贵州省发耳煤矿尖山营变形体形成机制研究

发布时间：2020-09-24 18:53

　　地下开采影响下由于上覆岩体变形破坏而引起的山体滑坡称为采动滑坡,产生变形的斜坡可称为采动斜坡。近年来,随着贵州省社会经济的快速发展,煤矿资源的开发力度大大增加,而随之引起的矿山地质灾害也日趋频发,其中以贵州六盘水地区最为突出。在六盘水地区,许多斜坡在煤层开采作用的影响下已发生变形多年,但至今为止都未发生整体破坏,这就给地质灾害防治提出了严峻的考验:稳定性到底怎么样?工程治理难度大、搬迁避让成本高,是搬迁还是治理?如果治理,如何治理?而解决这一问题的关键是:在认识采动斜坡变形演化规律的基础上,正确评价采动斜坡稳定性。因此,开展在这种复杂开采条件下对斜坡的形成机理分析影响具有重要意义。基于此,本文以贵州省六盘水市发耳煤矿尖山营变形体为典型案例,通过野外调查、物探和矿山资料收集等手段,查明了变形体的斜坡结构特征、采空区分布特征、变形破坏特征的基础上,采用颗粒流数值模拟,分析了变形体的形成机制,并在此基础上对比了单层开采和多层开采条件下对斜坡的变形破坏影响,为以后煤矿的开采和矿山灾害的防治提供一定的参考意见。主要取得以下研究成果:(1)查明了尖山营变形体的基本特征。尖山营变形体以山脊线为分界线,呈大角度的“V”字形,在其NE侧斜坡呈平缓反倾坡内的层状结构,而在其SW侧则为横向坡,其具有软硬互层结构特征。坡体下部发育6层可采煤层,有着较长的开采历史,形成了大面积的采空区,受采动作用的影响,斜坡整体变形较为明显,坡体内部裂隙发育,坡脚泥岩破碎挤出现象明显,坡顶发育35条大小不一的裂缝。(2)获得了岩石的微观力学参数和节理网格模型。通过室内试验数据与岩石数值模拟试验的对比及工程类比法得到了研究区岩石的微观力学参数,并运用颗粒流模拟中的等效岩体技术构建了较为相似的节理网格模型。(3)数值模拟基本模拟出了尖山营变形体的坡体变形变化和裂缝的扩展过程。尖山营变形体在M1号煤层开采后,斜坡内部就已产生了大量裂隙,有的裂隙延伸至了坡表,坡体后缘也发生了一定程度的倾倒,坡脚泥岩受到挤压,较为破碎。随着开采的进行,开采M5-3号煤层后坡表已有多条贯通的长大裂缝,后缘倾倒也更加明显,坡脚泥岩更加破碎。当M10号煤层开采完成后,坡表裂缝数量虽没有进一步增加,但随着斜坡内部的应力调整,有的裂缝已呈现倾倒趋势,且沉降大幅度增加,使冒落带压密,岩层发生错断,坡脚此时已较为鼓胀。当开采完成后,推测随着后期的降雨,坡表大裂缝将进一步充水发育,斜坡在水的作用下,将会形成“阶梯状”潜在滑面,随着雨水在斜坡内部的囤积,滑坡体后缘产生巨大推力,“锁固段”可能被剪断,使斜坡发生整体滑动。(4)通过对单层开采作用下斜坡变形的对比分析,探讨了采空区位置、深度和长度对斜坡变形破坏的影响。结果表明:在单煤层开采时,采空区的相对坡体位置对斜坡的影响较大,当斜坡采空区位于坡肩投影线的外部时,斜坡的变形较为明显,且采空区跨越坡肩的长度越长,变形越为剧烈;当采空区位于坡肩投影线的内部时,对斜坡的变形影响较小。同时,开采深度和长度对斜坡变形在一定范围内影响较小,当其差值较大时,对斜坡变形才会有较为明显的影响。(5)通过对多层开采作用下斜坡变形的对比分析,探讨了开采厚度和重复采动对斜坡变形破坏的影响。结果表明:在多煤层开采时,开采厚度对斜坡水平位移的影响较为复杂,无明显规律,除与开采厚度密切相关外,还受到坡体内部裂隙发育程度的影响,而竖直位移和合位移则都随着开采厚度减小而减小。同时,在多煤层开采时,斜坡的最大沉降量都大于或等于开采厚度,最大沉降量往往出现在煤层采空区重叠程度最大的地方,且随着重叠程度的增加,其最大沉降量超出开采厚度的程度越大,说明在多煤层开采时受重复采动影响较大。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD325;P642.22
【部分图文】：

分布图,贵州,分布图,贵州省

第1章引言1.1 选题依据与研究意义我国是世界上矿产资源最为丰富的国家之一。其中，贵州省更是全国有名源大省。近年来，随着贵州省社会经济的快速发展，煤矿资源的需求量大幅，传统的地下浅层开采已经满足不了贵州省的煤矿资源需求，导致贵州省对资源的开采形成了由外及内、由地表到深部的发展趋势。然而随着开采深度增加，必然形成大量的采空区，打破了原岩中应力的平衡状态，围岩的应力在坡体内部重新分布，使坡体有的部位出现应力集中的现象。同时，一些采支护设施较为简陋，随着时间的推移，支护设施逐渐失效，将会引发一系列山地质灾害，如地面塌陷、地裂缝、地表移动、煤层自燃、矿震以及由于采而造成的崩塌、滑坡、泥石流等，其中以贵州六盘水地区最为突出，如图 1示。

空间分布,采动滑坡,贵州省

（c）贵州马达岭滑坡（d）贵州普洒村滑坡图 1-2 贵州省典型的采动滑坡采动滑坡不同于由于自身构造原因而产生的自然滑坡，除与地形条件、地层岩性、岩层厚度、岩性组合特征等有关外，还与采空区位置、采空区空间分布（采空区高度、长度、面积）、开采方式及煤层相对位置有着密切的联系。目前，对于采动滑坡的研究多数仅限于采动滑坡自身原型的研究，很少有学者考虑不同采深、煤层相对位置和开采厚度对边坡的控制作用研究。因此进一步加深对采动滑坡的认识，研究不同开采条件下对采动斜坡变形破坏作用的影响显得尤为重要。发耳煤矿位于贵州省六盘水市，区域地形南西高北东低，采煤历史悠久，井田内含煤地层为龙潭组，目前已开采了 M1、M3、M5-2、M5-3、M7、M10 号 6层煤，尖山营变形体在多煤层开采作用的影响下已发生变形多年，但至今为止都未发生整体破坏，这就给地质灾害防治提出了严峻的考验：稳定性到底怎么样？工程治理难度大、搬迁避让成本高，是搬迁还是治理？如果治理，如何治理？而解决这一问题的关键是：在认识采动斜坡变形演化规律的基础上，正确评价采动斜坡稳定性。因此，开展在这种复杂开采条件下对斜坡的形成机理分析影响具有重要意义。

变形体,概况,覆岩

图 1-3 尖山营变形体概况1.2 国内外研究现状采动滑坡的发生是一个较为复杂的过程，简单而言，首先是煤层进行开采以后，采空区顶板弯曲冒落，进而发生塌陷，最终斜坡发生整体变形破坏。本文水城县发耳镇尖山营变形体为研究案例，主要采用颗粒流数值模拟的方法分析该变形体的形成机制并对比不同开采条件下对采动斜坡的变形破坏影响。因此，本文主要从采空区覆岩变形研究现状、采动滑坡研究现状、颗粒流数值模拟研究现状三个方面论述国内外研究现状。1.2.1 采空区覆岩变形研究现状采空区覆岩变形的研究最初始于国外，1858 年比利时学者 Gonot 在基于Lierio 城地下水流失的研究基础上，提出了第一个采动理论“垂线理论”（C.r可威尔辛，1959）；1876 年德国学者 Jlcinsky 和 1882 年德国学者 Oesterr 又分别

【参考文献】