开采等。

这些开采方法会使地下煤炭层的上方形成空洞。

当地下岩层的稳定性不足以支撑上方地表时，地表会发生回灌的现象导致地面塌陷。

1.2 深部开采引起的冒顶和控顶突水在一些深部开采过程中，当工作面不断向下延伸时，上方的岩层会发生破裂和断层，从而导致地面塌陷。

同时，由于空间的限制，开采过程中矿石的采取率会随之降低，这也会导致深部开采引发的地面塌陷问题。

1.3 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出是指在采煤过程中，当工作面采出煤层的同时，煤层内的瓦斯会通过裂隙和煤层空气孔隙的连接径路从煤层内释放出来。

这会导致岩石结构的破裂，引发地面塌陷。

2. 采煤区地面塌陷问题的研究方法2.1 数值模拟方法采用数值模拟方法可以对采煤区地面塌陷问题进行研究。

通过建立地下开采的三维数学模型，可以模拟出不同开采方法对地表的影响，并预测出地面塌陷的可能情况。

同时，可以通过对比不同参数和条件下模拟结果的变化，优化矿井结构和开采方法，以减少地面塌陷的风险。

2.2 实地观测方法实地观测方法是通过在采煤区进行实际观测和测试，获取地表沉降和塌陷的数据。

这可以帮助研究者了解地面塌陷的特征和规律，并验证数值模拟结果的准确性。

同时，实地观测还可以提供对地下矿层、岩石和地下水等情况的详细了解，从而为地面塌陷问题的研究提供更多基础数据。

2.3 地理信息系统（GIS）技术地理信息系统技术可以提供采煤区地下地质信息和地表变形信息的高精度数据，从而更好地了解地下采煤对地表的影响。

煤矿地表塌陷规律及预测方法探讨煤矿地表塌陷形态多样、破坏程度可大可小，与开采深度、开采活动、矿体倾角、工作面开采区域、工作面数等因素有关。

我国常用的煤矿地面沉陷预测方法包括经验法、负指数法、概率积分法等。

概率积分法理论、方法基本成熟，国内正积极构建基于GIS技术构建的沉陷数据管理系统，已取得一定进展，但进行推广应用尚有一段时日。

标签：煤矿地表塌陷规律预测我国是一个煤炭资源利用大国，煤炭开采量居世界第一位，煤炭产生能源约占我国总能源消耗75%～80%，煤炭还是煤炭化工重要原料，为国民经济发展做出了巨大的贡献[1]。

但与此同时，煤炭开采与利用也带来一系列社会、环境问题。

我国煤炭多埋藏于地下，煤矿开采主要依赖于地下开采，约占90%。

地下开采可能致地表土地大面积塌陷、损毁，破坏耕地、林地以及地面建筑，存在安全隐患。

近年来，煤矿地表塌陷事故屡见不鲜，累计塌陷面积已达100km2，塌陷所造成的损失大、影响深远、恢复困难，引发的社会的广泛讨论。

深入研究煤矿地表塌陷，并进行预测，是降低煤矿塌陷危害的可行方法，本次研究就此进行探讨。

1煤矿地表塌陷规律1.1煤矿地表塌陷主要表现煤矿引起的地表塌陷具体表现不尽相同，按照形态、破坏程度大体可分为两类：（1）浅部开采，急倾煤层或厚煤层形成的漏斗状陷坑、台阶状断裂，此类塌陷往往发生较突然，破坏性较大，但多仅限于局部，范围小；（2）深部开采，急倾煤层和开采深度大、倾角较小的煤层发生大范围平缓下沉，发生较缓，但也可造成较大的损失，损毁地面构筑物。

按照塌陷体积与深度占开采面比重高低可分为充分开采塌陷与非充分开采塌陷，前者占比在70%以上，只有当采煤区长、宽尺寸达到过超过开采深度1.4倍才可能发生，后者占比在70%以下，可发生于任何类型开采区[2]。

通常来说，除开采区外，地下还留存各种未开采或无开采价值的煤柱，这些煤柱对地面具有一定的支撑作用，使地面塌陷空间并不完全与矿道相同，形成凹凸不平的复杂形状。

煤炭开采引起的采空塌陷问题及对策研究本文首先分析了煤炭采空塌陷引起的一系列问题，之后再针对这些问题提出对其进行防范的对策，希望对解决因煤炭开采而引起的采空塌陷问题有所帮助，从而有助于我国经济的可持续发展。

标签：煤炭开采采空塌陷环境治理对策1煤炭开采引起的采空塌陷引发的问题1.1对生态环境的破坏在煤炭开采的过程中，由于对生态环境保护问题的忽视，造成了诸如水资源短缺、水质污染、水土流失、土壤沙化、土地塌陷以及空气污染、噪声污染等等一系列的问题。

这些问题对我国本就脆弱的生态环境造成了更大的威胁，对我国经济社会的可持续发展造成了阻碍。

因此，必须对煤炭开采引起的采空塌陷问题进行研究和分析并找出解决的对策，以降低其对生态环境的破坏程度。

1.2大量耕地被破坏采空塌陷的地区正好是耕地的话就会毁掉大面积的耕地，如果该地区正好出现缺水问题，那么必然引发严重的沙漠化。

以山西省为例，现在的沙漠化面积将近一千一百三十四平方千米，因开采煤炭时出现塌陷问题而引发的沙漠化占有很大的比重。

还有一些地区，采空塌陷之后出现积水，大范围的粮食因此而绝产，给广大的农户造成了严重的经济损失。

因为广大农户就是靠着土地吃饭的，农田被破坏、粮食绝产等问题都使其生活陷入极大地困境，而有些煤炭企业并未对其进行有效的赔偿，引发了广大农户与煤炭企业之间难以调和的巨大矛盾，影响社会及经济的稳定发展。

1.3房屋等建筑物和基础设施遭到严重破坏在房屋等建筑物下方进行煤炭开采会造成地面不均匀下降，造成房屋等建筑物出现倾斜甚至倒塌，危及人们的生命和财产安全。

例如太原市的新道村，村民的房屋墙壁上有许多裂缝，宽窄不一，最宽的有十几厘米，许多房屋严重倾斜甚至倒塌。

在矿井井田范围内的大量基础设施，例如：铁路、公路、永久性纪念物等都因为地面的不均匀下降受到了严重的破坏，甚至造成其失去原有的使用价值，给国家和人民的财产造成了巨大的损失。

1.4加重水土流失问题研究表明，土壤的侵蚀和退化与地表坡度的变化有着十分密切的关系。

基于概率积分法的某煤矿地表塌陷区范围预测卢继鹰;田亚坤;刘永;周薛淼【摘要】In order to carry out scientific and reasonable prediction of the earth surface subsidence scope,combing with the mining subsidence theory and probability integral method,the basic mathematical prediction model of mine subsidence area is established to carry out the prediction of the surfce subsid-ence bing with the measured data around a coal mine,the probability integral method is used to predict the mine goaf.The prediction results is compared with the measured results,the comparision anal-ysis results show that the measured results is almost covered by the prediction results,and a certain degree of safety redundancy is existed.So,the probability integral method can meet the requirements of subsid-ence prediction in a certain degree,besides that,it also can provide a scientific basis for predicting the mine subsidence area and the disaster prevention of mine subsidence area.%为了科学合理地预测地表沉陷范围，结合矿山开采沉陷理论，应用概率积分法，以某煤矿周围的实测数据为例，建立基本数学预测模型，对该矿山塌陷区范围进行预测。

煤矿地质中土地沉陷预测的探讨摘要：随着我国经济的快速发展，在工业经济发展中不断供给的煤炭资源是一个重要支撑。

由于对煤炭资源的需求增大，使得煤炭仍然是经济发展中的重要元素。

然而，在我国目前的煤炭开采当中，煤炭地质关系到煤炭开采安全，是需要重点研究的内容，不容任何人忽视。

本文对煤炭地质里面的土地沉陷预测方面的内容进行了深入探究，希望能够从中找到引发原因、存在问题和解决的措施，以便提高我国在这方面的预测精度，从而推动煤炭开采工作的进一步发展，保证开采安全。

关键词：煤矿地质；土地沉陷；预测引言煤矿开采工作已成为我国经济发展中的一个十分重要的支撑点，其重要性日渐突出。

随着我国煤矿开采方面相关技术的不断发展与创新，以及人们对煤炭资源的需求，各方都加强了对煤矿地质方面研究的关注与重视。

由于我国煤矿开采在时间方面的不断延伸，使得这方面的地质问题也在日益凸显，部分地区甚至变得越来越严重，极有可能出现土地沉陷。

煤矿区若发生土地沉陷就将导致十分严重的后果，不只是严重影响煤矿企业生产及安全，还将严重影响煤矿区域的生态环境及群众生活。

所以，在煤矿中开展煤矿地质研究逐渐成为一项强制性的常规工作。

在煤矿进行开采前，土地沉陷预测等相关内容在细致周密的煤矿地质研究中能够为煤矿后续安全开采提供有力保障，还能使煤矿区域最大限度地保持自然及生态环境的可持续发展。

科学有效的预测土地沉陷问题在煤矿地质研究中比较重要，可使煤矿区域环境得到最大限度保护而免受破坏，与我国保护环境的具体要求基本一致的。

所以，研究及预测煤矿土地沉陷的地质情况是煤矿中十分重要的一项研究工作。

1煤矿地质中土地沉陷的发生规律在采矿工作运行的过程中，极有可能导致所在区域土地出现沉陷的情况，这将对地质平衡带来严重影响，甚至是难以修复的影响。

在煤矿的地质当中，土地沉陷一般都是因为上层压迫而出现力学方面的变化，这在很大程度上破坏了平衡状态，从而导致了位移。

结合实际来看，土地沉陷规律一般有3个阶段。

煤矿地质中土地沉陷预测的探讨【摘要】在煤矿的开采过程中，不可避免的会对地表产生裂缝。

在裂缝产生的同时，还会使地表发生倾斜。

当开采引起的倾斜和斜坡本身的倾斜方向一直时，将会形成更加陡峭的破面，促使滑坡的产生。

【关键词】煤矿地质；沉陷裂缝；预测分析1.矿区土地沉陷预测矿区土地沉陷预测模型一般采用概率积分法就可以达到土地复垦的要求。

（1）多工作面开采影响的预计。

首先计算出单个工作面开采引起地表预计点的下沉，然后叠加。

（2）任意形状工作面开采影响的预计。

将任意形状工作面顺煤层走向划分成若干矩形工作面，用一个或多个矩形工作面代替任意形工作面。

2.土地裂缝预测地下煤炭的开采引起土地沉陷，随着土地沉陷的发展，地表土层内各点的受力状态也发生相应的变化，原始平衡状态被破坏。

由于地表各点不均匀的沉降和水平移动，在沉陷盆地内的部分区域将产生裂缝。

裂缝并非地表沉陷一开始就产生的，而是工作面推进至一定面积，地表某一点的主应变达到裂缝临界值后开始逐步形成的。

地表有一点处于裂缝临界状态时，已开采的面积称为裂缝临界开采面积。

裂缝临界开采面积的大小取决于开采深度、开采厚度、上覆岩层的物理力学性质和结构等因素，产生裂缝的临界值则主要取决于地表土的物理力学性质。

开采工作面切眼、上山、下山边界和终采线边界上方的地表一旦产生裂缝是永久性的。

这些裂缝只有当相邻工作面的开采，或者人工充填，或者经历较长时间的自然作用才能闭合回采工作面上方的裂缝区是随着工作面的向前推进而前移的。

当已开采的面积大于裂缝临界开采面积后，在采空区周边上方出现裂缝区域；当采空区面积连续增大，切眼、上山、下山边界上方的裂缝区域扩大，而工作面上方地表裂缝区向前移动。

先前的裂缝区逐渐进入压缩变形区，产生的裂缝逐步闭合，而在裂缝区外侧则产生新的裂缝。

工作面继续推进各边界上方裂缝区范围不再扩大，工作面上方裂缝有规律的前移。

工作面停采后，只存在采空区周边上方的裂缝区。

对于山区而言，由于山区采动滑移的方向指向地表的下坡方向，且滑移量的大小与地表倾角有某种正比函数关系，因而山顶和凸形地貌部位将产生附加的水平拉伸变形，山谷和凹形地貌部位将产生附加的水平压缩变形，所以山区采动裂缝大多分布在山顶、梁峁等凸形地貌部位和凸形边坡点部位，裂缝方向大体平行于等高线方向，谷底等凹形地貌部位一般很少出现明显的采动裂缝，这是山区采动裂缝分布的重要特征。

煤矿采空区地面塌陷的监控方法研究——以永城煤矿为例的开题报告一、选题背景随着我国煤炭开采的不断推进，煤矿采空区地面塌陷问题日益突出。

采空区地面塌陷不仅损失大量财产，而且也会威胁生命安全，甚至会对地质环境造成严重影响。

因此，研究煤矿采空区地面塌陷的监控方法具有重要的意义。

二、研究目的和意义本文以永城煤矿为例，对煤矿采空区地面塌陷的监控方法进行研究。

通过对比分析监测数据，可以更加准确地掌握煤矿采空区地面塌陷的情况，从而在事故发生前及时进行预警和防范措施。

三、研究内容和方法（一）研究内容1. 煤矿采空区地面塌陷监测方法的概述；2. 永城煤矿采空区地面塌陷情况的分析；3. 采用不同监测方法对永城煤矿采空区地面塌陷进行监测；4. 监测数据的分析和对比。

（二）研究方法1. 文献调研法：对煤矿采空区地面塌陷的监控方法进行概述和对比研究；2. 实地调查法：对永城煤矿采空区地面塌陷情况进行实地调查；3. 监测方法比较法：对永城煤矿采空区地面塌陷选择不同的监测方法进行比较研究；4. 统计分析法：对监测数据进行统计分析并进行对比分析。

四、预期成果通过本文的研究，预计可以得出以下成果：1. 煤矿采空区地面塌陷的监控方法的概述和比较研究；2. 对永城煤矿采空区地面塌陷情况进行分析；3.研究不同监测方法在监测煤矿采空区地面塌陷中的应用；4. 分析不同监测方法的优缺点和适用范围；5. 对监测数据进行统计分析和对比分析，为预防和治理煤矿采空区地面塌陷提供理论参考。

五、研究难点和解决措施煤矿采空区地面塌陷的监控方法具有一定的难度。

1. 受到地质、地貌等自然条件的影响；2. 人工干预因素；3. 不同监控方法的优缺点需要进行深入的比较和研究。

针对以上问题，我们可以采用以下措施：（一）实地调研，细致记录永城煤矿采空区地面塌陷的地理、构造、岩性和工程条件等，为监测提供基础数据。

（二）开展现场监测，对比分析不同监测方法的精度和误差范围。

（三）多方面考虑综合评估不同监测方法的优缺点，结合具体情况进行选用。

煤矿采空区地面塌陷预测方法探讨
毛歆燕;侯军林
【期刊名称】《中国煤炭地质》
【年(卷),期】2015(000)003
【摘要】采空区地面塌陷危险性预测评估虽然具有局限性，但根据煤层埋深、覆岩厚度、工程地质条件等选取经验数据进行先期预测，可以定量地研究煤层开采对环境造成的影响，对合理进行灾害防治具有实际意义。

本文以华能新庄、肃北县牛圈子四号煤矿为研究对象，分别运用地表移动和变形预计法与地表移动范围角量参数法，分别对缓倾煤层、倾斜煤层进行采空区地面塌陷的预测，通过对预测结果的综合分析，得出宜采用地表移动角量参数法预测缓倾煤层，采用地表移动和变形预计法预测倾斜煤层，为今后类似煤矿采空区地面塌陷预测提供科学依据。

【总页数】3页(P43-45)
【作者】毛歆燕;侯军林
【作者单位】甘肃煤田地质研究所，甘肃兰州 730000;甘肃有色工程勘察设计研究院，甘肃兰州 730000
【正文语种】中文
【中图分类】P642.26
【相关文献】
1.三河煤矿采空区地面塌陷地质灾害调查钻探技术 [J], 赵志杰;刘永;刘宪国;宁少杰;刘亚溪
2.综述煤矿采空区地面塌陷的防治措施 [J], 章才光
3.综述煤矿采空区地面塌陷的防治措施 [J], 章才光;
4.煤矿采空区地面塌陷的防治措施 [J], 李吉奎
5.煤矿采空区地面塌陷及地裂缝的环境治理 [J], 曾华栋
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地质灾害G eologic hazard矿山采空区地面塌陷地质灾害预测及其防治方案研究钟星海，王凯宾，温军军，杜文磊（湖南省地质灾害调查监测所，湖南　长沙　４１００００）摘 要：矿山采空区地面塌陷灾害是影响矿山正常生产的主要因素，本文利用Ｄ－ＩｎＳＡＲ技术对金属矿山进行了形变监测分析，认为矿区东侧地面沉降的可能性较大，其最大沉降面积可达２．４ｋｍ２，沉降区域与深部采空区高度吻合；同时地表塌陷沉降量从中心向两侧逐渐减小，且呈对称关系；与全站仪获得的累计沉降量相比，二者误差均小于５％，说明本次预测是有效地；最后提出“支护＋回填”的方式可以有效地防止地面塌陷问题。

关键词：采空区；地面塌陷；防治方案中图分类号：Ｐ６４２．２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）２２－０１１２－２The prediction of ground collapse geological disaster in emptying area of its prevention and control programmes ZHONG Xing-hai, WANG Kai-bin, WEN Jun-jun, DU Wen-lei（Ｈｕｎａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｈａｚａｒｄ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract:　Ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｄｉｓａｓｔｅｒ　ｉｎ　ｍｉｎｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｎｅ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｕｓｅｓ　Ｄ－ＩｎＳＡＲ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ　ｍｉｎｅ，　ａｎｄ　ｔｈｉｎｋｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅａｓｔ　ｓｉｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｇｒｅａｔｅｒ，　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ａｒｅａ　ｃａｎ　ｒｅａｃｈ　２．４ｋｍ２，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｈｉｇｈｌｙ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ．　Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，　ｔｈｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｅｒ　ｔｏ　ｂｏｔｈ　ｓｉｄｅｓ，　ａｎｄ　ｉｓ　ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ．　Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，　ｔｈｅ　ｅｒｒｏｒ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　５％，　ｗｈｉｃｈ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．　Ｆｉｎａｌｌｙ，　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　＂ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ＂　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｆｒｏｍ　ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ．　Keywords: ｅｍｐｔｙｉｎｇ　ａｒｅａ；　ｇｒｏｕｎｄ　ｃｏｌｌａｐｓｅｓ；　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｇｒａｍｍｅｓ金属矿产资源的开发与利用是社会经济和科学技术发展的基础，但是资源的开发与利用不可避免的对矿区周边的生态环境造成一定的损伤，导致矿山区域地质灾害频发，严重的威胁着矿山的安全生产。

解析法估测采空塌陷区埋地管道的变形及应力吴韶艳;文宝萍【摘要】以西气东输工程中某大型采空区的埋地输气管道监测的资料为工程实例,基于解析法,通过实际管道跨中下沉值反算管道的悬空距离,从而求出管道变形及轴向应力值.解析公式得到的管道下沉值与实际下沉值在沉陷盆地中央部分比较吻合,越靠近沉陷盆地边缘,误差越大,误差最大值达-58％;管道轴向应力与实际轴向应力相差较大,计算得到的管道轴向应力的最大值要小于实测管道的轴向应力最大值,误差为-37.2％;而在管道其他位置的监测点,解析公式得到的值要大于管道实测值.原因在于应用解析法时的一些基本假定与实际差异较大,以及公式中的主要参数在复杂的地质情况下很难确定.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2014(033)009【总页数】2页(P12-13)【关键词】采空塌陷;埋地油气管道;变形;应力;解析法【作者】吴韶艳;文宝萍【作者单位】中国地质大学(北京)水资源与环境学院;中国地质大学(北京)水资源与环境学院【正文语种】中文煤层采空塌陷引发地表变形，导致埋地油气管道变形和损坏，因此分析采空塌陷后埋地管道变形和应力具有非常重要的工程意义[1-2]。

将管道视作弹性支撑梁，采用解析法估算其变形和应力是目前普遍采用的方法，也是相关规范推荐的方法。

以西气东输工程中某大型采空区的埋地输气管道为例。

该煤矿为水平煤层，经过物探等勘察手段知管道下方采空区长度为700 m，煤层开采为360 m，开采煤层厚度为6m，矿区地表为粉质黏土。

输气管道埋深为2m，材料为X70大变形钢，管道外径1 016mm，钢管壁厚21.0mm，钢材弹性模量2.06×105MPa，钢材泊松比为0.3，管道最大内工作压力为10MPa，管道规定的最小屈服强度为485MPa，管道内输送介质为天然气。

由监测资料知，地下开采导致地表出现下沉盆地，管道附近土体出现裂缝，管道出现下沉迹象，管道补口带折皱、翻边。