内容简介
《矿山型地裂缝形成机制与开采沉陷变形预测方法》以辽宁省抚顺市地下煤矿开采诱发的地裂缝、地面塌陷为研究对象，基于降低灾害风险、减轻灾害损失、提升安全保障的需求，对抚顺市区矿山型地裂缝形成机制及开采沉陷预测方法进行研究。概化出地裂缝形成的地质结构模型，提出了“基于非线性曲线拟合的开采沉陷预测方法”，并构建了地下煤矿开采下地裂缝活动性预测模型。
《矿山型地裂缝形成机制与开采沉陷变形预测方法》共6章，包括绪论、抚顺市区地裂缝的地质环境背景及分布特征、抚顺市区地裂缝地面沉降变形特征、抚顺市区地裂缝形成机制分析及构造活动对地裂缝发展趋势的影响、抚顺市区地裂缝活动趋势预测、结论与建议。
《矿山型地裂缝形成机制与开采沉陷变形预测方法》可供矿业工程与岩土工程、地质勘查与测绘、环境保护与土地复垦等领域从事由地下开采诱发的地表沉陷调查、评估、预测工作的技术人员学习使用，也可供相关专业院校师生阅读参考。
目录
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 主要研究内容
第2章 抚顺市区地裂缝的地质环境背景及分布特征
2.1 抚顺市区地裂缝形成的地质环境背景
2.2 抚顺市区地裂缝分布特征
2.3 抚顺市区地裂缝形成的地质结构模型
2.4 小结
第3章 抚顺市区地裂缝地面沉降变形特征
3.1 概述
3.2 矿区概况及监测数据
3.3 地面开采沉陷变形预测预报模型
3.4 模型验证
3.5 地表开采沉陷变形预测预报模型开发
3.6 抚顺市区地面沉降变形特征及发展趋势研究
3.7 抚顺市区地裂缝分布与地面沉降变形特征
3.8 小结
第4章 抚顺市区地裂缝形成机制分析及构造活动对地裂缝发展趋势的影响
4.1 地裂缝影响因素分析
4.2 海新路地裂缝带形成机制分析及构造活动对地裂缝发展趋势影响研究
4.3 劳动公园-海新河地裂缝带形成机制分析及构造活动对地裂缝发展趋势的影响
4.4 抚顺西露天矿北帮-南阳路地裂缝带形成机制分析及构造活动对地裂缝发展趋势的影响
4.5 抚顺西露天矿南帮地裂缝带形成机制分析
4.6 小结
第5章 抚顺市区地裂缝活动趋势预测
5.1 不同煤层厚度及埋藏深度下人类地下煤矿开采对地裂缝活动性影响研究
5.2 不同煤层厚度、埋藏深度、人类地下煤矿开采程度下地裂缝活动趋势预测
5.3 小结
第6章 结论与建议
6.1 结论
6.2 建议
参考文献
前言/序言
辽宁省抚顺市是我国主要的大型资源型矿业城市之一。由于抚顺市区具有浑河活动断裂、地下及露天采煤等复杂的地质构造背景与人类工程活动，区域内不同成因的地裂缝广泛分布，严重影响抚顺市的经济发展和社会稳定。本书通过对抚顺市区地裂缝的全面调查及研究，旨在查明抚顺市区地裂缝分布及成因机制的基础上，形成一套针对基岩地裂缝和矿业城市地裂缝地质灾害的研究方法，建立抚顺市区地裂缝活动性预测模型，为抚顺市的规划、环境治理与可持续发展提供依据，也为其他资源型城市关于地裂缝地质灾害的预防与治理提供借鉴，对矿山型地裂缝的研究具有重要的理论与实际意义。
本书首先从地质环境背景出发，结合野外调查，查明抚顺市区地裂缝的发育现状、展布规律，以及与下伏构造断裂的关系，构建出各区域内地裂缝形成的地质结构模型，掌握其孕裂环境；其次在掌握抚顺市区地面沉降变形特征的基础上，结合研究区地裂缝的分布特征，探索地面沉降变形与地裂缝的内在联系，并开展“开采沉陷变形预测模型”研究，实现对地裂缝活动趋势的监控和预测；在此基础上采用数值模拟方法对不同露天煤矿开采、地下煤矿开采、水平构造地应力作用下地裂缝的形成与发展过程进行分析，概化出各地裂缝的形成机制：最后基于数值模拟结果，结合非线性最小二乘法，开展地下煤矿开采下地裂缝活动性预测模型的研究。得到以下主要结论：
（1）抚顺市区地裂缝为典型的矿山型地裂缝，目前共发育12条，地裂缝总体走向为NEE，具有明显的总体走向一致性特点，且与抚顺市区主要断层走向一致，是与下伏断层相连的构造破裂面。根据其分布的区域性及形成的地质背景特征，可划分为4个主要地裂缝带：①抚顺西露天矿南帮地裂缝带，包含Ⅰ号和Ⅱ号地裂缝，地质结构模型为受花岗片麻岩古风化壳及玄武岩软弱破碎带控制的峡谷型：②抚顺西露天矿北帮一南阳路地裂缝带，包含Ⅲ、Ⅳ、V号地裂缝，地质结构模型为受浑河系列断裂带控制的深埋插入一峡谷型；③劳动公园一海新河地裂缝带，包含Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ号地裂缝，地质结构模型为受浑河系列断裂带控制的深埋插入型；④海新路地裂缝带，包含Ⅻ号地裂缝，地质结构模型为受F13断层控制的盆地型。目前，活动强度最大的为抚顺西露天矿南帮地裂缝带。
（2）由地下开采引起的地面沉陷变形特征符合S形曲线特征，基于反正切函数建立的地面开采沉陷变形预测预报模型是一个实时的预测预报模型，由最新的监测数据得到最新的拟合参数，通过参数的不断修正生成最新的拟合曲线，能够及时把握变形的动态发展趋势，在中短期预测预报方面应用效果很好，具有较高的预测精度，可以应用于由地下煤矿开采诱发的地裂缝发展趋势的预测预报。
（3）Ⅵ一Ⅺ号地裂缝均分布于老虎台矿塌陷坑及其北侧影响范围内，其形成和发展在一定程度上受到构造断裂的影响；离开采中心的距离越远，地面垂直沉降变形量越小，沉降变形等值线越疏松，地裂缝垂直方向的发育规模和强度也越小：在浑河构造断裂带NE延伸方向上，当超出地下开采的影响范围，以及受F13断层的阻隔作用影响时，地裂缝便不发育。
（4）抚顺西露天矿南帮地裂缝带属于受双滑面超大型推移式滑坡控制和制约的滑坡后缘地裂缝，为人类露天煤矿开采作为主导因素的非构造地裂缝。地下煤矿开采、露天煤矿开采、构造断裂，以及水平构造地应力是影响抚顺市区其余地裂缝形成和发展的主要因素，其中浑河断裂带在太平洋板块和印度板块相互碰撞挤压作用下，导致地壳深部断裂长期蠕动，孕育了隐伏的裂缝直达地表，在地下煤矿开采、露天煤矿开采作用下诱发浑河系列断裂带发生错动，在地表表现为变形突变，引起地裂缝超强活动。因此，抚顺市区大多数地裂缝是由断层构造作为“孕裂”背景，地下煤矿和露天煤矿开采作为“启裂”条件，高水平构造地应力作为限制条件的“采沉构造地裂缝”，为混合成因地裂缝。
（5）首次考虑水平构造地应力对地裂缝形成和发展过程的影响，数值模拟分析结果为：水平构造地应力在一定范围内能够遏制地裂缝的活动性，但当超过界限后将反向增强地裂缝的活动强度。不同区域内地裂缝对水平构造地应力的响应强度不同，西侧剖面由于露天坑的存在，水平构造地应力对地裂缝发展趋势的影响更为强烈，应力界限为25MPa，且随着水平构造地应力的增加，此区域地裂缝反向发育强度更高，而其他剖面-应力界限推移到60MPa，甚至更大。
（6）通过数值模拟手段对地下煤层厚度、埋藏深度、水平掘进距离等因素对典型地裂缝活动性（包括垂直、水平方向）的影响进行分析，结果表明，在保持其他任意两个条件不变的情况下：煤层厚度增加，地裂缝活动性增强；煤层埋藏深度增加，地裂缝活动性减弱；水平掘进距离增加，地裂缝活动性增强；且以水平掘进距离为代表的人类采矿活动对地裂缝活动性的影响程度最大。基于地下煤层厚度、埋藏深度、水平掘进距离与典型地裂缝活动性曲线关系建立的三元n次多项式函数预测模型与数值数据的拟合精度很高
