撫順煤田地質(zhì)災(zāi)害成因機(jī)理與預(yù)測分析研究.pdf

1、地質(zhì)災(zāi)害是在地球發(fā)展演化歷史過程中，由各種自然地質(zhì)作用和人類活動(dòng)所導(dǎo)致的災(zāi)害性事件，目前已經(jīng)成為人們關(guān)心的主要社會問題之一，采礦活動(dòng)區(qū)是發(fā)生滑坡、泥石流、礦震等地質(zhì)災(zāi)害的重要場所。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，若想實(shí)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(fèi)大量的時(shí)間與精力來對這些災(zāi)害的機(jī)理、機(jī)制、規(guī)律進(jìn)行研究，為進(jìn)一步的預(yù)測與防治做好基礎(chǔ)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(jì)的騰飛作出了突出貢獻(xiàn)，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(zhì)災(zāi)害。這些地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生造成了人員的傷亡、財(cái)產(chǎn)的損失、采煤進(jìn)度的中斷，進(jìn)而波及到撫順城市的安全建設(shè)，影響了人們的日常生活。目前撫順煤田開采已經(jīng)進(jìn)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(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，應(yīng)該加強(qiáng)對地質(zhì)構(gòu)造、巖性條件、水文地質(zhì)、應(yīng)力平衡這些影響地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害發(fā)展趨勢和預(yù)測防治提供科學(xué)依據(jù)，這具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本論文針對撫順煤田地質(zhì)災(zāi)害具有深度大、范圍廣、類型多、影響重的特點(diǎn)，在總結(jié)分析引發(fā)撫順煤田地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)環(huán)境背景的基礎(chǔ)上，開展了本區(qū)的斷裂活化特征、巖石性質(zhì)、水動(dòng)力學(xué)等重要因素的研究和利用FLAC軟件結(jié)合有關(guān)地質(zhì)條件對地質(zhì)災(zāi)害的形成演化機(jī)理進(jìn)行了仿真模擬，探討了撫順煤田地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害類型及特點(diǎn)進(jìn)行分析，撫順煤田地質(zhì)災(zāi)害具有多災(zāi)種密集出現(xiàn)、相伴出現(xiàn)和交替出現(xiàn)的特點(diǎn)，從而地質(zhì)災(zāi)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(biāo)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(zhì)災(zāi)害類型、分布范圍、發(fā)育程度、危險(xiǎn)程度及發(fā)展趨勢，將撫順煤田范圍區(qū)劃分為13個(gè)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)、3個(gè)易發(fā)區(qū)和2個(gè)穩(wěn)定區(qū)。
　　(2)通過對

5、撫順煤罔地構(gòu)造和巖性的分析得出:撫順煤田斷層構(gòu)造方向以北東向?yàn)橹?，F(xiàn)1和F1A是影響撫順煤田地質(zhì)災(zāi)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(zhì)構(gòu)造有著直接和間接的關(guān)系，尤其是煤田北側(cè)靠近渾河斷裂的次級F1和F1A斷層對各種地質(zhì)災(zāi)害的影響較大。另一個(gè)影響地質(zhì)災(zāi)害的重要地質(zhì)構(gòu)造是發(fā)育于煤田北側(cè)的殘破倒轉(zhuǎn)向斜，為渾河斷裂擠

6、壓錯(cuò)動(dòng)過程中“拖曳”所致。通過試驗(yàn)和分析得出，地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生于煤系軟巖類和構(gòu)造巖類。
　　(3)利用FLAC模擬水對地質(zhì)災(zāi)害的影響和人為活動(dòng)的影響分析得出，水的作用降低了斜坡體抗剪強(qiáng)度和增加了下滑力。巖體內(nèi)裂隙聚集使含水量增加，將導(dǎo)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(yùn)移產(chǎn)生的滲流力同樣也增加下滑力。同時(shí)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(jié)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(qiáng)，巖石強(qiáng)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(zhì)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(dòng)所形成的深部采空區(qū)對撫順煤田地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害成因機(jī)理分析得出，采礦引發(fā)的局部性、淺層性斷層活化效應(yīng)與采空區(qū)效應(yīng)是撫順煤田各種地質(zhì)災(zāi)害的形成基礎(chǔ)。<

8、br>　　利用FLAC軟件對西露天北幫邊坡進(jìn)行了巖體力學(xué)模擬，模擬結(jié)果顯示:變形破壞一般不會進(jìn)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(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，得出了一套適合預(yù)測撫順煤田采煤沉陷的經(jīng)驗(yàn)公式，并用此對采煤沉陷的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測分析。預(yù)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(gè)方向，其中東面的沉陷區(qū)的擴(kuò)大長度大約為2000m左右，北面的擴(kuò)大長度約為300m