煤矿区构造控灾机理及地质环境承载能力研究

前言

第一章绪论

1.1煤矿区地质环境承载能力的相关概念与研究意义

1.2煤矿区地质环境承载能力的影响因素与研究重点

1.3采煤沉陷及其相关领域的国内外研究现状与趋势

1.3.1矿产工业正在积极应对可持续发展提出的挑战

1.3.2建设“绿色矿区”是矿业可持续发展的必然选择

1.3.3研究采煤沉陷控制机理是建设“绿色矿区”的关键

1.3.4地质环境承载能力研究将得到进一步加强

第二章煤矿区地表环境灾害及其影响因素概述

2.1采煤沉陷对生态环境的危害

2.1.1破坏宝贵的土地资源

2.1.2破坏水资源且加剧水土流失

2.1.3造成地表土壤退化

2.1.4破坏地表建(构)筑物

2.1.5诱发次生地质灾害

2.2地下开采对地质环境的扰动

2.2.1开采深度

2.2.2开采厚度与采空区面积

2.2.3顶板管理与采煤方法

2.2.4开采速度

2.2.5重复采动

2.3地质环境固有的抗扰动能力

2.3.1构造介质

2.3.2构造形态

2.3.3构造界面

2.3.4构造应力

2.3.5地下水

第三章构造介质对采煤沉陷的控制

3.1煤矿区构造介质的地质-力学特征

3.1.1沉积岩的地质特征及其对力学性质的影响

3.1.2煤矿区常见构造介质的工程地质类型

3.1.3构造介质的三个要素

3.2不同构造介质采煤沉陷典型实例

3.2.1铜川某煤矿508工作面

3.2.2铜川某煤矿291工作面

3.2.3神府51101工作面和铜川905工作面

3.3覆岩综合硬度与采煤沉陷的关系

3.3.1覆岩类型划分

3.3.2相似材料模拟

3.3.3数值试验研究

3.4松散层比例与采煤沉陷的关系

3.4.1常见松散层及其力学性质

3.4.2数值试验研究

3.5关键层位置与采煤沉陷的关系

3.5.1关键层及其特征

3.5.2数值试验研究

3.6构造介质对采煤沉陷的控制作用

3.7构造介质对采煤沉陷的控制机理

3.7.1岩石的变形破坏机理

3.7.2岩体破坏机制与本构关系

3.7.3覆岩综合硬度和关键层的作用

第四章构造形态对采煤沉陷的控制

4.1单斜构造与采煤沉陷

4.1.1倾角分类

4.1.2建模与试验方法

4.1.3模拟开采试验

4.1.4试验结果对比

4.2褶皱构造与采煤沉陷

4.2.1试验模型与边界条件

4.2.2模拟开采试验

4.2.3试验结果对比

4.3构造形态对采煤沉陷的控制作用

4.3.1单斜构造对采煤沉陷的控制作用

4.3.2褶皱构造对采煤沉陷的控制作用

4.4构造形态对采煤沉陷的控制机理

4.4.1单斜构造对采煤沉陷的控制机理

4.4.2褶皱构造对采煤沉陷的控制机理

第五章构造界面对采煤沉陷的控制

5.1煤层覆岩中的构造界面及其特点

5.2块裂介质采煤沉陷的典型实例

5.2.1河南云盖山井田

5.2.2徐州董庄井田

5.3节理与采煤沉陷的关系

5.3.1节理倾角与采煤沉陷

5.3.2节理发育程度与采煤沉陷

5.4断层与采煤沉陷的关系

5.4.1隐伏断层下采煤引起的地表沉陷

5.4.2断层产状及组合形式与采煤沉陷

5.5构造界面对采煤沉陷的控制作用

5.5.1节理对采煤沉陷的控制作用

5.5.2断层对采煤沉陷的控制作用

5.6构造界面对采煤沉陷的控制机理

5.6.1构造界面的力学性质

5.6.2构造界面的力学模型和破坏准则

5.6.3节理对采煤沉陷的控制机理

5.6.4断层对采煤沉陷的控制机理

第六章构造应力对采煤沉陷的控制

6.1煤矿区原岩构造应力基本状态

6.1.1地应力与构造应力

6.1.2大地构造背景与构造应力概况

6.1.3煤矿区原岩构造应力场的一般特点

6.2构造应力影响采煤沉陷的典型实例

6.2.1陶庄井田

6.2.2台吉井田

6.3构造应力与采煤沉陷关系的实验研究

6.3.1相似材料模拟实验装置

6.3.2相似材料模拟实验结果

6.3.3数值试验软件与建模

6.3.4数值试验结果

6.4构造应力对采煤沉陷的控制作用

6.5构造应力对采煤沉陷的控制机理

6.5.1煤层覆岩单元体平衡理论分析

6.5.2煤层覆岩弯曲变形理论分析

6.5.3构造应力与其他因素的关系分析

第七章煤层覆岩与地下水在采煤沉陷中的互馈效应

7.1煤矿区地下水系统的特点

7.2地下水对覆岩抗扰动能力的影响

7.2.1对岩体力学性质及应力状态的影响

7.2.2地下水对采煤沉陷影响的数值试验

7.3覆岩破坏对地下水系统的影响

7.3.1地下水向煤矿采空区渗流的机理

7.3.2采煤沉陷对地下水系统的改造效应

7.4固液耦合采煤沉陷模拟实验

7.4.1实验目的

7.4.2实验设备及材料

7.4.3实验过程及现象

7.4.4实验结果分析

7.5主要结论

第八章煤矿区地质环境承载能力评价方法与实例

8.1评价指标体系

8.2评价分级标准

8.2.1建筑物损坏等级

8.2.2土地损害等级

8.2.3地质环境承载能力等级

8.3评价方法及主要工作流程

8.3.1煤矿区原岩构造应力状态的确定方法

8.3.2地质环境承载能力评价工作流程

8.3.3地质环境本身抗扰动能力量化评价方法

8.4煤矿区构造应力状态分析实例

8.4.1研究区地质概况

8.4.2区域古构造应力、应变场演化历史分析

8.4.3现今区域构造应力、应变场的GPS测量

8.4.4井田构造反映的构造应力场特征

8.5建筑物下允许开采强度预测实例

8.5.1地质与开采条件

8.5.2计算机数值试验模型

8.5.3计算机数值试验结果

8.5.4安全开采尺寸预计

8.5.5预计结果验证

8.6地质环境承载能力评价实例

8.6.1评价区地质概况

8.6.2区域构造动力学背景

8.6.3矿区构造样式

8.6.4地质环境承载能力评价

参考文献

　　本书是对第一作者博士学位论文和国家自然科学基金项目研究成果的系统总结。全书共分八章，以地质构造控制论为指导，以我国北方典型煤矿区采煤沉陷观测资料为依据，以相似材料模拟和计算机数值试验为手段，系统深入地分析和论证了构造介质、构造形态、构造界面、构造应力以及地下水对采煤沉陷的控制作用及其机理。本书可作为地质工程、采矿工程、矿山测量、环境科学、环境工程等专业高年级学生和研究生的选修课教材，也可供相关专业工程技术人员参考。　　本书是作者近年来从事煤矿区构造控灾理论研究的最新成果。全书共分八章，以地质构造控制论为指导，以我国北方典型煤矿区采煤沉陷观测资料为依据，以相似材料模拟和计算机数值试验为手段，系统深入地分析和论证了构造介质(煤层覆岩)、构造形态(单斜与褶皱)、构造界面(节理与断层)、构造应力以及地下水对采煤沉陷的控制作用及其机理。建立了全新的煤矿区构造控灾理论体系；在此基础上，总结了煤矿区地质环境承载能力评价预测理论和方法。本书基础资料数据翔实、试验结果真实可靠。　　本书可作为地质工程、采矿工程、矿山测量、环境科学、环境工程等专业高年级学生和研究生的选修课教材，也可供相关专业工程技术人员参考。