广西合山煤矿采空塌陷机理与风险评价

第一章 煤矿采空塌陷地质环境问题研究现状 1

第一节 广西合山煤矿采空塌陷的研究意义 1

第二节 煤矿采空塌陷分类与研究历程 3

一、采空塌陷基本概念与主要分类 3

二、采空塌陷相关矿山专业术语 5

三、采空塌陷机理与风险评价研究 6

第三节 煤矿采空塌陷机理研究 7

一、采空塌陷经典力学分析理论 7

二、采空塌陷变形预测方法理论 9

三、采空塌陷稳定性评价方法 10

四、采空塌陷机理研究 11

第四节 煤矿采空塌陷风险评价研究 14

一、地质灾害风险评价理论的建立与发展 14

二、采空塌陷灾害风险研究成果 15

三、采空塌陷风险评价研究趋势 15

第五节 煤矿采空塌陷风险管理与控制研究 16

一、资源枯竭型城市的转型探索 16

二、采空塌陷地质环境风险控制措施 17

三、采空塌陷风险管理措施与发展趋势 18

第二章 广西合山煤炭矿山开采现状及采空塌陷特征 20

第一节 合山煤矿开采地质背景 20

一、自然地理环境 20

二、社会经济概况 21

三、区域地质概况 21

四、工程与水文地质条件 28

第二节 广西合山煤炭矿山开采现状 31

一、合山煤炭资源开发历程 31

二、合山煤田主要可采煤层 32

三、合山煤炭矿山发展现状 32

四、主要矿山地质环境问题 33

第三节 广西合山煤矿采空塌陷特征分析 35

一、采空塌陷平面分布特征 35

二、采空塌陷规模大小特征 37

三、采空塌陷剖面形态特征 39

四、采空塌陷平面形态特征 41

第四节 广西合山煤矿采空塌陷稳定性现状 42

一、采空塌陷上覆岩层破坏特征 42

二、采空地表移动及破坏规律 44

三、采空塌陷稳定性现状 45

四、采空塌陷地质环境问题总体特点 46

五、采空塌陷地质环境问题的环境影响 47

第三章 广西合山煤矿采空塌陷机理 49

第一节 采空区覆岩力学参数统计与岩体质量评价 49

一、岩体结构面统计分析 49

二、岩体几何参数分布模型与检验 56

三、岩体力学参数试验过程与结果 61

四、采空区覆岩结构类型及质量评价 64

第二节 采空塌陷形成的基本条件及影响因素 66

一、采空塌陷形成的基本条件 66

二、采空塌陷形成的主要影响因素 67

第三节 浅埋缓倾斜煤层采空塌陷三维数值分析 78

一、缓倾斜煤层采空区塌陷变形主要特点 78

二、离散元法三维数值分析方法基本理论 79

三、典型浅埋缓倾斜煤层采空塌陷区 83

四、离散元三维数值建模过程 84

五、浅埋缓倾斜煤层采空塌陷变形规律 86

第四节 深埋急倾斜煤层采空塌陷三维数值分析 93

一、深埋急倾斜煤层采空区覆岩变形主要特点 93

二、有限差分法三维数值分析方法基本理论 93

三、典型深埋急倾斜煤层采空塌陷区 95

四、有限差分法三维数值建模过程 95

五、深埋急倾斜煤层采空塌陷变形规律 97

第五节 广西合山煤炭矿山采空塌陷机理 97

一、浅埋缓倾斜煤层采空塌陷破坏机制 97

二、深埋急倾斜煤层采空塌陷破坏机制 103

三、广西合山煤矿采空塌陷破坏模式总结 106

第四章 广西合山煤矿采空塌陷危险性分析 108

第一节 合山东矿采空塌陷模拟与变形分析 108

一、合山东矿矿区采空区概况 108

二、采空塌陷数值模拟建模过程 110

三、采空塌陷变形与应力数值分析 113

第二节 基于关键层理论的极限平衡模型 117

一、关键层基本概念 117

二、关键层结构计算模型 118

三、极限平衡模型建立 120

第三节 采空塌陷可靠度分析 122

一、可靠度分析理论背景 122

二、可靠度计算方法 123

第四节 采空塌陷危险性评价 124

一、危险性评价总体思路 124

二、初次破断采空塌陷危险性评价 125

三、周期破断采空塌陷危险性评价 126

第五章 广西合山煤矿采空塌陷易损性分析 128

第一节 广西合山煤矿采空塌陷易损性评价模型 128

一、煤矿采空塌陷易损性评价内容 128

二、基于Logistic函数的建筑物易损性评价模型 129

第二节 采空塌陷灾害强度评价 131

一、采空塌陷灾害强度评价模型 131

二、采空塌陷对建筑物的影响特征分析 132

三、基于建筑结构有限元分析的地表位移指标 136

四、基于时间序列模型的变形速度指标 153

第三节 建筑物脆弱性评价 156

一、建筑物脆弱性评价模型 156

二、建筑物脆弱性评价指标 156

第四节 建筑物易损性评价 158

一、采空区地面建筑物现状 158

二、建筑物易损性评价 160

第五节 人员易损性评价 160

一、人员易损性评价方法分析 160

二、基于建筑物易损性的人员易损性评价 161

第六章 广西合山煤矿采空塌陷风险评价 163

第一节 采空塌陷风险评价模型与方法 163

一、风险评价模型 163

二、风险评价方法 164

第二节 风险等级划分 166

一、风险分级的含义 166

二、风险等级划分方法 166

第三节 风险容许标准研究 167

一、风险容许标准框架 167

二、生命风险容许标准 168

三、经济风险容许标准 171

第四节 广西合山煤矿采空塌陷风险评价 174

一、广西合山煤矿采空塌陷风险度评价 174

二、广西合山煤矿采空塌陷风险期望评价 175

第七章 广西合山煤矿采空塌陷区风险管理对策 178

第一节 采空塌陷风险管理总体框架 178

第二节 采空塌陷风险控制措施概述 178

一、采空区治理技术措施 178

二、采空区治理组织管理措施 192

第三节 采空塌陷风险区治理规划与主要措施 194

一、东矿矿区采空塌陷风险区治理总体规划 194

二、东矿矿区采空塌陷风险区治理主要措施 197

三、东矿矿区采空塌陷风险区治理效益综合分析 206

主要参考文献 210