抚顺市区地裂缝分布特征、成因机制及活动性预测模型研究

发布时间：2018-01-17 15:07

  本文关键词：抚顺市区地裂缝分布特征、成因机制及活动性预测模型研究　出处：《吉林大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 抚顺市区 矿山型地裂缝 展布规律 “孕裂”背景 “启裂”条件 成因机制 预测模型 构造断裂

【摘要】：辽宁省抚顺市是我国主要的大型资源型矿业城市。由于抚顺市区具有浑河活动断裂、地下采煤及露天采煤等复杂的地质构造背景与人类工程活动,致使不同成因的地裂缝广泛分布于市区,严重影响抚顺市的经济发展和社会稳定。本课题通过对抚顺市区地裂缝的全面调查以及研究,旨在查明抚顺市区地裂缝分布及成因机制的基础上,形成一套针对基岩地裂缝和矿业城市地裂缝地质灾害的研究方法,建立抚顺市区地裂缝活动性预测模型,为抚顺市的规划、可持续发展与环境治理提供依据,也为其它资源型城市关于地裂缝地质灾害的预防与治理提供借鉴,对矿山型地裂缝的研究具有重要的理论与实际意义。本文首先从地质环境背景出发,构建出各区域内地裂缝形成的地质结构模型,掌握其孕裂环境,结合野外调查,查明抚顺市区地裂缝的展布规律、发育现状以及与下伏构造断裂的关系;其次在掌握抚顺市区地面沉降变形特征的基础上,结合研究区地裂缝的分布特征,探索地面沉降变形与地裂缝的内在联系,并开展“开采沉陷变形预测模型”研究,实现对地裂缝活动趋势的监控和预测;然后通过数值模拟不同露天煤矿开采、地下煤矿开采、水平构造地应力作用下地裂缝形成、发展过程,概化出各地裂缝的形成机制;最后在数值模拟数据的基础上,结合非线性最小二乘法,开展地下煤矿开采下地裂缝活动性预测模型的研究。得到以下主要结论:1)抚顺市区地裂缝为典型的矿山型地裂缝,目前共发育12条,地裂缝总体走向为NEE,具有明显的总体走向一致性的特点,且与抚顺市区主要断层走向一致,是与下伏断层相连的构造破裂面。根据其分布的区域性及形成的地质背景特征,可划分为四个主要地裂缝带:抚顺西露天矿南帮地裂缝带,包含I号和II号地裂缝,地质结构模型为受花岗片麻岩古风化壳及玄武岩软弱破碎带控制的峡谷型;抚顺西露天矿北帮-南阳路地裂缝带,包含III、IV、V号地裂缝,地质结构模型为受浑河系列断裂带控制的深埋插入-峡谷型;劳动公园-海新河地裂缝带,包含VI、VII、VIII、IX、X、XI号地裂缝,地质结构模型为受浑河系列断裂带控制的深埋插入型;海新路地裂缝带,包含XII号地裂缝,地质结构模型为受F13断层控制的盆地型。目前活动强度最大的为抚顺西露天矿南帮地裂缝带。2)由地下开采引起的地面沉陷变形特征符合“S”型曲线特征,基于反正切函数建立的地面开采沉陷变形预测预报模型是一个实时的预测预报模型,由最新的监测数据得到最新的拟合参数,通过参数的不断修正生成最新的拟合曲线,能够及时把握变形的动态发展趋势,在中短期预测预报方面应用效果很好,具有很高的预测精度,可以运用到对由地下煤矿开采诱发地裂缝发展趋势的预测预报。3)XI号-VI号地裂缝均分布于老虎台矿塌陷坑及其北侧影响范围内,其形成和发展在一定程度上受到构造断裂的影响;随着离开采中心的距离越远,地面垂直沉降变形量越小,沉降变形等值线也越疏松,地裂缝垂直方向的发育规模和强度也越来越小;在浑河构造断裂带NE延伸方向上,当超出地下开采的影响范围以及受F13断层的阻隔作用影响,地裂缝便不发育。4)抚顺西露天矿南帮地裂缝带属于受双滑面超大型推移式滑坡控制和制约的滑坡后缘地裂缝,为人类露天煤矿开采作为主导因素的非构造地裂缝。地下煤矿开采,露天煤矿开采,构造断裂,水平构造地应力是影响抚顺市区其余地裂缝形成和发展的主要因素,其中浑河断裂带在太平洋板块和印度板块相互碰撞挤压作用下,导致地壳深部断裂长期蠕动孕育了隐伏的裂缝直达地表,在地下煤矿开采、露天煤矿开采作用下诱发浑河系列断裂带发生错动,在地表表现为变形突变,引起地裂缝超强活动。因此抚顺市区大多数地裂缝是由断层构造作为“孕裂”背景,地下煤矿和露天煤矿开采作为“启裂”条件,高水平构造地应力作为限制条件的“采沉构造地裂缝”,为混合成因地裂缝。且随着地下煤矿及露天煤矿的继续开采,导致各区域地裂缝的活动强度不同程度的增加。5)首次考虑水平构造地应力在地裂缝形成和发展过程中的影响,数值模拟分析结果为:在一定程度范围内能够遏制地裂缝活动性,但当超过界限后将反向增强地裂缝的活动强度。不同区域内对水平构造地应力的响应强度不同,西侧剖面由于露天坑的存在,使得水平构造地应力对地裂缝发展趋势的影响更为强烈,应力界限为25MPa,且随着水平构造地应力的增加,此区域地裂缝反向发育强度越高,而其它剖面,应力界限推移到60MPa甚至更大。6)通过数值模拟地下煤层厚度、埋藏深度、水平掘进距离对典型地裂缝活动性(包括垂直、水平方向)的影响分析,结果表明在保持其它任意两个条件不变的情况下:煤层厚度增加,地裂缝活动性增强;煤层埋藏深度增加,地裂缝活动性减弱;水平掘进距离增加,地裂缝活动性增强;且以水平掘进距离为代表的人类矿采活动对地裂缝活动性的影响程度最大。基于地下煤层厚度、埋藏深度、水平掘进距离与典型地裂缝活动性曲线关系建立的三元n次多项式函数预测模型与数值数据的拟合精度很高,能够通过三个影响因素参数的录入实现地裂缝垂直与水平方向活动趋势的预测。
[Abstract]:Based on the background of geological environment , the paper constructs a set of geological structure models for the ground fissure in Fushun City . It can be divided into four main fracture zones based on the geological environment background . The geological structure model is the deep - buried insertion - canyon type controlled by the Hunhe series fault zone . The fracture zone of the ground mining subsidence caused by underground mining is the deep - buried insertion type controlled by the Hunhe series fault zone . The deformation characteristics of the ground mining subsidence caused by underground mining are in accord with the characteristic of " S " type curve . The formation and development of the ground mining subsidence caused by underground mining are the main factors affecting the formation and development of the remaining ground fissures in Fushun . In this paper , the influence of horizontal tectonic stress on the formation and development of ground fissure is studied by numerical simulation . The results of numerical simulation are as follows :

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P642.26
，

本文编号：1436755