论文题目：长春市双阳区长岭煤田多采空区地表沉降变形研究
摘要：煤矿历史开采遗留的采空区导致的地面塌陷严重地影响了矿区居民的正常生产和生活,同时也对当地经济的发展造成负面影响。长春市双阳区长岭煤田煤层采空导致的地表变形非常严重,目前已经造成大量房屋开裂,破坏了农田耕地、树林等土地资源,严重影响了双顶村十社居民的生产生活。目前,亟需查明地表变形情况,分析变形沉降规律,分析评价其稳定性,为地面塌陷灾害的防治提供依据。本文以长春市双阳区长岭煤田内双顶村十社为研究区,主要探究了双顶村十社地表沉降变形的情况。在收集分析矿区已有相关文献资料和物探、钻探获取的资料后,确定了采空区的位置和规模。在此基础上,分三种工况考虑时序性开采,通过概率积分法和FLAC3D软件的计算再现了矿区真实开采过程下的地表变形情况。最后综合研究区地表变形的现状、预测情况以及地表稳定性情况,对研究区地面塌陷的危险性进行了综合评价。研究成果和主要结论总结如下:1.本次研究在地面调查过程中发现多处房屋变形情况,其中双顶村十社东侧区域变形迹象尤为突出。在对研究区的地质勘查中,本文采用了物探与钻探相结合的手段,综合应用高密度电法和二维地震勘探,结合钻孔情况及以往矿山资料确定了采空区的位置和范围。同时根据规范和现场实际情况综合分析确定了研究区内煤层采空“三带”的高度:冒落带高度在10m到12m之间,断裂带在35m到45m之间,弯曲带在140m到180m之间。2.本文同时使用概率积分法和FLAC3D软件计算了地表沉降变形的情况,基于矿区真实开采过程的时序性设计了三种不同工况,通过计算最终得到了地表各项变形对研究区的影响范围和规律。矿区地表变形对研究区的影响范围随着煤层采空逐步变大,区内建筑物靠近矿区西侧边界处破坏影响最为严重,主要由1号采空区引起。研究区整体地表变形严重,1号矿区中心下沉量最大,各采空区边界附近变形最明显;矿区的开采导致十社东侧居民区地表变形情况突出,房屋开裂较为严重,西侧居民区地表变形微弱。3.本文对比了概率积分和数值模拟两种方法计算得到的研究区当前和剩余地表变形值,总结了地表变形的现状,并预测了日后的地表变形情况。根据上述地表变形的预测结果,结合采空区稳定性评价相关规范,得到整个研究区的最大剩余下沉量处于不稳定区间,其余参数最大剩余变形量处于基本稳定范围内。综合判定,研究区整体处于基本稳定状态。之后再结合地表变形的现状和预测情况,进行了研究区地面塌陷危险性综合评价,其中高危险区为十社东侧居民区、1号矿区和5号矿区,面积为12.7hm~2。该评价结果可为后续研究区地面塌陷及相关灾害的防治提供依据。
关键词：采空区;地质灾害;地表变形;概率积分法;数值模拟
学科专业：地质工程（专业学位）
中文摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 采空区综合勘察研究现状
1.2.2 开采沉陷理论研究现状
1.2.3 采空区数值计算方法研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 技术路线
第2章 研究区概况与工程地质条件
2.1 研究区概况
2.1.1 研究区地理位置
2.1.2 研究区及周围社会经济概况
2.1.2.1 长春市双阳区
2.1.2.2 长春市双阳区齐家镇
2.2 气象水文
2.2.1 气象
2.2.2 水文
2.3 工程地质条件
2.3.1 地形地貌
2.3.2 土壤
2.3.3 地层岩性
2.3.4 地质构造
2.3.4.1 区域地质构造
2.3.4.2 煤田地质构造
2.3.4.3 岩浆活动
2.3.5 岩土体工程地质特征
2.3.6 人类工程活动
2.4 水文地质概况
2.4.1 含水层
2.4.2 地下水的补给径流条件
2.5 煤层地质特征及开采概况
2.5.1 煤层分布情况
2.5.2 可采煤层
第3章 煤层采空区环境影响及综合勘查成果
3.1 采空区空间位置及范围
3.2 地表变形对当地建筑物的影响
3.2.1 地表移动变形对建筑物的影响
3.2.2 当地房屋受损情况
3.3 研究区环境影响情况
3.3.1 矿山地质灾害情况
3.3.1.1 地面塌陷
3.3.1.2 地裂缝
3.3.2 地下水资源破坏情况
3.3.3 地形地貌和土地资源破坏现状
3.4 采空区勘查情况与“三带”高度确定
3.4.1 物探成果分析
3.4.1.1 测线的布设及完成工作情况
3.4.1.2 高密度电阻率法处理成果及解释
3.4.1.3 二维地震勘探法处理成果及解释
3.4.2 钻探成果分析
3.4.2.1 钻孔布设原则
3.4.2.2 钻探施工方案
3.4.2.3 钻探完成工作量
3.4.2.4 钻进情况
3.4.2.5 钻探结论
3.4.3 “三带”高度确定
3.4.3.1 根据公式法判定
3.4.3.2 结合钻探情况对比分析
3.5 本章小结
第4章 基于概率积分法的采空区地表变形计算
4.1 概率积分法基本原理及公式
4.2 计算公式及参数的选取
4.2.1 参数选取依据
4.2.2 确定计算参数
4.3 地表变形移动的计算
4.3.1 工况设计
4.3.2 地表变形最大值
4.3.3 地表变形影响范围
4.3.4 地表变形规律
4.4 本章小结
第5章 基于数值模拟的采空区地表变形分析
5.1 数值模拟的方法和软件
5.1.1 理论基础
5.1.2 本构模型
5.2 模型建立
5.2.1 采空区模型概化
5.2.2 材料参数的选取
5.2.3 初始条件及应力场分析
5.3 工况设计
5.4 计算结果分析
5.4.1 工况一
5.4.2 工况二
5.4.3 工况三
5.5 采空区现状综合分析
5.5.1 研究区应力状态分析
5.5.2 煤层采空对居民区影响情况
5.6 本章小结
第6章 采空区地面塌陷危险性综合评价
6.1 采空区地表变形现状评价
6.2 研究区地表变形预测
6.3 研究区地表稳定性评价
6.3.1 开采条件判别法
6.3.2 地表移动判别法
6.3.3 地表稳定性评价结果
6.4 采空区地面塌陷危险性评价
6.4.1 评价原则及方法
6.4.1.1 评价原则
6.4.1.2 评价方法
6.4.2 评价结果与建议
6.5 本章小结
第7章 研究总结与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
参考文献
作者简介及在学习期间所取得的成果
致谢