地下采煤对矿山地质环境影响程度的分析

摘要

矿产资源开发引发的矿山地质环境问题已成为影响矿山正常生产和人类居住环境的重要因素。随着时间的推移和孕灾条件的积累，将会诱发地质灾害的产生。地质环境作为人类生存与发展的母体，为人类提供了丰富的资源和广阔的空间；地质灾害作为个体，是不能脱离母体而单独存在的，地质灾害总是发育在一定的地质环境中。地质环境控制着地质灾害的产生与发展，地质灾害的发育状况又反作用于地质环境，使得人类生存与发展的地质环境不断发生变化。因此，弄清不同地质及生产技术条件下矿山地下开采对地质环境的影响和破坏程度，对实现矿产资源开发与地质环境保护的协调发展具有重要作用。
　　 通过分析鲁班山南矿地形地貌、地质构造、地层岩性以及气象水文地质条件等因素，结合井田上、下对照图可以看出，井田内发育几条落差较大的断层，地表水通过断层或大的裂隙渗入井下；井田外围发育一些较小规模的层间褶皱，影响到浅部地层。另外矿山地下开采破坏了地壳内部原有的力学平衡状态，可能会引起地表开裂塌陷、陡崖崩塌以及老滑坡的复活。
　　 一方面，首先在分析鲁班山南矿复杂的地质构造基础上，以采动强度、覆岩条件和地表条件作为评判矿山地质环境影响程度的一级指标，并依据评估层次分解为相应的二级指标建立模糊综合评判指标体系。其次，引入弱模糊一致矩阵的概念优化了传统层次分析法确定属性权重的不足，解决了传统AHP很难满足一致性检验的问题。再次，依据矿山特殊的地质条件，将地质环境影响程度划分为强烈、较强烈和不强烈三个评估等级，从而构建指标因素相对于地质环境影响程度等级的模糊综合评判表。由于矿山地质环境影响程度的评估是一个灰色系统，选择三角白化权函数建立各指标因子的隶属函数式，通过对指标因子定性定量分析，给出一组指标的实现值，计算各指标相对于三个灰类：强烈、较强烈、不强烈的隶属度，从而构建模糊隶属矩阵。最后，运用模糊数学与灰色理论相结合的方法建立模糊灰色理论模型，依据鲁班山南矿矿区地质及生产技术条件对地质环境影响程度做出一级模糊灰色综合评估，将每一类的一级评估结果看成是一个单因素评判集，结合权重进行二级模糊灰色综合评估。结果显示，鲁班山南矿地质环境影响程度为较强烈，与矿山实际情况吻合程度较高。说明模糊灰色理论模型在预测矿山地质环境影响程度方面具有可行性和应用价值。
　　 另一方面，从地下岩体应力特征、岩层破坏特征以及地表移动特征入手，解析地面沉降的机理。通过分析采动强度、覆岩条件以及地表条件的灰色特性，把矿山地质环境影响程度的评估视为一个典型的灰色系统，从而建立GM(1，1)灰色模型。并在1342工作面地表的走向主断面设观测点，进行为期二十二个月地面沉降位移的监测，以此作为原始序列，进行1-AGO生成序列，建立灰色微分方程的时间响应序列式。通过模型值与实际测量值的对比，结合关联度检验法可知，模型的精度都比较高。依据矿山地质环境影响程度按斜率判定，鲁班山南矿地质环境影响程度为较强烈，与模糊灰色理论模型的评估结果一致。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪　论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.2.1矿山地质环境问题评估现状

1.2.2灰色理论方法的研究现状

1.2.3模糊综合评判方法的研究现状

1.3主要研究内容和研究路线

1.3.1研究内容

1.3.2研究路线

2鲁班山南矿地质特征及工程概况

2.1交通位置和工程概况

2.2地形地貌

2.3地质构造

2.3.1区域构造

2.3.2井田构造

2.4地层岩性

2.4.1区域地层

2.4.2井田地层

2.4.3含煤地层

2.5气象、水文地质条件

2.5.1区域水文地质

2.5.2井田水文地质

2.6地震条件

2.7鲁班山南矿主要地质环境问题

2.8本章小结

3模糊灰色理论

3.1模糊理论基础

3.1.1模糊概念和隶属函数

3.1.2权重计算方法

3.1.3模糊综合评判方法

3.2灰色理论基础

3.2.1灰色系统概念

3.2.2 GM(1，1)模型

3.2.3 GM(1，1)模型的检验

3.3模糊灰色理论模型

3.3.1建立指标集、评判集

3.3.2确定权重

3.3.3确定模糊隶属矩阵R

3.3.4确定合成算子

3.4本章小结

4矿山地质环境影响程度评估

4.1指标集、评判集

4.2构造综合评判指标体系

4.3指标权重的分配

4.3.1构造AHP判断矩阵

4.3.2将AHP判断矩阵转化为弱模糊一致矩阵

4.3.3计算权重

4.4构造模糊隶属矩阵R

4.5模糊灰色综合评判

4.5.1一级综合评判

4.5.2二级综合评判

4.6本章小结

5鲁班山南矿地面沉降的动态GM(1，1)预测

5.1地面沉降机理

5.1.1地下岩体应力特征

5.1.2岩层破坏特征

5.1.3地表移动特征

5.2鲁班山南矿地面沉降的GM(1，1)预测

5.2.1采动强度的灰色性

5.2.2覆岩条件的灰色性

5.2.3地表条件的灰色性

5.2.4地面沉降的GM(1，1)预测

5.3模型检验

5.4矿山地质环境影响程度判定

5.5本章小结

6结论与展望

致谢

参考文献

附录：A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文