新疆六道湾煤矿急倾斜煤层塌陷机理及综合治理

摘要

急倾斜煤层开采引发的地质灾害对人民生活生产带来极大危害。急倾斜煤层是指煤层倾角在45°-90°之间的煤层，急倾斜煤层开采地表沉陷移动规律是地表沉陷研究领域中的一个重要组成部分，煤系地层倾角是决定上覆岩层的移动和破坏形式及地表移动与变形程度的重要因素之一。由于倾斜煤层地质条件及破坏机理和水平煤层开采时有本质的不同，其地表移动规律也与水平煤层不同，所引发的地质灾害具有较大隐患。
　　 本文以“新疆六道湾塌陷区治理示范工程”项目为依托，研究了急倾斜煤层开采地表塌陷的特征和现象，急倾斜煤层塌陷的机理，并采用数值模拟的方法对采煤塌陷进行研究，最后提出了塌陷区综合治理方案。具体成果如下：
　　 (1)系统收集了六道湾矿区各时期的资料，如开采情况、地质构造、水文地质资料等。
　　 (2)对六道湾矿区地质灾害类型进行了研究。地面塌陷主要表现形式为塌陷坑和塌陷槽，塌陷坑沿煤层走向呈串珠形或带状分布，塌陷严重地段塌陷坑已连为一体，形成塌陷槽。南大槽塌陷带宽度为35-45米，塌陷变形带宽度达70-80米；北大槽的煤层群均处于塌陷带或塌陷变形带之中。地裂缝走向平行于岩层走向，长度多为十几或数十米，宽度几厘米至十几厘米不等，深度几米至十几米不等
　　 (3)对六道湾塌陷区进行了为期一年的塌陷观测，采用GPS方法测得了115个点不同时期的坐标和高程，通过数据分析可以得出地面沉陷不对称现象明显，下山方向的影响范围远大于上山方向的影响范围。
　　 (4)系统研究了急倾斜煤层的塌陷机理，提出了急倾斜煤层岩层移动的“厂”型移动拱模式，建立了急倾斜煤层开采移动的力学模式，以B1+2煤层为研究背景，用FLAC软件进行了数值模拟，并用Surfer软件对数值模拟结果进行可视化。
　　 (5)归纳总结了塌陷地的恢复治理措施，针对六道湾塌陷区实际情况，我们提出“分阶段、分层次，合理规划、逐步实施”的方法进行治理，具体提出了10点建议，前期工作已经取得了一定的效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题来源、选题依据和背景

1.2 开采沉陷研究的意义

1.3 开采沉陷研究的历史与现状

1.3.1 开采沉陷理论研究的初期阶段

1.3.2 开采沉陷理论研究的大幅度发展的阶段

1.3.3 我国学者的一些研究成果

1.3.4 开采沉陷学的发展趋势

1.3.5 急倾斜煤层开采地表移动规律的意义与现状

1.4 本文的研究内容

第二章 塌陷区地质环境和塌陷现状

2.1 塌陷区交通位置和自然地理

2.2 地质环境条件

2.2.1 地层

2.2.2 构造与地震

2.2.3 水文地质概况

2.3 塌陷区现状

2.3.1 开采现状

2.3.2 地质灾害类型及特征

第三章 地面塌陷GPS监测

3.1 GPS测量原理简介

3.2 六道湾塌陷区GPS监测网点的布设与施测

3.2.1 塌陷区概况

3.2.2 矿区GPS监测网点的布设

3.2.3 GPS测量基点的选定和WGS-84坐标的测定

3.2.4 监测网点的GPS施测

第四章 急倾斜煤层塌陷机理及数值模拟

4.1 急倾斜煤层开采及赋存特点

4.2 急倾斜煤层开采岩层移动的特征

4.3 急倾斜煤层开采岩层移动的结构

4.4 急倾斜煤层开采移动的力学模式

4.4.1 弹性岩板的力学模型

4.4.2“厂”型移动拱极限跨距及其稳定性

4.5 沉陷预计的数值模拟

4.5.1 FLAC简介

4.5.2 地质背景及数值计算模型

4.5.3 计算参数的选择

4.5.4 计算结果

4.6 本章小结

第五章 六道湾塌陷区的综合治理

5.1 六道湾塌陷区治理的紧迫性及必要性

5.1.1 严重破坏了原始地形地貌

5.1.2 严重影响了乌鲁木齐市区的生态环境

5.1.3 严重影响乌鲁木齐市的城市基础设施建设

5.1.4 严重影响乌鲁木齐国际大都市的形象

5.2 国内外几种简易的治理措施

5.2.1 利用煤矸石进行土地复垦

5.2.2 利用电厂粉煤灰进行土地复垦

5.2.3 利用湖泥、河泥进行土地复垦

5.3 塌陷区土地的综合治理

5.4 六道湾塌陷区综合治理初步方案

5.4.1 分阶段治理

5.4.2 具体治理建议

第六章 结论

参考文献

致谢

作者简介

附表