采动滑坡变形破坏机制物理模拟试验研究——以贵州省青山煤矿为例

摘要

采动滑坡是因地下开采影响上覆岩体变形破坏而引发的山体滑坡。矿体开采后，采空区变形破坏是一个复杂的过程，由采空区变形诱发的滑坡滑面形成过程更为复杂，为采空区斜坡稳定性评价带来了极大的困难。因此，研究采空区上覆岩体变形破坏规律，对分析采空区滑坡变形破坏机制及评价采空区斜坡稳定性具有重要意义。本文以青山煤矿为例（矿区包括马达岭斜坡和煤洞坡两部分，在下部煤层采空区作用下，马达岭斜坡2006年发生了规模达190万m3的马达岭滑坡，煤洞坡顶部开裂形成了煤洞坡变形体），基于现场调查及物探，采用物理模拟试验方法，研究马达岭滑坡变形破坏过程，提出缓倾采动滑坡形成机制，推测煤洞坡变形体变形阶段。取得的成果主要包括:
　　(1)马达岭斜坡和煤洞坡均为缓倾坡内层状结构斜坡，上陡下缓、上硬下软，上部由厚层砂岩夹薄层炭质页岩组成，地形较陡，下部为中厚层—薄层状炭质页岩、砂岩夹煤层组成，地形较缓。煤层开采，形成大面积采空区，采空区覆岩变形破坏诱发了马达岭滑坡，同时在煤洞坡坡项形成5条深大裂缝，裂缝控制着煤洞坡变形破坏。
　　(2)采用高密度电法研究了采空区分布特征，探明研究区内大面积分布的采空区有A7、A9两层，埋深约在100-120m之间，大部分已发生破坏，局部破坏采空区内有水充填，且在马达岭滑坡边界和煤洞坡变形体坡顶裂缝下方为采空区边界。
　　(3)基于现场调查及物探解译成果，建立采动滑坡地质概念模型，并据此建立1∶200的物理模型，模拟马达岭滑坡变形破坏过程，试验结果表明煤层开采后:围岩发生应力重分布，采空区边界内侧形成应力集中区，应力明显增加，采空区顶板形成卸荷区;覆岩发生了弯曲沉降和水平移动，采空区顶板先发生沉降，沉降逐渐影响到地表，顶部岩层及坡脚部位产生较明显水平位移;位移过程中产生大量裂隙，边界部位最早产生开裂，随后是覆岩，最后是坡顶开裂，裂隙不断扩张，回采煤柱后采空区边界部位上下裂隙基本贯通，形成了潜在滑面。
　　(4)模型试验模拟出马达岭滑坡潜在滑面的基本形成，结合现场调查，马达岭滑坡变形破坏包括，顶板冒落、裂隙扩展、塑流—拉裂、蠕滑、整体滑动五个阶段。马达岭滑坡变形破坏机制可总结为:采空沉陷—塑流拉裂—蠕滑剪断—滑坡。根据马达岭滑坡形成机制，结合现场调查及物探推测煤洞坡变形体正处在剪切蠕滑变形阶段。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 采空区顶板变形特征研究

1．2．2 采空区对斜坡变形破坏影响研究

1．2．3 物理模型试验

1．2．4 马达岭滑坡研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 区域地质环境条件

2．1 自然地理

2．1．1 交通位置

2．1．2 气象水文

2．2 工程地质条件

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2．4 水文地质条件

2．3 人类工程活动

第3章 研究区斜坡基本特征

3．1 斜坡结构特征

3．1．1 结构面发育特征

3．1．2 岩体结构特征

3．1．3 坡体结构特征

3．2 斜坡变形破坏特征

3．2．1 马达岭滑坡破坏特征

3．2．2 煤洞坡变形特征

3．3 本章小结

第4章 基于高密度电法的采空区分布特征分析

4．1 高密度电法探测原理

4．2 研究区采空区物探分析

4．2．1 测量剖面布置

4．2．2 对比验证

4．2．3 测量剖面

4．3 采空区分布特征

4．4 本章小结

第5章 采动滑坡变形破坏机制物理模拟试验研究

5．1 地质概况

5．2 模型试验设计

5．2．1 相似常数选取及配比试验

5．2．2 概化模型设计

5．2．3 煤层开采设计

5．2．4 监测点布置

5．2．5 数据采集

5．3 模型变形现象

5．3．1 宏观变形现象

5．3．2 裂隙分布规律

5．4 应力变化规律

5．4．1 开采下层煤

5．4．2 开采上层煤

5．5 覆岩移动变形特征

5．5．1 下部煤层开采后覆岩位移规律

5．5．2 上部煤层开采后覆岩位移规律

5．5．3 地表变形特征

5．6 本章小结

第6章 马达岭滑坡变形破坏机制分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果