复杂条件下煤矿区岩溶塌陷机理研究

摘要

在岩溶充分发育，水文地质条件极端复杂的西南煤矿开采区，如何防治因煤矿开采引起的岩溶塌陷问题是该地区煤矿安全生产亟待解决的一个重要问题。本文以重庆石鱼煤矿为研究对象，查明了岩溶地面塌陷产生的地质环境条件，揭示了岩溶塌陷分布特征，在分析岩溶塌陷的影响因素及各种形成机理的力学效应的基础上，总结归纳出三种塌陷基本模式，进而对岩溶塌陷过程中的力学效应进行模拟，最后对塌陷的防治对策进行相应的探讨。研究成果主要表现在以下几个方面:
　　（1）查明了石鱼煤矿岩溶塌陷产生的地质环境条件，并对研究区岩溶水平发育特征和垂直发育特征进行了概括的描述。
　　（2）揭示了石鱼煤矿地面塌陷的分布规律，全面阐述了塌陷的空间分布特征、时间分布特征、规模特征和形态特征。
　　（3）结合研究区岩溶发育的环境条件，分折煤矿开采、地下水位变化、断裂构造、岩溶发育和覆盖层对岩溶塌陷的影响，得出地下水位突变是造成研究区岩溶塌陷的主控因素。
　　（3）结合塌陷的影响因素和成因机理，研究了不同时段、不同条件和不同诱发因子下的自重作用、潜蚀、真空吸蚀和气爆在致塌作用下的力学效应，确立了“失托增荷”，“失托增荷+吸蚀”，“气爆失稳”三种塌陷基本模式。
　　（5）运用三维数值模拟的方法Flac-3D对研究区三种塌陷基本模式致塌过程中的力学效应进行模拟，在对比塌陷模拟结果与实际情况差别的基础上，初步进行了预测分析。
　　（6）以研究区的岩溶塌陷形成机理为基础，对塌陷的防治进行探讨，提出在大灰坝、小灰坝的修葺排水渠阻断地表水流向地下；修筑导水平硐，疏通地下暗河的密闭空间，防治气爆、吸蚀作用的产生等针对性防治措施。
　　论文以石鱼煤矿为例，对研究区岩溶塌陷的地质环境、分布特征、影响因素、成因机理、发展趋势和防治措施进行了详细科学的分析评价，对西南地区复杂条件下同类煤矿区的安全生产起到一定的指导作用。

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中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 技术路线

1.4 主要工作和成果

2 研究区地质环境背景

2.1 自然地理概况

2.2 地形地貌特征

2.3 地层岩性特征

2.4 地质构造特征

2.5 水文地质条件

2.6 岩溶发育基本特征

2.7 新构造运动与地震

3 研究区岩溶塌陷基本特征

3.1 岩溶塌陷概述

3.2 岩溶塌陷的分布特征

4 研究区岩溶塌陷的影响因素及成因机理

4.1 岩溶发育的环境条件

4.2 岩溶塌陷发育的影响因素及成因机理

4.3 研究区岩溶塌陷模式

5 研究区塌陷模式的数值模拟分析

5.1 岩溶塌陷的力场耦合模式

5.2 典型地质模型的数值模拟研究

5.3 岩溶塌陷预测分析

6 研究区岩溶塌陷防治分析

7 结论

参考文献

致谢

附 录