石膏矿采空区上覆岩层冒落规律与危险性评价
公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析
公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析◎王勇（作者单位：湖南省高速公路集团有限公司）引言：目前，我国对于资源的需要在不断的增加，开采量也越来也大，长期发展下去，我们所面临的采空区面积也在不断增加，但我国随着交通建设的不断发展和土地资源的日益稀缺，公路压覆和穿越采空区地表的现象就普遍存在，这样极有可能会存在很大的安全隐患，因此我们需要对公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析，找到真正的影响因素，以减少地面塌陷、地压灾害等地质灾害情况发生。
一、案例基本情况概述湖南省衡山石膏矿开采区，西高东低，主巷道为南北向，开采厚度约2.5m 左右，少数矿坑采用废渣回填，主道宽2m 多，铁轨60cm，有砼支护。
路线K1+260-K3+500段，为含厚度2-4m 的泥质石膏（青石膏）层，上下为白垩系紫红色泥质粉砂岩，岩石倾向北东向70°，倾角3-5°，青石膏矿层沿岩层走向分布，倾向北东向，倾角约2-5°，石膏矿层走向与岩体走向基本一致，埋深西高东低。
桥位里程K1+900-K2+710为乡镇企业曙光石膏矿和棠兴石膏矿矿区范围，矿层及采空区埋深西高东低，倾斜开采，采空区洞高一般按2.5m 设计，实际开采洞高范围在2.5-3.5m 之间。
其中在K2+040左侧20m 出地表有塌陷（约10年前塌陷）。
其中K1+900-K2+160为尚不确定的路段，因地表存在塌陷，钻孔揭露矿层，但未揭露采空区，需进一步物探和钻探验证。
二、石膏矿采空区稳定性影响因素由于石膏矿的开采主要是以地下为主，开采的深度往往较浅，所以石膏矿山的采空区往往是地质灾害的易发地区，其地质灾害的形式表现为多方面，相关人士对各种已发的地质灾害形式进行分析研究，发现影响石膏矿采工区稳定性的因素较多，但主要是受矿柱和顶板的影响。
因为矿柱失稳会使采空区发生坍塌，顶板失稳，护顶层掉落坍塌。
对于已经得到的结论，矿柱和顶板的稳定性决定了石膏矿采空区的稳定性，所以研究石膏矿采空区稳定性就不得不对矿柱和顶板的稳定性进行研究，其实影响两者的因素较多，采空区的面积大小、矿柱的面积比率大小、矿柱的宽高比大小、采空区岩体结构、采空区开采的深度、采空区采空的时间、地下水形式等等多种因素都会对矿柱和顶板的承压产生一定的影响。
石膏矿采空区顶板冒落冲击气浪传播规律及安全防范研究
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某石膏矿采空区治理方案及安全技术措施
某石膏矿采空区治理方案及安全技术措施何承尧;武飞;刘允秋;霍洪岩【摘要】某石膏矿采用房柱法开采多年,导致井下遗留较多采空区,随着下部矿体继续开采,未及时处理采空区,为井下生产增加了安全隐患.通过现场勘查和资料收集的方式进行采空区调查,根据统计好的采空区数量和位置,结合矿山现有开拓工程,进行采空区治理方案比选,最终确定密闭隔离-顶板自然崩落法治理采空区,采用巷道挑顶密闭法,并提出了相应安全技术及管理措施,基本消除井下采空区隐患,保证矿山安全高效生产.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】6页(P156-161)【关键词】房柱法;采空区;密闭墙;自然崩落法;安全措施【作者】何承尧;武飞;刘允秋;霍洪岩【作者单位】浙江漓铁集团有限公司;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;金属矿山安全与健康国家重点实验室;华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;金属矿山安全与健康国家重点实验室;华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司;天津矿山工程有限公司【正文语种】中文某石膏矿采用斜井和竖井联合开拓，目前正在使用有3条斜井，1条竖井。
矿山采用房柱法采矿，单翼对角式通风系统。
目前主要回采Ⅱ、Ⅲ矿层矿石，井下按设计划分盘区，盘区长250 m，宽60 m，高应为矿体垂直厚度，在盘区内划分矿房进行回采。
设计矿房宽8 m，留连续矿柱，矿柱宽4 m，矿房顶板护顶层厚度大于1 m。
为减小顶板暴露面积，提高围岩稳定性，矿山开采时适当减小了采场参数，实际矿房宽度为7.5 m，矿柱宽度4.5 m，矿房高度为3.5～4.0 m。
回采采用手持式煤电钻打浅孔炮眼，岩石粉状乳化炸药、导爆管雷管起爆。
矿房内采用装载机出矿。
目前主要开采-90 m以上的矿体，从2008—2016年末，共消耗矿石量561.08万t，2016年度共计消耗矿石量为110.95万t，其中，回采量为35.50万t(矿房回采量31.88万t，巷道回采量3.62万t)，回采损失量(矿柱)为75.45万t，回采率为32%，损失率为68%。
综采工作面过上覆采空区风险辨识评估报告
综采工作面过上覆采空区风险辨识评估报告1. 引言综采工作面过上覆采空区风险辨识评估是对矿山工作中存在的安全隐患进行分析和评估，旨在有效预防和减少事故的发生。
本文就XXX矿山综采工作面过上覆采空区的风险进行了辨识和评估，并提出相应的控制措施。
本报告将详细描述过上覆采空区的风险辨识过程、风险评估结果、控制措施和预防措施等。
2. 风险辨识过程在进行综采工作面过上覆采空区风险辨识时，我们采取了以下步骤：2.1 收集资料首先，我们收集了有关综采工作面过上覆采空区的相关资料，包括矿山地质构造图、岩层地质信息、采煤工艺流程、设备设施等。
2.2 进行现场勘察在收集资料的基础上，我们组织了一次现场勘察，全面了解了综采工作面过上覆采空区的具体情况，包括地质结构、煤层厚度、岩石性质等。
2.3 风险识别在收集资料和现场勘察的基础上，我们针对综采工作面过上覆采空区存在的潜在风险进行了识别。
根据经验和专业知识，我们列出了可能存在的风险清单。
2.4 风险评估对识别出的风险进行了评估，评估了其概率、严重程度和影响范围等。
通过量化的风险评估模型，我们确定了各项风险的等级和优先级。
3. 风险评估结果根据我们的风险评估结果，综采工作面过上覆采空区存在以下高风险：1.顶板失稳风险：由于煤层的下沉和岩层的变形，顶板可能会出现失稳现象，存在导致事故发生的风险。
2.瓦斯爆炸风险：综采工作面过上覆采空区瓦斯积聚的风险较大，一旦发生瓦斯爆炸，将对工人的安全造成严重威胁。
3.地质构造活动风险：综采工作面过上覆采空区周围的地质构造可能发生活动，导致地质灾害发生，存在较高的风险。
4. 控制措施与预防措施针对综采工作面过上覆采空区存在的高风险，我们提出以下控制措施和预防措施：1.加强顶板支护：对综采工作面过上覆采空区的顶板进行稳定支护，采用更牢固的支护材料和技术。
2.强化瓦斯管理：加强对综采工作面过上覆采空区的瓦斯监测和排放控制，确保瓦斯浓度在安全范围内。
煤矿采空区上覆构筑物地灾评价方法
煤矿采空区上覆构筑物地灾评价方法
陶加胜
【期刊名称】《四川地质学报》
【年(卷),期】2014(000)0z2
【摘要】近来年，随着国家对新农村建设支持力度进一步加大，对新农村建设聚
居点选址总体要求是安全、方便、整洁。
本着方便当地村民的原则，对于川东北地区有较多煤矿分布地，不可避免在煤矿采空区上面修建构筑物，然而当地政府管理人员及村民，对构筑物建在采空区之上心存疑虑。
那如何评价采空区上覆建筑物安全性，本次参照《南江县红岩乡红寨村新农村集居点建设用地地质灾害危险性评估》进行阐述，为评价采空区上覆建筑物安全性提供参考。
【总页数】5页(P187-191)
【作者】陶加胜
【作者单位】四川省煤田地质局一三七队，四川达州 635006
【正文语种】中文
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4.虎峰煤矿
穿越上覆采空区巷道掘进技术研究5.补连塔煤矿22307工作面受上覆采空区自燃
影响及治理效果分析
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江苏某缓倾斜石膏矿抽冒式塌陷机理分析
DOI: 10.3969/J.ISSN.2097-3764.2024.01.004Vol. 19 No.01 March, 2024第 19 卷 第1期 2024 年 3 月/江苏某缓倾斜石膏矿抽冒式塌陷机理分析景佳俊（江苏省地质矿产局第五地质大队，江苏 徐州 221004）摘 要：石膏矿一般采用房柱式开采，因石膏遇水变软的特性，造成了多起地面塌陷地质灾害。
截至2023年4月，江苏省邳州石膏矿共发生了35次、28处地面塌陷，塌陷多以直径小于50 m 的点状塌陷为主，抽冒式塌陷较为少见。
本次以邳州某缓倾斜石膏矿发生的抽冒式塌陷为例，采用MatDEM 方法，开展数值模拟和机理分析研究。
结果表明：石膏矿抽冒式塌陷引起地下水涌入矿坑导致石膏强度变弱，诱发顶板二次冒顶后堵塞通道塌陷最终停止，充水后采空区整体稳定性变差，容易诱发二次塌陷，针对现状，提出了搬迁避让、监测预警和工程治理的手段进行防治。
关键词：石膏矿；抽冒；地面塌陷；防治Collapse mechanism of a gently inclined gypsum mine in JiangsuJING Jiajun（No.5 Geological Team, Jiangsu Geology and Mineral Exploration Bureau, Xuzhou 221004, Jiangsu, China ）Abstract: Gypsum mines are generally exploited using room and column mining methods. Gypsum tends to become soft when encountering water, which often causes multiple geological disasters of ground subsidence. In Pizhou, Jiangsu Province, as of April 2023, a total of 35 ground collapses in 28 locations occurred, most of which were point shaped collapses with a diameter of less than 50m, and pumping type collapses are relatively rare. Taking the gently inclined gypsum mine in Pizhou as an ex-ample, the MatDEM method was introduced to conduct numerical simulation and mechanism analysis research. The results show that the pumping collapse of the gypsum mine caused groundwater to enter the mine pit, weakening the strength of the gypsum, causing secondary roof fall, blocking and ultimately stopping the channel collapse. After water filling, the overall stabil-ity of the goaf became worse, which is prone to induce secondary collapse. In response to the current situation, relocation and avoidance measures are proposed as well as monitoring, early warning, and engineering governance measures for prevention and control.Keywords: gypsum ore; aspiration; ground collapse; prevention and cure 矿山开采发生地面塌陷是一种常见的地质灾害（范立民等，2017；潘天录等，2020；蔡泳等，2022；史忠鑫等，2022），我国石膏矿多采用房柱式开采，设计不允许发生塌陷，但由于众多因素影响，先后在多地发生多起地面塌陷（谭伟等，2022；王树立等，2021；朱文彩等，2021；汤志刚等，2020；周丹等，2018；刘爱斌等，2017）。
浅析石膏矿采空区的稳定性
浅析石膏矿采空区的稳定性作者：聂增明梁成友来源：《神州》2010年第24期摘要：现代经济发展的多元化需求，推动了石膏矿产资源的地下开采。
石膏矿的矿体和围岩岩体结构较软。
多采用房柱采矿法开采，随着开采深度和面积的扩大，石膏矿层采空区的安全稳定性问题趋向突显，影响到石膏矿业的安全生产和规划。
探究石膏矿采空区的安全处理方法，对于石膏资源矿采的科学管理具有重要意义。
关键词：石膏矿开采采空区稳定性安全措施石膏矿采空区是由人为采掘石膏资源而形成的地下空洞。
现代石膏原料的市场化需求，加速了石膏矿产资源的地下开采，在石膏矿料开采过程中，开采工艺、采掘方式的不断研发，造成了石膏矿采的采空区域不断增大。
由于石膏矿区特殊的地质结构，以及矿采技术的局限性，导致了石膏矿采空区稳定性能减弱。
造成了很大安全隐患。
新形势下，探究科学合理的石膏矿采管理方法，确保矿采安全性能，是现代石膏矿业开采管理的重要措施，本文通过针对影响采空区稳定性因素分析，阐述了石膏矿采空区的安全处理方法。
一影响石膏矿源采空区稳定性的因素：地质构造，是影响现代矿业开采的重要因素。
石膏矿业开采，需要针对矿区地质构造以及开采条件进行科学综合的分析。
含矿层顶底板耢石的稳固性，是矿层开采技术实施的重要条件。
影响石膏采空区稳定性的因素主要包括以下方面：1空区岩体构造矿源地质结构的强度，是影响石膏采空区稳定性能的主要因素。
我国石膏矿源的周围岩体地质构造不同，由于岩体地面承载能力以及受压引力等不同，往往会导致采空区的顶板冒落塌陷或变形开裂，造成工程塌方或透水事故发生。
2空区顶板跨度顶板跨度的大小是采空区稳定性的重要因素。
影响采空区顶板跨度的因素主要是岩体性质、开采深度、上覆岩层的重力倾角以及开采空间的大小等。
一般来说，开采空间的跨度越大。
顶板中央部位出现的拉应力也越大，严重时造成顶板塌陷发生。
3矿区积水因素以矿柱支撑体系为核心的房柱式采矿方法，采空区的稳定性状态是由矿柱和矿房项板两个基本要素共同决定的。
子陵铺石膏矿段采空区稳定性分析及对策研究
第三系夹 马槽 组 （ Ｅ ｊ ｍ） ： 顶部 为薄层一 中厚 层状 粉 砂岩 、 细砂岩 与粉 砂质泥岩 、 泥质粉 砂 岩互层 ， 具水平 层 理及交错层 理。 中、 上部 以中厚层 状钙质 长石 石英砂 岩
为主， 夹 泥质 粉砂 岩 、 粉 砂岩 及 粉砂 质 泥 岩 。下 部 以 粉
０ 引 言
子陵铺石膏矿段石膏开采始 于 １ ９ ８ ４年 ， 首建金陵矿 ， １ ９ ９ １ 年又建新桥矿 ， １ ９ ９ ３年再建 曾庙 、 宝安 、 福桥矿 ， 均采 取房柱法开采 。随着开采 时间推移 ， 不 同程度诱发地面塌
６度 地震 烈度 内 。 １ ． ２ 区域 地层 岩性 及力 学参数
第２ ７卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 １ ０月
资源环境与工程
Ｒｅ ｓ ｏ ｕｒ ｃ ｅ ｓ Ｅｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎｍｅ ｎ ｔ＆ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖ０ １ ． ２７． Ｎｏ ． ５
０ｃ ｔ ． ． ２ ０１ ３
子 陵铺 石 膏 矿段 采 空 区稳 定 性 分析 及 对 研 究
发育 ， 坡高 ｌ ５—２ ０ ｍ。 该 区域属 亚热 带温 暖季 风型气 候 ， 气候 适 宜 ， 雨 量
石膏 山段为 矿 区 内主要 含膏 岩 系 ， 平 均厚 度 １ ７ １ ． ８ ６ ｍ， 其 中夹 ３段 含 膏 层 ， 平均厚度为 ８ 。 ７ １ ｍ、 ２ ． ６ ６ ｍ、 １ ８ ． ２ ５ ｍ。 桥坡 段为层 状钙 质粉砂 岩 与钙 质粉 砂 质泥 岩 互层 ， 夹 多层薄 膏层 。岩体 力学 参数 如表 １ 。
１ ． ３ 地质 构造 该 矿段位 于荆 （ 门） 一南（ 漳） 断裂 带 的 中段 ， 该 断
石膏矿采空区稳定性的研究
石膏矿采空区稳定性的研究摘要：采空区的稳定在采取留设合理的矿柱尺寸的基础上，还要利用井巷工程的矿渣，对采空区进行充填，计采取矿柱法和充填法相结合的方法处理采空区，从而保证采空区的稳定和采场的安全，并且对地表不造成破坏.关键词：采空区不冒落、矿柱法、充填法、目前，石膏矿多采用房柱法开采，采用留设矿柱支撑采空区。
根据多年实践经验,留设各种矿柱来保持采空区的长期稳定是不可靠的，还应采取新的办法，使采空区保持足够的长期强度。
一、石膏矿开采安全现状和课题研究意义㈠、石膏矿开采安全现状石膏矿山在开采过程中用留设石膏护顶板来保证采场的安全稳定，由于层状顶板中存在软弱夹层，通过对单、双层状顶板的分析研究可知，在顶板中存在不同程度的拉应力。
由于石膏顶板及其上覆岩层抗拉强度低，在开采扰动下，顶板容易形成受拉而断裂；采矿方法不合理，遗留的采空区不做任何处理，客观上给顶板大面积冒落创造了条件，大规模采空区的存在是石膏矿山安全开采的极大隐患。
㈡、课题研究意义我国70％的石膏资源是地下开采，石膏矿的矿体和围岩主要为软弱岩体，大多数采用房柱采矿法开采，随着开采深度的增加和采空区面积的扩大，采空区稳定性问题越来越重要，它直接关系到矿山安全生产和深部矿体的开采规划。
分析各种常见采空区处理方法，结合研究矿山的具体情况，提出可行的工程措施。
二、采空区处理的一般办法(一)、采空区处理的一般方法采空区是矿山生产的重大危险源，是矿山顶板大面积冒落的前提条件，需及时对形成的采空区进行安全处理。
目前常用以下的处理方法：1、矿柱支撑法留永久矿柱或构筑人工石柱处理空区。
但从长远来说，矿柱可能由于风化、侵蚀、剥蚀、片帮等作用而破坏，最终导致整个空区塌陷。
2、填充法用填充法填充空区，是从坑内外将废石或湿式等填充材料通过车辆运输或管道输送送入采空区，将采空区充填密实来消除采空区。
3、封闭和隔离空区主要措施有封闭空区与外界相通的巷道，设置隔离层将上部空区与下部空区作业隔开，在密闭隔离的空区上部开通往地表的“天窗”，使空区冒落产生的冲击气浪可以从天窗冲出地表，以此保护巷道及作业区的安全。
采场覆岩厚关键层破断与冒落规律分析
第24卷第8期岩石力学与工程学报V ol.24 No.8 2005年4月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2005采场覆岩厚关键层破断与冒落规律分析缪协兴，陈荣华，浦海，钱鸣高(中国矿业大学理学院，江苏徐州 221008)摘要：具有良好分层性的采场覆岩破断规律已被基本掌握，但对于厚关键层(特厚层砂岩老顶)覆岩的采场矿压规律还需深入研究。
运用岩体破裂过程分析系统，结合某矿区实际覆岩构造特征，分析了具有厚关键层的采场覆岩的破断与冒落规律。
研究表明：厚关键层的破断、垮落规律与长梁(或薄板)矿压理论存在根本差异，其初次破断与冒落形态为拱形，周期破断与冒落呈不等长的短块状。
厚关键层来压具有多样性和随机性，不同形式的采场来压对支架的作用不同，大块滑落失稳对采场支架的威胁最大，对采场矿压控制提出了严峻的挑战。
该研究成果为实际采矿设计与矿压控制提供了理论依据。
关键词：采矿工程；厚关键层；关键层理论；破断分析；采场矿压中图分类号：TV 641.2 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)08–1289–07ANALYSIS OF BREAKAGE AND COLLAPSE OFTHICK KEY STRATA AROUND COAL FACEMIAO Xie-xing，CHEN Rong-hua，PU Hai，QIAN Ming-gao(School of Science，China University of Mining and Technology，Xuzhou221008，China)Abstract：The regular behavior of weighting and caving of well-layered strata around coal face，with many thin overlying layers，is studied，and the rock pressure caused by the caving is relatively easy to control. But the caving and rock pressure of very thick sand overlying strata，the thick key strata，is very complicated and needs further study. The breakage and collapse of thick key strata(super thick roof of sand rock ) around coal face，with real geological conditions from a coal mine borehole columnar section，is studied by a computer grogram，rock fracture process analysis(RFPA). The results show that there are basic differences of the breakage and collapse between thick key strata and thin strata (or long beams). The shape of the first breakage and collapse of thick key strata is an arch，and the periodic breakage and collapse is in short blocks with different lengths. The roof of thick key strata weights stochastically，and the effects on the coal face support are different. The sliding of large blocks，which is the most dangerous of rock weighting to the support observed in this paper，is a new and severe challenge to the rock pressure control. The results can provide theoretical reference for mining design and strata control.Key words：mining engineering；thick key strata；key strata theory；breakage analysis；rock pressure around coal face收稿日期：2003–07–19；修回日期：2003–09–17基金项目：国家杰出青年科学基金项目(50225414)；国家自然科学基金重大项目(50490270)；博士点基金项目(20010290003)作者简介：缪协兴(1960–)，男，博士，1993年于中国矿业大学(北京)工程力学专业获博士学位，现任教授，主要从事岩石力学与工程方面的教学与研究工作。
石膏矿住宅规划工程地质灾害危险性评估报告
首先全面收集工作区区域已有的基础地质、水文地质、工程地质、地质环境、地震地质、工程建设、环保等方面资料；从地质环境的背景和人类活动对地质环境的影响等方面入手，通过现场调查、访问、物探、钻探、取样、拍照等方法，调查工作区及其附近一定范围内的地质环境条件、地质灾害发育类型、分布规律及其特征，并对其危害性和危险性进行现状评估；在此基础上进行地质灾害危险性预测评估和综合评估，评价建设场地的适宜性，并提出地质灾害防治措施和建议。
拐点坐标表表1-1
点号
X
Y
J1
3598943.169
39562306.091
J2
3598867.831
39562392.535
J3
3598857.295
39562382.790
J4
3598817.053
39562427.091
J5
3598824.001
39562433.576
J6
3598829.723
二、以往地质工作程度
自二十世纪五十年代以来，地矿、建材等部门在评估区及附近地区开展了大量的地质、水工环地质、矿产勘探等区域性、专门性的工作。主要成果有:
1. 1971年，原某省基建局地质队在矿区进行勘查工作，提交了《某省滁县地区某石膏矿区地质勘探报告》；
2.1979年～1981年9月份由原某省建材地质大队在本区开展石膏矿勘探，提交《某县石膏矿区补充勘探地质报告》批准该报告所提交的储量B+C级2889.90万吨。
2、对某石膏矿住宅规划工程规划范围内，工程建设可能引发或加剧的和本身可能遭受的各类地质灾害的可能性和危害程度分别进行概略预测评估。
3、在现状评估和预测评估的基础上，概略评估某石膏矿住宅规划工程场地地质灾害危险性程度，分区段划分出危险性等级，概略说明各区段主要地质灾害种类和危害程度，对建设场地适宜性做出评价，并提出防治地质灾害措施与建议。
石膏矿采空区治理方案设计及效果分析
总第191期2021年第1期山西化工SHANXI CHEMICAL INDUSTRYTotal191No.1,2021奏题讨谑DOI：10.16525/l4-1109/tq.2021.01.31石膏矿采空区治理方案设计及效果分析张晓芳（长治市潞城区应急救援指挥中心，山西长治047500）摘要：针对石膏矿采空区处理不当所引起的一系列安全事故，以某石膏矿为例在分析其基本情况的基础上，对比采空区不同治理方式的优劣势，确定以充填采空区为治理方式，并确定了与该治理方式相匹配的充填材料及固化剂的比例，最后对充填效果进行分析。
关键词：石膏矿；采空区；充填材料；混合固化剂；充填效果中图分类号:TD876+.1文献标识码:A文章编号：1004-7050（2021）01-0087-02引言石膏普遍应用于工业和建筑行业，其主要成分为硫酸钙，可用于模型制作、食品添加剂、水泥缓凝剂等。
由于石膏具有非常重要的应用价值被广泛开采,从而导致在石膏顶部的岩层、土壤等形成自由空间，这就是所谓的采空区。
采空区由于破坏了原地表及石膏矿顶板围岩的平衡状态，极易出现坍塌的风险，进而对正常生产以及居民的正常生活造成影响皿。
故，需采取合理的方式对石膏矿的采空区进行治理。
本文将以某石膏矿为例对其采空区进行治理，并对治理效果进行验证。
1工程概况该石膏矿所处位置交通发达并贯穿有铁路，矿区褶皱构造的走向为NE-SW,褶皱构造相对平缓且稳定，其倾向为135。
〜149。
,倾角值为5。
〜15。
；矿区次级构造主要形式为小断层，其走向将近EW方向，且倾角为60。
〜80。
该石膏矿内石膏层呈现层叠状态,石膏层的整体走向为NE方向，倾角为5。
〜15。
，倾斜方向为135°〜140。
该石膏矿采空区的周边没有河流、池塘等，且该矿区所处地区降雨量很小。
因此，该石膏矿的水文条件很简单。
目前，该石膏矿采用巷道和房柱式相结合的方式进行开采。
经探测，该石膏矿的开采深度已达50.2m，开采工作面的断面形状为矩形，对应矩形的宽度为14m,高度为2.2m〜6.1m。
煤矿采空区上覆构筑物地灾评价方法
以上经验公式和各煤层参数 ， 开采 ｃ ２ 、 Ｃ ４ 一 Ｉ 、 Ｃ ４ 一 ｌ 煤层 （ 煤厚取 ０ ． ５ ０ ｍ） 时， 其 冒落带和导水裂隙带最大 高度分别为 ： Ｈ ｍ ＝ ４ ． ３ ４ ｍ、Ｈ ｌ ｉ ＝ ２ ７ ． ９ ６ ｍ。 矿井准许开采标高为 １ ０ ０ ０ ～ ４ ０ ０ ｍ标高，当矿井开采矿权最低标高＋ ４ ０ ０ ｍ标高以上资源时， 开采段距 地表垂直距离大于 ７ ０ ０ ｍ， 远大于开采各煤层时的冒落带高度之和 １ ２ ． ９ ｍ、 导水裂隙带高度 ８ ３ ． ８ ８ ｍ， 此外 ， 根据对与本场 区资源赋存地层岩性等地质条件相似的其它矿区开采情况进行调查和工程类比，经综合分 析表明 ，在采空 区 “ 三带”变形 的弯曲变形带 内，为非破坏变形带 ，矿井开采引起地表开裂 、塌陷等地 表变形破坏 的可能性小。 综合上述 ， 今后只要矿山不开采标高 ４ ０ ０ ｍ以下资源或开采过程 中按规程 、 规范留足保护煤柱 ， 则矿 山开 采不 会影 响该 拟 建设 工 程 的安全 。因此 工程 建设 本 身 遭受 矿 山开 采 引起 地质 灾 害 的危害 程 度小 ，危 险性 小 。
１ ９ ０
２ ０ １ ４ 年１ １ 月第 ３ ４卷增刊
四川地质学报
Ｖ ｏ １ ． ３ ４ Ｓ ｕ ｐ ｐ １ ． Ｎ ｏ ｖ ． ，２ ０ １ ４
理方法 ， 采空区以上会依次产生 冒落带、断裂带（ 导水裂 隙带） 和弯 曲变形带 ，即 “ 三带型”破坏 。该矿开
】 ０ ０ ． Ｍ
对较 好 。
评估 区地层为侏罗系中统千佛崖组（ Ｊ － ｑ ） ， 岩性为薄层状砂质泥岩 ， 夹不稳定砂岩 ， 层理发育 ， 层面倾 角 ３ Ｏ 。左பைடு நூலகம்右 ，层 间结合 一般 。施 工过 程 中要形 成 临时性 边坡 或 陡坎 ，多 为风化 程度 较高 的砂 质 泥岩 等 ， 易垮 塌 。因此 ，工 程建 设过 程 中必 须采 取 优化设 计 和施 工 、牢 固衬 砌 边坡 或 陡坎 、建 筑 物基 础置 于稳 定 的基 岩地 层 中 、完 善 场 区排 水设 施 等措施 ，工程 建设遭 受 地质 灾 害的可 能性 小 ，危 险性小 。 总的来说评估区工程建设规模小 ，对地质环境条件改变较小 ，因此 ，工程建设本身引发或加剧各类 地质灾害的可能性不大 ， 危 险性小 ，危害程度小 。 ３ ． ２工 程建 设 引发或 加剧 地质 灾 害危 险 眭的预测 根据 评估 区地质 环境 、地 质灾 害特 征 ，人类 工程 活动 特征 ，工 程建 设 中可 能遭受 以地 质 灾害危 险 ： 该区位于山脊上 ，覆土薄 ，施工中将被清除 ，岩 、土体稳定 ，场区及周边未见不 良地质现象 ，工程 地 质条 件相 对较好 。 评估 区场地平整施工过程 中要形成 临时 『 生 边坡或陡坎 ，由于开挖岩体为风化程度较高的砂岩或泥岩 等 ，且层理发育 ，受放炮振动 、降雨等因素影响 ，易产生顺层垮塌 ，对施工造成影响。工程设计和建设 过 程 中要 尽量 减少 开 挖高 度 ，建筑 物基 础 置 于稳 定 的基岩 地 层 中 ，必 须 采取 合理 施 工及 时 牢 固衬 砌 边坡 或 陡坎 等措 施 ，避免 临 时 ｆ 生 边 坡崩 塌 ，危 害施工 人员 安 全 。 场区位于矿区平面范围内，高程范 围外 （ 详见南江县红岩乡红寨村新农村集居点与柏杨沟煤矿资源 赋存及 采 空 区位 置关 系 图 图 ４） ，根 据矿 区煤 层 的赋存 条件 、上 覆岩 性及 其组 合类 型 、采煤 方 法和顶 板 管
疏港公路石膏矿采空区稳定性评价
疏港公路石膏矿采空区稳定性评价摘要：采空地面塌陷是江苏省邳州石膏矿区最主要的地质灾害类型，具有突发性、偶然性、隐蔽性等特点，拟建的疏港公路从石膏矿采空区上方穿越，在该区以往地质工作研究的基础上，对石膏矿采空区进行了工程地质调查、钻孔勘察等工作，对采空区顶板及矿柱进行稳定性计算，对石膏矿矿柱局部、整体进行数值模拟分析，对采空区场地稳定性进行分析与评价，提出防治措施，为疏港公路建设提供了技术支撑。
关键词：石膏矿；采空区；公路；数值模拟；稳定性分析1引言江苏省邳州石膏矿区是华东地区最大的石膏矿产地之一，开采历史已有30多年，由于以往开采技术落后，技术管理水平低，当地石膏矿的开采，提升了当地经济，提高了居民收入，但随之产生的采空区也造成了严重的地面塌陷地质灾害隐患[1~3]。
自随着第一起石膏矿采空地面塌陷于2005年3月发生以来，后续连续发生多起采空地面塌陷，且有规模扩大及频率加快的趋势，采空地面塌陷造成石膏矿生产井损坏甚至报废、居民房屋损坏、农田损毁等严重后果[4]。
邳州疏港公路工程起自苏鲁交界处，止于连霍高速公路邳州西互通，全长约51公里，其中部分里程段从邳州市四户镇石膏矿矿区二矿段和三矿段矿区范围内经过，具体在K6+640~K6+700、K6+980~K7+020、K7+120~K7+500里程段分布有石膏矿采空区或开拓巷道。
为保证新建公路的安全，需查明场地下地质条件、采空区分布情况和采空区特征，评价石膏矿采空区的稳定性，为疏港公路建设提供技术支撑。
2采空区工程地质概况2.1地层岩性场地第四系松散层厚度约55.0~60.0m，为第四系全新统（Q4）、上更新统（Q3）及中更新统（Q2）沉积物；基岩为大汶口组下段（E2-3dw1），岩性主要为砂岩、粉砂质泥岩、砂砾岩、粘土岩，夹膏盐泥岩和石膏。
2.2石膏矿层特征含膏岩层（E2-3dw1-2）根据石膏分布特征，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个含膏岩带（层），Ⅰ膏带位于下部，膏层厚度约 3.16m；Ⅱ膏带位于中上部，含两层膏层，膏层厚度分别为1.73～2.39m、1.29～8.72m；Ⅲ膏带位于上部，含两层膏层，其中Ⅲ-2层厚1.15～34.05m，为矿区主采矿层。
采场上覆岩层运动规律
采场上覆岩层运动规律1．采场上覆岩层破坏的基本形式理论与实践的研究结果表明，采场上覆岩层悬露后发展到破坏有二种运动形式：弯拉破坏和剪切破坏。
弯拉破坏的发展过程是：随采场推进，上覆岩层悬露→在重力作用下弯曲→岩层悬露达一定跨度，弯曲沉降发展到一定限度后，在伸入煤壁的端部开裂→中部开裂形成“假塑性岩梁”→当其沉降值超过“假塑性岩梁”允许沉降值时，悬露岩层即自行冒落。
岩层运动由弯曲沉降发展至破坏的力学条件是岩层中的最大弯曲拉应力达到其抗拉强度。
悬露岩层中部拉开后，是否发展至冒落，则由其下部允许运动的空间高度决定。
只有其下部允许运动的空间高度超过运动岩层的允许沉降值，岩层运动才会由弯曲沉降发展至冒落。
否则，将保持“假塑性岩梁”状态。
由此，煤层上方第n个岩层弯曲破坏发展至冒落的条件为:岩层剪（切）断破坏的发展过程是：岩层悬露后只产生不大的弯曲，悬露岩层端部开裂→在岩层中部未开裂（或开裂很小）的情况下，整体切断塌垮。
2.采场上覆岩层在纵向上的运动发展规律2.1岩层离层发生的位置和条件采场上方悬露的岩层，可视为在均布载荷作用下的多层嵌固梁。
该岩梁弯曲沉降过程中，必然在平行于轴向的各层面（或接触面）上出现剪应力。
随采场推进，剪应力随岩梁悬跨度和外载的增加而增加，当剪应力值超过层面上（或软弱夹层的接触面上）粘结力和摩擦阻力所允许的限度时，层面或软弱夹层的接触面被剪坏。
岩层的离层随即发生。
因此，离层发生和力学条件为:式中：τ——层面（或软弱夹层接触面）的剪应力；C——层面或接触面上的粘结力；φ——层面或接触面上的磨擦角；σn——层面或接触面上的压应力。
大量理论研究和工程实践表明：（1）离层一般发生于岩层的接触面或软弱夹层上；（2）接触面的破坏，只有在相应接触面上的剪应力超限时才会发生，即悬露岩层的跨度达到极限时，离层才会发生。
（3）离层出现的位置取决于组合岩梁中各岩层的弯曲刚度和各夹层的强度。
当下部岩层弯曲刚度小，夹层（或接触面）强度低时，离层在下部发生；反之，离层可能在上部夹层中出现。
采动覆岩冒裂安全性分级分区预测研究
１２００m×８００m×６００m (
X 工作面走向长度 ×Y 工
作面倾向宽度 ×Z 方向高度),其中 X 走 向 方 向 两
边留保护煤 柱 各 ３００ m,Y 倾 向 方 向 两 边 各 向 外 延
中国煤炭第 ４４ 卷第 １２ 期 ２０１８ 年 １２ 月
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性较强区、中 等 区 和 较 弱 区. 其 中, 矿 井 西 面 二、
四盘区含 水 层 富 水 性 较 强, 占 地 ６
７６km２ , 属 于
承压含水层主分布区;矿井西北面富水性中等,占
地 １９
３０ km２ ; 矿 井 东 南 面 富 水 性 较 弱, 占 地
２０
３１km２ .煤层覆岩对 采 煤 沉 陷 机 理 和 特 征 的 影
１００M
Hf ＝
１
±５
３
３
n ＋３
８
式中:H ———冒落带高度,m;
２－５
２－６
n———煤分层层数,取 １.
根据工作面涌水、地层情况及相关理论公式分
析得到表 ２ 数据,为煤层顶板冒裂数值计算和安全
性分级分区预测奠定基础.
表 ２ 煤层开采 “两带” 划分
回风立井钻孔
DG３
计算值
煤厚/m
最小值
１５
t
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４c
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厚层灰岩下石膏矿采空区相继冒落机理
厚层灰岩下石膏矿采空区相继冒落机理近年来许多矿山由于在开采完毕后遗留的采空区未能得到有效的处理,发生了采空区相继冒落事故。
本文以山东省玉荣石膏矿为研究背景,针对石膏矿事故发生的过程进行了理论分析,试验研究和数值模拟,对石膏矿采空区在厚层灰岩下相继冒落机理进行了研究,研究结果对于石膏矿的安全管理具有一定的指导意义。
现场选取了玉荣石膏岩石经精细加工制作成符合试验条件的石膏试件,对其进行单轴压缩试验、蠕变试验以及动力扰动蠕变试验,结合试件的试验特征和蠕变基本理论,建立了改进的伯格斯体的蠕变本构模型。
为了探讨轴压以及扰动次数对石膏岩石蠕变的影响,对试件分别施加40%、60%、80%的单轴抗压强度的轴压,并施加不同扰动次数的低强度扰动,然后通过FLAC<sup>3D</sup>数值模拟软件模拟了石膏岩石受到动力扰动后应力、位移以及产生的塑性区,归纳了相继冒落过程。
本文主要得出了如下结论:（1）在相同应力作用下,试件产生的横向变形比轴向变形更为明显。
试件进入稳定蠕变阶段的时间与应力成正相关,产生的横向应变量与轴向应变量成反比,蠕变时间越长,非线性程度越高。
（2）在扰动次数一定时,轴压越大,产生的损伤增量越大,试件的累积损伤量也越大;随着扰动次数的增加,累积损伤增量增长率呈对数型降低,损伤总量增长率也随之降低,损伤总量呈指数型增长。
（3）地震波在传递到采场时由于护顶层以及上层页岩的抗剪强度不足,使得护顶层脱落和顶板上部的页岩悬露。
页岩的岩体性质不能承受很大面积的悬露,因此当页岩层的脱落面积渐渐增大时,页岩发生了折断,矿柱上部的页岩层由于抗拉强度的不足而发生挤出,导致护顶层、页岩层全部坍塌,仅存灰岩层。
此时灰岩相当于简支梁,当灰岩的实际跨度大于极限跨度时,灰岩发生折断,产生的能量传递到相邻矿房,循环往复直到地震波产生的能量不足以破坏矿房为止。
文章揭示了护顶层折断—页岩层悬露—页岩挤出—灰岩层断裂的整个相继冒落过程。
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落拱顶部弧线为抛物线, 矿柱按 角剥蚀。提出以临界松散系数 K 作为其危险性评价因子, 并根据
所建立的一般冒落拱模型, 分别推导得到条带矿柱及间隔点柱区域关于 K 的计算公式。最后, 将该
评价因子用于工程实际, 实现对邵东石膏矿采空区的危险性分级。该评价体系, 即可对石膏矿地表
塌陷作出有效预测, 也可对石膏矿地表危险程度进行合理分级。
1. 1 冒落拱顶部弧线为抛物线
对于普 氏平 衡拱, 以弧 顶 中心 为原 点建 立如
图 1所示的坐标系 [ 7 ] 。由于岩块的塌落形成自然平
衡拱 AOB, 拱 上作用有均布重力载荷 v = H。在
OA 拱上取脱离体 OM# , 研究其受力的平衡条件。设
M
点的坐标为
( x,
y ),
T,
R 分别为右半拱及
#
AM
段对
O#M 的支撑力, 其方向分别为过 O 点和 A 点的切线
第 2期
邹洋等: 石膏 矿采 空 区上 覆 岩层 冒 落 规律 与 危险 性 评价
∃ 103∃
图 2 单一矿房上覆岩层冒落拱发展模式
F ig. 2 Developm ent mod el of caving
arch over a sin gle room
方向, v 为 OM# 段上覆岩层的自重应力。当 OM 弧
在上述诸力的作用下处于平衡状态时, 则根据力矩
平衡方程 MM = 0, 下式成立:
T %Y-
v
%x
%
x 2
=
0
( 2)
故:
Y=
v
2T
x
2
( 3)
由上式的函数形式可知, 普式平衡拱的拱顶形
状为抛物线, 而这一结论是由松散体力学性质出发,
利用冒落拱弧线微元的力矩平衡方程推导得到的,
以往对矿山地表危险性评判采用的方法主要有 模糊 综 合 评 价 方 法、层次 分 析 和 灰 色 综 合 评 判 法 [ 4] 。这些方法一般采用多因素作为评判指标, 且 需人为确定各指标权重, 评判的可靠性及普遍适用 性有限。为实现对石膏矿地表危险性更为有效的评 判及预测, 把握各因素本质联系, 首先需对石膏矿上 覆岩层冒落规律展开研究。
普氏拱理论揭示了采场内部自然平衡的一般形 态, 采场的冒落高度主要与覆岩岩性及采场尺寸相 关。而实际中, 由于石膏存在易风化、遇水易软化的 特点, 在长期自重及风化、地下水等外力作用下, 一 方面, 上覆岩层岩性会逐渐变差, 岩体普氏系数 f 变 小; 另一方面, 石膏矿采用房柱法开采, 采场两帮岩 体即为矿柱, 其在剥蚀中有可能完全失去对上覆岩 层的支承作用, 最后导致矿房相连, 采场跨度 a!变 大, 采场平衡不断被打破, h!随之增大, 冒落拱形不 断向上发展。因此, 采场内部破坏并不是静止的平 衡, 而是动态的发展过程。
关键词 石膏矿; 采空区; 上覆岩层; 冒落规律; 危险性评价
Study on the C av ing Law s of O verlying Strata in G ypsum M ine G oaf and Its R isk A ssessm ent
ZOU Yang LI X i b ing ZHAO Guo yan ZHOU Z i long LIU X i ling YANG Jin lin LIU Q iang
对于每一级冒落拱假定平衡状态来说具有一般性,
因此, 可假定每一级冒落拱顶部弧线为抛物线。
1. 2 矿柱按 角剥蚀
对于房柱法而言, 采场两帮即为矿柱, 石膏矿矿
柱在风化作用及泡水后必将发生剥蚀, 如图 2所示
以四边形 ABCD表示剥蚀后的最终形态, 则其主要 受 A, B 点的水平位置及 2点之间剥 蚀迹线的形状
1 石膏矿采空区上覆岩层冒落规律
根据普氏拱理论, 采场上覆岩体存一个自然平
衡状态如图 1所示 [ 7] , 其中, 矿房高度为 h, m; 矿房
宽度为 a, m; 两帮剥离后跨距为 a!, m。则其拱高为
h!= a!/f
( 1)
式中: f ∀ ∀ ∀ 岩体普氏系数。
图 1 普氏拱形态及受力分析图 F ig. 1 Shape and m echan ical analysis of nature arch
笔者根据石膏矿山地质环境及开采特点, 以普 氏平衡拱理论为基础探讨 石膏矿上覆岩层 冒落规 律; 由此出发提出合理的危险性评价因子; 并将该评 价因子用于工程实际, 实现对邵东石膏矿采空区的 危险性分级, 指导其闭坑设计。所建立的评判体系 将各影响因素划归于单一指标, 相较于多因素判别 其更为本质, 避免了人为的权重确定, 使得危险性评 价会更为方便、有效。
的基础上进一步剥蚀形成的, 且 A, B 点之间最终的 剥蚀迹线类似的以直线考虑。
矿柱进一步剥蚀程度主要与冒落填充的时空特
性相关, 该特性由顶板冒落速度 v1 与矿柱自身剥蚀 速度 v2 的比值体现, 该比值越大, 则冒落岩体对矿 柱的保护作用越明显, 进一步剥蚀程度越小。具体
而言, 对于 A 点, 由于填充及时, 可假定其不再向右 进一步移动发展; 对于 B 点, 定义控 制其水平位置
( 中南大学 资源与安全工程学院, 湖南 长沙 410083)
学科分类与代码: 6203070( 安全系统工程 )
中图分类号: X913. 4
文献标志 码: A
基金项目: 国家自然科学基金重点项目 ( 50934006) ; 国家重点基础研究发展计划 ( 2010CB732004)。
摘 要 为对上覆岩层冒落的危险性进行有效评价, 在工程实勘的基础上, 将石膏矿上覆岩层的 自然冒落作为一个逐级发展的过程来处理, 并根据普氏平衡拱理论对各级拱形作出 2点假定, 即冒
所控制。
按普氏拱理论, 在两帮岩性较差时, 两帮失稳发
生滑移破坏, 如图 1所示, 其中, !可按下式确定:
!= 45&- ∀f / 2
( 4)
式中: ∀f ∀ ∀ ∀ 松散岩体的折算摩擦角。
实际中, 矿柱的整个剥蚀过程复杂, 除需考虑矿
柱自身岩性外, 还需考虑冒落岩体对残余矿柱的保
护作用。可假定矿柱剥蚀最终形态是在普氏平衡拱
目前, 对采空区上覆岩层移动破坏的研究主要 有随机介质理论、托板理论、剖面函数法等 [ 5] , 但这 些理论多适用于煤矿, 对于矿岩性质、赋存环境及开 采方法等均不相同的非煤 矿山其适用性常 受到质 疑。现场实践也表明由于矿柱的支撑, 石膏矿地表 并不发生如煤矿的缓慢整体下沉, 其上覆岩层移动 破坏机制有别于采用条带式开采的煤矿 [ 6] 。
( School of Resources& Safety Eng ineering, C entral South U niversity, Changsha H unan 410083, Ch ina)
Abstract: In order to m ake an effective assessm ent of the hazard wh ich caused by the caving of overlying strata, based on field investigat ion, the cav ing o f overly ing strata over abandoned m ine goaf w as regarded as a step by step developm ent process. T hen, according to PU s' equilibrium arch theories, tw o assum p t ions about the shape of arch at d ifferen t levels w ere m ade, n arch was parabo la and the pillars w ere denuded at an ang le of . T hrough further analysis, different developm ental patterns of the cav ing arch w ere go tten, and a genera l cav ing arch m ode lw as estab lished. Based on these, the critical loose coeffic ientK w as proposed as the risk assessm ent factor, and the corresponding form ula in the m ined out area reserv ing strip p illar and post p illar w as derived from the general cav ing arch mode l re spect ive ly. A t las,t the risk assessm en t factorw as app lied to the eng ineering practice, and the risk c lassifi cat ion of Shaodong gypsum m ine w as m ade. Th is eva luation system canno t only m ake an effective forecast fo r the surface collapse of gypsum m ine, but also be used to rank the dangerous degree o f gypsum m ines su r face. K ey w ords: gypsum m ine; m ine goa;f overly ing strata; co llapse regularity; risk assessm ent