雷溪石膏矿区位于江西省贵溪市雷溪乡,开采作业采用长壁式房柱回采法,于2000年6月开始投产。矿区于2010年开始出现地面沉陷灾害,截止2013年9月,矿区共出现三个沉陷区,其中Cl沉陷区范围达到11340m2,C2沉陷区范围达到9890m2,C3沉陷区范围相对较小为2350m2,对区内居民的人身和财产安全构成巨大威胁。本文以江西省雷溪石膏矿区为研究对象,在矿区基本地质条件分析基础上,着重对矿区地面沉陷区地表变形特征及其采空区矿柱与顶板变形特征进行了系统调研。主要根据地表沉陷特征与地下采空区矿柱变形的时空关系,分析了矿区地面沉陷影响因素及形成机制,建立了矿区地面沉陷的概念模型,并采用Midas有限元软件对矿区地面沉陷的机理进行模拟,在此基础上,提出了矿区地面沉陷的防治措施。(1)通过对雷溪石膏矿三个沉陷区的勘查,系统查明了雷溪石膏矿区三个沉陷区地表变形特征及其采空区矿柱与顶板变形特征,得出地表沉陷裂缝主要以沉陷中心呈椭圆形分布,且地表沉陷变形与采空区矿柱破坏及顶板变形在空间上有严格的对应性。(2)根据矿区地质条件、沉陷区地表变形破裂与地下采空区矿柱变形的时空关系,分析了地面沉陷控制因素及沉陷机理。得出地面沉陷是在采空条件下,采空区岩体地应力发生调整,矿柱在顶板压应力作用下,并在地下水长期侵蚀作用下发生变形破坏,从而造成近水平顶板岩层向下弯曲及地面开裂沉陷。并根据力学分析得出,只有当3排以上矿柱发生破坏(即采空区跨度达到约40m)的情况下,才可能有地面沉陷的产生。据此,结合矿区地面沉陷特征,建立了雷溪石膏矿区地面沉陷的地质力学模式,并做了沉陷机制的数值模拟进行验证。(3)数值模拟结果表明,在矿柱强度降低的初期,矿柱本身及上覆岩体仍能保持较好的完整性,但强度降低到一定程度(模型中为70-80%),且沉陷范围扩大到一定程度是,其位移变化速率会急剧增加,从而导致整个区域岩体强度急剧下降,矿柱和顶板覆岩岩体强度降低是造成地表沉陷产生主要原因。计算结果表明,矿柱强度降低对地面沉陷的影响大于顶板覆岩强度降低的影响,矿柱同比折减产生的位移量约为顶板覆岩强度降低导致沉陷位移量的2倍。由此可推测,采空区矿柱变形破坏才是导致地面沉陷灾害的最关键的原因。(4)对上述地面沉陷机理的研究基础上,针对性提出了雷溪石膏矿区地面沉陷防治措施,并以“预防为主,防治结合”为治理矿区地面沉陷的总体思路,主要采用支撑法与填充法对沉陷采空区进行处理,并通过矿柱支护法对未出现沉陷的采空区进行防治。