金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律

2-2开采引起的地表沉陷规律#

3、指向上山方向的水平移动大于指向下山方向的水平移动。
4、最大拉伸变形在下山方向，最大压缩变形在上山方向。
五、地表移动与变形参数分析
（一）地表移动变形参数的影响因素（二）地表移动速度和持续时间（三）最大下沉值与下沉系数（四）主要影响半径与主要影响角（五）水平移动系数（六）拐点偏移距
dx
倾斜的正负号
x
W(mm)
δo ψ3
ψ3 δo
r
(a)
-
x
+
i(mm/m) (b)
有两组方向不同的倾斜边界点和最大下沉点之间的倾斜必然有正极值和负极值存在。
倾斜的正负号的物理意义
垂直于地表下沉曲线的杆状物倾倒的趋向与 x轴正向相同时，倾斜为正；杆状物倾倒的趋向与x轴负向相同时倾斜为负。
1′ 2′
9′ 8′
3′
7′
4′5′6′
δo ψ3
ψ3
δo
r
•W=W（x） •最大下沉值在盆地中央 •下沉曲线凹凸分界的拐点处，下沉值约为最大值的一半。
2、水平移动 U
地表移动向量的水平分量
1 23 4 5 6 7 8 9 x
1′
2′
8′
9′
3′
7′
4′ 5′ 6′
δ0
ψ3
ψ3
δ0
U=U（x）,有两组方向不同的水平移动
•移动盆地裂缝边界
A"C"B"D"
D D′ D″
采空区
A A′A″
B″ B′B
o
C″ C′
C
A A′A″ φ
B″B′ B φ
δ″δδ0
δ0 δδ″
D″ D′D φ

地面塌陷形成机理、分布特点及其防治措施

(二) 共生现象岩溶地区在自然和人为因
素作用下除产生塌陷外，还可由于自身所具有的条件出现与之共生的地面变形现象，如沉陷和地裂。它们与塌陷没有必然的成因联系，而是与塌陷不同的另一类变形现象，认识它对于区别塌陷现象有着重要的意义。
造运动形成的地裂可偶见外，较常见的是岩溶地区的红粘土中因具有胀缩性(遇水膨胀、失水收缩) 土中因具有胀缩性(遇水膨胀、失水收缩)而产生的地裂，并常使建筑物开裂损坏。另一类地裂是由于地面沉降而引起的，伴随地面沉降而出现和分布。沉降愈强烈，地裂也愈密集，其延伸长度由数十米至百余米不等。如江西乐平花亭锰矿在放水试验时伴随降出现地裂150多条，最大长度 160米，可见最深2米。
地面塌陷形成机理、分布特点及其防治措施
2009年 22日是第40个世界地球日” 2009年4月22日是第40个“世界地球日”。在这样一个“爱护地球、保护家园” 在这样一个“爱护地球、保护家园”的日子里，人们都希望能减少日渐增多的地质灾害。中国是世界上地质灾害最为严重的国家之一，特别是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降等地质灾害，严重威胁着人民生命财产安全和制约着社会经济的可持续发展。滑坡和泥石流是人们少见的地质灾害，但是地面塌陷和地裂缝就比较常见。
1.4 岩溶塌陷的分布
我国岩溶塌陷分布广泛，除天津、上海、甘肃、宁夏、以外的26个省上海、甘肃、宁夏、以外的26个省（区）中都有发生，其中以广西、湖南、贵州、湖北、江西、广东、云南、四川、河北、辽宁等省（区）最为发育。据统计，全国岩溶塌陷总数达2841处，塌陷坑33192个，总数达2841处，塌陷坑33192个，塌陷面积约332平方公里，造成年经塌陷面积约332平方公里，造成年经济损失达1.2亿元以上。济损失达1.2亿元以上。

煤矿开采塌陷

煤的产生是在若干年以前，大量的植物毁灭之后，经过地壳长岁月的高温，高压，由植物变成煤的一个碳化过程的结果。煤的地下埋藏形式，一般以层状式出现（老百姓称之为，铺山煤）。贵州的大部份地区的煤都属于这一类。煤的开采，由于沉积环境，时间不同，其开采方式亦不同，我国的新疆、丙蒙等，由于煤埋藏浅，煤层厚，一般都采用露天开采，（就是用机械将表土剥离后，直接采煤，但是，国内大部份煤碳开采都采取峒采）。峒采的方式可分为：竖井开采，（如盘县的三脚树矿、金沙的林华煤矿等）。斜井开采，平峒开采等。在峒内采煤的手段主要有：人工挖采）（小煤窑），炮采（小型煤矿），机械化开采，（一般指大型煤矿，如盘县火铺矿、土城矿、响水矿、纳雍的踪岭矿等年产量百万吨以上的煤矿）。
（4）造成矿井报废和生命财产损失：塌陷的加剧会导致塌方和矿井进水，从而造成矿井报废，甚至发生人身灾难。我省的遵义、六盘水等地区都曾发生过。（5）造成山体开裂，引起崩塌。在陡峭临空的地形条件下，因山崖下采矿的管理不善和采矿设计不当，长期采掘会造成上覆山体开裂变形，最终产生倾倒滑崩等地质灾害。（如图片三、四）如94年4月30日上午11时45分，四川涪陵地区武隆县鸡冠岑发生巨大山崩，崩塌岩体总体积为397万立方米，崩塌堆积物分布总面积为17.85 万平方米，致使乌江断流达半小时，形成堰塞湖，上、下不位落差达10 米，崩塌摧毁年产6万吨煤矿一座，击沉不同规格的大、小船只4艘，死亡4个，12人下落不明。直接经济损失1089万元。事后调查，造成山崩的原因之一，就是人类采矿影响。山崩地段在解放前就开采煤矿的历史，近年又新建了兴隆煤矿，主井深达1100米，风井深达1300米。在崩塌发生前，94年2月就已发现兴隆煤矿的水池开裂漏水，94年3月又发现风井内拱圈井裂严重，并时有掉石塌方现象发生。说明采煤破坏了山体下部稳定。类似的崩塌灾害在2002年纳雍宗岑矿附近也曾发生过一个村寨被崩塌物掩埋，死亡9人的灾害事件。

试论金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律

试论金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律随着国家资源开采工作不断深入，国家的矿山开采工作已经逐渐完善，但是仍然发生一些金属矿地地质灾害。

本文首先对金属矿山地面塌陷进行了简单的分析，继而以某一矿山地面塌陷为例，详细分析矿山地面塌陷的规律，继而提出了几点关于地面塌陷区的防治措施。

通过本文有针对性的对金属矿山地面塌陷问题展开深入研究，为相关矿山开采工作提供具有参考价值的资料。

标签：金属矿山；地面塌陷；地质构造0引言金属矿开采的地面塌陷，普遍是因为采矿活动引发的地面塌陷也可以被称为踩空塌陷，这种塌陷更为复杂，并且无法被准确量化。

因此必须准确把握住金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律，才能够对地面塌陷展开相应的防治工作。

虽然现阶段金属矿山采空塌陷的预测方法已经得到了一定的发展，但是在实际应用的过程中，还缺少通用的理论方式，需要加强对矿山地面塌陷规律的深入研究。

1金属矿山地面塌陷分析金属矿山容易出现地面塌陷可能是因为其矿种多样性以及金属矿山本身的地质规律造成，因此对于金属矿种，即使同一种矿，如果在不同的区域，拥有不同的地质背景和地质条件那么其本身就会存在一定的差异性，正因为金属矿山和普通煤矿的建造方式不同，产出的状态也不同，在地面塌陷的规律上也会存在不同。

而矿山地面塌陷不只是对矿山本身的开采工作带来危险，还对矿山周围的建筑物、铁路、公路、农田等造成破坏，甚至严重的情况下，会给矿区周边的人民带来生命财产安全问题。

金属矿山地下开采地面塌陷主要是因为矿山地下开采而形成相应的采空区，在采空区上覆岩体和上浮岩土体的双重压力下，产生向下弯曲和移动的情况，当到达一定的极限时，会发生断裂，垮塌，采空范围也会随之而不断扩大，在地表上形成塌陷，最终形成三带，分别为冒落、裂隙以及弯曲变形带。

2金属矿山地面塌陷规律2.1地质环境本文以某矿山为例，该地区内的地质构造较为复杂，包含了多种地质岩组，其中大理岩和闪长岩组的强度最高，而砂砾石和黏土岩组的强度最低，而在采场范围内，包含了块状、层状以及层状碎裂、碎裂以及散体等多种结构，而其中层状碎裂和碎裂结构和散体结构，在开采过程中都是容易造成地面塌陷和滑坡的岩体结构。

金属矿山充填法开采引发地表突然塌陷机理分析

金属矿山充填法开采引发地表突然塌陷机理分析郭捷;马凤山;赵海军;卢蓉;丁阔;武拴军;王虎【摘要】虽然充填采矿法适应性强,充填体对覆岩移动有较好的控制作用,但其上覆岩层的突变失稳仍然会发生.基于金川龙首矿西二采区覆岩失稳导致地表突然塌陷的实例,对此次事件的发生机理进行了初步分析.在对塌陷区进行调查及地表变形监测的基础上,得出导致覆岩失稳的四大因素:F8断层、采动附加应力、采区特殊地质条件以及充填开采方式;对矿山上覆岩层的失稳过程进行了概化模型分析,事件发生的过程可分为3个阶段:压力拱模型阶段、断层滑移阶段、悬臂梁模型阶段.%The backfilling mining,widely used,has good effect on controlling overlying rock movement.But sudden collapse also occurred in No.2 west mining area of Longshou Mine in Jinchang Nickel Mine.For thisemergency,mechanism of preliminary analysis has been done.There are four factors by investigation and monitoring in collapse area:Fsfault,subsidiary stress of mining,special geological conditions of mining area,and backfilling method.We also built a sketch model for analyzing failure process and divided it into three stages:pressure balance arch stage,fault slipping stage,and cantilever beam stage.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2017(037)003【总页数】5页(P461-465)【关键词】地表塌陷;覆岩失稳;压力拱;断层滑移;充填采矿法【作者】郭捷;马凤山;赵海军;卢蓉;丁阔;武拴军;王虎【作者单位】中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室,北京100029;金川集团股份有限公司龙首矿,甘肃金昌737100;金川集团股份有限公司龙首矿,甘肃金昌737100【正文语种】中文【中图分类】P642.26;TD327充填法开采是现今广泛应用于各大矿山之中的采矿方法。

采空区塌陷规律资料

采空区塌陷规律资料第一章绪论研究背景随着国民经济的快速发展，对矿产资源需求口益增加，伴随着矿石的开采人们获得了巨大的经济效益，然而采空区安全问题口益突出。

部分矿山采用空场采矿法开采，矿体开采后，形成了大面积采空区，随着采空区规模的扩大，采空区地压不断增加，局部出现应力集中现象，采空区局部冒落，矿柱变形并破坏，最终有可能导致采空区塌陷，严重威胁到矿山的安全生产。

近几十年来，采空区冒顶塌陷事故不断，造成了重大人员伤亡和经济损失，部分采空区现状己成为矿山安全生产的重大隐患，采空区塌陷己成为矿山生产的重要地质灾害之一「1-3] 以大冶桃花山矿采空区塌陷事故为例，该矿山采用空场采矿法，经过多年开采，己形成多水平大面积采空区。

由于回采结束后采空区缺乏有效支护手段，1998年至2003年矿山共发生过六次采空区塌陷事故，上下采空区连通且塌陷至地表，形成了一个长约70- 80 米，宽约30-}-50米，50米深，面积约3000平方米的近似圆形塌陷坑，给矿山生产带来了巨大经济损失[[4-6]采空区塌陷是一个复杂的力学时空过程，矿山岩体复杂，影响因素极多，解决这类问题需要进行全面系统的研究。

研究采空区塌陷规律，可以找出矿山采空区塌陷的主要影响因素，判断塌陷区的发展趋势以及现有采空区的稳定性，为采空区塌陷预警、采矿工程设计、采空区治理工作、采空区安全评价等提供理论依据。

准确的采空区塌陷规律研究对矿山安全和生产具有重大作用，准确的研究结果可保证最大限度的回收国家矿产资源，避免资源的浪费，为矿山带来巨大经济效益，同时可指导矿山生产的安全进行，预防塌陷事故的发生和降低塌陷事故带来的危害。

因此，在地下采矿形成大规模采空区时，掌握采空区塌陷规律，对矿山安全生产的顺利进行具有重要意义[7]。

2国内外研究现状采空区塌陷规律的研究，是矿山重要课题之一。

采空区塌陷问题研究的重点是采空区顶底板的管理、采空区围岩的控制、采空区上覆岩层移动规律和采空区地压活动所导致灾害的控制及地表沉陷的控制。

矿山开采的地面塌陷与沉陷控制

分析这些国家在地面塌陷与沉陷控制方面的技术和经验，包括监测预警、应急处置、采矿技术等方面的措施。
对这些国家的控制效果进行评估，分析其成功的原因和经验教训。
通过国际比较和分析，可以借鉴国外先进的控制技术和经验，提高我国矿山开采的安全水平。
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开采深度和范围
开采深度和范围越大，对岩土的扰动越强烈，地面塌陷与沉陷的风险越高。
其他因素
气候条件
降雨、风化等气候因素会加速岩土的破坏，增加塌陷和沉陷的风险。
人类活动
不合理的土地利用、工程设计和施工等人类活动也可能导致地面塌陷与沉陷的发生。
03
地面塌陷与沉陷的危害
对环境的危害
01
02
03
破坏地形地貌
水文因素
地下水运动
地下水的流动和压力变化会影响岩土的稳定，特别是在水位较高的地区，容易发生沉陷。
水文地质条件
矿区的含水层分布、地下水流向和补给方式等水文地质条件对地面塌陷与沉陷有重要影响。
采矿活动因素
开采方式
不同的开采方式对岩土的扰动程度不同，如地下开采的矿柱支撑、空区处理等都可能引发塌陷和沉陷。
塌陷和沉陷可能给周边居民带来心理压力和恐慌，影响心理健康。
影响社会稳定
大规模的塌陷和沉陷可能导致社会不稳定因素增加地面塌陷与沉陷的控制方法
预防措施
制定合理的开采计划
加强地质勘查
根据矿山的实际情况，制定科学的开采计划，控制开采范围和深度，避免过度开采和破坏地质结构。
矿山开采的基本流程
规划设计
根据矿床赋存条件、资源储量和市场需求等因素，制定采矿计划和工程设计。
矿石加工
对采出的矿石进行破碎、磨矿、选矿等加工，提取有用矿物。

ch2-1 开采引起的地表沉陷规律

ψ
3
δo r
2、倾斜
倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，用i表示单位为mm/m，i坐标轴向下为正
倾斜
Δ X W A B W
A
o WB
X
i AB
WB W A W x x
W dW i lim t x 0 x dx
倾斜是地表下沉的一阶导数，i(x)
倾斜的正负号
i = tg 正负号的决定： ① i=tg 下沉曲线的切线与 x轴正向所夹锐角为 + 时 ,倾斜 w 为正; 下沉曲线的切线与 x轴正向所夹锐角为-时倾斜为 o 负。 ② 左侧w0 右侧w0
D D′ D″ 采空区 A A′A″ o B B″ B′
γ γ γ ″
0
C″ C′ C A A′A″ φ B″B′ B φ
δ δ″ δ
0
δ δ δ″
0
C C′ C″ φ
β ″β β
0
θ
急倾斜煤层边界角、移动角、裂缝角
φ φ φ φ
" β
β β0
λλ
0
" λ
急倾斜煤层的顶板、底板边界角、移动角和裂缝角
下沉曲线的凹凸或内外边缘区分界点称为拐点
δ
0
B
B
非充分采动的近水平煤层地表移动盆地
B
δ
A A
ψ3 ψ3
0
采空区
B
δ0
ψ3 A
ψ3 A
δ0
δ
0
B
B
缓倾斜和中倾斜煤层地表移动盆地
B
γ0
采空区
A
W0
B
β0
1 ψθ
A
移动盆地在倾向方向上与采空区不对称

矿山塌陷的原理

矿山塌陷的原理
矿山塌陷是指在矿区开采过程中由于地质构造、地下水位变化、采煤方法等因素导致地表或地下产生塌陷现象。

矿山塌陷的原理主要包括地质构造变化、地下水位波动、采煤工艺和开采支架等多种因素的综合作用。

首先，地质构造变化是引起矿山塌陷的重要原因之一。

地质构造不断的变化导致地表出现不稳定的现象，煤层、岩层的变形和错动使得地面承载力发生变化，进而导致地表出现塌陷。

在地下煤矿开采中，如果没有对地质构造进行充分的调查和预测，就会导致塌陷事故的发生。

其次，地下水位的波动也是引起矿山塌陷的重要原因之一。

在煤矿开采过程中，会产生大量的废水和地下水外流问题，使得地下水位发生变化。

当地下水位下降到一定程度时，会导致地表和地下煤层受到不均匀的压力作用，从而引起塌陷现象。

此外，地下水位的波动也会导致地表土层的稳定性下降，增加了地表塌陷的风险。

另外，采煤工艺的不合理和开采支架的不稳定也是引起矿山塌陷的重要原因。

在煤矿开采中，采煤工艺和开采支架的选择直接影响地下空间的稳定性。

如果采用不合理的采煤工艺和不稳定的开采支架，会导致地下空间的变形和破坏，从而引起矿山塌陷。

总的来说，矿山塌陷是多种因素的综合作用导致的地表或地下煤层的塌陷现象。

地质构造的变化、地下水位的波动、采煤工艺的不合理和开采支架的不稳定都可能导致矿山塌陷的发生。

因此，为了避免矿山塌陷的发生，必须在煤矿开采前进行充分的地质调查和预测，合理利用地下水资源，科学选择采煤工艺和开采支架，减少地表和地下空间的变形和破坏，保障煤矿开采的安全性和稳定性。

矿区地面沉陷发生-演化机理研究

矿区地面沉陷发生-演化机理研究
矿区地面沉陷是矿山开采活动引起的地表下沉现象。

矿区地面沉陷发生-演化机理研
究旨在探究矿区地面沉陷的成因和演化过程，为矿山开采活动的环境影响评价和治理提供
科学依据。

矿区地面沉陷的成因有多种，主要包括采矿活动引起的地下空洞垮塌、开采区域地压
致地表下沉和地下水位降低引起的地层压缩等。

矿区地面沉陷的演化过程可以分为三个阶段：初始阶段、稳定阶段和加速阶段。

在初始阶段，矿山开采活动引起地下空洞垮塌，导致地表下沉。

矿区地面沉陷通常表
现为较大的沉陷速率，对矿区周边环境和基础设施造成较大的影响。

在稳定阶段，矿山开采活动停止或减少，地下空洞垮塌已经完成，地表下沉速率明显
减慢。

这个阶段，矿区地面沉陷主要是由地下水位的下降引起的地层压缩导致的。

地层压
缩使得地下岩石变形，岩石体积减少，地表下沉。

在加速阶段，地下水位继续下降，地层压缩加剧，导致地表下沉速率急剧增加。

这个
阶段矿区地面沉陷通常呈现非线性增长，沉陷速率急剧加快。

在矿区地面沉陷的治理方面，根据其成因和演化机理，可以采取相应的措施进行治理。

在初始阶段，可以采取填充补偿的方法，填充地下空洞，减少地表下沉速率。

在稳定阶段
和加速阶段，可以通过控制地下水位的降低，减缓地下岩石的压缩，从而减缓地表下沉速率。

矿区地面沉陷发生-演化机理研究对于矿山开采活动的环境影响评价与治理具有重要
意义。

只有深入研究其成因和演化过程，才能制定科学合理的治理措施，保护矿区周边环
境和基础设施。

矿山地表沉陷规律探索

③ 岩石沿层面的滑移坡度及水平位置的变化。因此，位于影响范围内的道对
路、管路、建筑物、河渠、生态环境等，都带来不同程度在倾斜矿层条件下，岩石的自重力方向与岩层的的影响。
层理面不垂直。因此，岩石在自重力的作用下，除产生（）２裂缝或台阶在地表移动盆地的外边缘区，表可能产生裂缝。地
学变化过程，是岩层产生移动和破坏的过程，一过也这程和现象称为岩层移动。
以近水平矿层开采为例，当地下矿层采出后，采空
① 弯曲弯曲是岩层移动的主要形式。当地下矿层采出后，上覆岩层中的各个分层，从顶板开始沿层理面的法线
方向，依次向采区方向弯曲，直到地表。在整个弯曲范围内，可能出现数量不多的微小裂缝，岩层基本上保持
其连续性和层状结构。 ② 岩层的垮落采区矿层采出后，顶板岩层弯曲而产生拉伸变形。
区顶板岩层在自重力及其上覆岩层重力的作用下，产生向下的移动和弯曲。当其内部拉应力超过岩层的抗拉强度极限时，顶板首先断裂、破碎、相继冒落。随着工作而推进，受采动影响的岩层范围不断扩大。当开采范
２覆岩移动规律和变形特征
（）１覆岩的受力状态
根据观测和研究的结果分析，在整个移动过程中，
开采空间周围岩层的移动形式可归纳为以下５种：
局部矿体被采出后，在岩体内部形成一个空洞，其周围原有的应平衡状态受到破坏，引起应力的重新分布，至达到新的平衡，是一个十分复杂的物理、直这力

金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律

金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律
周春梅;李沛;虞珏;李先福
【期刊名称】《武汉工程大学学报》
【年(卷),期】2010(032)001
【摘要】金属矿山地下开采引起地表塌陷已经成为一种主要的矿山地质环境问题.地面塌陷受多方面因素影响,各因素相互作用使得金属矿山地表塌陷形成机理复杂.
本文以大冶铁矿东露天采场地面塌陷为例,从采场地质环境、矿体特征、采矿方法、崩落角,地面塌陷的形式等方面,综述了地面塌陷的特征,并探讨了地面塌陷的形成规律,该研究为矿山地面塌陷的成因及控制对策研究提供了帮助.
【总页数】4页(P61-64)
【作者】周春梅;李沛;虞珏;李先福
【作者单位】武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北,武汉,430074;武汉钢铁集团
矿业有限责任公司大冶铁矿,湖北,黄石,435000;武汉钢铁集团矿业有限责任公司大
冶铁矿,湖北,黄石,435000;武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北,武汉,430074【正文语种】中文
【中图分类】P554
【相关文献】
1.岩盐矿山地下开采引起地表变形规律初探 [J], 高威远
2.典型金属矿山地面塌陷监测技术研究：以冷水江锡矿山地区为例 [J], 梅金华
3.某盐矿地下开采引起地面塌陷的离散元模拟 [J], 李琦;于学海
4.试论金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律 [J], 刘飞
5.UMF系列探测仪器在矿山地面塌陷成因分析方面的运用--以湖南某多金属矿地面塌陷为例 [J], 周光辉
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矿山坍塌与地面沉陷

矿山坍塌与地面沉陷矿山坍塌与地面沉陷是近年来普遍存在的严重地质灾害。

矿山开采作业过程中，长期的挖掘和矿石的运输会造成地下空洞的形成和地表的沉陷。

本文将从矿山坍塌和地面沉陷的原因、影响及预防措施等方面进行探讨。

一、矿山坍塌的原因1. 地质条件：地下矿层的构造、岩性和胀缩性等地质条件会直接影响矿静力学特性，地层松散、破裂和断裂等现象是矿山坍塌的主要原因之一。

2. 采矿活动：矿山的挖掘和开采过程中，往往需要一系列的爆破、支护和排水等措施，这些活动会导致地下空间的破坏和矿体的破碎，从而引发矿山坍塌。

3. 煤层气释放：煤矿开采过程中，煤层中的瓦斯会被释放出来，瓦斯的释放会导致矿井底部的压力增大，煤与岩层的结合力降低，进而引发矿山坍塌。

二、地面沉陷的原因1. 岩溶地区的溶洞：在岩溶地区，地下溶洞的形成和扩大会导致地表的凹陷和沉陷。

溶洞作为地下空洞的一种，容易引发地表沉陷。

2. 地下水开采：地下水开采是一种地下资源的开发方式，但会导致地下水位下降、饱和层收缩和岩石孔隙度增大等现象，从而引起地面沉陷。

3. 沉积地区的地层压实：在沉积地区，地下地层长期的自重作用会导致地层的压实，地层压实会引发地表的沉陷。

三、矿山坍塌和地面沉陷的影响1. 土地资源破坏：矿山坍塌和地面沉陷会导致土地的破坏和消失，造成大面积的土地退化和荒漠化。

2. 生态环境破坏：地下水位下降和土壤的流失，会破坏周围的生态环境，导致生物多样性的减少和生态系统的破坏。

3. 基础设施破坏：地面沉陷会对基础设施，如道路、建筑物和管道等造成损坏和破坏，给经济交通和生活带来不便。

四、矿山坍塌和地面沉陷的预防措施1. 科学规划矿山开采：合理的矿山规划可以避免对地下空间的过度挖掘，减少矿山坍塌的风险。

2. 强化地质勘查：在矿山开采之前，对地质条件和矿体的特性进行详细的勘查和评估，准确预测和评估矿山坍塌的可能性。

3. 加强瓦斯抽采和通风系统的管理：合理设置瓦斯抽采和通风系统，减少煤层瓦斯的释放和积聚，降低矿山坍塌的风险。

金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律

第32卷第1期2010年01月武汉工程大学学报J. Wuhan Inst. T ech.Vo l.32 N o.1Jan. 2010收稿日期:2009-10-15基金项目:国家自然科学基金项目资助(50874080)和湖北省教育厅优秀中青年人才项目.作者简介:周春梅(1979-),湖北随州人,博士,讲师.研究方向:矿山地质灾害防治.文章编号:1674-2869(2010)01-0061-04金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律周春梅1,李沛2,虞珏2,李先福1(1.武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074)(2.武汉钢铁集团矿业有限责任公司大冶铁矿,湖北黄石435000)摘要:金属矿山地下开采引起地表塌陷已经成为一种主要的矿山地质环境问题.地面塌陷受多方面因素影响,各因素相互作用使得金属矿山地表塌陷形成机理复杂.本文以大冶铁矿东露天采场地面塌陷为例,从采场地质环境、矿体特征、采矿方法、崩落角、地面塌陷的形式等方面,综述了地面塌陷的特征,并探讨了地面塌陷的形成规律,该研究为矿山地面塌陷的成因及控制对策研究提供了帮助.关键词:金属矿山;地下开采;地面塌陷;矿山地质环境;大冶铁矿中图分类号:P554 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1674-2869.2010.01.0190 引言国内外对矿山开采引起地表塌陷的研究由来已久,但研究成果主要是针对煤层开采的岩层移动与地表沉陷预测.对于金属矿山,由于岩体物理力学性质、地层结构、矿体形态、赋存条件以及采矿方法与煤矿存在着较大的差异,地面塌陷影响因素复杂多变.特别是,对于具有断裂构造、地层与矿体产状复杂变化的金属矿床,目前国内外尚没有比较成熟、系统和准确的方法来研究地面塌陷的形成机理以及控制对策[1].大冶铁矿露天采场矿体自20世纪60年至80年代相继开采完毕并转入地下开采,目前除局部的挂帮矿回采外,主要为地下开采.由于长期的大量地下开采铁矿层,形成大面积采空区,据黄石市地质灾害调查与区划资料,矿区采空区将近4km 2,采空区高度10~25m ,最大达40余米,导致其围岩应力发生改变,岩体完整性遭到破坏,采空区顶板塌落,波及地面引起不均匀沉降与大面积的塌陷[2,3].东露天采场狮子山20世纪70年至80年代发生地面变形,目前已形成长300m,宽50~120m,深20~35m 的塌陷坑,导致地表排水沟道、通风斜井井口以及部分厂房等建筑物受损破坏.尖林山、龙洞、铁门坎等采区也发生多处规模不一的地面塌陷,对铁山区三岔路村2000余人的生命财产造成严重威胁,同时也危及矿业活动的正常进行,地面塌陷已成为一种严重困扰矿山开采的地质环境问题.本文以大冶铁矿东露天采场的地表塌陷为例,从东露天采场的地质环境、矿体特征、采矿方法、地面塌陷的形式、崩落角分析入手,探讨塌陷区的特征及形成规律,为地面塌陷的形成机理及控制对策的研究奠定了基础.1 地面塌陷的形成机理及控制对策金属矿山地下开采地面塌陷是由于矿山地下开采形成采空区,采空区上覆岩体在自重和上覆岩土体的压力作用下,产生向下的弯曲与移动,当顶板岩层内部形成的张拉应力超过岩层的抗拉强度极限时,直接顶板发生断裂、跨塌、冒落,接着上覆岩层相继向下弯曲、移动,随着采空范围的扩大,受移动的岩层也不断扩大,从而在地表形成塌陷.在缓倾条件下的上覆岩土体大致可形成三个带,即冒落带、裂隙带和弯曲变形带,这三个带的界限一般不明显,也不一定同时出现[4].金属矿山地下开挖必然引起岩层变形与移动,其变形速度、影响范围、发生与发展时间受众多因素的影响,如采矿方法、矿体赋存条件(地质条件、岩土物理力学性质、矿层倾角)、开采的深度、厚度、宽度、采场结构尺寸、开采速度和顺序,以及开采的时空关系等,金属矿山开采后地表的移动变形函数可表示为[1]:D r =F (H ,L ,M,T H ,E,J ,C,<,L ,C ,X ,,)其中,D r 为开采后地表的实际移动量;H 为实际62武汉工程大学学报第32卷开采或开挖深度;L为采区的实际开采宽度;M为矿块的实际开挖厚度(或矿层厚度);T H为水平构造应力;E为采区上覆岩体的弹性模量;J为采区矿层上覆岩体节理裂隙影响系数(无量纲量);C为矿层上覆岩体的内聚力;<为矿层上覆岩体的内摩擦角;L为矿层上覆岩体的泊松比;C为介质的密度;X为地下水影响系数.地面塌陷的形式与矿体距地表的埋深及矿体的厚度的关系如表1,同时,在塌陷发生的沉陷盆地中心部位以垂向下沉为主,水平位移、倾斜位移量较少,形成沉陷盆地;在盆地边缘及外缘裂隙拉伸带则以倾斜位移和水平位移变形为主,可能出现地表裂缝、漏斗状塌陷坑,进而在斜坡区域引发边坡失稳,产生崩塌、滑坡等.表1地面塌陷与矿体关系T able1Sur face subsidence ar ea and or ebody矿体距地表埋深矿体厚度采空区对地表影响地面塌陷形式浅厚较大塌陷带、塌陷坑深厚一般裂隙带、地面裂缝分布多深薄轻微地面裂缝分析金属矿山地下开采地表移动范围的方法主要有以下几种:a.工程类比法,金属矿山常用的一种半定量的经验性方法.b.理论分析法,包括上盘渐进崩落理论、上下盘渐进断裂理论、松动区引起地表岩层移动理论、构造应力控制矿山地表岩层移动理论、矿山岩体采动影响与控制工程学理论、概化随机介质理论,其中上盘渐进崩落理论和上下盘渐进断裂理论适用于露天转地下用崩落法回采的矿山.c.数值分析方法,能对地表变形破坏的定量评价,已广泛应用于地表移动机理研究中[4].2大冶铁矿东露天采场塌陷区2.1东露天采场地质环境大冶铁矿东露天采场是由象鼻山、狮子山、尖林山三个矿体组成.其中西部的象鼻山最高标高228m,中部的狮子山最高标高276m,东部的尖林山最高标高250m,封闭圈标高为72m.采场总体走向NW300b,长度为2200m,坑底面积为8150m2.东露天采场内的地质构造复杂,断层节理发育,主要发育的断裂构造有F9、F25、F13、F10、F11、F12、F8;此外,大冶铁矿东露天采场广泛发育一种介于断层与节理之间过渡类型的断裂结构面到区域性节理,一般由切割闪长岩体长达几十到几百米的剪破裂面或狭窄的构造劈理化带组成,对工程地质分区、边坡的稳定性(特别是和断层组合在一起)影响明显,大冶铁矿主要发育的节理构造有J1-4、J5-6、J7-9[5,6].大冶铁矿东露天采场工程地质岩组划分为6组,其中大理岩、闪长岩组强度最高,风化花岗闪长岩和矽卡岩组、蚀变闪长岩组次之,断层角砾岩、砂砾石和粘土岩组强度最低.采场岩体结构类型主要有块状结构、层状结构、层状碎裂结构、碎裂结构、散体结构,其中具有碎裂结构、散体结构的岩体在矿山地下开采中易产生地面塌陷、崩塌及滑坡.2.2东露天采场矿体特征大冶铁矿狮子山矿体(26-30线)主要赋存于闪长岩与大理岩接触带内,局部地段呈分枝插入大理岩或闪长岩内.矿体走向320b,沿走向长430 m,矿体上部北倾,下部转向南西,矿体倾角75~ 90b,厚度20~80m,一般厚30~50m,赋存标高+ 170~-400m.矿石矿物主要为磁铁矿,次为赤铁矿、黄铜矿、菱铁矿、黄铁矿、白铁矿、斑铜矿、磁黄铁矿等,条痕呈不同程度的红色[7].脉石矿物主要有方解石、绿泥石、透辉石、白云石、金云母、石榴子石等.矿石结构为自形-半自形粒状结构、它形粒状结构、交代残余结构、包裹结构、隐晶粒状结构、环带状结构等.矿石构造为块状构造、粉状构造、浸染状构造、脉状构造、条带状构造、角砾状构造、晶簇状构造等.2.3东露天采场采矿方法大冶铁矿东露天采场地下采矿采用无底柱崩落法开采,随着每个步距的矿石回采出来,矿体上面覆盖的松散岩石也就随之崩落,覆盖到下一个分段的矿体上.如此自上而下采完各分段,覆盖岩石和地表跟着崩落塌陷.矿块的水平尺寸50m@ 50m或60m@60m,阶段高度为70m,分段高度为10m,进路间距为8到10m,崩落步距为1.2至2.4m(即1至2排炮孔距离).2.4东露天采场采空区地面塌陷该塌陷区位于东露天采场狮子山坡脚处(图1),目前地下开采在-72m阶段,受地下开采和爆破震动的影响,塌陷区域呈椭圆状,长度近300m,宽度在80m左右,面积约2.4 @104m2.塌陷区北帮为花岗闪长岩,坡角近45b,南帮为大理岩,坡角42b,塌陷区两侧堆积成分为土夹石,塌陷坡度约80b,高度约25 m.塌陷区周边地裂缝发育,垂直于塌陷方向(图2),地裂缝宽度10~50cm,深度90cm,长度10~50cm,密度约1L/m.第1期周春梅,等:金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律63图1 狮子山地面塌陷F ig.1 Sur face subsidence ar ea of Shizimountain图2 地面塌陷区周围地裂缝Fig.2 G round fissur e ar ound sur facesubsidence ar ea大冶铁矿东露天采场狮子山采区地表塌陷与地下巷道分布如图3,地表塌陷范围比地下巷道范围大,且塌陷范围逐年递增,严重影响两边高陡边坡的稳定性.地表塌陷给矿区地质环境与生态环境造成强烈破坏,同时也给矿山生产带来严重威胁,随着地下开采工程的延深,采空区塌陷与地表变形还会继续扩展.塌陷区于2007年8月16日开始启动/正负零塌陷区回填工程0,将尾石抛于塌陷的坑内.图3 地表塌陷与地下巷道分布图F ig.3 Sur face subsidence ar ea and distr ibut ion map o funder gr ound tunnel依据矿体赋存条件、上下盘围岩的物理力学性质、采矿方法等进行类比确定的岩移角如表2.类比法预测地表变形范围属一种经验方法,它把复杂的围岩工程地质条件和岩体破坏概化为一种宏观均匀的地质变化,但实际上影响围岩破坏的各方面因素必然存在着一定的差异性,这也将导致预测的移动界线与实际上地表破坏边界不可能完全吻合,故矿山在生产过程中,应建立完善的监测系统,通过监测数据,不断修正优化崩落角、移动角参数,以期能获得更好的预测效果,为地质灾害防治和搬迁决策等提供可靠依据.表2采空区岩体移动角T able 2 Rock mov ing angle of g oaf采区岩石及开采深度上盘下盘端部东采区-180m 以上60b60b65b (东西两端)大冶铁矿东露采塌陷区Ñ-Ñc 剖面如图4,在崩落铁矿石中,存在两种情况引起地表塌陷的形状不一[8]:a.覆于其上的岩体随矿石一起被崩落,其余部分则呈/悬钟状态0暂时保留,但这种状态是极不稳定的,受邻近采矿活动的影响,部分岩体将坠落下来,最有在其上方距源矿层数十米的地方形成如图所示的空场,此时产生地表不均匀沉降,地表移动呈现出/漏斗型0形态特征;b.利用崩落法采矿,在一般正常地段,自然崩落法需达到充满采空区为止,顶部岩体移动常达到地表,产生均匀沉降,地表移动呈现出/盆地型0形态特征.图4 塌陷区Ñ-Ñc 剖面图F ig.4 Ñ-Ñc pr ofile of surface subsidence area3 结语a.金属矿山地表塌陷受矿体形态、产状,采空区埋深、采厚比,矿体围岩工程地质结构、物理力学性质,矿区地质构造、地下水活动等多方面因素影响,这些因素相互作用,加上地质上的不确定性,使得金属矿山地表塌陷机理复杂.64武汉工程大学学报第32卷b.文中从大冶铁矿东露天采场地质环境、矿体特征、采矿方法、地面塌陷的形状及与地下巷道之间的关系等方面介绍了地面塌陷的形成机理.大冶铁矿东露天采场地面塌陷严重破坏了矿山地质环境,同时也给矿山生产带来严重威胁,随着地下开采工程的延深,采空区塌陷与地表变形还会继续扩展,必须采取合理的治理方案.致谢:论文的研究得到了武汉工程大学环境与城市建设学院课题组及武汉钢铁集团矿业有限责任公司大冶铁矿的大量帮助,论文的资料由大冶铁矿科技处提供,在此一并表示感谢!参考文献:[1]武钢矿业公司大冶铁矿龙洞采区塌陷区预测及尾矿管防护措施研究[R].武汉:中国科学院武汉岩土力学研究所,武钢矿业公司大冶铁矿.2008,6.[2]姜建军,刘建伟.大冶铁矿矿山环境调研报告[R].国土资源通讯,2005,15:42-43.[3]戚冉,黄建华,郭春颖.矿山地面塌陷预测方法研究[J].中国矿业,2008,17(6):39-48.[4]袁义.地下金属矿山岩层移动角与移动范围的确定方法研究[D].长沙:中南大学,2008,4.[5]Zho u Chunmei,Wu Yanling,L i Xianfu,et al.Slo peHazards and System Desig n of Emerg ency Rescue inDaye Ir on M ine[C]M Q iy uan P ebg,Yun Pu,K elvinC P Wang,et a l.Internatio na l Co nfer ence on T rans-po rtation Eng ineering2009(Vo lume F ive).T he A-mer ican So ciety o f Civ il Eng ineer s,2009:4098-4103.[6]周春梅,李先福.大冶铁矿高陡岩质边坡变形破坏机理分析[J].合肥工业大学学报:自然科学版,2009,10(16):25-30.[7]大冶铁矿深部探矿关键技术研究与应用[R].武汉:中国冶勘总局中南地质勘查院,2006,12.[8]蔡荣.一种危害矿山安全的特殊塌陷[J].有色矿冶,1997,6:51-58.Research on mechanism of surface subsidencearea of underground metal miningZHOU Chun-mei1,LI Pei2,Y u Jue2,LI Xianf u1(1.Scho ol o f Env ir onment and Civ il Eng ineering,Wuhan I nstit ute o f T echnolog y,Wuhan430074,China)(2.Daye Ir on M ine of M ining L imited Co mpany of Wuhan I ron G roup,H uang shi435000,China)Abstract:Sur face subsidence area caused by undergr ound mining o f metal m ines has been a main pro blem fo r m ine g eo logical env ir onm ent.The influence facto rs of surface subsidence area are in m any aspects,at the same time,the interaction o f each influence facto rs m ake the mechanism of surface subsidence area o f metal mines be mor e com plex.T aking surface subsidence area of east open-pit in Daye iron mine for example,this paper sum marized the characteristics and analyzed the law of surface subsidence from the mine g eo logical environment,characteristics of ore body,m ining m ethod,ang le of collape,shape o f surface subsidence ar ea.T his resear ch offers help for the study o f m echanism of surface subsidence and control counterm easure.Key words:metal mine;undergr ound mining;surface subsidence area;mine geolog ical environment; Daye iron mine本文编辑:龚晓宁。

地面塌陷或脱空的原因

地面塌陷或脱空的原因
地面塌陷或脱空的原因主要有以下几种：
矿山地下采空：地下采矿活动造成一定范围的采空区，使上方的岩土体失去支撑，从而导致地面塌陷。

地下工程中的排水疏干与突水（突泥）作用：矿坑、隧道、人防及其他地下工程，由于疏干地下水或突水（突泥）作用，使地下水位快速降低，其上方的地表岩、土体平衡失调，在有地下空洞存在时便产生塌陷。

过量抽采地下水：过量抽采使地下水位降低，潜蚀作用加剧，岩、土体平衡失调，在有地下洞隙存在时，也可发生地面塌陷。

人工蓄水：这不仅在一定范围内使水体荷载增加，而且使地下水位上升，地下水的潜蚀、冲刷作用加强，从而引起地面塌陷。

人工加载：在有隐伏洞穴发育部位上方的人工加载，也会导致地面塌陷的产生。

人工振动：爆破及车辆的振动作用也可以使隐伏洞穴发育地区产生地面塌陷。

地表渗水：输水管路渗漏或场地排水不畅造成地表水下渗或化学污水下渗，也能引起地面塌陷。

自然因素：包括地震、降雨以及地下本身的岩溶活动、湿陷性黄土分布区长时间被水浸泡等，也可能导致地面塌陷。

请注意，这些原因可能单独或共同导致地面塌陷或脱空。

为
了预防地面塌陷或脱空，需要采取适当的工程措施和监测手段，及时发现并处理潜在的安全隐患。

采矿业的矿井地面沉降与地质灾害预防

采矿业的矿井地面沉降与地质灾害预防矿井地面沉降是指由于煤矿开采过程中煤炭的提取，导致地下空腔的形成，进而引起地表沉降的现象。

在采矿业中，矿井地面沉降是一个普遍存在的问题，具有重要的工程意义和科学价值。

本文将探讨矿井地面沉降的形成机理、影响因素以及地质灾害的预防措施。

一、矿井地面沉降的形成机理矿井地面沉降主要是由于下面几个方面的原因导致的：1. 煤层的开采：煤层是矿井地面沉降的主要原因。

在煤矿开采过程中，矿井会不断地从煤层中提取煤炭，导致煤层的压力减小，进而引起地下空腔的形成，这些地下空腔会逐渐扩大并迅速塌陷，最终导致地表沉降。

2. 坍塌柱的压缩：在矿井开采过程中，为了保证矿井的稳定性，会在煤层中留下一些未开采的煤柱，称为坍塌柱。

这些坍塌柱会受到压力的作用，逐渐发生塌陷和压缩，导致地面沉降。

3. 钻孔排水：为了保证矿井的正常开采，需要进行钻孔排水。

排水过程中，地下水的移动会导致土壤的松动和塌陷，进而引起地表沉降。

二、影响矿井地面沉降的因素矿井地面沉降受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 煤层的性质：不同性质的煤层在开采过程中会有不同的沉降特性。

例如，煤层的硬度、含水量等因素都会对地面沉降产生影响。

2. 开采方式：不同的开采方式会导致不同程度的地面沉降。

传统的采煤方式和现代的无烟煤采煤方式，在地面沉降方面存在明显的差异。

3. 钻孔排水：钻孔排水是煤矿开采过程中必不可少的步骤，但过度排水会导致土壤干燥，增加地面沉降的风险。

三、地质灾害预防措施为了减少矿井地面沉降带来的地质灾害风险，可以采取以下预防措施：1. 合理规划开采方式：确定合适的开采方式，减少地面沉降的可能性。

可以选择无烟煤采煤方式，或者采用其他替代能源，减少煤矿开采对地下结构的破坏。

2. 控制钻孔排水量：根据实际需要进行钻孔排水，并严格控制排水量，避免过度排水导致地面沉降。

3. 加强监测和预警：建立地表位移监测系统，及时掌握地面沉降的情况，并提前进行预警，以便采取措施防止灾害的发生。

地球表面塌陷探索地下资源开采引发的灾害

地球表面塌陷探索地下资源开采引发的灾害地球表面塌陷是指由于地下资源开采活动引发的地壳下沉、地面下陷的现象。

地下资源开采是人类满足能源需求和经济发展的重要手段，然而，不合理的开采和管理往往会导致严重的环境问题和社会经济损失。

本文将通过探讨地球表面塌陷与地下资源开采之间的关系，阐述其引发的灾害，并提出相应的应对措施。

一、地球表面塌陷与地下资源开采的关系地下资源开采是指对地下油气、矿产等资源的开采活动。

在开采过程中，通常会采用钻孔、爆破、挖掘等技术手段，导致地下空洞的形成和地下水的流失等影响地下结构稳定的因素。

当地下空洞无法得到有效填充，超过地表负荷承载能力时，就会出现地球表面塌陷现象。

地球表面塌陷具有以下特点：1. 规模广泛：地下资源开采活动遍布全球各地，因此地球表面塌陷也存在于多个国家和地区。

2. 影响严重：地球表面塌陷不仅对地下资源开采地区造成巨大经济损失，还会影响到周边地区的环境和社会稳定。

3. 长期影响：地球表面塌陷不易恢复，往往需要数十年甚至数百年才能完全恢复。

二、地球表面塌陷引发的灾害1. 地质灾害：地球表面塌陷会导致地震、地裂缝、地面断裂等地质灾害的发生。

2. 地下水资源下降：地球表面塌陷时，地下水往往会被迅速抽干或流失，造成水资源匮乏，给社会生活和农业生产带来困扰。

3. 生态破坏：地球表面塌陷对生态系统造成破坏，影响物种多样性和生态平衡。

4. 建筑物损坏：地球表面塌陷引发的地面沉降和地面倾斜会对建筑物造成损坏，威胁人们的生命财产安全。

三、应对地球表面塌陷的措施1. 合理开采：地下资源开采应遵循科学规划和合理布局原则，减少开采对地下结构的影响。

2. 加强监测：通过地下水位监测、地壳运动观测等手段，及时监测地下资源开采区域的地貌变化，提前发现地质灾害隐患。

3. 强化保护：设立地下资源保护区，对潜在的地球表面塌陷区域进行保护，确保地下资源的可持续开发。

4. 加强宣传教育：向公众普及地球表面塌陷的知识，增强人们的环境保护意识，共同参与地下资源的可持续利用。

采矿区地质现象

采矿区地质现象
采矿区地质现象是指在采矿活动过程中，由于地质条件的变化，导致一些特殊的地质现象的出现。

1. 塌陷：在地下采矿过程中，矿石被抽取后，地下留下了空洞，如果空洞不得到妥善支撑，就会引发地表塌陷现象。

这种现象在煤矿采矿过程中尤为常见。

2. 地震：一些长期存在的矿井在采矿过程中可能会受到矿石抽取的影响，使岩石发生应力释放，从而引发地震。

3. 断层滑动：一些采矿活动可能会通过破坏周围的地质构造，导致断层滑动，从而引发地震。

4. 地下水位下降：采矿过程中，为了减少地下水对开采过程的影响，会进行抽水处理。

这会导致地下水位下降，进而影响地下水系统的平衡，可能引发地下水补给不足的问题。

5. 沉陷：在采矿过程中，地下空洞的形成可能会导致该地区地层下沉，引发地表沉陷现象。

6. 岩溶：在一些矿井地区，存在岩溶现象，即矿石中的溶解物质与地下水、空气等反应，导致地下岩层产生溶解和溶蚀，进而形成洞穴、地下河流等地下空间。

这些地质现象对采矿区的地质环境和生态环境造成了一定的影响，需要采取相应的防治措施来降低对环境的不良影响。