宁东采煤基地金凤和清水营煤矿采煤塌陷灾害及影响因素研究

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我国的能源结构以煤炭资源为主,煤炭资源的大规模开采与利用对我国的经济和民生带来了很大的便利,但另一方面,煤炭的开采不可避免的会产生各类地质环境问题。其中对经济建设及人民生活影响最大的就是引发的地裂缝和沉陷等灾害。采煤沉陷是一个边缘研究领域,综合了工程地质、采矿、力学、数学、岩土、测量、水文等学科,而在实际研究之中,受到当地地质情况、采煤方法等因素影响,很难对一个地区采煤引起灾害进行准确的预测。本文在前人研究基础上,综合收集资料及实地调查成果,系统研究了当地采煤引发的地质灾害现状、成因分析、致灾规律分析和灾害的影响因素,并应用有限元模拟方法对金凤井田及清水营井田的地表拉力和地面沉陷变形量进行研究,分析巷道埋深及表土性质等对采煤沉陷的影响。通过实地调查、煤矿收集资料、数值模拟这三者之间的对比分析,可对当地新开采井田及已开采的井田之后的灾害趋势做出一些帮助,以及对矿山企业的环境治理措施制定有一定的指导意义。清水营井田和金凤井田地下岩石物理力学性质大致相同,但金凤井田表土为风积沙,物理力学性质差于清水营的黄沙土,而巷道埋深方面金凤井田也更浅。模拟结果表明:巷道埋深越大,冒落带越不容易达到地表,地表拉力越小,就越不容易产生裂缝,而且沉陷也会减小;而表土性质对于裂缝的形态几乎有决定性的影响,土壤黏性越大,产生的裂缝规模就约大。裂缝发育位置与巷道位置息息相关,大型的裂缝群一般都在平行于巷道两侧发育,而巷道上方却很少见,反而巷道的上方会有垂直于掘进方向的小裂缝,因为拉力较小,只在金凤井田等几个表土性质较差的地方发现。本文对于采煤沉陷致灾机理及规律提出了新的思路,为宁东地区的矿山环境问题做出一些帮助,对保障当地矿山附近居民的生命财产安全及矿山企业的安全生产也会有指导意义。
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