采煤沉陷区岩质边坡悬臂—断裂失稳破坏模式研究

发布时间：2020-06-18 22:09

【摘要】：重庆市煤炭资源开发历史悠久，但随着煤炭资源的开采，造成了大量的采煤沉陷区并伴随着大量的滑坡、崩塌等地质灾害。目前，矿区由于地下开采，地表坡体的应力平衡状态短时间内被破坏，容易引起突发性的滑坡或崩塌。而目前关于采矿活动与滑坡灾害的研究往往以单个滑坡为研究对象，缺乏对其系统规律的认识，因而对沉陷区地质灾害防治指导价值有限。本文以科研项目采煤沉陷区基岩陡坡孕灾机制及成灾模式研究为依托，通过对重庆周边采煤矿区岩质边坡资料的统计调查，首先将煤矿沉陷区的岩质边坡的破坏模式划分为较为典型的四大类，建立起一整套的分类体系，其中悬臂-断裂失稳破坏模式做为重点研究；其次，通过对该地区某一典型悬臂-断裂模式的边坡——望霞危岩进行建模分析，基于对其破坏过程的模拟，分析总结出悬臂-断裂失稳破坏模式的破坏过程及机理；再次，将悬臂-断裂破坏模式的坡体模型进行简化，通过对完整坡体以及缺陷坡体的区分，分别建立数值模型进行模型在开挖作用下的受力特征分析；最后，在已建立模型的基础上，确定各类影响因素对该类型岩质边坡稳定性的影响规律。主要结论如下： ①通过现场调查和分析，将重庆市采煤沉陷区采矿活动下坡体变形破坏的力学模式分为悬臂-断裂破坏模式、外倾-拉裂破坏模式、内倾-压致破坏模式和外推-压致破坏模式；根据采矿活动对坡体稳定性的影响程度不同，将沉陷区基岩陡坡破坏划分为采矿主导型和采矿诱导型两类；同时根据现场调查结果，提出本地区采煤沉陷区基岩陡坡的变形破坏形式主要有3类，即：滑移形式、剪切形式和倾倒形式。 ②采用数值分析，针对望霞危岩这一具体坡体的变形失稳过程进行研究，揭示了采矿条件下岩质坡体的变形失稳过程及机理：采矿活动对坡体整体性的破坏主要表现在两个方面，一方面使原有的裂隙、缺陷进一步发展，或形成新的裂隙，另一方面采空区会产生新的裂隙，并逐渐向上部发展，当与坡体上部裂隙贯通时，坡体则发生失稳破坏；另外，研究得出采空区上部岩体的剪切应力随采空区范围的扩大而增加的规律，并总结得出悬臂-断裂模式下坡体破坏演化过程的四个阶段。 ③重点以悬臂-断裂型破坏模式为基础，在提出完整坡体以及缺陷坡体的概念之后，分别对两种不同类型的坡体的破坏失稳进行研究，研究发现完整坡体条件下，下部开挖对坡体稳定性造成的影响规律与岩体的岩性有关，在岩性较为坚硬时，随着悬臂高度的增加，最大断裂长度有现增加后趋向平缓的趋势，而在岩性较软时，随着悬臂高度的增加，最大断裂长度呈现下降趋势；缺陷坡体条件下，不同裂缝深度条件、采空区距离变化时，煤层开挖前后裂缝尖端应力集中系数均发生变化，并呈现一定的规律性。 ④在坡体稳定性的影响因素研究中，提出了安全系数变化率的概念，用于分析采矿活动中对坡体稳定性存在影响的各项因素，确定了煤层倾角、上覆坡体岩性、上覆坡体倾角、采空区宽度以及采空区位置对采空区岩质坡体稳定性的影响规律。本文在研究过程中采用了一些新的研究思路及方法，同时在前人研究成果的基础上分析总结出了一些结论，对于促进重庆市地质灾害防治工作的研究及实践均能起到积极的作用。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD327;TU457
【图文】：

分布情况,危岩,分布情况,塌陷坑

图 3.1 望霞危岩分布情况图Fig. 3.1 Distribution of Wangxiaperilous rock霞危岩卸荷裂隙及塌陷坑发育特征调查表明，危岩体受两组节理裂隙切割：①240~250°∠80~，宽度 3~200cm，基本无充填，部分地段的裂隙中充填有粘土0°∠75~85°，间距 1.0~3.5m，宽度 3~15cm，基本无充填。危岩 1999 年 7~8 月首先出现变形，99 年的变形在现场发现 9 于物探发现的隐伏裂缝(图3.2中的L8和L9)，其余裂缝可见长度m，总体方向为 100~120°和 40~70°；塌陷坑 4 处；煤洞 10 条 8 月 21 日集中降雨以来，望霞危岩东段变形明显并有加剧之：危岩体顶部发育的 2 个塌陷坑不断扩大，西侧塌陷坑 1 近似约 93m2，可见深度 5~6m；东侧塌陷坑 2 近似圆形，塌陷面积

塌陷坑,危岩,裂缝

②150~170°∠75~85°，间距 1.0~3.5m，宽度 3~15cm，基本无充填。望霞危岩 1999 年 7~8 月首先出现变形，99 年的变形在现场发现 9 条裂缝，其中2条属于物探发现的隐伏裂缝(图3.2中的L8和L9)，其余裂缝可见长度5~23m，宽 3~10cm，总体方向为 100~120°和 40~70°；塌陷坑 4 处；煤洞 10 条(见图 3.2)。从 2010 年 8 月 21 日集中降雨以来，望霞危岩东段变形明显并有加剧之势，具体反映如下：危岩体顶部发育的 2 个塌陷坑不断扩大，西侧塌陷坑 1 近似椭圆形，塌陷面积约 93m2，可见深度 5~6m；东侧塌陷坑 2 近似圆形

【参考文献】