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地表非连续变形是一种对地表破坏严重的采矿地质灾害,研究其产生过程、发育规律及机理,对于开采环境保护尤为重要。 本文针对地质构造复杂的重复采动区域地表非连续变形致灾机理、分布发育规律、覆岩应力分布规律等相关问题进行了系列研究。论文进行了以下主要工作: (1)分析了翟镇井田覆岩工程地质特征,研究区域地质构造发育,次级褶曲较发育,具有宽缓短轴倾斜特点,区域内断层以北东东向高角度正断层为主,大中型断层大部分切穿了红层,区域岩层岩性差异较大,第三系红色岩系强度、厚度均较大,第四系表土层较薄,回采时极易造成地表非连续变形。 (2)分析了地质采矿因素对地表非连续变形的影响,从覆岩特性、地质构造、采矿条件三方面因素对翟镇井田西部地表非连续变形的成因进行了研究,结果表明岩性差异导致的覆岩不协调运动、开采引起的地质构造活化、较小的开采深厚比及重复采动破坏是翟镇井田西部地表非连续变形产生根本原因,并分析了地质构造与井田西部斑裂线的相互关系。 (3)翟镇井田地表非连续变形主要集中在井田西部,沿褶曲、断层、地表水系等地质构造发育,并与工作面呈一定角度,斑裂线发育宽度在300~600 mm,长度在320~2143m之内,台阶落差为0.4~2.4 m之间,止裂深度不大。 (4)重复采动情况下,上覆岩层受采动影响范围增大,运动提前,岩层中的离层裂隙压密闭合进而转化为地表下沉,地表破坏加剧;断层结构面力学性质薄弱,在地表移动盆地发育过程中,起隔断作用,因此在断层结构面出现离层,地表断层露头处,出现裂缝的地表非连续变形。 (5)数值模拟试验表明,断层区域开采过程中,煤层开挖外缘应力等值线与断层结构面处应力集中区外缘等值线重合时断层活化,断层上盘由于断层结构面的阻隔作用,运动较为薄弱。断层露头是地表移动变形有利位置,存在断层构造时,采空区上方岩层向远离断层一侧发展,在断层露头处,形成地表裂缝及台阶下沉等地表非连续变形现象。