煤矿地质中土地沉陷预测探析

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1、煤矿地质中土地沉陷预测探析【摘要】在煤矿的开采过程中，不可避免的会对地表产生裂缝。在裂缝产生的同时，还会使地表发生倾斜。当开采引起的倾斜和斜坡本身的倾斜方向一直时，将会形成更加陡哨的破面，促使滑坡的产生。【关键词】煤矿地质；沉陷裂缝；预测分析1•矿区土地沉陷预测矿区土地沉陷预测模型一般采用概率积分法就可以达到土地复垦的要求。(1)多工作面开采影响的预计。首先计算出单个工作面开采引起地表预计点的下沉，然后叠加。(2)任意形状工作面开采影响的预计。将任意形状工作面顺煤层走向划分成若干矩形工作面，用一个或多个矩形工作面代替任意形工作面。2.土地裂缝预测地下煤炭的开

2、采引起土地沉陷，随着土地沉陷的发展，地表土层内各点的受力状态也发生相应的变化，原始平衡状态被破坏。由于地表各点不均匀的沉降和水平移动，在沉陷盆地内的部分区域将产生裂缝。裂缝并非地表沉陷一开始就产生的，而是工作面推进至一定面积，地表某一点的主应变达到裂缝临界值后开始逐步形成的。地表有一点处于裂缝临界状态时，已开采的面积称为裂缝临界开采面积。裂缝临界开采面积的大小取决于开采深度、开采厚度、上覆岩层的物理力学性质和结构等因素，产生裂缝的临界值则主要取决于地表土的物理力学性质。开采工作面切眼、上山、下山边界和终采线边界上方的地表一旦产生裂缝是永久性的。这些裂缝只有当

3、相邻工作面的开采，或者人工充填，或者经历较长时间的自然作用才能闭合回采工作面上方的裂缝区是随着工作面的向前推进而前移的。当已开采的面积大于裂缝临界开采面积后，在采空区周边上方出现裂缝区域；当采空区面积连续增大，切眼、上山、下山边界上方的裂缝区域扩大，而工作面上方地表裂缝区向前移动。先前的裂缝区逐渐进入压缩变形区，产生的裂缝逐步闭合，而在裂缝区外侧则产生新的裂缝。工作面继续推进各边界上方裂缝区范围不再扩大，工作面上方裂缝有规律的前移。工作面停采后，只存在采空区周边上方的裂缝区。对于山区而言，由于山区釆动滑移的方向指向地表的下坡方向，且滑移量的大小与地表倾角有某

4、种正比函数关系，因而山顶和凸形地貌部位将产生附加的水平拉伸变形，山谷和凹形地貌部位将产生附加的水平压缩变形，所以山区采动裂缝大多分布在山顶、梁册等凸形地貌部位和凸形边坡点部位，裂缝方向大体平行于等高线方向，谷底等凹形地貌部位一般很少出现明显的采动裂缝，这是山区采动裂缝分布的重要特征。并不是任何条件下的长壁式大冒顶开采地表都会出现裂缝。根据矿区沉陷地表调查，如果地表无黄土层和松散坡积物覆盖，当开采深厚比H/M>80,开采宽深比〈0.5时，地表一般不会出现裂缝。如果地表有厚层黄土覆盖（厚度大于50m）,则在上述深厚比和宽深比开采条件下仍可出现宽度大于200mm,

5、落差大于0.5m的地表裂缝。由此可见，采动裂缝与开采条件及表土层的性质与厚度有密切关系。2.裂缝对土地的影响分析开采引起的地表裂缝有的非常细小，有的深度可达20多米，上口宽度可达0.2〜0.3m,更有甚者（在黄土高原）裂缝深度可达数10m,上口宽度可达1——加。这样的裂缝在外界自然力量的作用下，使得土壤被加速侵蚀，造成土壤、母质和水的损失，降低了土壤的肥力，影响农作物的产量。根据开采引起的地表裂缝的特点、大小及所处的自然环境,对土地的侵蚀可以分为细沟侵蚀、沟蚀和重力侵蚀3种。（1）细沟侵蚀。对开采引起的细小裂缝，深度和宽度一般都比较小，裂缝发生于耕作层或略深

6、于耕作层并平行于采空区边界排列。这种细裂缝造成农地上跑水、跑土和跑肥,还可使新播种子和农作物根系暴露出来，造成缺苗、减产。由于深度和宽度小，一般可为下一次耕作所平复。如图1所示的对比实验结果，可以明显地看出细裂缝造成农地跑水、跑肥的情况。有裂缝存在时，在表面施加的水分，将迅速随裂缝侵入耕作层以下，造成损失。实验时，选择周围没有裂缝的土地中的某一点缓慢加水，同时选择土中有裂缝处的某一点缓慢加水，二处加水的速度和数量完全相等。(2)沟蚀。存在较大的或大裂缝时,受暴雨及洪水等作用，造成地面线状侵蚀，称为沟蚀。沟蚀与细沟侵蚀的主要区别在于细沟侵蚀可为一般的耕作方法所

7、平复，而沟蚀则不能。沟蚀的发展将不断切割地面，造成完整土地破碎。(1)重力侵蚀。在山地、丘陵陂地区，开采产生的裂缝在其它应力，特别是水力的共同作用下，以重力为直接原因引起表土体的移动，称为重力侵蚀。矿区由于开采裂缝而可能出现的重力侵蚀的主要形式是滑坡，其作用机理为：①由于裂缝,大雨、暴雨时,使土体的侵水范扩大，斜坡土体的容重增加，抗滑强度降低；②斜坡形态的改变。