关闭矿井次生沉陷研究现状及展望

作     者：邓喀中 郑美楠 张宏贞 范洪冬 谭志祥 DENG Kazhong;ZHENG Meinan;ZHANG Hongzhen;FAN Hongdong;TAN Zhixiang

作者机构：中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2022年第50卷第5期

页      面：10-20页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51774270) 国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项资助项目(2017YFE0107100) 江苏省测绘地理信息科研资助项目(JSCHKY201906) 

主　　题：关闭矿井 次生沉陷 沉陷预测 InSAR 沉陷监测 

摘      要：我国关闭矿井数量多范围广,矿井关闭后,停止排水,地下水位上升,受地下水影响,覆岩及地表将再次沉陷,危及关闭矿井上方和周边建构筑物、交通电力通讯等基础设施安全及建设场地稳定性,研究关闭矿井覆岩与地表次生沉陷机理、规律、预测方法具有重要的理论和实用价值。在收集国内外相关文献基础上,结合徐州东西部矿区关闭矿井地面次生沉陷监测实践,系统回顾和分析了关闭矿井地面次生沉陷监测方法、形成机理、时空分布规律及预测方法研究现状和存在的问题。首先,对比研究了常规地面变形监测方法和航天航空测量方法的优缺点,重点总结了合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术应用于关闭矿井地表沉陷监测中的优势及存在的问题;其次,基于国内外大量实测资料,分析总结了关闭矿井覆岩及地表次生沉陷形成机理及时空演化规律,得到了覆岩及地表下沉的主要诱因为采动破裂岩体、覆岩结构及煤(岩)柱在地下水作用下的变形或失稳;覆岩与地表上升的主要诱因为:随着地下水位升高,作用在采动破裂岩体、第四系松散层内的孔隙压力增大,有效应力减小,使其产生弹性恢复变形,膨胀岩体遇水膨胀也可能导致覆岩及地表上升;关闭矿井次生沉陷在时间上可分为5个阶段:①初期稳定阶段;②下沉阶段;③中间稳定阶段;④上升阶段;⑤最终稳定阶段。并分析了不同开采方法、多煤层开采对关闭矿井地表沉陷时空分布规律的影响。在此基础上,基于采动破裂岩体本构关系,分下沉和上升2阶段,分别给出了长壁垮落法、充填开采和柱式开采地表沉陷预测模型。最后指出,关闭矿井覆岩及地表沉陷机理、规律是非常复杂的物理力学过程,涉及地质采矿环境、采动破裂岩体及覆岩结构、本构关系、变形特征、水岩耦合作用、地下水动力效应、膨胀岩体膨胀变形等复杂因素,因此,还需进一步深入研究。