積家井礦區(qū)地表沉陷變形形成規(guī)律、致災機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2200m3/d；煤層項底板多為細粒砂巖，有炭質(zhì)泥巖、泥巖偽頂，發(fā)生過頂板垮落現(xiàn)象。因此，對

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)場調(diào)查觀測和數(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)律及致災機理。所作的主要工作有：
　　 (1)對副斜井工作面地表沉降觀測數(shù)據(jù)進行分析，得到的規(guī)律為：當掘進進尺越大時，地下掘進施工影響傳遞到地表所需要的時間較短；地表開始移動后迅速進入活躍期，活躍期周期長，下沉量大，活躍期過后地表移動基本停止。
　　 (2)運用

3、FLAC3D軟件對井筒地下掘進引起的上覆巖層應力和位移的變化過程進行了模擬，分析認為：在厚積沙薄基巖覆蓋區(qū)地下采煤時，地表沉陷是由上覆基巖和積沙層雙層介質(zhì)變形、移動迭加作用所致，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，地下井筒掘進使最大主應力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、，導致最小主應力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?shù)叵戮蜻M區(qū)面積擴大到一定程度，造成一定范圍內(nèi)井筒頂板巖層大面積垮落，隨著掘進區(qū)面積的進一步擴大，引起主關鍵層關鍵塊的依次塌落，塌陷基巖的邊緣裂縫便向上擴展，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，成為相對獨立的作用在基巖之上的靜荷載，伴隨基巖