采空区塌陷诱发崩滑复合型地质灾害形成机理研究——以贵州省大方县德兴煤矿崩滑体为例

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贵州省是我国著名的矿产资源大省,境内矿产资源种类多、储量大。但随着矿产资源的开发利用,该地区的矿山地质灾害日益繁多,并且因地下开采形成的采空区塌陷面积、分布范围也在逐步扩大,时有因采空塌陷诱发的地质灾害发生,严重威胁到当地居民的安全。  本文主要对贵州省大方县德兴煤矿崩滑体进行研究,在查明其基本特征和地质条件的基础上,结合3DEC和FLAC数值软件,分析其形成机理及变形演化过程,旨在为采空区塌陷诱发崩滑复合型地质灾害的研究提供一定的参考。本文主要研究内容和现已取得的研究成果如下:  (1)德兴煤矿斜坡为龙潭和长兴地层组成的反倾斜坡,岩性主要为灰岩、砂岩和粘土岩,并且龙潭地层中发育有多旋回的煤层。煤层的开采,破坏了坡体的应力平衡,诱发了坡顶的拉裂,为崩塌的产生提供了条件。  (2)德兴煤矿崩滑体由两部分组成:一是以N45°W为崩塌方向的崩塌,一是以N10~20°E为滑动方向的滑坡。同时,斜坡主要发育有三组结构面,分别是层面C: N7°E/SE∠17°、结构面J1: N25°E/NW∠83°、结构面J2: N70°E/SE∠88°。  (3)将德兴煤矿崩滑体的坡体结构特征进行简化,建立其概念模型,并将其变形破坏过程定性分为四个阶段:煤层开采阶段、采空区塌陷阶段、崩塌形成阶段和滑坡蠕滑变形阶段。  (4)采用3DEC数值模拟软件,模拟德兴煤矿崩滑体的变形破坏演化过程。结果表明,其演化过程与概念模型相一致。在变形破坏的过程中,坡体发生了不均匀沉降,坡顶最大沉降值达20m,坡表变形破坏程度尤为显著。并且其变形过程具有明显的阶段性特征:首先采空区塌陷,崩塌形成;而后崩塌对滑坡起到了冲击加载的作用,诱发了滑坡。  (5)采用FLAC数值分析软件,分析德兴煤矿崩塌的应力场特征、位移场特征、塑性区特征和滑坡的位移场特征。  结果表明,煤层开采后,崩塌坡体内既有拉破坏,也有剪破坏。并且其应力场、位移场和塑性区特征分别具有以下特点:①应力集中区主要表现在采空区的附近,在采空区的顶底板形成了“卸载压力区”,在采空区的前后两端形成了“支承压力区”;②位移场的分布形态以采空区为中心,呈椭圆状发散,并且,越靠近采空区,坡体的位移变化越大;③塑性区的分布上坡表、坡顶、采空区顶底板主要呈张拉变形,采空区上方坡内岩体主要呈剪切变形。  而随着崩塌的进行,滑坡体上逐步出现小范围的拉应力集中区,并且滑坡后缘的位移明显大于中前部。从滑坡的位移场特征上分析,崩塌先对滑坡后缘产生瞬时冲击作用,促使滑坡启动,后对滑坡后缘形成加载作用,促进滑坡变形。  (6)将德兴煤矿崩滑体所在地的雨量、滑坡中部的土壤含水率与滑坡前、中、后部的位移的监测资料(2012年7月至今)进行对比分析,结果表明,滑坡仍在继续蠕滑变形,并且在监测时段内,降雨对德兴煤矿崩滑体的稳定性起到了至关重要的作用。因此从分析资料上可判定,若受暴雨冲刷,该处极易再次形成崩塌,而崩塌会对坡脚处滑坡后缘再次形成冲击加载作用,从而诱发新一轮的地质灾害。所以,需加强雨季对德兴煤矿崩滑体的实时监测。
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