（地質(zhì)工程專業(yè)論文）遼寧省鐵法煤田大隆礦區(qū)地表沉陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)研究.pdf

摘要本文同時(shí)考慮采礦和礦坑降水兩方面因素，研究鐵法煤田大隆礦區(qū)因采礦引發(fā)的地面沉降和地面塌陷兩種地質(zhì)災(zāi)害。應(yīng)用地表變形模擬軟件模擬出因采礦引發(fā)的地面沉降變形曲線和水平變形曲線；應(yīng)用s u r f e r 和v is u a lm o d f l o w軟件模擬出因降水引發(fā)的地面沉降變形曲線，并應(yīng)用m a t l a b程序?qū)煞N因素引發(fā)的地面變形曲線進(jìn)行疊加。利用傳統(tǒng)的地質(zhì)歷史分析方法和現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，根據(jù)疊加的地面變形曲線，對(duì)照。三下”采煤規(guī)程規(guī)定的建筑物允許地表變形值，對(duì)鐵法煤田沉陷區(qū)范圍內(nèi)村莊進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分級(jí)、分區(qū)?；趫D論的模糊聚類方法的基本思想、具體步驟，采用c + + 語言對(duì)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化并構(gòu)造相似矩陣，用克魯斯卡爾算法構(gòu)造最大樹，驗(yàn)證地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)的正確性。進(jìn)而，為沉陷區(qū)的災(zāi)害防治、村屯規(guī)劃提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：地面沉降；地面塌陷；模糊聚類；災(zāi)害分區(qū)a b s t r s c tt h ep a p e rc o n s i d e r st w of a c e t so f m i n i n ga n dt h ed e w a t e r i n gi nt h em i n ep i ta tt h es a m et i m e , s t u d i e st w og e o l o g i c a lc a l a m i t i e so fl a n ds u b s i d e n c ea n dl a n dc o l l a p s ew h i c ha r eb r o u g h tb yt h em i n i n ga c t i v i t yi nd a l o n gm i n eo ft i e f ac o a lf i e l d s i m u l a t e sl a n ds u b s i d e n c ec u r v ea n dt h el e v e ld i s t o r t i o nc u r v ew h i c ha r eb r o u g h tb yt h em i n i n gu s i n gs u r f a c ed i s t o r t i o ns i m u l a t i o ns o f t w a r e ；s i m u l a t e sl a n ds u b s i d e n c ed i s t o r t i o nc l r v ew h i c hi sb r o u g h tb yt h ep r e c i p i t a t i o nu s i n gs u r f e ra n dv i s u a lm o d f l o w , a n ds p l i c e ss u r f a c ed i s t o r t i o nc u r v e sw h i c ha r eb r o u g h tb yt w of a c t o r su s i n gt h em a t l a bp r o c e d u r e 1 1 ”p a p e ru s e st h et r a d i t i o ng e o l o g yh i s t o r ya n a l y s i sm e t h o da n dm o d e r nn u m b e rs t a t i s t i c a lm e t h o d ，a c c o r d i n gt os u p e r i m p o s e ds u r f a c ed i s t o r t i o nc u ! e ，c o m p a r i n gt h eb u i l d i n gp e r m i t t e ds u r f a c ed i s t o r t i o nv a l u ew h i c ht h e ”t h r e ed o w n “t h em i n i n gc o a lr e g u l a t i o n sp r e s c r i b e d 1 1 塢v i l l a g ei sc a r r i e do u tg e o l o g yd i s a s t e rd a n g e rc l a s s i f i c a t i o na n dt h es u b a r e ai nt i e f ac o a lf i e l dd o w n p u n c ha r e ai n n e r 1 1 1 eb a s i ci d e a sa n dt h ec o n c r e t es t e po ff u z z yg a t h e r e dm e t h o db a s e d0 1 1t h ed i a g r a m m a t i c ，t h ep a p e rs t a n d a r d i z e st h eo r i g i n a ld a t aa n ds t r u c t u r e ss i m i l a rm a t r i xu s i n gc + + l a n g u a g e ，s t r u c t u r e st h el a r g e s tt r e eu s i n gk r u s k a l ，v a l i d a t e sa c c u r a c yo fc a l a m i t ys u b a r e a , m o r e o v e r , p r o v i d e sb a s e st od o w n p u n c ha r e a sd i s a s t e rp r e v e m i o na n dc o n t r o l ，t h ev i l l a g el a y o u t k e yw o r d s ：l a n ds u b s i d e n c e ；l a n dc o l l a p s e ；f u z z yg a t h e r ；c a l a m i t ys u b a r e a創(chuàng)新點(diǎn)聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果：本文同時(shí)考慮采礦和礦坑降水兩方面影響因素，研究鐵法煤田大隆礦區(qū)因采礦引發(fā)的地面沉降和地面塌陷兩種地質(zhì)災(zāi)害。利用傳統(tǒng)的地質(zhì)歷史分析方法和現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，根據(jù)模擬的地面變形曲線，對(duì)照“三下”采煤規(guī)程規(guī)定的建筑物允許地表變形值，對(duì)鐵法煤田大隆礦沉陷區(qū)范圍內(nèi)村莊進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分級(jí)、分區(qū)。盡我所知，到目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)未見報(bào)道。作者：孳型e t 期：絲遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文1 前言1 1 論文選題依據(jù)本論文是圍繞導(dǎo)師科研項(xiàng)目進(jìn)行的，主要針對(duì)因采礦和礦坑降水引發(fā)的地面沉降和地面塌陷兩種地質(zhì)災(zāi)害( 以鐵法煤田大隆礦區(qū)為例) 進(jìn)行研究，采用傳統(tǒng)的地質(zhì)歷史定性分析方法和現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計(jì)定量分析方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序?qū)Φ孛孀冃芜M(jìn)行預(yù)計(jì)計(jì)算，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害分級(jí)、分區(qū)，更準(zhǔn)確的分析、評(píng)價(jià)開采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。鐵法煤田是遼寧省的主要煤炭產(chǎn)業(yè)基地，該煤田現(xiàn)正處在盛產(chǎn)期，多年來礦業(yè)職工和當(dāng)?shù)卣罕姙閲?guó)家的能源供應(yīng)做出了重要貢獻(xiàn)。但是，隨著采煤生產(chǎn)的深入，陸續(xù)出現(xiàn)了環(huán)境地質(zhì)問題，并且不斷地加劇，特別是采礦引發(fā)的地面沉降、地面塌陷闖題，嚴(yán)重地影響著礦區(qū)內(nèi)群眾的居住安全和環(huán)境質(zhì)量，影響著和諧社會(huì)的構(gòu)建。所以，本文研究目前由于采礦和礦坑降水引發(fā)的地面變形問題，并預(yù)測(cè)到2 0 1 4 年地面將發(fā)生的變形情況，進(jìn)而進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)。其結(jié)論為沉陷區(qū)的災(zāi)害防治、村屯規(guī)劃、保護(hù)附近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全具有指導(dǎo)意義。1 2 地面沉降、地面塌陷的類型地面沉降、地面塌陷是人們關(guān)注的地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境問題，也是世界性重要問題，尤其是地面沉降、地面塌陷多發(fā)生在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口相對(duì)稠密的城市以及重要的經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，包括礦山、交通干線等地帶。引發(fā)和影響地面沉降、地面塌陷災(zāi)害的因素很多，宏觀分為自然因素和人為因素。自然因素：地面沉降、地面塌陷在地球自然演化過程中，是一個(gè)必然發(fā)生的地質(zhì)現(xiàn)象。它包括地下水的滲流潛蝕、溶蝕，巖溶塌落，以及地殼運(yùn)動(dòng)、海平面的升降等。人為因素：人類活動(dòng)，如地下礦床的開采是誘發(fā)地面沉降、地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的重要因素。人類活動(dòng)特別集中于平坦的盆地或平原地帶。而這些地帶是由于自然沉降過程中而形成具有松散第四紀(jì)地層沉積的地帶。這些地帶在自然演化過程中，仍發(fā)生著松散地層的壓實(shí)與固結(jié)過程，因而也存在著地面沉降、地面塌陷現(xiàn)象的發(fā)生心”誘發(fā)地面沉降、地面塌陷現(xiàn)象的發(fā)生有多種類型：遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文2固體礦產(chǎn)資源開采誘發(fā)地面沉降、地面塌陷地下礦產(chǎn)資源如煤、石膏等礦產(chǎn)采出前，地下巖體處在一種準(zhǔn)靜態(tài)平衡狀態(tài)，地下礦產(chǎn)資源采出后，這種平衡狀態(tài)遭到破壞，使采場(chǎng)上覆巖體遠(yuǎn)離平衡，發(fā)生一系列的變形破壞現(xiàn)象。隨著開采的進(jìn)行，這種不平衡狀態(tài)會(huì)引起上覆巖體的移動(dòng)與變形，由此引起地面沉降、塌陷與變形，進(jìn)而達(dá)到新的平衡狀態(tài)。礦產(chǎn)資源開采引起地面建筑物等的變形破壞是普遍存在的一種現(xiàn)象。黑龍江省的七臺(tái)河、雞西、雙鴨山，遼寧省的阜新、鐵嶺、北票等煤礦，已經(jīng)出現(xiàn)大面積地面沉降、地面塌陷，并引起房屋倒塌、人員傷亡、鐵路受損、市政設(shè)施破壞、耕地被毀等災(zāi)害，付出的代價(jià)是沉重的。遼寧撫順煤田，引起地表沉降、塌陷已經(jīng)2 0 k m 2 ?；茨厦禾锓植济娣e3 6 0 0 k m 2 ，引起沉降、塌陷的深度大的近2 0 m 。開發(fā)地下水誘發(fā)地面沉降由于平原、盆地、三角洲有相對(duì)較好的人類生存條件，所以是人口密集居住地域。在較厚的松散地層中，有較豐富的地下水資源可供開采。然而，過量開采地下水，會(huì)造成大面積的地面沉降。由于大量開采地下水造成地面沉降的國(guó)家很多，其中主要的有美國(guó)、墨西哥、委內(nèi)瑞拉、巴西、日本、泰國(guó)、澳大利亞、中國(guó)、意大利、英國(guó)、法國(guó)、西班牙、俄羅斯等國(guó)。我國(guó)發(fā)生地面沉降的城市近百個(gè)，主要有上海、北京、天津、太原、西安、石家莊、無錫、蘇州、杭州、寧波、嘉興、徐州、洛陽、開封等城市。在美國(guó)的加州圣畢金流域最大沉降量為8 5 m 以上，墨西哥城達(dá)7 5 m 。我國(guó)臺(tái)灣島西部為濱海平原，總面積有1 1 0 0 0 k m 2 ，但是由于過量開采地下水，造成地面沉降的地帶已達(dá)2 0 0 0 - - 3 0 0 0 k m 2 。美國(guó)加州圣畢金流域發(fā)生地面沉降的面積達(dá)9 0 0 0 k m 2 ，墨西哥城沉降面積7 5 0 0 k m 2 ，我國(guó)天津地區(qū)沉降面積也達(dá)7 0 0 0 k m 2 。隨著人類對(duì)地下水開采的加劇，開采地下水誘發(fā)地面沉降越來越嚴(yán)重。其發(fā)展趨勢(shì)是，多個(gè)城市的沉降帶相連接而形成區(qū)域性的地面沉降，我國(guó)臺(tái)灣西部海岸濱海平原就是這種情況，長(zhǎng)江三角洲的上海、無錫、蘇州、常州也是逐漸相連而成為大的沉降帶。遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文3其它流體資源開采引起的地面沉降、地面塌陷其它流體資源開采如油、氣等資源也會(huì)引起地面沉降、地面塌陷。在遼河、大慶等油田都不同程度的觀測(cè)到了地面沉降、地面塌陷現(xiàn)象。在華北平原東部的任丘、大港和東營(yíng)等地出現(xiàn)了較嚴(yán)重的由于油、氣開采引起的地面沉降、地面塌陷。大都市綜合開發(fā)誘發(fā)地面沉降、地面塌陷目前不斷擴(kuò)大的大都市，不僅存在著開發(fā)地下水資源而誘發(fā)地面沉降的不良現(xiàn)象，而且高層建筑的荷載及其它工程設(shè)施，也可以誘發(fā)地面沉降、地面塌陷，特別是地下空間的開拓，誘發(fā)的地面沉降、地面塌陷是不可忽視的。例如：因地下開挖修建地鐵，產(chǎn)生的地面沉降已達(dá)到2 0 m m 一1 5 0 m m ；大橋產(chǎn)生的基礎(chǔ)沉降大的達(dá)幾百毫米；高層建筑物產(chǎn)生的沉降有的已達(dá)3 0 0 m m 2 8 1 。因此，產(chǎn)生地面沉降、地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的因素是多方面的，現(xiàn)在地面沉降、地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)成為當(dāng)今世界城市化進(jìn)程中不可忽視的環(huán)境地質(zhì)問題，它與人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密切相關(guān)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重的危害。1 3 論文的研究意義礦山開采破壞了巖體內(nèi)部原有的力學(xué)平衡狀態(tài)，使巖層位移、變形，使巖體的完整性受到破壞。當(dāng)開采的面積達(dá)到一定范圍之后，起始于采場(chǎng)附近的移動(dòng)和破壞將擴(kuò)展到地表，引起地面沉降、地面塌陷。這里把采礦引發(fā)的地面沉降和地面塌陷統(tǒng)稱為采礦沉陷。為了進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)，需要開采大量礦產(chǎn)。但是開采有用礦產(chǎn)引發(fā)的地面沉陷，又反過來影響和破壞巖體內(nèi)和地面上的一些生產(chǎn)和生活設(shè)施，制約人與自然的和諧發(fā)展。要解決好這個(gè)矛盾，只有依靠對(duì)開采沉陷的深入研究。僅僅從我國(guó)“三下”( 建筑物下、水體下和鐵路下) 壓煤的情況來看，就可以顯示出研究開采沉陷的重要性：據(jù)1 9 8 2 年底的不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)生產(chǎn)礦井“三下”壓煤量總計(jì)達(dá)到1 3 3 4 8 億噸，其中建筑物下7 8 1 8 億噸、水體下3 6 。3 9 億噸、鐵路下1 8 9 1 億噸。如果通過開采沉陷的研究，能將我國(guó)。三下”壓煤哪怕只“解放”出來一半，就可供一個(gè)年產(chǎn)1 0 0 萬噸的大型礦井生遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文4產(chǎn)1 0 0 年。但是，到目前為止，我國(guó)從“三下”采出的煤炭尚不足7 億噸，只占整個(gè)“三下”壓煤量的5 左右。由此可見，開采沉陷的研究現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的需要曙”。隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和開采強(qiáng)度的提高，開采建筑物下、鐵路下壓煤的必要性更加突出。在解決這類問題時(shí)，總是要提出問題：地下煤層采出后，上覆巖層和地表將發(fā)生的移動(dòng)和變形的范圍和程度有多大，它將給各類建筑物帶來多大的危害和影響。為此，就需要根據(jù)己知的地質(zhì)采礦條件在開采之前預(yù)先計(jì)算出地表可能產(chǎn)生的移動(dòng)和變形，這就是所謂的地表移動(dòng)預(yù)計(jì)，或稱她表移動(dòng)計(jì)算及估算。地表移動(dòng)預(yù)計(jì)應(yīng)用于以下諸方面乜m ”：( 1 ) 判斷地表移動(dòng)對(duì)建筑物的影響程度，確定合理的有利于保護(hù)建筑物的開采方案及措施；( 2 ) 在建筑物下開采時(shí)，為建筑物的加固維修措施提供依據(jù)；( 3 ) 分析開采對(duì)鐵路的影響，判斷在鐵路下開采的可能性，估算鐵路維修工作量及維修材料用量；( 4 ) 合理布局煤礦區(qū)的地面建筑物；( 5 ) 為礦區(qū)內(nèi)新建的建筑物合理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供必要資料。根據(jù)預(yù)計(jì)的結(jié)果可以進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)，預(yù)計(jì)的結(jié)果對(duì)指導(dǎo)建筑物下、鐵路下、水體下的開采實(shí)踐具有重要作用。特別是在建筑物下開采時(shí)，預(yù)計(jì)所得的結(jié)果常被用來判別建筑物是否受開采影響和受開采影響的程度，作為受影響建筑物進(jìn)行維修、加固、就地重建或采取地下開采措施的依據(jù)；在鐵路下采煤時(shí)，可以根據(jù)預(yù)計(jì)的結(jié)果判斷鐵路下開采的可能性，估算鐵路維修工作量和材料用量，安排維修計(jì)劃：在水體下采煤時(shí)，預(yù)計(jì)結(jié)果被用來判斷礦井受水患威脅的程度以及研究開采對(duì)受影響的堤壩等水工建筑物的破壞和影響的程度，以便進(jìn)行必要的維修和保護(hù)。過于保守的( 偏大的) 預(yù)計(jì)結(jié)果，將導(dǎo)致花費(fèi)不必要的保護(hù)費(fèi)用，造成浪費(fèi)；過于低估影響的( 偏小的)預(yù)計(jì)結(jié)果，可能導(dǎo)致保護(hù)措施不足，使保護(hù)對(duì)象受到破壞，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及人身安全。所以，必須謹(jǐn)慎選取參數(shù)進(jìn)行預(yù)計(jì)，預(yù)計(jì)結(jié)果必須與實(shí)際接近，為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)提供理論依據(jù)。遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文51 4 研究現(xiàn)狀研究采礦沉陷，主要研究采礦引發(fā)的地表移動(dòng)變形的災(zāi)變，以及由此引起地面上建筑物受損的災(zāi)度。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于地表移動(dòng)、變形的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分級(jí)、分區(qū)的研究成果較多，但多數(shù)為定性研究。1 4 1 地表移動(dòng)預(yù)計(jì)理論研究現(xiàn)狀地下礦物資源開采，當(dāng)采空面積達(dá)到一定的數(shù)值，巖層將產(chǎn)生移動(dòng)并發(fā)展到地表，引起地表的移動(dòng)、變形和破壞。這種現(xiàn)象從人類開始利用地下資源時(shí)就被觀察到了。早在1 8 世紀(jì)下半葉，已能對(duì)移動(dòng)范圍進(jìn)行估計(jì)，這就是所謂的“法線理論”和“自然斜面理論”。另一方面杜馬特( d u m o n t ) 提出了一個(gè)下沉量礦的算式，即w = n l c o s 口，這里m 為采厚口為煤層傾角。本世紀(jì)2 0 至3 0 年代，斯奇米茨( s c h m i t z ) 、凱因斯特( k e i n h o s t ) 和巴斯( b a l s )研究了開采影響的作用面積及分帶，這可以作為影響函數(shù)法的初級(jí)階段。值得指出的是，凱因斯特首先提出了水平移動(dòng)的算法，即u = w t g - ，這里為縫表點(diǎn)到開采中心的連線與鉛垂線的夾角。以上可以稱為研究巖層移動(dòng)的第一階段。第二次世界大戰(zhàn)后，生產(chǎn)的發(fā)展及其對(duì)煤炭需求量的增大，使地表移動(dòng)問題更為突出。許多學(xué)者開始對(duì)地表移動(dòng)計(jì)算進(jìn)行深入探索。前蘇聯(lián)學(xué)者阿維爾辛通過塑性理論和經(jīng)驗(yàn)方法提出了下沉剖面方程呈指數(shù)函數(shù)形式，并提出了水平移動(dòng)與地面傾斜成正比的著名觀點(diǎn)，這一觀點(diǎn)至今被許多資料所證實(shí)。波蘭學(xué)者克諾特( k n o t h e ) 提出了幾何理論，布德雷克解決了克諾特提出的下沉盆地中的水平移動(dòng)及水平變形問題，這一理論現(xiàn)在稱為布德雷克一克諾特理論。其高斯型的影響曲線對(duì)近水平煤層的下沉描述十分成功。另一波蘭學(xué)者李特維尼申( l i t w i n i s z y n ) 對(duì)巖層移動(dòng)計(jì)算理論有較大貢獻(xiàn)，他把巖層移動(dòng)過程作為一個(gè)隨機(jī)過程，推證下沉服從柯爾莫哥羅夫方程，這一理論被稱為隨機(jī)介質(zhì)理論，依據(jù)這一理論發(fā)展了至今在我國(guó)廣泛應(yīng)用的概率積分方法。另外，沙武斯托維奇( s a l u s t o w i c z ) 根據(jù)彈性基礎(chǔ)梁的理論得到了地表下沉盆地的表達(dá)式。6 0 年代初，英國(guó)學(xué)者拜瑞( b e r r y ) 和沃利斯( w a l e s ) 根據(jù)彈性理論分別討論了均質(zhì)巖層平面和橫觀各向同性平面以及三維條件下的地表移動(dòng)表達(dá)式，但由于參數(shù)確定方面的困難，應(yīng)用較少。此期間，英國(guó)大遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文6量研究和發(fā)展了應(yīng)用典型曲線計(jì)算地表移動(dòng)的方法。美國(guó)學(xué)者沙拉蒙( s a l a m o n ) 對(duì)地表移動(dòng)也有一些研究，他幾乎與拜瑞同期研究彈性理論求解地表移動(dòng)。上述階段可認(rèn)為是研究巖層與地表移動(dòng)的第二階段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，巖層與地表移動(dòng)的數(shù)學(xué)模型發(fā)展很快。從7 0年代至今，人們將經(jīng)典理論( 第二階段發(fā)展的理論) 的算法編成計(jì)算機(jī)程序，使得過去難于計(jì)算的問題成為可能。值得一提的是，三種主要的數(shù)值分析方法( 有限元法、邊界元法和離散元法) 均在巖層移動(dòng)計(jì)算中得到了應(yīng)用。巖層移動(dòng)計(jì)算正在向著自動(dòng)化、智能化、復(fù)雜化和直觀化方向發(fā)展。在自動(dòng)化方面，可以根據(jù)己有觀測(cè)資料反求參數(shù)、計(jì)算不同采礦方案下的地表移動(dòng)變形；在智能化方面，根據(jù)計(jì)算理論和專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)可以輔助決策；在復(fù)雜化方面，不僅能對(duì)傾斜煤層、巖層內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算，而且對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件( 如有斷層) 下的移動(dòng)變形也能計(jì)算，同時(shí)還能給出應(yīng)力分析的結(jié)果；在直觀化方面，計(jì)算結(jié)果能直接以曲線圖甚至三維圖的方式給出，十分直觀，一目了然。目前正在深入研究的這些方面可作為巖層移動(dòng)發(fā)展的第三階段。與波蘭、前蘇聯(lián)等國(guó)相比，我國(guó)巖層與地表移動(dòng)研究起步較晚，分階段的特征不明顯，實(shí)際上解放后我國(guó)才進(jìn)行這一方面的研究工作?；茨虾烷_灤煤礦在五十年代初期即建立了地表移動(dòng)觀測(cè)站，開始了我國(guó)巖層移動(dòng)的儀器觀測(cè)工作。五十年代后期，我國(guó)各主要礦區(qū)，開灤、撫順、阜新、峰峰、淮南、大同、鶴崗、新漢、陽泉、本溪等先后制定了開展地表移動(dòng)觀測(cè)的規(guī)劃，并建立了一批觀測(cè)站。多年來的儀器觀測(cè)，積累了大量的資料，在此基礎(chǔ)上，初步提出了移動(dòng)與變形的計(jì)算公式，以及選定有關(guān)參數(shù)的方法，從而改變了過去那種引用外國(guó)數(shù)據(jù)解決我國(guó)實(shí)際問題的局面。劉寶深、廖國(guó)華將隨機(jī)介質(zhì)理論引入我國(guó)，并發(fā)展和完善了這種計(jì)算方法。劉天泉、周國(guó)銼等一批學(xué)者對(duì)我國(guó)此項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，在我國(guó)己形成了概率積分法，典型曲線法，負(fù)指數(shù)函數(shù)法等多種計(jì)算方法并存的“百花齊放”的局面，在大量的地表移動(dòng)觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上制訂出了自己的規(guī)程?？梢院敛豢鋸埖卣f，我國(guó)在巖層與地表移動(dòng)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面都取得了巨大的成績(jī)，并在國(guó)際上占據(jù)應(yīng)有的地位n 們口”。目前，人們己初步掌握了巖層與地表移動(dòng)的基本規(guī)律。通過大量的現(xiàn)場(chǎng)遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文7儀器觀測(cè)，尋求了巖層與地表移動(dòng)各主要參數(shù)與地質(zhì)采礦因素的關(guān)系，并建立了各種類型的地表移動(dòng)盆地剖面數(shù)學(xué)表達(dá)式，為地表移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)方法的建立創(chuàng)造了條件。有了地表移動(dòng)預(yù)計(jì)方法，就可以預(yù)計(jì)一定條件下開采引起的地表變形值，因而，就有可能估計(jì)出房屋、鐵路由于地下開采而受損害的程度。為此，人們可以事先采取防護(hù)措施，避免災(zāi)難性的破壞。1 4 2 地表移動(dòng)預(yù)計(jì)軟件的研究現(xiàn)狀迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)采礦引起的地表移動(dòng)、破壞預(yù)計(jì)理論和方法作了大量的研究，并取得了很大的發(fā)展。由于開采弓l 起地表破壞涉及覆巖內(nèi)部的破壞機(jī)理、結(jié)構(gòu)、開采方法、開采工藝、地質(zhì)構(gòu)造及保護(hù)建筑物設(shè)施的結(jié)構(gòu)等因素，是一個(gè)多因素的復(fù)雜影響系統(tǒng)，因而借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)快速綜合分析評(píng)價(jià)，已成為一種有效的方法。從7 0 年代至今，人們將經(jīng)典理論的算法編成計(jì)算機(jī)程序，使得過去難于計(jì)算的問題成為可能。國(guó)內(nèi)的不少煤炭研究院和高校都開發(fā)了自己的礦山開采地表移動(dòng)預(yù)計(jì)程序，具有代表性的有；( 1 ) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)康建榮、王金莊等開發(fā)研制的“任意形多工作面多線段開采沉陷預(yù)計(jì)系統(tǒng)”( m s p s ) ；( 2 ) 西安礦業(yè)學(xué)院余學(xué)義、劉春光等開發(fā)研制的。三下開采與地面保護(hù)預(yù)計(jì)評(píng)價(jià)軟件”( y l h 一1 2 ) ；( 3 ) 焦作工學(xué)院特殊開采所開發(fā)研制的“任意形狀采區(qū)地表移動(dòng)盆地內(nèi)任意點(diǎn)任意方向的移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)程序”( d b y j ) 。地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)值的精確度是實(shí)現(xiàn)最大資源回收率，提高開采經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)建筑物安全的關(guān)鍵性技術(shù)抬兒”1 1 4 3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)的研究現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)逐漸受到人們的重視，國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)發(fā)展過程基本上是由定性化、半定性半定量化方法向定量化方法過渡的。最雛形的評(píng)價(jià)方法始于國(guó)外對(duì)泥石流的制圖，早在1 8 2 6 年，奧地利學(xué)者杜伊列( d u i l e ) 就提出了荒溪繪圖方法用于泥石流的區(qū)劃。雖然災(zāi)害區(qū)劃方法的歷史久遠(yuǎn)，但真正對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行研究是最近一二十年。2 0 世紀(jì)8 0年代以后，許多專家和同行學(xué)者先后使用不同的方法，對(duì)各種災(zāi)害進(jìn)行了分遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文8區(qū)評(píng)價(jià)。最初，采用多種勘測(cè)測(cè)試，根據(jù)取得的資料，利用地質(zhì)分析的方法，參考地質(zhì)因素演化機(jī)制中的判據(jù)，并適當(dāng)結(jié)合地質(zhì)類比的方法，論證其演化機(jī)制，對(duì)災(zāi)害做出分區(qū)評(píng)價(jià)，這些方法只局限于定性評(píng)價(jià)，沒有上升到定量化高度。后來，所采用的評(píng)價(jià)方法在許多方面繼承了地理學(xué)的評(píng)價(jià)方法，可歸納為；主導(dǎo)因素法、多因素的單因子逐項(xiàng)疊置法、地理相關(guān)分析法、理論推導(dǎo)分析法、趨向于半定性半定量化評(píng)價(jià)方法。在2 0 世紀(jì)9 0 年代以后，數(shù)理知識(shí)在地學(xué)中的應(yīng)用向縱橫方向發(fā)展，各學(xué)科的穿插滲透，評(píng)價(jià)方法逐漸趨于定量化綜合評(píng)價(jià)。回歸線性預(yù)測(cè)、數(shù)學(xué)模型分析得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是白箱、黑箱、灰色預(yù)測(cè)、層次分析理論的引入，地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)評(píng)價(jià)更有了得心應(yīng)手的方法，特別是層次分析理論適合危險(xiǎn)性影響因素多，分布更加復(fù)雜的大區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)。隨著對(duì)地質(zhì)災(zāi)害研究的深入，大量的研究表明，災(zāi)害是一種復(fù)雜的非線性環(huán)境問題，這使得入們采用傳統(tǒng)的理論、研究思路和方法手段來進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)并不能得到令人滿意的效果。近幾年發(fā)展起來的其它一些非線性科學(xué)理論，其一系列的新思想、新觀點(diǎn)和新方法( 如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分?jǐn)?shù)維理論) 引起了世界各國(guó)的科技工作者和各學(xué)科領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，給地質(zhì)災(zāi)害的研究注入了新的活力，將現(xiàn)代非線性科學(xué)理論與傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)理論相結(jié)合，應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)。這些方法處于發(fā)展階段，技術(shù)上還不夠成熟，需要得到近一步驗(yàn)證。其應(yīng)用還停留在物理模式探索階段?？傊?，在當(dāng)前的地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域，學(xué)科之間的滲透和交融，已經(jīng)擺脫了過去定性評(píng)價(jià)、靜態(tài)分析、單一問題的討論局面，進(jìn)入了定量化、動(dòng)態(tài)化、綜合性的評(píng)價(jià)階段。1 5 本文工作本次論文工作是在充分收集、研究現(xiàn)有地質(zhì)資料和礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案及相關(guān)文件的基礎(chǔ)上，并通過野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，對(duì)采礦和降水引發(fā)的地面沉降、地面塌陷進(jìn)行定性定量分析，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分級(jí)、分區(qū)研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)采礦沉陷災(zāi)害的綜合評(píng)價(jià)。遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文9以往的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)只單一考慮采礦引發(fā)地面沉降、地面塌陷，本次工作是在前人測(cè)得的實(shí)際數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮采礦和礦坑降水兩方面因素。針對(duì)鐵法煤田大隆礦區(qū)因采礦和礦坑降水引發(fā)的地面沉降和地面塌陷兩種地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行研究，認(rèn)為采法、采區(qū)、采深、采高、頂板管理是影響沉陷災(zāi)害的直接因素；巖性、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及礦坑降水是影響沉陷災(zāi)害的間接因素，其中礦坑降水是不可忽視的重要因素。具體步驟如下：( 1 ) 結(jié)合采煤引起的開采沉陷研究理論，應(yīng)用地表變形模擬軟件模擬出因采礦引發(fā)的地面沉降和水平變形曲線；根據(jù)地下水降深、降落漏斗影響半徑、巖土工程地質(zhì)性質(zhì)，應(yīng)用s u r f e r 和v i s u a lm o d f l o w 軟件模擬出因礦坑降水引發(fā)的地面沉降變形曲線。( 2 ) 應(yīng)用m a t l a b 中分段線性插值法，將采煤引起的地面沉降等值線和礦坑降水引起的地面沉降等值線進(jìn)行疊加，現(xiàn)有的地表變形曲線是采礦和礦坑降水引發(fā)地表變形曲線的疊加，精確表示出地面的變形情況。( 3 ) 根據(jù)疊加后的地表變形曲線，對(duì)照“三下”采煤規(guī)程規(guī)定的建筑物允許地表變形值，論述研究區(qū)的現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的分級(jí)、分區(qū)；預(yù)測(cè)研究區(qū)今后1 0 年地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的分級(jí)、分區(qū)。在煤田現(xiàn)有村莊中，確定截至目前地面沉陷已經(jīng)穩(wěn)定，今后開采( 根據(jù)鐵法煤田大隆礦提供的開采計(jì)劃)地表變形值在建筑物允許范圍內(nèi)的區(qū)域( 危險(xiǎn)性小區(qū)) ；預(yù)測(cè)截至目前地面沉陷尚未穩(wěn)定，根據(jù)地面沉陷時(shí)問規(guī)律近期穩(wěn)定，今后開采地表變形值在建筑物允許范圍內(nèi)的區(qū)域( 危險(xiǎn)性中等區(qū)) ；預(yù)測(cè)圈定今后開采活動(dòng)引發(fā)地表變形值超出建筑物允許范圍的區(qū)域( 危險(xiǎn)性大區(qū)) 。( 4 ) 應(yīng)用圖論的模糊聚類方法驗(yàn)證地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)結(jié)論，為大隆礦采煤沉陷區(qū)內(nèi)的村莊建設(shè)場(chǎng)地規(guī)劃提供可靠的地質(zhì)災(zāi)害論證資料胡n ”。遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文1 02 礦區(qū)地質(zhì)概況2 1 概述2 1 1 交通位置大隆井田位于鐵法煤田的中西部，地處鐵法市曉明鎮(zhèn)，行政區(qū)劃屬調(diào)兵山市管轄地理坐標(biāo)為：東經(jīng)1 2 3 。3 3 4 9 ”一1 2 3 。3 772 8 ”，北緯：4 2 。2 41 6 ”一4 2 。2 7 1 7 大隆井田距沈陽l o o k m ，距鐵嶺3 0 k m 礦區(qū)專用鐵路經(jīng)過井田中部，在大青站與國(guó)鐵接軌。連通全國(guó)各地礦區(qū)內(nèi)交通十分便利，鐵、法，康公路呈東西向橫越井田中部，以礦物局所在地調(diào)兵山為中心至各礦及周邊各縣城均有公路相通( 見圖2 - - 1 ) 圖2 一l鐵法礦區(qū)交通位置圖遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文1 l2 1 2 井田自然概況大隆井田于1 9 6 6 年9 月動(dòng)工建井，于1 9 7 2 年1 2 月投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)能力9 0 萬t a ，1 9 9 0 年改擴(kuò)建后設(shè)計(jì)能力為1 8 0 萬t a ?，F(xiàn)年產(chǎn)量1 8 0 萬噸，井田走向長(zhǎng)( 東西) 4 4 8 k m ，傾斜寬( 南北) 3 3 4 k m ，面積1 4 9 6 k m 2 。采用傾斜長(zhǎng)壁采煤方法，全部冒落頂板管理方法。大隆井田東部與小青井田相鄰，以f 。、f a 、f 。f ：。號(hào)斷層為界；井田南及西南部與大興井田接壤，以f 。、f 。、f 。號(hào)斷層及井田轉(zhuǎn)點(diǎn)坐標(biāo)為界；西及西北部以各煤層可采范圍及井田轉(zhuǎn)點(diǎn)坐標(biāo)為界；北部與小明井田相臨，以風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)煤柱及f 。、f 。、f ，、f ，、f 。號(hào)斷層為界( 見圖2 - 2 ) 。遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文1 2圖2 2 鐵法煤田并田分布示意圈遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文1 32 2 地質(zhì)環(huán)境條件2 2 1 水文氣象本地區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，常年主導(dǎo)風(fēng)向多為西南風(fēng)和西北風(fēng)，四季變化明顯，春季多西北風(fēng)，風(fēng)力最大8 9 級(jí)，小至2 - - 3 級(jí)，氣溫上升迅速；夏季炎熱多雨，降雨量較少，主要集中在7 、8 、9 三個(gè)月，平均降雨量為5 0 0 - - 6 0 0 m m ，最大達(dá)1 0 0 9 1 l m m ，年蒸發(fā)量為1 7 0 0 m m 。年平均氣溫為7 左右，最低氣溫一3 2 1 ，最高氣溫3 3 3 。最大凍土深度1 4 0 m ，平均年無霜期1 5 0 天。本區(qū)光照條件較好，平均年日照時(shí)數(shù)為2 7 8 6 ，6 小時(shí)。區(qū)內(nèi)主要為季節(jié)性河流，共兩條：一條由調(diào)兵山南嶺流經(jīng)娘娘廟，另一條由施荒地流經(jīng)興隆屯，在小明安碑村西匯合一體，然后向東南經(jīng)田家窩棚流出本井田。2 2 2 地形地貌大隆井田位于鐵法煤田中西部，本井田內(nèi)地勢(shì)較為平坦，其東部是沖積平原，西部是洪積平原。沖積平原較為平坦，標(biāo)高在6 5 6 9 m 之間；洪積平原自西向東微傾，標(biāo)高在6 9 9 0 m 之間，高差變化有一定規(guī)律。西部地勢(shì)稍高，向東逐漸減低，娘娘廟一帶標(biāo)高在7 7 8 1 m 左右，興隆屯附近則為7 3 8 0 m 左右，僅在小明安碑、娘娘廟與海房屯之間有一高崗，標(biāo)高最大可達(dá)9 0 9 7 m 。2 2 3 地層巖性鐵法煤田位于華北陸臺(tái)陰山陸隆帶東段，處于較穩(wěn)定的地臺(tái)之上，前震旦系變質(zhì)巖構(gòu)成煤層之基底，其上沉積有中生界侏羅系、白堊系及第四系地層。通過鉆探、地震、測(cè)井及生產(chǎn)地質(zhì)資料的綜合分析、研究，建立了地層柱狀，由老至新是：前震旦系：巖性為花崗片麻巖、片巖等。侏羅系：不整合于前震旦系之上，為本煤田的含煤地層。在東部的西營(yíng)盤、西部的柏家溝有露頭。白堊系：除西北部及東部的部分地段被剝蝕以外，全區(qū)普遍發(fā)育，一般厚度在2 8 0 m 左右。巖性特征可分為下部灰綠色礫巖組和上部紫色礫巖組，本系與侏羅系平行不整合接觸。第四系：分布于全煤田，主要為沖積層，其次為殘積層、洪積層及坡積層，厚度為0 3 0 一3 5 m ，一般為2 0 m ”。遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文“大隆礦位于鐵法煤田中西部，井田煤系地層基底為前震旦變質(zhì)巖系，其上形成了侏羅系、白堊系及第四系地層，現(xiàn)由下而上分述如下：( 1 ) 前震旦系變質(zhì)巖( a n z )i該系地層以花崗片巖及綠泥片巖為主，其中有各種火成巖侵入體，出露于井田西部兀術(shù)街、鎖龍溝、調(diào)兵山一帶。地貌構(gòu)成低山。井田內(nèi)無露頭。( 2 ) 中上侏羅系( j 3 )中上侏羅系分為下部砂巖組及底部礫巖組、上部含煤組。上部含煤組又分為下部含煤段、中部砂巖段及上部含煤段，現(xiàn)分述如下：底部礫巖組；以礫巖、砂礫巖為主，并含有砂巖及砂質(zhì)泥巖，上部呈灰綠色，下部呈暗褐色。礫巖的礫石以花崗片麻巖、片巖、石英巖為主，火成巖及變質(zhì)巖次之。礫石分選性差，具棱角狀，粒徑一般為2 0 - - 2 5 c m ，最大達(dá)l m 左右。膠結(jié)物多為泥質(zhì)，鈣質(zhì)次之。本組厚度為2 0 0 - - 3 8 0 m 。下部砂巖組：以深灰色、灰色、灰白色粉砂巖、細(xì)砂巖及中砂巖為主，并含有粗砂巖及砂礫巖。砂巖成分以石英為主，長(zhǎng)石及其他礦物次之。膠結(jié)物多為泥質(zhì)，鈣質(zhì)次之，層理清晰，多呈緩波狀。該組在井田中部沉積較厚，向西部逐漸變薄，顆粒變粗，砂礫巖增多。本層以動(dòng)水湖泊相為主，無煤層沉積，本組厚度約5 0 0 m 左右。下含煤段：有灰白色、灰色、灰黑色砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤層組成，泥質(zhì)膠結(jié)。該段厚度為2 1 0 一3 1 0 m ，一般為2 5 0 m 左右。中部砂泥巖段：本段主要以灰白色、灰色粉砂巖至粗砂巖和灰黑色砂質(zhì)泥巖組成，局部夾有薄層泥巖及煤層，個(gè)別含少許砂礫巖。礫巖成分以長(zhǎng)石、石英為主，泥質(zhì)膠結(jié)。本段厚度4 1 8 9 m ，一般為6 0 m 左右。上部含煤段：灰白色、灰色、灰黑色砂巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤層為主，并含砂礫巖1 3 層。本段厚度9 5 - - 1 9 5 m ，一般為1 2 0 m 左右。( 3 ) 白堊系( k )白堊系在本井田較發(fā)育，井田西北部沉積較薄，向南逐漸增厚。該系以砂巖、砂礫巖為主，并含有砂質(zhì)泥巖。白堊系分為兩層，上部為赭色砂礫巖層，下部為灰綠色砂礫巖層?，F(xiàn)將各層分述如下：下部為灰綠色砂礫巖組：本組以灰綠色砂巖、砂礫巖及礫巖為主，并遼寧工程技末大學(xué)碩士學(xué)位論文1 5夾有砂質(zhì)泥巖，底部含少量煤線及植物化石碎片。砂巖及礫巖成分以石英、長(zhǎng)石為主，泥質(zhì)膠結(jié)。本組厚度為1 2 0 - - 3 3 5 m ，一般為1 6 0 m 。上部為赭色砂礫巖組：該層以赭色砂巖、砂礫巖為主。砂巖成分為石英、長(zhǎng)石，泥質(zhì)膠結(jié)。礫巖的礫石成分以片麻巖、花崗巖為主，粒徑為5 3 0 c m ，最大可達(dá)i m 以上，分選不佳。本組厚度為8 0 - - 2 8 0 m ，一般為2 0 0 m 。( 4 ) 第四系( q )本井田第四系沉積厚度為1 6 3 6 m ，一般為2 0 m 。其組成以沖積層、洪積層為主，坡積層次之，主要成分為亞粘土、砂及砂礫等組成。2 2 4 煤層賦存情況及煤的特性煤系地層主要為晚侏羅系上部含煤組，厚度近千米。共含煤2 0 層，可采1 2 層，可采煤層總厚度平均2 1 m ，最厚達(dá)7 0 m 。賦存穩(wěn)定，含煤性好，含煤系數(shù)為2 1 。煤層生產(chǎn)能力2 7 9 3 t m 2 。根據(jù)煤層賦存特點(diǎn)，可將上含煤組分為上下兩個(gè)含煤段，各含煤1 0 層。其中上含煤段的4 、7 。層，下含煤段的1 4 、1 6 層全煤田發(fā)育，為最主要可采煤層。煤層傾角一般4 。1 0 。，屬緩傾斜煤層。單層厚度穩(wěn)定，層與層之間差別很大，但大多數(shù)中厚煤層厚度變化由東向西逐漸增厚，南北相差不大。煤層結(jié)構(gòu)中等復(fù)雜，對(duì)比清楚，煤層與頂?shù)装宥酁檫^渡接觸，少為明顯接觸和沖刷接觸，頂?shù)装逡话爿^完整。煤質(zhì)：煤種以長(zhǎng)焰煤和氣煤為主，少量為不粘煤和天然焦。肉眼煤巖類型為半光亮型煤，光澤較強(qiáng)，以亮煤、鏡煤為主，暗煤次之。條帶狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，貝殼狀，棱角狀斷口，性脆。容重一般為1 3 2 1 3 6 t m 3 。2 2 5 井田構(gòu)造與她震鐵法煤田在大地構(gòu)造中的位置是：中朝準(zhǔn)地臺(tái)華北斷坳下遼河斷陷法庫(kù)斷凸。具體構(gòu)造位置是大明安碑一大臺(tái)向斜的西部，煤層總的構(gòu)造形態(tài)與向斜總的方向一致，東翼巖層平緩，傾角小于1 0 0 ，無明顯的褶皺和斷裂，西翼和南部則出現(xiàn)次一級(jí)的構(gòu)造，瓢家屯( 創(chuàng)業(yè)) 斜、小明背斜、遼河屯向斜及蔡牛背斜，隨背斜的產(chǎn)生又引起程度不同的斷裂。、鐵法煤田礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，特別是西南部斷層比較發(fā)育，并伴有寬緩的褶皺、水平或波狀層理?；鸪蓭r活動(dòng)，對(duì)煤層有一定的影響。褶皺不大發(fā)遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文1 6育，有北北東向和北西西向兩組，褶皺構(gòu)造控制煤層的展布和厚度變化，對(duì)生產(chǎn)無大影響。斷裂多為高角度正斷層，傾角多為6 0 。一7 0 0 。大隆井田處于曉明背斜和大興向斜之間，形成一個(gè)北高南低的單斜構(gòu)造，并有輕微褶曲。井田構(gòu)造以斷裂為主，褶曲次之，有巖漿巖侵入體。斷層均屬于高角度正斷層，傾角一般在5 5 7 0 0 左右，斷層落差最大可達(dá)1 3 0 m 。現(xiàn)已查明的大中型斷層3 9 條，因斷層相互切割交叉，將井田內(nèi)地層分割成菱形塊段，使井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜化，并且小斷層極發(fā)育。依據(jù)2 0 0 1 年中國(guó)地震動(dòng)蜂值加速度、地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖( 遼寧部分) ，及遼寧省地震震中及地震烈度區(qū)劃圖，本區(qū)地震活動(dòng)強(qiáng)度小，為頻率低的弱震區(qū)。地震動(dòng)峰值加速度為0 0 5 一o 1 0 m s ，地震特征周期分區(qū)為一區(qū)，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0 3 5 s ，地震烈度為度，該區(qū)發(fā)生破壞性地震的可能性較小。但受采煤活動(dòng)的影響，可能引起小型礦震“川。2 2 6 水文地質(zhì)條件鐵法煤田東、西邊緣是火成巖及交質(zhì)巖構(gòu)成的低山，相對(duì)地勢(shì)較高：南北面臨遼河流域；中間地區(qū)為第四系沉積的洪積層、沖積層平原。大隆井田位于鐵法煤田中西部，其東部是沖積平原，西部是洪積平原。侏羅系含水層為本礦并主要含水層，該礦井水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。上覆巖層的透水性差，裂隙不發(fā)育，平均透水系數(shù)不大，可認(rèn)定為微弱透水?？蓜澐譃槿齻€(gè)主要含水層，自上而下分為：( 1 ) 第四系含水層：亞粘土孔隙潛水含水層：分布于全井田，含水層巖性為黃色亞粘土，是接受降雨直接補(bǔ)給的。第一個(gè)含水層，厚度在3 9 3 3 m 之問，一般為1 5 m 。滲透系數(shù)k = 0 3 8 6 米日，q = 0 0 5 9 5 7 公升秒米。洪積砂礫、粗砂含水層：該含水層位于亞粘土下，分布于海房屯、小明安碑以西，主要巖性為砂礫和粗砂，粒徑2 1 5 m m ，以石英為主，黃色，分選不好，有棱角，厚度2 6 m 。滲透系數(shù)k = 2 5 6 8 2 8 3 6 米日，q = i 0 2 4 1 6 9 0 公升秒米。沖積細(xì)、中砂含水層：該含水層在洪積層?xùn)|側(cè)，上覆亞粘土，厚度4 1 5 m ，主要含水層為細(xì)、中砂，粉砂和較少量的粗砂。成分以石英為主，灰遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文。1 7白色，層次清楚，分選好。滲透系數(shù)k = 8 2 6 米日，q = i 0 3 6 公升秒米。第四系屬于重碳酸鈣型水，第四系底部有一層粘土層。未采動(dòng)時(shí)起到阻隔第四系水與井下的聯(lián)系作用，采動(dòng)后，由于裂隙的生成，第四系水與井下具有水力聯(lián)系。( 2 ) 白堊系含水層：在第四系覆蓋之下厚度一般3 6 0 m ，與第四系接觸的風(fēng)化帶約2 0 3 0 m 。賦存由西向東漸深，厚度增大。主要含水層有礫巖、砂礫巖，其次是粗砂巖和中砂巖，成分以花崗片麻巖、石英碎屑巖為主，泥質(zhì)膠結(jié)。粒徑1 0 3 0 m m ，個(gè)別也有1 0 0 r a m 的。白堊系地層沉積相變甚劇，厚度為1 5 0 3 2 0 m 之間，一般為2 5 0 m 。因相變甚劇，隔水層也不穩(wěn)定，其巖層有粉砂巖、頁巖、泥巖等，它們多集中在白堊系下部灰綠色巖層中，與含水層頻繁交錯(cuò)出現(xiàn)為其沉積特點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)起到隔水作用。白堊系含水性較弱，k = 0 0 0 5 米日，q = o 0 2 4 公升秒米。水質(zhì)屬于重碳酸型。( 3 ) 侏羅系含水層上含煤段含水層位于白堊系底板至第十層煤之間，含水層總厚在2 5 1 1 0 m 之間，一般為6 7 5 m 。其含水性較強(qiáng)，對(duì)開采有影響，普遍發(fā)育的含水層是自第二煤層以下至第七煤層以上的礫質(zhì)砂巖和粗砂巖，灰白色，以石英、長(zhǎng)石為主要成分，膠結(jié)疏松，粒徑2 5 r a m 。分布規(guī)律是東部較厚，4 0 6 0 m ，向西變薄為2 0 4 0 m 或更薄。這些含水層在井田東部多為第四和第七煤層的直接或間接頂板。上含煤段上部第二煤層上下，由粉砂巖、泥巖組成連續(xù)的隔水層帶，其規(guī)律是東部較厚，1 0 2 0 m ，向西變薄至1 0 m 以下，其次是與含水層或煤層呈復(fù)雜交錯(cuò)沉積的粉砂巖、泥巖，雖然不能構(gòu)成連續(xù)的隔水層帶，但能起到一定的隔水作用，它們多分布于七層煤以下。水質(zhì)屬于氯一一鉀鈉型。下含煤段含水層從第十煤層以下至第十一煤層之間的中粗砂、頁巖組將上、下含煤段分遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文1 8開，與開采結(jié)合起來看，構(gòu)成了不同的含水層組。下含煤段的主要含水層是中、粗砂巖、礫巖居多。含水層多分布于第十三與第十五煤層之間，粒度不大于2 m m ，比上含煤段含水弱，從第七煤層至第十五煤層之間的含水層總厚為7 0 8 0 m 之間，最厚為4 0 m 。其變化規(guī)律是自西向東漸厚h 1 。綜上，本區(qū)水文地質(zhì)條件屬于簡(jiǎn)單型。2 2 7 巖土工程地質(zhì)特征場(chǎng)地地層主要為第四系亞粘土、礫砂、粗砂、白堊紀(jì)泥巖、粉砂巖、中砂巖、砂巖。其中：亞粘土g 褐黃色，稍濕，硬塑，含少量鐵錳結(jié)核，上部可見少量碎石。o o = l l o 一1 5 0k p a ，q = 4 5k p a 。礫砂：黃褐色，很濕，中密，含黑色錳質(zhì)結(jié)核。o o = 2 7 0k p a ， i =7 0k p a 。粗砂：黃褐色，很濕，松散，石英長(zhǎng)石成分，含少量圓礫。c r 0 = 2 0 0k p a ，毛= 6 0k p a 。泥巖：紫色，全風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，巖心呈短柱狀，遇水軟化。o o = 3 0 0k p a ，t i = 5 3k p a 。中砂巖：紫色，灰白色，全風(fēng)化，碎屑結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，主要成分為石英、長(zhǎng)石，含少量角礫狀顆粒，局部見泥巖，遇水軟化。t i t o = 3 0 0k p a ，f i = 5 5k p a 。泥巖：紫色，強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，巖心里短柱狀，遇水軟化。( 7 0 = 3 3 0k p a ，q = 5 8k p a 。粉砂巖：紫色、灰白色，弱風(fēng)化，碎屑結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，巖心呈碎塊一短柱狀，夾薄層泥巖。o o = 4 0 0k p a ，t i = 7 0k p a 。泥巖：紫色，弱風(fēng)化，巖心呈碎塊一短柱狀，有粉砂巖夾層。盯。=3 8 0k p a ，f i = 6 5k p a 。中砂巖：灰白色，弱風(fēng)化，碎屑結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，夾泥巖、粉砂巖夾層，含角礫，巖心破碎呈碎塊狀，夾薄層泥巖。c r o = 4 0 0k p a ，奶= 7 0k p a 。粉砂巖：紫色，弱風(fēng)化，碎屑結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，主要成分為石英、遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文1 9長(zhǎng)石等，巖心呈碎塊狀。c r 0 = 4 5 0k p a ，q = 8 5k p a 。該區(qū)地形較為平緩，地貌類型較為單一。為地震烈度小于6 度的弱震區(qū)。地下煤層采出后，采空區(qū)周圍巖體的應(yīng)力平衡狀態(tài)發(fā)生改變，引起覆巖的變形、破壞和移動(dòng)，最終導(dǎo)致地面沉陷，地質(zhì)環(huán)境破壞較為嚴(yán)重b m l 。煤層上覆巖層為厚層軟質(zhì)巖組，抗壓強(qiáng)度一般為5 3 5 3 0 m p a ，第四系松散沉積2 m 深處均為含砂黃粘土，其地基承載力特征值f i k 2 0 0k p a 。巖土種類較多，巖性變化不大，地下水對(duì)地基有一定的不利影響。2 2 8 人類工程活動(dòng)影響鐵法煤田大隆礦生產(chǎn)礦井經(jīng)過4 5 年的開采，地面沉陷對(duì)原有地貌有所改變和破壞，并造成耕地部分地段積水。其次，地面沉陷還引發(fā)土地鹽漬化、矸石山造成的粉塵污染及大氣污染?？傊祟惞こ袒顒?dòng)較為強(qiáng)烈，對(duì)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文2 03 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀3 1 地質(zhì)災(zāi)害類型隨著煤炭資源的大量采出，采礦引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害也是顯而易見的，特別是地面沉降與地面塌陷。平均開采萬噸煤地面沉陷面積為6 8 7 畝，地面沉陷與地面塌陷造成了房屋及其他構(gòu)筑物的變形和破壞n 1 。通過對(duì)鐵法煤田采煤沉陷區(qū)及受損村莊地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，礦區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害類型為地面沉降、地面塌陷，次要類型為與地面沉陷伴生的地裂縫( 見表3 - - 1 ) 。表3 1 地質(zhì)災(zāi)害一覽表( 1 ) 采礦地面沉降采礦地面沉降是指由于采礦引發(fā)的地面下降，其特點(diǎn)是下降過程是漸變的，較為緩慢，造成的變化是地面高程的普遍的均勻的降低，對(duì)地面的原始形態(tài)影響不大，從區(qū)域上形成淺而大的平底盆地，面積較大，進(jìn)行簡(jiǎn)單排水，對(duì)農(nóng)耕無大影響。( 2 ) 采礦地面塌陷采礦地面塌陷是指由于采礦引發(fā)的地面下陷，其特點(diǎn)是在時(shí)問上突發(fā)或在短期內(nèi)發(fā)生，形成明顯的地形破壞和塌坑，深度較大，面積較小。地面塌陷多出現(xiàn)在采深較淺( 6 0 - - 4 0 0 m ) 的礦區(qū)，通常塌陷坑內(nèi)有積水。這里把采礦沉降和采礦塌陷統(tǒng)稱為采礦沉陷。( 3 ) 采礦地裂縫本區(qū)地裂縫為采煤沉陷的伴生災(zāi)害，分布在地面沉降、地面塌陷的邊緣。根據(jù)地表變形模擬曲線分析，地裂縫多發(fā)生在曲線的拐點(diǎn)處，屬于拉張斷裂。( 4 ) 矸石山崩塌平地自卸式排矸形成的矸石山，坡度較大，自燃現(xiàn)象普遍。偶爾發(fā)生噴遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文2 1爆現(xiàn)象，造成一定規(guī)模的矸石山崩塌。近年來，大隆礦區(qū)發(fā)生過3 起矸石山崩塌